《水务产业循环经济》课件-项目二 取水工程循环经济

水务产业循环经济CHAPTER

2取水工程循环经济CONTENTS目录1取水工程3

地表水取水构筑物的选择2地下水取水构筑物的选择5取水泵站水泵运行的优化措施4取水泵站水泵的选型1.1水务产业的定义SECTON1取水工程1.1取水工程的定义

取水工程一般是通过取水构筑物（主要是取水泵站）将天然水源（河流、湖泊、地下水）或人工水源（水库）的水引入输水管道或渠道的工程。图1水库取水

1.2取水构筑物开采地下水主要是靠开凿水井并用水泵提水供水；如果地下水埋藏较浅，可修建渗渠引水。图2大口井图3渗渠地下水取水构筑物1.1取水构筑物河流取水构筑物有岸边式、河床式、活动式等；湖泊、水库取水构筑物常在水库不同的水位分别设置进水口，使不同季节都能取用最适用的水。

选择地表水取水构筑物的形式时，应考虑原水水质、水量、河势、结冰的可能性和航运对取水的干扰等因素。活动式河床式岸边式地表水取水构筑物图4主要的几种取水构筑物1.3取水工程的优化思路无论是地下水或是地表水的取水构筑物，一般都需要水泵给原水提供能量使原水输送到自来水厂或是用户。

水泵的工作一般是取水构筑物在运行中最耗能的部分，因此合理的选用水泵以及合理的管理调度水泵的运行是取水工程节能降耗最核心的课题。

水源地的自然条件复杂，合理的选择取水构筑物的类型以及对其各部位的合理设置能使取水工程长期稳定工作且能一定程度降低建造成本。本章的重点是介绍在各种自然条件下合理选择取水构筑物的基本思路以及介绍取水泵站的水泵选型和调度的优化思路。1.1水务产业的定义SECTON2地下水取水构筑物的选择2.1管井管井是井管从地面打到含水层，抽取地下水的井式构筑物。适于集取含水层厚度大于5m的地下水，其地板埋藏深度大于15m。主要由井室、井壁管、过滤器、沉淀管等部分组成。图5管井及其构造2.1管井井室常用的泵型：深井泵、潜水深井泵、卧式水泵2.2大口井大口井是由人工开挖或沉井法施工设置井筒，以集取浅层地下水的构筑物。适于集取含水层厚度在5m左右，地板藏深小于15m，直径一般为3~8m。直径<5m的大口井多用于农村或小型给水系统，直径>8m的多用于城市或工业企业。

大口井构造简单，使用年限长，但深度较浅，对水位适应性较差。图6大口井2.1大口井

大口井主要由井管、井口、进水部分组成。井口以上部分可与泵站合建，布置要求与一般泵站相同；也可与泵站分建，只设井盖，井盖上部设有人孔和通风管。图7大口井的构造2.3辐射井

辐射井是由集水井和辐射状集水管组成的，适用于集取厚度较小而埋深较大含水层的地下水的取水构筑物。辐射井占地小，便于卫生管理，但施工难度较大，成本较高。图8辐射井及其构造2.4渗渠渗渠是壁上开孔，以集取浅层地下水的水平管渠式构筑物，仅适用于集取含水层小于5m的地下水，渠底埋藏深度一般小于6m。渗渠一般平行河岸铺设，用于集取河流下渗水和河床潜流水。经过地层的过滤后，集取的水质较好，能简化净化工艺，降低水处理费用。

