§7 水泵与水泵站.ppt

建筑设备constructionequipmentengineering,建筑工程系高文财,QQ;93347868电话公室：9404,7水泵与水泵站,一、水泵的概念与应用二、水泵的分类三、叶片式水泵四、叶片式水泵的典型结构型式五、水泵的基本参数六、水泵的选择七、给水泵站分类与特点八、水泵机组的布置与基础九、排水泵站十、雨水泵站十一、泵站水锤及其防护十二、泵站噪声及其消除,HeatTransfer,1、水泵定义:水泵是输送和提升液体的机器。它是把原动机的机械能传递给被输送液体，使液体获得动能或势能的增加从而被提升或者被输送的机械。2、水泵应用:广泛应用于采矿、冶金、电力、石油、化工、市政以及农林等国民经济的各个部门。,一、水泵的概念与应用,HeatTransfer,3、水泵在城市给排水工程中的应用：给水泵站:水源取水、净水配水；排水泵站:污废水泵、雨水泵、污泥泵、中水循环泵4、水泵在农业灌溉、防洪、排涝的应用：灌溉、排涝、灌排结合,HeatTransfer,水泵按其作用原理可分为以下三类：(1)叶片式水泵它对液体的压送是靠装有叶片的叶轮高速旋转而完成的。如离心泵、轴流泵、混流泵。(2)容积式水泵它对液体的压送是靠泵体工作室容积的周期性改变来完成的。一般使工作室容积改变的方式有往复运动和旋转运动两种。如活塞式往复泵、转子泵。(3)其它类型水泵：这类泵是指除叶片式水泵和容积式水泵以外的特殊泵。如螺旋泵、射流泵、水锤泵、水轮泵、气升泵。,二、水泵的分类,HeatTransfer,三、叶片式水泵,1、叶片式水泵的分类叶片式水泵是依靠叶轮的高速旋转来完成能量的转换和传递的。叶轮叶片的形状则影响着水泵对水流的作用力和水流的出流方向，根据叶轮出水的水流方向的不同可将叶片式水泵分为径向流、轴向流和斜向流三种。,HeatTransfer,HeatTransfer,a、离心泵：叶轮出流方向为径向，叶轮叶片对水流的作用力为离心力。b、轴流泵：叶轮出流方向为轴向，液体质点在叶轮中流动时主要受到的是轴向升力。c、混流泵：叶轮出流方向为斜向，它是上述两种叶轮的过渡形式，液体质点在这种水泵叶轮中流动时既受离心力的作用，又有轴向升力的作用。,HeatTransfer,单级单吸式离心泵,HeatTransfer,单级双吸式离心泵,HeatTransfer,大型单级双吸式离心泵,HeatTransfer,轴流泵,HeatTransfer,混流泵,HeatTransfer,2、叶片式水泵的工作原理,1）离心泵的工作原理：离心泵在启动之前，应先用水灌满泵壳和吸水管道，然后，启动电机，使叶轮和水作高速旋转运动，此时，水受到离心力作用被甩出叶轮，经蜗形泵壳中的流道而流入水泵的压水管道，由压水管道而输入管网中去。在这同时，水泵叶轮中心处由于水被甩出而形成真空，吸水池中的水便在大气压力作用下，沿吸水管而源源不断地流入叶轮吸水口，又受到高速转动叶轮的作用，被甩出叶轮而输入压水管道。这样，就形成了离心泵的连续输水。,HeatTransfer,HeatTransfer,2）轴流泵的工作原理轴流泵的叶片一般浸没在被吸水源的水池中，由于叶轮高速旋转，在叶片产生的升力的作用下，连续不断的将水向上推压，使水沿出水管流出。叶轮不断的旋转，水也就被连续的压送到高处。,HeatTransfer,3）混流泵的工作原理混流泵是介于离心泵和轴流泵之间的一种泵，它是靠叶轮旋转而使水产生的离心力和叶片对水产生的推力双重作用而工作的。