2015湖南土建初中级讲稿.ppt

2015湖南土建初中级（给排水）考试培训,主讲人：尹鹏,考试介绍,专业知识：150分（单选及多选:1.5小时）法律法规及技术标准：80分（单选及多选：1.5小时）专业及实务：150分（主观或案例分析：2.5小时）及格：初级160分；中级195分正确率：53%,第一部分专业知识,建筑识图与制图给水工程排水工程建筑给排水工程施工管理工程造价,建筑制图与识图：1.1画法几何,绘图工具及用法：图板、丁字尺、三角板,比例尺；铅笔等。图板：平整、光洁，平直。丁字尺：绘制水平线；自左至右画水平线。三角板：绘制各种方向的直线。与丁字尺配合使用，可画垂直线以及与水平线成30、45、60夹角的倾斜线。用两块三角板可以画与水平线成15、75夹角的倾斜线，还可以画任意已知直线的平行线和垂直线。,1.2制图国家标准,GB/50001-2001幅面:A1:594*841;A2:420*594.a取25mm;c取10mm或5mm,比例,分类：（1）原值比例；（2）放大比例；（3）缩小比例。注意：1）比例宜在名右；2）比例字宜比名小。,字体,汉字：长仿宋，字宽=0.7x字高数字、字母：字高2.5mm。,尺寸标注,组成：尺寸界线；尺寸线；尺寸数字；尺寸起止符号。注意：1.同图尺寸数字大小应一样；2.尺寸界线不能做尺寸线用；3.轮廓线，中心线可做尺寸界线。,1.2投影的基本知识,1.2.2投影的形成,灯光或日光称为投影中心，光线称为投射线，地面或墙面称为投影面，这种得到形体的投影方法，称为投影法。,中心投影：建筑透视斜投影：工程制图正投影：工程制图,1.2.2投影的特性,显实性；积聚性：线点；面线。类似性：若线段和平面图形倾斜于投影面，其投影短于实长或小于实形，但与空间图形类似,1.2.3平行投影法,斜投影：正投影：1）真实性；2）集聚性；3）类似性,2.制图,投影选择：1）数量尽量少；2)选择正面投影正面投影：正立面图（主视图）。尺寸的类型及步骤：定形尺寸定位尺寸总体尺寸。,2.制图：剖面图,画法及步骤：位置及标注（剖切线）轮廓线：剖切是假想；剖切后方可见要画填绘材料图例标注名称。剖面图的形式：1）全剖：不对称；对称但外形简单；其它图形可见；如建筑平面图。2）局剖：外形复杂但内部结构匀称3）阶梯：特点：转折成两个平面。4）半剖：可不作标注。（注意：跟局剖区别）,2.制图：剖面图,5）旋转剖面：适用于具有回转轴；先剖切后旋转。,2.2轴测投影,正轴测投影投射线与投影面垂直；形体的长、宽、高三个坐标轴与投影面倾斜所形成的轴测投影。斜轴测投影投射线与投影面倾斜；形体的长、宽、高三个坐标轴有两个与投影面平行所形成的投影,2.2轴测投影,轴测图的特点：优点：立体感强，直观性好；缺点：度量性差；反应物体真实性差正投影图的特点：优点：简便；度量性好；能反应物体的真实性；缺点：立体感差,3.施工图：施工图识读,施工图的常用符号：定位轴线：细点划线；轴号直径：8mm.索引：10mm.详图：14mm。注意：I,O,Z不能用.读图步骤：总说明建施结施设施等。施工图的内容：略。建筑施工图：正投影法。,给水排水施工图的识读与绘制,1.金属管以公称直径DN表示（如DN15、DN50）；2.钢筋混凝土（或混凝土）管、陶土管、耐酸陶瓷管、缸瓦管等管材，管径宜以内径d表示（如d230、d380等）；3.塑料管材，管径宜按产品标准的方法表示。4.当设计均用公称直径DN表示管径时，应用公称直径DN与相应产品规格对照表。,常用给排水图例,室内给排水工程图图纸,主要组成：（一）设计说明及主要设备材料表（二）给排水平面图（三）系统轴测图（四）施工详图,给排水平面图,1、内容（1）用水设备的类型及平面位置；（2）干管、立管、支管的平面位置，立管编号和管道的敷设；（3）管道附件，如阀门、消火栓、清扫口的位置；（4）给水引入管和污水排出管的平面位置、编号以及与室外给排水管网的联系；2、特点（1）比例一般采用与建筑平面图相同的比例，常用1100（2）数量多层建筑给水排水平面图，原则上应分层绘制,注意：管道的管径、标高、坡度均标注在系统轴测图中，在平面图中不必标注。,（三）系统轴测图,1、内容管道系统在各楼层间前后、左右的空间位置及相互关系；标注有各管段的管径、坡度、标高和立管编号；给水阀门、水龙头存水弯、地漏、清扫口、检查口等管道附件的位置。2、特点（1）轴向选择:一般采用正面斜等测投影法绘制；（2）管道系统:管道系统的编号应与平面图中的编号一致。,尺寸标注:,注意：各管段均需注明管径，在直径数字前加注代号“DN”或“De”。排水横管还虚注明坡度，箭头指向下坡方向。当排水横管采用标准坡度时，图中可省略标注，只在施工说明中加以说明。系统图中的标高均为相对标高。标注管中心标高，以及地面、楼面、屋面、阀门和水箱各部位的标高。一般不注排水横管标高，只标出排出管起点内底的标高，以及楼面、地面、屋面、透气球的标高,施工详图,比例：1：10；1：20；1：30等。