泵與泵站第五版-第四章《給水泵站》PPT課件

1 第4章給水泵站 4 1泵站分類與特點4 2泵的選擇4 3泵站變配電設施4 4泵機組的布置與基礎4 5吸水管路與壓水管路4 6泵站水錘及其防護4 7泵站噪聲及其消除4 8泵站中的輔助設施4 9給水泵站節(jié)能4 10給水泵站SCADA系統(tǒng)4 11給水泵站的土建要求4 12給水泵站的工藝設計 2 4 1泵站分類與特點 4 1 1泵站分類1 按照水泵機組設置的位置與地面的相對標高關系 地面式泵站 地下式泵站與半地下式泵站2 按照操作條件及方式 可分為 人工手動控制 半自動化 全自動化和遙控泵站3 在給水工程中 常見的分類是按泵站在給水系統(tǒng)中的作用可分為 取水泵站 送水泵站 加壓泵站及循環(huán)泵站 3 4 1 2取水泵站 一級泵站 1 組成一般由吸水井 泵房和閘閥井三部分組成 4 2 設計及施工原則 1 泵房形式 山區(qū)一般圓形鋼筋混凝土結構 貴在平面 2 在土建結構方面應考慮到河岸的穩(wěn)定性 泵房筒體的抗浮 抗裂 防傾覆 防滑坡等方面 3 在施工過程中 要注意季節(jié) 4 泵房投產后 在運行管理方面必須很好地使用好通風 采光 起重 排水以及水錘防護等設施 5 在新建給水工程時 應考慮到遠期擴建的可能性 其特點是 百年大計 一次完成 5 3 地下水取水泵站 6 4 1 3送水泵站 二級泵站 1 組成一般為長方形 吸水井也為長方形吸水水位變化范圍小 通常不超過3 4m 所以其埋深較淺 一般可建成地面式或半地下式 7 2 吸水井 有分離式和池內式兩種形式 8 9 4 1 4加壓泵站 1 適用條件 1 城市給水管網面積較大 輸配水管線很長 2 給水對象所在地的地勢很高 城市內地形起伏較大2 加壓泵站的方式 1 在輸水管線上直接串聯(lián)加壓的方式送水泵站和加壓泵站同步工作 一般用于水廠位置遠離城市管網的長距離輸水的場合 10 2 采用清水池及泵站加壓供水方式 又稱為水庫泵站加壓供水方式 水廠內的送水泵站將水輸入遠離水廠 接近管網起端處的清水池內 由加壓泵站將水輸入管網優(yōu)點 送水泵站工作制度比較均勻 時變化系數降低 輸水均勻 輸水干管管徑減小 11 4 1 5循環(huán)泵站多用于工業(yè)企業(yè)一般設置熱水 冷水兩組水泵泵的安裝一般采用自灌式 泵房多選擇半地下式 生產車間 熱水泵 冷卻構筑物 冷水泵 12 13 4 2泵的選擇 4 2 1選泵的主要依據選泵的主要依據是所需的流量 揚程以及其變化規(guī)律1 一級泵站的設計流量 1 泵站從水源取水 輸送到凈水構筑物Qr 一級泵站的設計流量 m3 h Qd 供水對象最高日流量 m3 d 計及輸水管漏損和凈水構筑物自身用水而加的系數 一般取 1 05 1 1T 一級泵站在一晝夜內工作小時數 14 2 泵站將水直接供給用戶或送到地下集水池 給水系統(tǒng)中自身用水系數 一般取 1 01 1 02 15 2 一級泵站的揚程 1 一級泵站送水至凈水構筑物 16 2 一級泵站直接向用戶供水 如抽取地下水 HST 水源井中枯水位 或最低動水位 與給水管網中控制點的地面標高差 mH2O h 管路中的總水頭損失 mH20 Hsev 給水管網中控制點所要求的最小自由水壓 也叫服務水頭 17 3 送水泵站 二級泵站 的設計流量 1 對于小城市的給水系統(tǒng) 大多數采用泵站均勻供水方式 即泵站的設計流量按最高日平均時用水量計算 2 對于大城市的給水系統(tǒng) 宜采取泵站分級供水方式 即泵站的設計流量按最高日最高時用水量計算 分級不宜太多 18 4 2 2選泵要點 1 大小兼顧 調配靈活已知 用水區(qū)的用水量從最大為795m3 h到最小為396m3 h 逐時變化 19 2 型號整齊 互為備用 從泵站運行管理與維護檢修的角變來看 如果水泵的型號太多則不便于管理由1可知 在用水量和所需的水壓變化較大的情況下 選用性能不同的水泵的臺數越多 越能適應用水量變化的要求 浪費的能量越少綜合以上要點 如選用5臺泵的泵站 采用1 2 3 3 