,HeatTransfer,3、叶片式水泵的主要零部件,1）离心泵的主要零部件离心泵的部件组成主要有：叶轮、泵轴、泵壳、泵座、轴封装置、减漏环、轴承座、联轴器、轴向力平衡装置。,HeatTransfer,叶轮的作用：将原动机的机械能直接传给液体，以增加液体的静压能和动能主要增加静压能。叶轮一般有612片后弯叶片。叶轮的种类：有开式、半闭式和闭式三种。开式叶轮：在叶片两侧无盖板，制造简单、清洗方便，适用于输送含有较大量悬浮物的物料，效率较低，输送的液体压力不高;半闭式叶轮：在吸入口一侧无盖板，而在另一侧有盖板，适用于输送易沉淀或含有颗粒的物料，效率也较低;闭式叶轮：在叶轮在叶片两侧有前后盖板，效率高，适用于输送不含杂质的清洁液体。一般的离心泵叶轮多为此类。叶轮有单吸和双吸两种吸液方式。有一个进水口的是单吸，可以从两面一起进水的为双吸。,（1）叶轮,HeatTransfer,闭式,开式,半闭式,叶轮的种类,HeatTransfer,（2）泵轴,泵轴是用来支承和固定并带动叶轮旋转的，常用材料是碳素钢和不锈钢。泵轴应有足够的抗扭强度和足够的刚度，其挠度不超过允许值；工作转速不能接近产生共振现象的临界转速。,HeatTransfer,（3）泵壳,泵壳一般由泵盖、壳体、出水接管组成。泵壳的作用：使水流平顺地进入叶轮汇集叶轮甩出的流体泵壳通常铸成蜗壳形，其过水部分要求有良好的水力条件。泵壳顶上设有充水和放气的螺孔，以便在水泵起动前用来充水及排走泵壳内的空气。泵壳的材料一般有铸铁、铸钢、不锈钢等,HeatTransfer,（4）泵座,泵座的作用是用来支承和固定水泵的。泵座上有与底板或基础固定用的法兰孔。上述的零件中，叶轮和泵轴是离心泵中的转动部件，泵壳和泵座是离心泵中的固定部件。,HeatTransfer,轴封装置位于泵轴穿过泵壳处，作用是密封水泵的转动部件和固定部件之间的间隙，防止水泵内的高压水向泵外泄漏，或者是为了防止泵外的空气向泵内渗入破坏水泵进水口处的真空状态。轴封装置主要有两种形式：填料密封和机械密封。,（5）轴封装置,HeatTransfer,叶轮,水泵轴,固定部分与转动部分的间隙,填料密封装置也称填料盒,HeatTransfer,机械密封也称端面密封,HeatTransfer,（6）减漏环,减漏环位于叶轮吸入口的外圆与泵壳内壁的接缝处，减漏环的作用是减少回流损失，同时承受磨损，所以也称为承磨环。由于其位于水泵叶轮的进口处，也称为口环。,减漏环,减漏环,HeatTransfer,（7）轴承体支承水泵的转动部分（叶轮和泵轴）（8）联轴器将原动机械和水泵的轴联接起来的装置原动机械与水泵之间的联接和传动方式一般有：（1）皮带传动（皮带轮、皮带）（2）联轴器传动（弹性联轴器、刚性联轴器）,HeatTransfer,HeatTransfer,HeatTransfer,（9）轴向力平衡装置,平衡孔1、排出压力；2、加装的减漏环3、平衡孔；4、泵壳上的减漏环,HeatTransfer,2）轴流泵的主要部件,HeatTransfer,1、离心泵的典型结构按吸水方式分：单吸式离心泵双吸式离心泵按叶轮个数分：单级离心泵多级离心泵,四、叶片式水泵的典型结构型式,HeatTransfer,1）单级单吸卧式离心泵的基本构造,1一叶轮，2一泵轴；3一键，4一泵壳，5一泵座6一灌水孔，7一放水孔：8一接真空表孔，9一接压力表孔，10一泄水孔，1l一填料盒，12一减漏环，13一轴承座，14压盖调节螺栓，15传动轮（皮带轮或联轴器）,HeatTransfer,2）单级双吸式离心泵的构造,HeatTransfer,单级双吸离心泵结构图,1、泵体；2、泵盖；3、叶轮；4、泵轴；5、密封环；6、轴套7、填料盒；8、填料；9、水封环；10、压盖；11、轴套螺母12、轴承体；13、固定螺钉；14、轴承体压盖；15、滚动轴承16、联轴器；17、轴承端；18、挡水圈；19、螺杆；20、键,HeatTransfer,3）多级泵,多级泵是指一个泵轴上串装两个以上的叶轮的水泵，叶轮的个数即为水泵的级数。