,室内给排水施工图的识读,看说明和设备材料表。以系统图为线索深入阅读平面图、系统图及详图。三种图相互对照来看。先看系统图，对各系统做到大致了解。看给水系统图时，可由建筑的给水引入管开始，沿水流方向经干管、立管、支管到用水设备。看排水系统图时，可由排水设备开始，沿排水方向经支管、横管、立管、干管到排出管。,平面图的识读,常用的比例是1100和150两种。作用：建筑物内给排水管道及卫生器具和用水设备的平面布置。图上的线条都是示意性的，同时管材配件如活接头、补心、管箍等也不画出来。,系统图的识读,作用：给排水管道系统图主要表明管道系统的立体走向。1.卫生器具不画出来，只须画出水龙头、淋浴器莲蓬头、冲洗水箱等符号；2.用水设备如锅炉、热交换器、水箱等则画出示意性的立体图，并在旁边注以文字说明。3.在排水系统图上也只画出相应的卫生器具的存水弯或器具排水管。,详图的识读,作用：这些图都是根据实物用正投影法画出来的，图上都有详细尺寸，可供安装时直接使用。类型：节点图、大样图、标准图。包括管道节点、水表、消火栓、水加热器、开水炉、卫生器具、套管、排水设备、管道支架等的安装图及卫生间大样图等。,(1)管道纵断面图的识读步骤管道纵断面图的识读步骤分为三步：首先看是哪种管道的纵断面图，然后看该管道纵断面图形中有哪些节点。在相应的室外给水排水平面图中查找该管道及其相应的各节点。在该管道纵断面图的数据表格内查找其管道纵断面图形中各节点的有关数据。,室外给排水施工图的识读,室外给水排水节点图在室外给水排水平面图中，对检查井、消火栓井和阀门井以及其内的附件、管件等均不作详细表示。为此，应绘制相应的节点图，以反映本节点的详细情况。室外给水排水节点图分为给水管道节点图、污水排水管道节点图和雨水管道节点图三种图样。通常需要绘制给水管道节点图，而当污水排水管道、雨水管道的节点比较简单时，可不绘制其节点图。,室外给排水施工图的识读,室外给水管道节点图识读时可以将室外给水管道节点图与室外给水排水平面图中相应的给水管道图对照着看，或由第一个节点开始，顺次看至最后一个节点止。,室外给排水施工图的识读,基础知识:水力学(P171),1）.作用于液体上的力,按作用的特点分,表面力,质量力,表面力是作用于液体的表面上，并与受作用的表面面积成正比的力,表面力大小的度量,总作用力,表面应力,按表面力的作用方向分,压力或压强,切力或切应力,质量力是指通过液体质量而起作用，其大小与质量成正比的力，如重力、惯性力；,质量力大小的度量,总质量力,单位质量力,基础知识:水力学:1.基本概念,2）.密度：是指单位体积液体所含的质量，用表示；,1.基本概念,对于均质液体，,液体的密度随温度和压强而变化。水力计算中常把水的密度视为常数，采用一个标准大气压、温度为4时蒸馏水的密度来计算，即取水=1000kg/m3,3）、液体的重度（容重）,均质液体的重度是：单位体积的液体的重量。,国际单位：牛顿/米3（N/m3)千牛顿/米3（KN/m3),工程单位：公斤力/米3（kgf/m3),1.基本概念,4）粘滞性与内摩擦力,当液体处在运动状态时，若液体质点之间存在着相对运动，则质点间要产生内摩擦力抵抗其相对运动，这种性质称为液体的粘滞性。,又称为粘滞力,实验表明，内摩擦应力（粘滞应力）,牛顿内擦定律,流速梯度,动力粘度，简称粘度,粘度反映液体的性质对摩擦力的影响。粘性大的液体值大，粘性小的液体值小。单位：Ns/m2或PaS，称为动力粘度,粘度值的主要影响因素有：液体的种类、液体的温度（对于液体，随温度升高，粘度值减小；而对于气体，随温度的升高，粘度值增大）,工程中常用，单位：m2/s，称为运动度,对于水，,式中水温t以C计，以cm2/s计,流速梯度：是指两相邻水层的水流速度差和它们之间的距离之比。,即：,内摩擦力的大小：,、与相邻运动液体层的接触面积成正比,、与速度梯度成正比,、视液体的性质而定,、与压力的大小无关,1、压缩性：液体在一定的压力下，体积缩小的性质,5）液体的压缩性、压缩系数,2、压缩系数：衡量压缩性的大小，用表示（m2/N）,即：每增加单位压力，体积压缩的相对值。,对不可压缩液体：忽略其压缩性。,弹性系数K：体积压缩系数的倒数。,6）表面张力,表面张力是自由表面上液体分子由于受两侧分子引力不平衡，使自由面上液体受有极其微小的拉力，它是一种局部受力现象。,表面张力的大小可用表面张力系数来表示，是指自由面上单位长度上所受拉力的数值，单位：N/m，其随液体种类和温度变化而变化。对于20的水，=0.074N/m，对于水银=0.54N/m。,7）.连续介质的假说,假设液体是一种连续充满其所占据空间的毫无空隙的连续体。水力学所研究的液体运动是连续介质的连续流动。,意义：使描述液体运动的一切物理量在空间和时间上连续，故可利用连续函数的分析方法来研究液体运动。,一、压强的定义：,单位面积上所受的压力,公式,二、静水压强的特性,静水压强垂直于作用面，并指向作用面。