3 這樣配置的水泵可應付12種工況變化 20 3 合理地用盡各泵的高效段 可按不同方案計算后綜合選泵按最大日平均小時流量的70 即0 7Q日平均時 按最大日平均小時流量的100 即1 0Q日平均時 按最大日平均小時流量的130 即1 3Q日平均時 4 要近遠期相結合 小泵大基礎 5 大中型泵站需作選泵方案比較 21 4 2 3選泵時尚需考慮的其它因素1 水泵的構造形式對泵房的大小 結構形式和泵房內部布置 泵站造價等有影響2 應在保證不發(fā)生氣蝕的前提下 應充分利用水泵的允許吸上真空高度3 應選用效率較高的水泵 如盡量選用大泵4 根據供水對象對供水可靠性的不同要求 選用一定數量的備用泵5 應盡量結合地區(qū)條件優(yōu)先選擇當地制造的成系列生產的 比較定型的和性能良好的產品 22 備用泵的選擇 1 在不允許減少供水量的情況下 應有兩套備用機組2 允許短時間內中斷供水時 可只設一臺備用泵3 城市給水系統(tǒng)中的泵站 一般也只設一臺備用泵 通常備用泵的型號可以和泵站中最大的工作泵相同 當管網中無水塔且泵站內機組較多時 也可考慮增設一臺備用泵 它的型號與最常運行的工作泵相同4 如果給水系統(tǒng)中有足夠大容積的高地水池或水塔時 則泵站中可不設備用泵 僅在倉庫中貯存一套備用機組即可5 備用泵相其它工作泵一樣 應處于隨時可以啟動的狀態(tài) 23 4 2 4選泵后的校核 在泵站中水泵選好之后 還必須按照發(fā)生火災時的供水情況 校核泵站的流量和揚程是否滿足消防時的要求對于一級泵站 Qf 設計的消防用水量 m3 h Q 最高用水日連續(xù)最大兩小時平均用水量 m3 h Qr 一級泵站正常運行時的流量 m3 h tf 補充消防用水的時間 從24 48h 由用戶的性質和消防用水量的大小決定 見建筑設計防火規(guī)范 計及凈水構筑物本身用水的系數 24 對于二級泵站 消防屬于緊急情況消防用水其總量一般占整個城市或工廠的供水量的比例雖然不大 但因消防期間供水強度大 使整個給水系統(tǒng)負擔突然加重 因此 應作為一種特殊情況在泵站中加以考慮 25 4 2 5小結 1 水泵類型選擇水泵類型主要根據揚程選擇 常用有離心泵 軸流泵 混流泵等 一般情況下 泵站設計揚程小于l0m 宜選用軸流泵 5 20m 宜選用混流泵 20 l00m 宜選用單級離心泵 大于100m時可選用多級離心泵當混流泵與軸流泵都可使用時 應優(yōu)選混流泵 當離心泵與混流泵都可使用時 若揚程變化較大 一般宜選用離心泵 26 2 水泵臺數的選定 1 建設費與運行費 一般在同樣流量情況下 機組臺數越少 建設費和運行費越小 2 運行管理 一般來說 機組臺數少 管理運行較方便 3 流量調節(jié)能力 機組臺數少 流量調節(jié)能力較差 4 備用機組 對于灌溉泵站 裝機3 9臺時 其中應有l(wèi)臺備用 多于9臺時 應有2臺備用 對于重要城市供水泵站 工作機組3臺及3臺以下時 應增設1臺備用機組 多于3臺 應增設2臺備用機組水泵臺數要考慮各方面的因素分析確定一般情況下 中小型泵站以3 9臺為宜 流量變化幅度大的泵站 臺數宜多 流量比較穩(wěn)定的泵站 臺數宜少 27 4 3泵站變配電設施 4 3 1變配電系統(tǒng)中負荷等級及電壓選擇1 負荷等級 1 一級負荷 兩個獨立電源供電 2 二級負荷 兩回路供電或一回路專用線 3 三級負荷2 電壓選擇 1 規(guī)模很小的水廠 一般為380V 2 中小型水廠 6kV和10kV 10kV替代6kV 3 大型水廠 35kV電壓 28 4 3 2泵站中常用的變配電系統(tǒng) 目前都采用由電器開關廠生產的成套設備 稱為配電屏 又稱開關柜 具有很多優(yōu)點 工作安全可靠 維護方便 施工安裝簡單 便于移動 設備安裝緊湊 縮小了建筑面積 整潔美觀設計注意點 1 開關柜前面的過道寬度應不小于 低壓柜1 5m 高壓柜3 0m2 背后檢修的開關柜與墻壁的凈距不宜小于0 8m高 低壓配電室注意 門 架線 高度保證 安全 方便 29 4 3 3變電所 