,HeatTransfer,HeatTransfer,2、轴流泵的典型结构,轴流泵主要有立式、卧式和斜式三种结构形式轴流泵的叶片的安装形式有固定式、半调节式和全调节式三种，固定式主要用于小口径的轴流泵（小于300mm）,HeatTransfer,3、混流泵的典型结构,混流泵根据其压水室的不同，通常可分为蜗壳式和导叶式两种。蜗壳式与单吸式离心泵相似导叶式与立式轴流似。工作原理：介于离心泵和轴流泵之间。,HeatTransfer,1流量Q：m3/s2扬程H：将水提升的高度mH=HW+HL+HFHW供水高差HL管道总水头损失（HL=SQ2，S管道总阻力系数，Q流量）HF最不利点用水设备所需的自由水头3轴功率N：4有效功率Nu(use),五、水泵的基本参数,HeatTransfer,5效率：=Nu/N6转速n：（r/min)7允许吸上真空度Hs：1个大气压，20状态参数，水泵工作时，允许的最大抽水高度。8.气蚀余量：水泵叶轮的进水口（水压最低点）所具有的压力比在20时水的饱和蒸汽压高出的数值。（20时的饱和蒸汽压2336Pa）,HeatTransfer,水泵的气蚀现象,在水泵进口处，由于吸水高所形成的真空，以及叶轮高速放置而往往使该处压力很低，从而为水的汽化提供了条件。当压力降低到水温的汽化压力时，因汽化而形成的大量水蒸汽汽泡，随未汽化的水流入叶轮内部高压区，汽泡在高压作用下在极短的时间内破裂，并重新凝结成水，汽泡周围的水迅速向破裂汽泡的中心集中而产生很大的冲击力。这种冲击力作用在水泵的壁上，就形成了对水泵的汽蚀。,HeatTransfer,1水泵的流量Q要大于给水系统的最大小时的设计流量q。2泵扬程H大于最大小时设计流量所需的压力。3通常取：Q=(1+10%15%)qH=(1+10%15%)H,六、水泵的选择,HeatTransfer,七、给水泵站分类与特点,1、分类(1)按水泵机组设置的位置与地面的相对标高分为:地面式泵站、地下式泵站与半地下式泵站。(2)按操作条件及方式分为：人工手动控制、半自动化、全自动化和遥控泵站。(3)按泵站在给水系统中的作用分为：取水泵站、送水泵站、加压泵站及循环水泵站。,HeatTransfer,2、取水泵站(也称一级泵站)（1）组成,水源,吸水井,取水泵房,切换井,净水构筑物,注：直接送水无需切换井,HeatTransfer,（2）设计注意点A、泵房形式：山区一般圆形钢筋混凝土结构。B、在土建结构方面应考虑到河岸的稳定性、泵房筒体的抗浮、抗裂、防倾覆、防滑坡等方面。C、在施工过程中，要注意季节。D、在泵房投产后，在运行管理方面必须很好地使用好通风、采光、起重、排水以及水锤防护等设施。E、在新建给水工程时，应考虑到远期扩建的可能性。其特点“百年大计，一次完成”。,HeatTransfer,3、送水泵站(也称二级泵站)（1）组成,清水池,取水泵房,切换井,管网,高地水池,HeatTransfer,（2）吸水井作用：有利于水泵吸水管道布置，也有利于清水池的维修。