,平均压强,点压强,单位：N/m2（Pa）,2.水静力学-压强,任一点的静水压强p是各向等值的，与作用面的方位无关。,三.压强的分布规律,或,在静止液体中，任何一点的（）总是一个常数，对液体内任意两点，上式可写成：,在液体自由表面上，,代入得：,因此：公式,可写成：,静水全压强,上式即为水静力学基本方程式的另一种形式,它说明：,1、在静止的液体中，压强随深度线性规律变化,2、静止液体中任一点的压强等于表面压强与从该点到液体自由表面的单位面积上的液柱重量之和。,应用上式，便可以求出静止液体中任一点的静水压强,四.压强的表示方法：,绝对压强：数值是以“完全真空”为零（基准）算起的。用Pabs表示。,相对压强：在实际工作中，一般建筑物表面均作用着大气压强，这种以当地大气压强为零算起的压强为相对压强。用P表示。,也称为静水全压强,也叫计算压强,或称表压，用公式表示：,如果自由表面压强与当地大气压强相等,则,也称静水超压强或重量压强,五.压强的单位,、应力表示。如：牛顿/米2（N/m2)；千牛顿/米2(KN/m2)等。,、工程大气压表示。如：一个工程大气压=98KN/m2=9.8N/cm2=9.8104Pa,、用液柱高度表示,可写成,对于任一点的静水压强可以用上式化为对任何一种容重为的液柱高度。,如：水柱、汞柱等,六.测压管高度，测压管水头及真空度,一个密闭容器，P0Pa,则：在水力学中，hA高度即为测压管高度。,这种测量压强的管子叫测压管。,在容器内有,在右管中有,因此,所以：测压管高度hA表示A点的的相对压强（计算压强）,若P0Pa,则：位于测压管中的水位高度将低于容器内液面高度。,即hAh,那么，真空高度为：,在水力学上，把任一点的相对压强高度（即测压管高度）与该点基准面以上的位置之和称为测压管水头。,上图中A点的测压管水头为：,水力学基本方程式可写成：,可见，在静止液体中，各点的测压管水头不变。,七、阿基米德原理,总压力（浮力）PZ=,重力:,物体在液体中的受力有三种情况：分别称为浮体，潜体，沉体。,八、物体的平衡与稳定,必须是潜体重力G与浮力的作用线必须在一条直线上。,3.1水头线,表明：在不可压缩理想液体恒定流情况下，微小流束内不同过水断面上，单位重量液体所具有的机械能保持相等（守恒）。,水头线用几何线段表示,总水头线的坡度称为水力坡度，表示沿程每单位距离上的水头损失，通常用J表示。,若总水头线是倾斜直线，则：,若总水头线是曲线，水力坡度是变值，则：,若流速不变，测管水头线与总水头线平行；流速沿程增大，总水头线与测管水头线之间的垂直距离沿程增大；流速变小，则垂直距离缩短。,水头线特点,实际液体恒定总流的能量方程式表明：水流总是从水头大处流向水头小处；或水流总是从单位机械能大处流向单位机械能小处。,总水头线,测压管水头线,实际液体总流的总水头线必定是一条逐渐下降的线，而测压管水头线则可能是下降的线也可能是上升的线甚至可能是一条水平线。,水力坡度J单位长度流程上的水头损失，,测管坡度,方程式的物理意义：,应用能量方程式的条件：,（1）水流必需是恒定流；（2）作用于液体上的质量力只有重力；（3）在所选取的两个过水断面上，水流应符合渐变流的条件，但所取的两个断面之间，水流可以不是渐变流；（4）在所取的两个过水断面之间，流量保持不变，其间没有流量加入或分出。若有分支，则应对第一支水流建立能量方程式，例如图示有支流的情况下,能量方程为：（5）流程中途没有能量H输入或输出。若有，则能量方程式应为：,应用能量方程式的注意点：,（1）选取高程基准面；,（2）选取两过水断面；所选断面上水流应符合渐变流的条件，但两个断面之间，水流可以不是渐变流。,（3）选取计算代表点；,（4）选取压强基准面；,（5）动能修正系数一般取值为1.0。,能量方程式的应用,4.1水流阻力与水头损失,水流阻力：是流体与边界相互作用而产生的平行于流动方向的作用力。水头损失：单位重量液体的机械能损失。,水流阻力和水头损失的种类,阻力,水头损失,局部阻力：液体因固体边界急剧改变而引起速度分布的变化，从而产生的阻力。,一个流段两截面间的总水头损失：,叠加原理,粘滞性,相对运动,物理性质,固体边界,产生水流阻力,损耗机械能hw,水头损失的物理概念及其分类,水头损失的分类,沿程水头损失hf,局部水头损失hj,某一流段的总水头损失：,各分段的沿程水头损失的总和,各种局部水头损失的总和,液体以下管道时的沿程损失包括四段：,液体经过时的局部损失包括五段：进口、突然放大、突然缩小、弯管和闸门。,4.2层流与紊流,雷诺试验,层流：红色水液层有条不紊地运动，红色水和管道中液体水相互不混掺（实验）,颜色水,hf,l,层流：各流层的液体质点有条不紊运动，相互之间互不混杂。,4.2层流与紊流的判定,在圆管中（有压），,若,为层流,为紊流,对于明渠无压流动：,为层流,为紊流,水力半径定义：,惯性力，动能，粘性力，则呈紊流；惯性力，动能，粘性力，则呈层流；,所以雷诺数可以用来判别流动型态。