變電所的變配電設備是用來接受 變換和分配電能的電氣裝置 它由變壓器 開關設備 保護電器 測量儀表 連接母線和電纜等組成1 變電所的類型選擇獨立變電所 附設變電所 室內變電所2 變電所的位置和數目位置 位于用電負荷中心考慮周圍的環(huán)境考慮布線是否合理數目 由負荷的大小及分散情況所決定考慮泵站的發(fā)展 30 3 變電所的布置方案 原則 變電所應盡量靠近電源 低壓配電室應盡量靠近泵房 線路應順直 并盡量短 泵房應可以方便地通向高低壓配電室和變壓器室 建筑上應注意與周圍環(huán)境協(xié)調 31 4 3 4常用電動機 1 根據所要求的最大功率 轉矩和轉數選用電動機2 根據電動機的功率大小 參考外電網的電壓決定電動機的電壓 1 功率在100kW以下 選用380V 220V或220 127V的三相交流電 2 功率在200kW以上 選用l0kV 或6kV 的三相交流電 3 功率在100 200kw之間 視泵站內電機配置情況定3 根據工作環(huán)境和條件決定電動機的外形和構造形式4 根據投資少 效率高 運行簡便等條件 確定所選電動機的類型 32 4 3 5交流電動機調速 1 調節(jié)同步轉速 高效型調速 調節(jié)電源頻率 變頻調速 改變電機極對數 變極調速 2 調節(jié)轉差率 能耗型調速 只用于異步電動機 調節(jié)電動機定子電壓改變串入繞線式電機轉子電路的附加電阻值等 33 4 3 6泵機組的控制設備 直接啟動 電動機功率小于10kW減壓啟動 電動機功率在10kw以上 1 手操作啟動器 2 電磁啟動器 34 4 4泵機組的布置與基礎 4 4 1泵機組的布置1 縱向排列 各機組軸線平行單排并列 適用于如IS型單級單吸懸臂式離心泵 頂端進水 縱向排列與橫向排列的比較 35 機組之間各部分尺寸應符合要求 1 水管外壁和墻壁的凈距A A 最大設備的寬度加1m 但A 2m2 水管與水管之間的凈距B B 0 7m3 水管外壁與配電設備的安全操作距離C 當為低壓配電設備時C 1 5m 高壓配電設備C 2m4 水泵外形凸出部分 基礎 與墻壁的凈距D D 1m5 電機外形凸出部分 基礎 與墻壁的凈距E E 電機軸長加0 5m 但不宜 3m6 水管外壁與相鄰機組的突出部分的凈距F F 0 7m 1m 36 2 橫向排列 適用側向進 出水的水泵 如單級雙吸臥式離心泵Sh型 SA型水泵 37 機組之間各部分尺寸應符合要求 1 水泵凸出部分 基礎 到墻壁的凈距Al A1 最大設備的寬度加1m 但A1 2m2 出水側水泵基礎與墻壁的凈距B1 Bl不宜小于3m3 進水側水泵基礎與墻壁的凈距Dl Dl不宜小于1m4 電機凸出部分與配電設備的凈距C1 C1 電機軸長十0 5m 但是 低壓配電設備應Cl 1 5m 高壓配電設備C1 2 0m5 水泵基礎之間 電機與水泵凸出部分 的凈距E1值與C1要求相同 E1 C16 為了減小泵房的跨度 也可考慮將吸水閥門設置在泵房外 38 3 橫向雙行排列 適用在泵房中機組較多的圓形取水泵站 這種布置形式兩行水泵的轉向相反需配置不同轉向的軸套止鎖裝置 39 4 4 2泵機組的基礎 對基礎的要求 堅實牢固 能承受機組的靜荷載和振動荷載 要澆筑在較堅實的地基上臥式水泵均為塊式基礎 其尺寸大小一般均按所選水泵安裝尺寸所提供的數據確定 1 對于小泵 基礎長度L 底座長度L1 0 15 0 20 m 基礎寬度B 底座螺孔間距 在寬度方向上 b1 0 15 0 20 m 基礎高度H 底座地腳螺釘的長度l1 0 15 0 20 m 2 對于不帶底座的大 中型水泵 可根據水泵或電動機 取其寬者 地腳螺孔的間距加上0 4 0 5m 基礎高度確定方法同上 40 4 4 3布置機組小結1 相鄰機組的基礎之間應有一定寬度的過道2 方便檢修3 泵站內主要通道寬度應不小于1 2m4 輔助泵 排水泵 真空泵 通常安置于泵房內的適當地方 盡可能不增大泵房尺寸 41 4 5吸水管路與壓水管路 4 5 1對吸水管路的要求1 不漏氣管材及接縫2 不積氣管路安裝3 不吸氣吸水管進口位置 42 43 吸水管在吸水井中的位置 