形式：,A,B,二级泵房,分离式,清水池,池内式,HeatTransfer,4、加压泵站方式：直接串接清水池及泵站加压方式,二级泵房,加压泵站,逆止阀,HeatTransfer,5、循环泵站多用在企业一般设置热水、冷水两组水泵。,生产车间,热水泵,冷却构筑物,冷水泵,HeatTransfer,八、水泵机组的布置与基础,1、水泵机组的布置1）纵向排列(即各机组轴线平行单排并列)适用于如IS型单级单吸悬管式离心泵。,HeatTransfer,纵向排列机组之间各部尺寸要求：(1)水管外壁和墙壁的净距A：A=最大设备的宽度加1m，但A2m。(2)水管与水管之间的净距B：B0.7m(3)水管外壁与配电设备的安全操作距离C：当为低压配电设备时C1.5m，高压配电设备C2m。(4)水泵外形凸出部分(基础)与墙壁的净距D：D1m。(5)电机外形凸出部分(基础)与墙壁的净距E：E=电机轴长加0.5m，但不宜3m。(6)水管外壁与相邻机组的突出部分的净距F0.7m。,HeatTransfer,2）横向排列适用侧向进、出水的水泵，如单级双吸卧式离心泵Sh型、SA型水泵,HeatTransfer,横向排列机组之间各部尺寸要求：(1)水泵凸出部分(基础)到墙壁的净距Al：A1=最大设备的宽度加1m，但A12m。(2)出水侧水泵基础与墙壁的净距B1：Bl不宜小于3m。(3)进水侧水泵基础与墙壁的净距Dl：Dl不宜小于1m。(4)电机凸出部分与配电设备的净距C1：C1电机轴长+0.5m。但是，低压配电设备应Cl1.5m；高压配电设备C12.0m。(5)水泵基础之间(电机与水泵凸出部分)的净距E1值与C1要求相同，E1=C1(6)为了减小泵房的跨度，也可考虑将吸水阀门设置在泵房外面。,HeatTransfer,3）横向双行排列这种布置形式两行水泵的转向相反需配置不同转向的轴套止锁装置，适用在泵房中机组较多的圆形取水泵站。,HeatTransfer,九、排水泵站,1、组成与分类(1)组成排水泵站的基本组成包括：机器间、集水池、格栅、辅助间，有时还附设有变电所。,HeatTransfer,(2)分类按其排水的性质可分为：污水泵站、雨水泵站、合流泵站和污泥泵站。按其在排水系统中的作用可分为：中途泵站和终点泵站。按水泵启动前能否自流充水分为：自灌式泵站和非自灌式泵站。按泵房的平面形状可以分为：圆形泵站和矩形泵站。按集水池与机器间的组合情况可分为：合建式泵站和分建式泵站。按控制方式又可分为：人工控制、自动控制和遥控3类。,HeatTransfer,排水泵站的类型取决于进水管渠的埋设深度、来水流量、水泵机组的型号与台数、水文地质条件以及施工方法等因素。基本类型有：合建式圆形排水泵站、合建式矩形排水泵站、分建式矩形排水泵站等。选择排水泵站的类型应从造价、布置、施工、运行条件等方面综合考虑。,2、排水泵站的基本类型,HeatTransfer,1）合建式圆形排水泵站,适用：中、小型排水量，水泵不超过4台。优点：圆形结构受力条件好，便于沉井法施工，降低工程造价，水泵启动方便，易于根据吸水井中水位实现自动操作。缺点：泵站内机组与附属设备布置较困难，当泵房很深时，工人上下不便，且电动机容易受潮。,1、排水管渠；2、集水池；3、机器间4、压水管；5、卧式污水泵；6、格栅,HeatTransfer,2）合建式矩形排水泵站,1、排水管渠；2、集水池；3、机器间4、压水管；5、立式污水泵；6、立式电动机；7、格栅,适用：大型泵站优点：在机组、管道和附属设备的布置方面较为方便，启动操作简单，易于实现自动化。