,层流区：沿程阻力系数与Re的关系为直线，而与光滑度无关，其方程为:64/Re,粗糙区：在直线以右区域：各条不同相对光滑度的试验曲线近似为直线，表明沿程阻力系数和Re关系不大，只与r0/有关。,沿程水头损失的计算,1.曼宁公式：,2.达西公式:,n：粗糙系数,谢才公式只适用于粗糙区（阻力平方区）。,5.孔口、管嘴出流和有压管路,计算公式:能量方程:1.沿程水头：达西公式；2.局部水头：,孔口出流：容器壁上开孔，水经孔口流出的水力现象。管嘴出流：在孔口上连接长为3-4倍孔径的短管。水经短管并在出口断面满管流出的水力现象。有压管流：水沿管道满管流动的水力现象,5.1孔口的恒定出流,薄壁孔口：在容器壁上开一小孔，壁的厚度对水流没有影响。孔壁与水流只在一条曲线上接触。,水头H不同，各点的出流情况也不同。根据比值的大小把孔口分为大孔和小孔两类。,大孔：,若水头H不变，则称为恒定出流。,分类：,6-2液体经管嘴的恒定出流,相当于把作用水头增加了75。,沿管线液体压强的分布,总水头线,测压管水头线,长管：,指管道的水力计算中，如果局部水头损失和流速水头之和与沿程水头损失比较起来很小，所以在计算时常常将其按沿程水头损失的某一百分数估算或完全忽略不计。,长管水力计算的主要问题是确定沿程水头损失。,在给水工程中，给水管道的水流一般属于紊流阻力平方区和紊流过渡区。,实际工程中常用的各种计算方法：,流量模数(k)：,联立上式即可求解,四、沿程均匀泄流管路,途泄流量：除通过流量外，还有沿着管长从侧面不断连续向外泄出的流量。,在dx的微小管段上，可认为通过的流量Qx不变。,在通过流量Qz=0时，,说明管路在只有沿途均匀泄流时，其水头损失仅为转输流量通过时水头损失的三分之一。,分类：,1、枝状管网：,就是一些独立的没有环形封闭部分的支管，共同连接在一根干管上所组成的管网。,2、环状管网：,用管道连通枝状管网的各个尾端，即形成环状管网。,分新建和扩建两种情况：,1、新建管网的设计主要在于确定水塔的高度和各管段的管径：,经济流速：使得供水总成本最低的流速。,流量一定时，D、V，费管材,D、V、hf，水泵扬程和水塔高度增加，电费增加，管路造价降低。,经济流速：,然后选择其中平均水力坡度最小的那根干管作为控制干线进行设计.,根据A值选择各段管径.,确定各段的流量、管径及相应各段的水头损失,必须满足：,1、根据各节点供水情况，初步假定管网中各管段的水流方向，对各管段的流量进行第一次分配。使其满足,2、按经济流速计算，选定管径。,3、对各环计算水头损失，使其满足：,如果,需对流量分配进行修正，直到满足为止。,具体方法如下：,将Q与各段第一次分配流量相加得第二次分配流量，并以同样的步骤逐次计算，直到满足所需要的精度。一般要求闭合差小于0.5m即可。,例、有一环状管网，用铸铁管，粗糙系数n=0.0125，由a、b、c、d四个节点组成，各管段长度和节点流量分别在图上示出，确定各管段的直径及管网中的流量分配。,解：,设各管水流方向，顺时针方向为正，初分流量：,按经济流速确定管径：,用,计算各管段水头损失。,查表54得,同法计算各管水头损失，规定顺时针方向流动水头损失为正，逆时针为负。,对两环各管段流量分配进行修正计算,第三部分水泵与泵站（P54）,1.1水泵的分类(1)叶片式水泵：离心泵、轴流泵、混流泵等。(2)容积式水泵：活塞式往复泵、转子泵等。(3)其它类型水泵：螺旋泵、射流泵(又称水射器)、水锤泵、水轮泵以及气升泵等。,1.2离心泵的工作原理,(1)在雨天，旋转雨伞，水滴沿伞边切线方向飞出，旋转的雨伞结水滴以能量，旋转的离心力把雨滴甩走，如图所示。,(2)在垂直平面上旋转一个小桶，旋转的离心力给水以能量，旋转的离心力把水甩走.,1.3离心泵的结构,离心泵是由许多零件组成的，离心泵的组成主要有：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。,1、叶轮叶轮：单吸式、双吸式,l前盖板；2后盖板；3叶片；4叶槽；5吸水口；6轮毂；7泵轴,1吸入口；2轮盖；3叶片4轮毂；5轴孔,轴封装置：泵轴与泵壳间(1)填料密封(2)机械密封,1.3叶片泵的基本性能参数,水泵的6个性能参数：1、流量(抽水量)水泵在单位时间内所输送的液体数量。用字母Q表示，常用的体积流量单位是m3h或Ls。常用的重量流量单位是th。,2、扬程(总扬程)水泵对单位重量(1kg)液体所作功，也即单位重量液体通过水泵后其能量的增值。用字母H表示，其单位为kgmkg，也可折算成被送液体的液柱高度(m)；工程中用国际压力单位帕斯卡(Pa)表示。,3、轴功率泵轴得自原动机所传递来的功率称为轴功率，以N表示。原动机为电力拖动时，轴功率单位以kw表示。