图9渗渠及其构造新疆的坎儿井直径200~1000mm，长度可达几百米，埋深5~7m。1.1水务产业的定义SECTON3地表水取水构筑物的选择3地表水取水构筑物的选择活动式优：安全可靠，维护管理方便，广泛应用于从河流及湖泊中取水。缺：水下工程量较大，施工期较长及投资大，不适用于水位变幅较大的水库及河流优：投资少、易于施工、适应性和灵活性强、适于取含砂量较少的表面水等。缺：操作管理较繁杂，且易受水流、风浪、航运等因素的影响，安全可靠性较差。固定式图10固定式取水构筑物图11活动式取水构筑物3.1固定式取水构筑物固定式取水构筑物岸边式河床式合建式分建式自流管吸水虹吸管吸水水泵直接吸水固定式取水构筑物岸边式从江岸边取水。主要由进水间、泵房组成。适于有足够水深、地质条件好、水位变化不大的环境。按进水间与泵房的合建与分建分类。3.1固定式取水构筑物岸边式合建式分建式3.1固定式取水构筑物图12合建式岸边取水构筑物图13分建式岸边取水构筑物河床式进水管和取水头部取水。取水头部、进水管、集水间、泵房组成。适于岸边水深不够或水质不好而河中心水质好。3.1固定式取水构筑物自流管吸水最低水位3.1固定式取水构筑物河床式图14自吸管吸水式河床取水构筑物2.2地表水取水构筑物的选择思路虹吸管吸水河水水位高于虹吸管顶时刻自流进水，河水水位低于虹吸管顶时用泵抽真空虹吸管顶适用于有坚硬岩石的河岸。但抽真空较慢，管理不便。河床式图15虹吸管吸水式河床取水构筑物2.2地表水取水构筑物的选择思路水泵直接吸水不设集水间，造价低适用于水中漂浮物不多，吸水管不长的泵房河床式图16水泵直接吸水式河床取水构筑物2.2地表水取水构筑物的选择思路活动式浮船式缆车式图17浮船式活动取水构筑物图18缆车式活动取水构筑物1.1水务产业的定义SECTON4取水泵站水泵选型4.1取水泵站的作用取水泵站又称一级泵站，是将原水从水源输送到水厂的取水构筑物，当原水无需处理时直接送入给水管网、蓄水池或水塔。泵站的输水能力等于处理厂供水能力加水厂用水量，一般全日均匀供水。一级泵站自来水厂二级泵站提升泵站污水处理厂排水泵站市政管网4.2常用的水泵类型类别作用原理代表泵叶片式水泵装有叶片的叶轮高速旋转离心泵、轴流泵、混流泵容积式水泵泵体工作室容积的改变往复泵（往复运动改变容积）转子泵（旋转运动改变容积）其它类型水泵以上2种以外的螺旋泵（螺旋推进原理）射流泵（高速液流或气流）表1几种常见的水泵（按作用原理分类）叶片式水泵根据叶片出水水流方向不同将叶片式水泵分为径向流（离心泵）、轴向流（轴流泵）和斜向流（混流泵）依靠叶轮的高速旋转来完成能量的转换和传递。叶轮的机械能液体的机械能叶轮叶片的形状影响着水泵对水流的作用力和水流方向；叶轮是叶片式水泵的核心部件4.2常用的水泵类型叶片式水泵p离心泵4.2常用的水泵类型图19离心泵水流为径向流，液体质点在叶轮中流动时主要受到的是离心力作用。叶片式水泵泵的核心部件：叶轮闭式叶轮：由轮毂、叶片和轮盖组成。能改善液体流动情况，输送效率高。适合输送黏度较小、不含颗粒的清洁液体。应用最广。开式叶轮：由轮毂、叶片组成。无前后盖板。液体易倒流，流动损失较大，输送效率低。不易堵塞，适合输送黏度高、浆状液体。较少应用。半闭式叶轮：由轮毂、叶片组成。有前盖板或后盖板。不易堵塞。液体流动损失较大，输送效率不高。适于含有固体颗粒的液体悬浮液、纤维、易凝固液体。特性介于开式和闭式之间按盖板情况分类4.2常用的水泵类型图20离心泵叶轮叶片式水泵p轴流泵以机翼的升力理论为基础，叶片为翼型叶片4.2常用的水泵类型图21轴流泵水流为轴向流，液体质点在叶轮中流动时主要受到的是轴向升力作用。