电气设备置于上层。不易受潮，工人操作管理条件良好。缺点：建造费用高。当土质差，地下水位高时，因不利施工，不宜采用。,HeatTransfer,3）分建式矩形排水泵站,1、排水管渠；2、集水池；3、机器间4、压水管；5、水泵机组；6、格栅,优点：结构上处理比合建式简单，施工较方便，机器间没有污水渗透和被污水淹没的危险。缺点：要抽真空启动，为了满足排水泵站来水的不均匀，启动水泵较频繁。,HeatTransfer,1）水泵4台的污水泵站，其地下部分结构采用圆形最为经济，其地上构造必须与周围建筑物相适应。2）水泵4台时，地下及地上部分都可以采用矩形或由矩形组合成的多边形；地下部分有时为了发挥圆形结构比较经济和便于沉并施工的优点，也可以采用将集水池和机器间分开为两个构筑物的布置方式，或者将水泵分设在两个地下的圆形构筑物内，地上部分可以处理为矩形或腰圆形，这种布置适用于流量较大的雨水泵站或合流泵站。3）对于抽送会产生易燃易爆和有毒气体的污水泵站，必须设计为单独的建筑物，并应采取相应的防护措施。,排水泵站设计要点：,HeatTransfer,1）机组布置的特点,(a)适用于卧式污水泵；(b)、(c)适用于立式污水泵。,3、机组与管道的布置特点,HeatTransfer,(1)每台水泵应设置一条单独的吸水管。(2)吸水管的设计流速一般采用1.0-1.5ms，最低不得小于0.7ms，以免管内产生沉淀。吸水管很短时，流速可提高到2.0-2.5ms。(3)压水管的流速一般不小于1.5ms，当两台或两台以上水泵合用一条压水管而仅一台水泵工作时，其流速也不得小于0.7ms，以免管内产生沉淀。(4)其它：每台水泵的压水管上均应装设闸门,污水泵出口一般不装设止回阀；电气安全；防腐等。,2）管道的布置与设计特点,HeatTransfer,泵站内部标高主要根据进水管渠底标高或管中水位确定。,集水池,须确定的标高：1）机器间底板标高2）集水池最高水位3）水泵轴线4）水泵基础标高,4、泵站内部标高的确定,HeatTransfer,1、格栅（最主要的辅助设备）2、水位控制器3、计量设备4、引水装置5、反冲洗装置6、排水设备7、采暖与通风设施8、起重设备,5、污水泵站中的辅助设备,HeatTransfer,十、雨水泵站,1、雨水泵站的基本类型,1、来水干管；2、格栅；3、水泵；4、压水管；5、传动轴6、立式电机；7、拍门；8、出水井；9、出水管；,“干室式”,“湿室式”,HeatTransfer,2、集水池(也称吸水井)的设计,1）在雨水泵站设计中，一般不考虑集水池的调节作用，只要求在保证水泵正常工作和合理布置吸水口等所必须的容积。一般采用不小于最大一台水泵30s的出水量。2）保证水泵良好的吸水条件。,HeatTransfer,雨水泵站的出流设施包括：出流井、出流管、溢流管、排水口4个部分,1、泵站；2、出流井；3、溢流管；4、出流管；5、排出口,3、出流设施,HeatTransfer,十一、泵站水锤及其防护,水锤的概念在压力管道中，由于某种外界原因（如阀门突然关闭或开启，水泵机组突然停车等），使得水的流速突然变化，从而引起压强急剧升高和降低的交替变化，这种水力现象称为水锤，也称水击。,HeatTransfer,1、水锤的危害,水锤引起的压强升高，可达管道正常工作压强的几倍，甚至几十倍。这种大幅度的压强波动，造成的危害有：（1）引起管道强烈振动，管道接头断开，破坏阀门，严重的造成管道爆管，沿途房屋渍水，供水管网压力降低。（2）引起水泵反转，破坏泵房内设备或管道，严重的造成泵房淹没。