有效功率单位时间内流过水泵的液体从水泵那里得到的能量叫做有效功率，以字母表示泵的有效功率为,4、效率水泵的有效功率与轴功率之比值，以表示。t：运行时间h1：水泵的效率2：电机的效率,5、转速水泵叶轮的转动速度，通常以每分钟转动的次数来表示，以字母n表示常用单位为rmin。在往复泵中转速通常以活塞往复的次数来表示(次nlin),6允许吸上真空高度(Hs)及气蚀余量(Hsv)允许吸上真空高度(Hs)指水泵在标准状况下(即水温为20、表面压力为一个标推大气压)运转时，水泵所允许的最大的吸上真空高度(即水泵吸入口的最大真空度)。单位为mH20。水泵厂一般常用Hs来反映离心泵的吸水性能。气蚀余量(Hsv)指水泵进口处，单位重量液体所具有超过饱和蒸气压力的富裕能量。水泵厂一般常用气蚀余量来反映轴流泵、锅炉给水泵等的吸水性能。单位为mH20。气蚀余量在水泵样本中也有以h来表示的。,1.4离心泵的基本方程式,2.4.1叶轮中液体的流动情况,(1)相对速度W；圆周速度u；(牵连速度)绝对速度C(2)C与u的夹角；C与W的夹角,（a)后弯式(90),（b)径向式(90),（b)前弯式(90),离心泵叶片形状,叶轮出口速度三角形,1.4.2基本方程式的推导三点假定：(1)液流是恒定流；(2)叶槽中，液流均匀一致，叶轮同半径处液流的同名速度相等。(3)液流为理想液体，也即无粘滞性。,1、对轮心取矩,2、叶轮对流体所作功率,3、理论扬程,1.4.3基本方程式的讨论（1）为了提高水泵的扬程和改善吸水性能，取90，既u=0则（2）则增加转速(n)相加大轮径(D2)，可以提高水泵之扬程。,(3)离心泵的理论扬程与液体的容重无关但当输送不同容重的液体时，水泵所消耗的功率将是不同的。(4)水泵的扬程由两部分能量组成，一部分为势扬程(H1)，另一部分为动扬程(H2)，它在流出叶轮时，以比动能的形式出现。,离心泵装置水泵配上管路及一切附件后的“系统”水泵的总扬程基本计算方法：（1）进出口压力表表示（校核）（2）用扬升液体高度和水头损失表示（设计）,1.5离心泵装置的总扬程,1.5.1水泵装置的设计扬程（1）基本计算公式:HST：水泵的静扬程（mH2O）h：水泵装置管路中水头损失之总和（mH2O）,2.离心泵的特性曲线,离心泵的特性曲线特性曲线：在一定转速下，离心泵的扬程、功率、效率等随流量的变化关系称为特性曲线。它反映泵的基本性能的变化规律，可做为选泵和用泵的依据。各种型号离心泵的特性曲线不同，但都有共同的变化趋势。,2.1理论特性曲线的定性分析,QT泵理论流量(m3s)。也即不考虑泵体内容积损失(如漏泄量、回流量等)的水泵流量；F2叶轮的出口面积(m2)；C2r叶轮出口处水流绝对速度的径向分速(ms)。,1、90(1)直线QT-HT(2)直线I(3)扣除水头损失()摩阻、冲击(4)扣除容积损失(Q-H线),2、(90)水泵的扬程将随流量的增大而增大，轴功率也将随之增大。使用于城市给水管网中，对电动机的工作是不利的。,结论：1.目前离心泵的叶轮几乎一律采用后弯式叶片(20-30左右)。2.这种形式叶片的特点是随扬程增大，水泵的流量减小，因此，3.其相应的流量Q与轴功率N关系曲线(Q-H曲线)，是一条比较平缓上升的曲线，4.对电动机来讲，可以稳定在一个功率变化不大的范围内有效地工作。,(1)扬程H是随流量Q的增大而下降。(2)水泵的高效段：在一定转速下，离心泵存在一最高效率点，称为设计点。该水泵经济工作点左右的一定范围内(一般不低于最高效率点的10左右)都是属于效率较高的区段，在水泵样本中，用两条波形线“”标出。(3)轴功率随流量增大而增大，流量为零时轴功率最小。(“闭闸启动”),2.2实测特性曲线的讨论,(4)在QH曲线上各点的纵坐标，表示水泵在各不同流量Q时的轴功率值。电机配套功率的选择应比水泵轴率稍大。(5)水泵的实际吸水真空值必须小于QHS曲线上的相应值，否则，水泵将会产生气蚀现象。(6)水泵所输送液体的粘度越大，泵体内部的能量损失愈大，水泵的扬程(H)和流量(Q)都要减小，效率要下降，而轴功率却增大，也即水泵特性曲线将发生改变。,2.3离心泵装置定速运行工况,2.3.1工况点水泵瞬时工况点：水泵运行时，某一瞬时的出水流量、扬程、轴功率、效率及吸上真空高度等称水泵瞬时工况点。决定离心泵装置工况点的因素（1）水泵本身型号；（2）水泵实际转速；（3）管路系统及边界条件。,M,K,D,HST,HST,Q,QM,H,Q-H,Q-H,H,2.3.2图解法求离心泵装置的工况点（）直接法,离心泵装置的工况点,HM,K1,HST,Q,QM,H,Q-H,Q-H,（）折引法,离心泵装置的工况点,Q-H,M1,HM,2.4离心泵装置工况点的改变泵的工作点由两条特性曲线所决定，因而改变其中之一或者同时改变即可实现流量的调节。(1)自动调节(2)人工调节调节阀门；调节转速；调节叶轮；水泵的联合运行,优点：调节流量，简便易行，可连续变化缺点：关小阀门时增大了流动阻力，额外消耗了部分能量，经济上不够合理。