叶片式水泵p混流泵4.2常用的水泵类型图22混流泵

水流为斜向流，

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。图23几种常见水泵的型谱图流量-扬程区间4.3叶片式水泵的特点几种叶片式水泵的特点4.3叶片式水泵的特点图23几种常见水泵的型谱图4.3叶片式水泵的特点图23几种常见水泵的型谱图在城市给水工程中，一般水厂扬程20~100m，单泵的流量在50~10000m3/h。离心泵最合适4.3叶片式水泵的特点图23几种常见水泵的型谱图在城市排水系统中，扬程一般为2~12m，流量可超过10000m3/h。（城市污水泵站、雨水泵站特点是低扬程、大流量）一般采用轴流泵4.3叶片式水泵的特点图23几种常见水泵的型谱图1.1水务产业的定义SECTON5取水泵站水泵运行的优化措施5取水泵站水泵运行的优化措施取水工程或是取水泵站的运行优化主要是通过一定的运行或管理措施使得泵站内的离心泵更好地运行，并且更加节能降耗。

本节主要介绍地表水取水泵站的离心泵的运行优化措施。5.1离心泵的主要性能参数合理选用离心泵5.2取水泵站的设计流量

取水泵站日流量≈自来水厂日供水+自来水厂用水量（+管道日泄漏量）水泵一般全天均匀供水一级泵站自来水厂二级泵站提升泵站污水处理厂排水泵站市政管网水泵提供能量使原水克服重力做功，并将原水运输至自来水厂5.3取水泵站的设计扬程设计原则：

（1）优先将泵站设置在自来水厂的上游，利用水的重力自流作用，降低静扬程；（2）泵站尽量靠近水源和自来水厂，避免管道运输过程中过多的能量损耗；（3）离心泵的工作扬程要比设计扬程稍高，但不宜高太多，增加设备费和运行费。

5.3取水泵站的设计扬程离心泵的效率主要与机械损失、容积损失和流动损失有关。提高效率的措施：

①降低机械损失：减小泵轴与轴承、泵轴与填料、叶轮与液体等的摩擦；②降低容积损失：装密封环，减小液体的泄露或从高压区向低压区倒流；③减小流动损失：管道取直不取弯、避免管道突然扩大或缩小、工作流量不能严重偏离设计流量。5.4离心泵的效率因此离心泵的选型应选择设计流量和设计扬程比工作流量和工作扬程稍高的型号，并尽量降低管路摩擦等的能量损耗。5.5合理布置和管理泵站的运行水泵瞬时工况点：水泵运行时，某一瞬时的实际工作状态，用流量Q、扬程H、轴功率N、效率η及吸上真空高度Hs等的特性参数表示。

工况点：所对应效率η处在高效区，则该工况点是适宜的。

高效段：水泵特性曲线中，左右低于水泵最高效率点的10%的工作范围转速n一定，特性曲线固定：离心泵装置的定速运行工况点。实际特性曲线的分析离心泵的效率随流量的增大而先增大后下降，在高效段内运行的水泵工作稳定，效率较高。5.5合理布置和管理泵站的运行图2414SA-10型离心泵的特征曲线最高效率点①启动电流一般是正常运行电流的3~7倍，电流过大容易损坏电机；②各部件（如轴、叶轮等）会因启动负荷过大而受损坏闭闸启动实际特性曲线的分析若不闭闸启动N=N0时功率最小，符合轻载启动要求5.5合理布置和管理泵站的运行图2414SA-10型离心泵的特征曲线电机配套功率应稍大于水泵轴功率

η’—传动效率(最不利工况点)5.5合理布置和管理泵站的运行水泵的联合工作用户得用水量变化大，需设置多台水泵联合工作，以解决水量、水压变化时的供需矛盾5.5合理布置和管理泵站的运行图25水泵的并联工作（a）和串联工作(b)水泵的联合工作当水泵并联台数达4台以上时，ΔQ很小，没有并联的意义水泵并联越多，增加的水量ΔQ就越小(100)(190)(251)(284)(300)图26同型号、同水位的多台泵的并联工作的流量-扬程变化图5.5合理布置和管理泵站的运行水泵的联合工作5.5合理布置和管理泵站的运行表2水泵并联、串联工作的特点比较选泵的原则5.6小结减少