（3）造成人身伤亡等重大事故，影响生产和生活。,HeatTransfer,2、水锤产生的条件,（1）阀门突然开启或关闭。（2）水泵机组突然停车或开启。（3）单管向高处输水（供水地形高差超过20米）。（4）水泵总扬程（或工作压力）大。（5）输水管道中水流速度过大。（6）输水管道过长，且地形变化大。,HeatTransfer,3、水锤的预防措施,（1）开（关）阀水锤1）开关水锤有直接水锤和间接水锤，延长开阀和关阀的时间，可避免产生直接水锤。2）离心泵、混流泵应在阀门关至15%30%时而不是全关时停泵，这样可以降低水泵出口压力，防止水泵振动及延长阀门使用寿命。对于轴流泵在泵出口一般不应设阀门。,HeatTransfer,（2）启泵水锤,1）排除管道空气，使管道充满水后再开启水泵。凡是长距离输水管道的隆起处各点应设置自动排气阀或设置充水设施。2）当水泵必须在空管启动时，可采用分阶段开阀启泵方式。先将水泵出口阀门打开15%30%（蝶阀可先开150300），管道上其余阀门全部开启。然后启动水泵。待管道充满水后再将水泵出水口阀门全开或开到所需的角度。,HeatTransfer,3）设有止回阀的水泵（1）在止回阀前设自动排气阀。在止回处设旁通阀。事故停泵后，应待止回阀后管道充满水再启动水泵。启泵时水泵出口阀门不要全开，否则会产生很大的水冲击。据调查分析国内几个泵站的重大水锤事故多在这种情况下产生。,HeatTransfer,（3）停泵水锤,给水管中的水在断电后的最初瞬间，主要靠惯性以逐渐减慢的速度继续向水池方向流动，然后流速降到零。管道中的水在重力水头作用下，又开始向水泵倒流，速度由零逐渐增大。由于管道中水的流速变化，从而引起水锤现象的发生。1）降低输水管道的流速，增加管道直径、壁厚，可在一定程度上降低水锤压力。2）选用转动惯量GD2较大的电动机或加装有足够惯性的飞轮，可在一定程度上降低水锤值。3）输水管线布置时，减少管路布置的陡峭度，尽量布置平缓管路，应考虑尽量避免出现峰点或坡度剧变，在管路中各峰点安装可靠的排气阀，避免产生弥合水锤。,HeatTransfer,4）通过水锤计算，停泵水锤的大小主要与泵房的几何扬程有关，几何扬程愈高，停泵水锤值也愈大。因此，应根据当地实际情况选用合理的水泵扬程。5）减少输水管道长度，管线愈长，停泵水锤值愈大。由一个泵站变两个泵站，用吸水井把两个泵站衔接起来。6）停泵水锤主要因为出水管道止回阀关闭过快引起，因此，取消止回阀可以消除停泵的危害，并且可以减少水头损失，节约能耗；目前，经过一些大城市的实验，认为一级泵房可以取消，二级泵房不易取消；取消止回阀时应进行停泵水锤压力计算，为减少和消除水锤，目前常在大口径管道上安装微阻缓闭止回阀。,HeatTransfer,7）在大口径的水泵出水管上安装缓闭止回阀、微闭蝶阀，可有效的消除停泵水锤，但因阀门动作时有一定的水量倒流，吸水井须有溢流管。缓闭止回阀有重锤式和蓄能式两种，这种阀门可以根据需要在一定范围内对阀门关闭时间进行调整。需要注意的是，当管路中存在峰点而发生弥合水锤时，缓闭止回阀的作用就十分有限。,HeatTransfer,8）紧靠止回阀并在其下游安装水锤消除器，管道中的水锤压力通过开启的水锤消除器泄掉，即利用管道本身的压力为动力来实现低压自动动作，即当管道中的压力低于设定保护值时，排水口会自动打开放水泄压，以平衡局部管道的压力，防止水锤对设备和管道的冲击，通常用的水锤消除器有下开式停泵直接水锤消除器、自动复位水锤消除器、自动复位