,QA,A,H,Q,改变阀门开度,B1,2.5数解法求离心泵装置的工况点原理：拟合Q-H曲线，与管道系统特性曲线联立求解工况点。,2.5离心泵装置调速运行工况,2.5.1叶轮相似定律几何相似：两个叶轮主要过流部分一切相对应的尺寸成一定比例，所有的对应角相等。b2、b2m实际泵与模型泵叶轮的出口宽度；D2、D2m实际泵与模型泵叶轮的外径；比例。,运动相似的条件是：两叶轮对应点上水流的同名速度方向一致，大小互成比例。也即在相应点上水流的速度三角形相似。在几何相似的前题下，运动相似就是工况相似。,叶轮相似定律有三个方面：1、第一相似定律确定两台在相似工况下运行水泵的流量之间的关系。2、第二相似定律确定两台在相似工况下运行水泵的扬程之间的关系。3、第三相似定律确定两台在相似工况下运行水泵的轴功率之间的关系。,2.5.2相似定律的特例比例律把相似定律应用于以不同转速运行的同一台叶片泵，则可得到比例律：,定速运行与高速运行比较：泵站调速运行的优点表现于(1)省电耗(即NB2NB2)。(2)保持管网等压供水(即HST基本不变),2、比例律应用的数解方法(1)(2),2.5.相似准数比转数(ns)、模型泵：在最高效率下，当有效功率Nu735.5W(1HP)，扬程Hm1m，流量m3s。这时该模型泵的转数，就叫做与它相似的实际泵的比转数ns。,将模型泵的Hm1m，Qm0.075m3s代入注：(1)Q和H是指水泵最高效率时的流量和扬程，也即水泵的设计工况点。(2)比转数ns是根据所抽升液体的容重1000kgm3时得出的。(3)Q和H是指单吸、单级泵的流量和扬程。(4)比转数不是无因次数，它的单位是“rmin”。,2、对比转数的讨论(1)比转数(ns)反映实际水泵的主要性能。当转速n一定时，ns越大，水泵的流量越大，扬程越低。ns越小，水泵的流量越小，扬程越高。,2.5.4调速途径调速途径(1)电机转速不变，通过中间偶合器以达到改变转速的目的。采用液力偶合器对叶片泵机组可进行无级调运，可以大量节约电能，并可使电动机空载(或轻载)启动，热能损耗多。(2)电机本身的转速可变。改变电机定子电压调速，改变电机定子极数调速，改变电机转子电阻调速，串级调速以及变频调速等多种。,3离心泵并联及串联运行工况,水泵并联工作：(1)增加供水量；(2)通过开停水泵的台数调节泵站的流量和扬程，以达到节能和安全供水；(3)水泵并联扬水提高泵站运行调度的灵活性和供水的可靠性。,3.1并联工作的图解法1、同型号的两台(或多台)泵并联后的总和流量，将等于某场程下各台泵流量之和。,Q,0,H,2、同型号、同水位的两台水泵的并联工作,Q,(Q-H)1,2,H,步骤：(1)绘制两台水泵并联后的总和(Q-H)l+2曲线(2)绘制管道系统特性曲线,求并联工况点M。(3)求每台泵的工况点N,(1)NN1,2，因此，在选配电动机时，要根据单条单独工作的功率来配套。(2)QQ1,2，2QQ1+2，即两台泵并联工作时，其流量不能比单泵工作时成倍增加。注意：(1)如果所选的水泵是以经常单独运行为主的，那么，并联工作时，要考虑到各单泵的流量是会减少的，扬程是会提高的。(2)如果选泵时是着眼于各泵经常并联运行的，则应注意到，各泵单独运行时，相应的流量将会增大，轴功率也会增大,2、同型号、同水位的两台水泵的并联工作,3、不同型号的2台水泵在相同水位下的并联工作,Q,H,H,(Q-H),(Q-H),Q-HAB,Q-HBC,步骤：(1)绘制两台水泵折引至B点的(Q-H)、(Q-H)曲线(2)绘制两台水泵折引至B点的(Q-H)曲线(3)绘制BD段管道系统特性曲线,求并联工况点E(4)求每台泵的工况点,并联机组的总轴功率及总效率：,3、不同型号的2台水泵在相同水位下的并联工作,3.2水泵串联工作,各水泵串联工作时，其总和（Q-H）性能曲线等于同一流量下扬程的叠加。,多级泵，实质上就是n级水泵的串联运行。随着水泵制造工艺的提高，目前生产的各种型号水泵的扬程，基本上已能满足给水徘水工程的要求，所以，一般水厂中已很少采用串联工作的形式。,4.离心泵吸水性能,4.1气穴和气蚀1、气穴现象：当叶轮进口低压区的压力PkPva时，水就大量汽化，同时，原先溶解在水里的气体也自动逸出，出现“冷沸”现象，形成的汽泡中充满蒸汽和逸出的气体。汽泡随水流带入叶轮中压力升高的区域时，汽泡突然被四周水压压破，水流因惯性以高速冲向汽泡中心，在汽泡闭合区内产生强烈的局部水锤现象，其瞬间的局部压力，可以达到几十兆帕。此时，可以听到汽泡冲破时炸裂的噪音，这种现象称为气穴现象。,2、气蚀(1)气蚀现象：一般气穴区域发生在叶片进口的壁面，金属表面承受着局部水锤作用，经过一段时期后，金属就产生疲劳，金属表面开始呈蜂窝状，随之，应力更加集中，叶片出现裂缝和剥落。在这同时，由于水和蜂窝表面间歇接触之下，蜂窝的侧壁与底之间产生电位差，引起电化腐蚀，使裂缝加宽，最后，几条裂缝互相贯穿，达到完全蚀坏的程度。水泵叶轮进口端产生的这种效应称为“气蚀”。,(2)气蚀两个阶段：气蚀第一阶段，表现在水泵外部的是轻微噪音、振动和水泵扬程、功率开始有些下降。气蚀第二阶段，气穴区就会突然扩大，这时，水泵的H、N、就将到达临界值而急剧下降，最后终于停止出水。,(3)气蚀的危害水泵性能恶化甚至停止出水；水泵过流部件发生破坏；产生噪音和振动；(4)气蚀影响对不同类型的水泵不同,ns较高,ns较低,4.2水泵最大安装高度1、水泵最大安装高度,2、允许吸上真空高度Hs(1)水泵铭牌或样本中，对于各种水泵都给定了一个允许吸上真空高度Hs，此Hs即为Hv的最大极限值。在实用中，水泵的Hv超过样本规定的Hs值时，就意味着水泵将会遭受气蚀。,4.4气蚀余量(NPSH)对轴流泵、热水锅炉给水泵等，其安装高度通常是负值，叶轮常须安在最低水面下，对于这类泵常采用“气蚀余量”这名称来衡量它们的吸水性能。总气蚀余量。也即水泵进口处单位重量的水，所具有超过汽化压力的余裕能量再加上。其大小通常换算到泵轴的基准面上；ha：吸水井表面的大气压力(mH20)；hva：该水温下的汽化压力(mH20)；hs：吸水管道的水头损失之和(m)；Hss：水泵吸水地形高度，即安装高度(m)。,2、（NPSH）r和（NPSH）a(1)必要气蚀余量（NPSH）r样本中所提供的蚀余量：由h和避免气蚀的余裕量(0.3mH20左右)两部分所组成。(2)装置气蚀余量（NPSH）a由气蚀余量公式计算出的是该水泵装置的实际的气蚀余量。在工程中（NPSH）a=（NPSH）r+(0.40.6mH20),4.5水泵的吸水性能(1)允许吸上真空高度Hs：离心泵的吸水性能通常是用允许吸上真空高度Hs来衡量的。Hs值越大，说明水泵的吸水性能越好，或者说，抗气蚀性能越好。(2)气蚀余量（NPSH）r：水泵厂样本中要求的气蚀余量越小，表示该水泵的吸水性能越好。,5.1轴流泵及混流泵,轴流泵的性能特点(1)扬程随流量的减小而剧烈增大，QH曲线陡降，并有转折点。(2)QN曲线为陡降曲线，一般称为“开闸启动”。(3)Q曲线呈驼峰形。也即高效率工作的范围很小.(4)一般轴流泵的气蚀余量都要求较大。轴流泵的主要应用1.适于输送清水.2.物理、化学性质类似于清水的液体.3.供电站循环水、城市给水、农田排灌等之用。,轴流泵的构造特点,1)吸入管：一般采用符合流线型喇叭管或做成流道形式。(2)叶轮：固定式、半调式和全调式(3)导叶：把叶轮中向上流出的水流旋转运动变为轴向运动。(4)轴和轴承：导轴承、推力轴承(5)密封装置：压盖填料型,5.2射流泵(水射器),工作性能表示:1)流量比;2)压头比;3)断面比.特点:1)构造简单;尺寸小;重量轻;价格便宜2)安装容易;维修简单3)启闭方便;断流无危险4)可抽升污泥或其他含颗粒液体5)效率较低.,5.2射流泵(水射器),应用1)离心泵的引水装置;2)充氧时带气充气3)消化池中搅拌和混合4)曝气设备和加气水设备5）与离心泵联合抽深地下水6）降低基坑的地下水位,5.3往复泵,性能特点1）高扬程；小流量的容积式水泵2）必须开闸启动3）不能用闸阀来调节流量4）宜输送粘度随温度变化的液体55）必须有调节流量的设施6）具有自吸能力7）出水不均匀8）适用于锅炉给水。,5.4潜水泵,特点：机泵一体化分类：1.用途：给水泵和排污泵2.叶轮形式：离心；轴流；混流。,6.给水泵站,1.给水泵站的分类：(1)按照水泵机组设置的位置与地面的相对标高关系:地面式泵站、地下式泵站与半地下式泵站。(2)按照操作条件及方式：分为人工手动控制、半自动化、全自动化和遥控泵站。(3)在给水系统中的作用可分为：取水泵站、送水泵站、加压泵站及循环水泵站。,2.给水泵站的工作特点与构造特点,1）取水泵站(也称一级泵站)A、泵房形式：山区一般圆形钢筋混凝土结构。“贵在平面”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”。,2）送水泵站(也称二级泵站)1.泵房和吸水井呈长方形；2.吸水水位变化小；3.埋深较浅：地面或半地下。4.调速运行。,3）加压泵站：1.在输水管线上直接串联加压：长距离输水2.水库泵站加压方式：中间加清水池。4）循环泵站：1.采用自灌式；2.半地下室3.位于冷却构筑物或净水构筑物附近,3.水泵选择,选泵的主要依据流量扬程以及其变化规律,(1)一级泵站的设计流量A、泵站从水源取水，输送到净水构筑物。Qr一级泵站中水泵所供给的流量(m3h)；Qd供水对象最高日用水量(m3d)；为计及输水管漏损和净水构筑物自身用水而加的系数，一般取=1.05-1.1T为一级泵站在一昼夜内工作小时数。,B、泵站将水直接供给用户或送到地下集水池给水系统中自身用水系数，一般取1.01-1.02,一级泵站扬程(1)送水至净化构筑物(2)直接供水,HST水源井中枯水位(或最低动水位)与给水管网中控制点的地面标高差(mH2O)；h管路中的总水头损失(mH20)；Hsev给水管网中控制点所要求的最小自由水压(也叫服务水头)。,(2)二级泵站的设计流量对于小城市的给水系统，大多数采用泵站均匀供水方式，即泵站的设计流量按最高日平均时用水量计算对于大城市的给水系统，宜采取泵站分级供水方式，即泵站的设计流量按最高日最高时用水量计算。,最大日用水量变化曲线,3选泵要点(1)大小兼顾，调配灵活(2)型号整齐，互为备用(3)合理地用尽各水泵的高效段可按不同方案计算后综合选泵按最大日平均小时流量的70(即0.7Q日平均时)按最大日平均小时流量的100(即1.0Q日平均时)按最大日平均小时流量的130(即1.3Q日平均时)(4)要近远期相结合。“小泵大基础”(5)大中型泵站需作选泵方案比较。,4.选泵时尚需考虑的其它因素(1)水泵的构造形式对泵房的大小、结构形式和泵房内部布置、泵站造价等有影响。(2)应在保证不发生气蚀的前提下，应充分利用水泵的允许吸上真空高度。(3)应选用效率较高的水泵，如尽量选用大泵。(4)根据供水对象对供水可靠性的不同要求，选用一定数量的备用泵。,5.备用泵的选择：(1)在不允许减少供水量的情况下，应有两套备用机组；(2)允许短时间内中断供水时可只设一台备用泵。(3)城市给水系统中的泵站，一般也只设一台备用泵。通常备用泵的型号可以和泵站中最大的工作泵相同。(4)如果给水系统中有足够大容积的高地水池或水塔时，则泵站中可不设备用泵，仅在仓库中贮存一套备用机组即可。备用泵相其它工作泵一样，应处于随时可以启动的状态。,注意：,1.对于二级泵站，消防属于紧急情况。消防用水其总量一般占整个城市或工厂的供水量的比例虽然不大，但因消防期间供水强度大，使整个给水系统负担突然加重。应作为一种特殊情况在泵站中加以考虑。2.对于灌溉泵站，装机39台时，其中应有l台备用，多于9台时，应有2台备用。对于重要城市供水泵站，工作机组3台及3台以下时，应增设1台备用机组，多于3台，应增设2台备用机组。综上，水泵台数要考虑各方面的因素分析确定。一般情况下，中小型泵站以39台为宜。流量变化幅度大的泵站，台数宜多；流量比较稳定的泵站，台数宜少,3.水泵类型选择水泵类型主要根据扬程选择，常用有离心泵、轴流泵、混流泵等。一般情况下，泵站设计扬程小于l0m，宜选用轴流泵；520m，宜选用混流泵；20l00m，宜选用单级离心泵，大于100m时可选用多级离心泵。当混流泵与轴流泵都可使用时，应优选混流泵，当离心泵与混流泵都可使用时，若扬程变化较大，一般宜选用离心泵。,4.吸水管路与压水管路,4.1吸水管路和压水管路的布置1、吸水管泵站内吸水管一般没有联络管,对吸水管路的敷设要求(1)不漏气管材及接逢(2)不积气管路安装(3)不吸气吸水管进口位置,吸水管中的设计流速建议数值：管径小于250mm时，为1.0-1.2ms；管径等于或大于250mm时，为1.2-1.6m,(2)压水管的敷设要求(A)能使任何一台水泵及闸阀停用检修而不影响其他水泵的工作(B)每台水泵能输水至任何一条输水管。,(1)不漏水(2)方便检修法兰连接(3)安全橡胶接头、止回阀(4)操作方便直径400mm，电动阀,止回阀安装：水泵与压水闸阀之间优点：检修时，防止水倒灌水泵启动时，阀板受力均衡缺点：压水闸检修时需放空压水管路的设计流速为:管径小于250mm时，为1.52.0ms；管径等于或大于250mm时为2.02.5ms；,4.2水泵机组的布置与基础,4.2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。,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,3、横向双行排列适用在泵房中机组较多的圆形取水泵站；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。,布置机组(1)相邻机组的基础之间应有一定宽度的过道(2)方便检修(3)泵站内主要通道宽度应不小于1.2m。(4)辅助泵(排水泵、真空泵)通常安置于泵房内的适当地方，尽可能不增大泵房尺寸。,4.3泵站水锤及其防护,停泵水锤1、水锤：在压力管道中，由于流速的剧烈变化而引起一系列急剧的压力交替升降的水力冲击现象，称为水锤(又叫水击)。2、停泵水锤：指水泵机组因突然失电或其他原因，造成开阀停车时，在水泵及管路中水流速度发生递变而引起的压力递变现象。,停泵水锤的主要特点：突然停电(泵)后，水泵工作特性开始进入水力暂态(过渡)过程，在此阶段中，由于停电主驱动力矩消失，而机组由于惯性作用仍继续正转，但转速降低。机组转速的突然降低导致流量减少和压力降低，先在泵站处产生压力降低。此压力降以波(直接波或初生波)的方式由泵站及管路首端向末端的高位水池传播，并在高位水池处引起升压波(反射波)，此反射波由水池向管路首端及泵站传播。(首先发生减速减压)关阀水锤(首先发生减