1 淹沒深度h不應小于 0 5 1 0 m 否則應安裝隔板2 吸水管的進口到井底距離不小于0 8D3 吸水管喇叭口邊緣到井壁距離不小于 0 75 1 0 D4 有多根吸水管時 吸水喇叭口之間的距離不小于 1 5 2 0 D 44 底閥 當泵從壓水管引水啟動時 吸水管上應裝有底閥分為水下式和水上式兩種 附有濾網 作用 水下式底閥由于其膠墊容易損壞 引起底閥漏水 須經常檢修更換 使用不便水上式底閥使用效果好 目前采用日益增多 使用條件之一是吸水管路水平段應有足夠的長度 45 吸水管中的設計流速建議數值 1 管徑小于250mm時 為1 0 1 2m s2 管徑等于或大于250mm時 為1 2 1 6m s3 在吸水管路不長且地形吸水高度不很大的情況下 可采用比上述數值大些的流速 如1 6 2 0m s 例如水泵為自灌式工作時 則吸水管中流速就可適當放大 46 4 5 2對壓水管路的要求 1 不漏水鋼管焊接2 方便檢修法蘭連接3 安全橡膠接頭 止回閥4 操作方便直徑 400mm 電動閥 47 止回閥設置 1 井群給水系統(tǒng)2 輸水管路較長 突然停電后 無法立即關閉操作閘閥的送水泵站3 吸入式啟動的泵站 管道放空后 再抽真空困難4 遙控泵站無法關閘5 多水源 多泵站系統(tǒng)6 管網布置位置高于泵站 如無止回閥時 在管網內可能出現(xiàn)負壓 48 止回閥的安裝 通常安裝于泵與壓水閘閥之間優(yōu)點 檢修時 防止水倒灌水泵啟動時 閥板受力均衡缺點 壓水閘檢修時需放空 49 壓水管路的設計流速 1 管徑小于250mm時 為1 5 2 0m s 2 管徑等于或大于250mm時 為2 0 2 5m s 上述設計流速取值較給水管網設計中的平均流速要大 因為泵站內壓水管路不長 流速取大一點 水頭損失增加不多 但可減少管子和配件的直徑 50 4 5 3吸水管路和壓水管路的布置 1 吸水管泵站內吸水管一般沒有聯(lián)絡管泵站內三臺水泵的吸水管路布置為 51 2 壓水管 1 能使任何一臺水泵及閘閥停用檢修而不影響其他水泵的工作 2 每臺水泵能輸水至任何一條輸水管三臺水泵壓水管路的布置a圖布置相比具有節(jié)能效果 52 三臺泵時壓水管路的布置 1 檢修閥1時 兩泵一管工作檢修閥2時 一泵一管工作2 保證兩臺泵向一條輸水管送水 53 四臺泵壓水管路的布置 54 4 5 4吸水管路和壓水管路的敷設 保證使用和修理上的便利1 管道與外壁距離2 支墩及拉桿設置3 放水口4 地溝設置5 冰凍線 防腐防震6 不宜架空7 電氣安全 55 4 6泵站水錘及其防護 4 6 1停泵水錘1 水錘在壓力管道中 由于流速的劇烈變化而引起一系列急劇的壓力交替升降的水力沖擊現(xiàn)象 稱為水錘 又叫水擊 2 停泵水錘指水泵機組因突然失電或其他原因 造成開閥停車時 在水泵及管路中水流速度發(fā)生遞變而引起的壓力遞變現(xiàn)象 56 3 停泵水錘的主要特點 突然停電 泵 后 水泵工作特性開始進入水力暫態(tài) 過渡 過程 在此階段中 由于停電主驅動力矩消失 而機組由于慣性作用仍繼續(xù)正轉 但轉速降低 機組轉速的突然降低導致流量減少和壓力降低 先在泵站處產生壓力降低 此壓力降以波 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傳播 并在高位水池處引起升壓波 反射波 此反射波由水池向管路首端及泵站傳播 首先發(fā)生減速減壓 關閥水錘 首先發(fā)生減速增壓 57 停泵水錘與關閥水錘的主要區(qū)別 產生水錘的技術 邊界 條件不同 而水錘波在管路中的傳播 反射與相互作用等 則和關閥水錘中的情況完全相同 58 4 不同水泵系統(tǒng)的停泵水錘 1 在水泵出口處有止回閥的情況 有閥系統(tǒng) 59 2 在水泵壓出口無普通止回閥 無閥系統(tǒng) 60 3 泵管路系統(tǒng)中的水柱分離現(xiàn)象和斷流 彌合 水錘 61 4 6 2停泵水錘計算綜述 主要求停泵水錘暫態(tài)過程線 保證安全4 6 3停泵水錘防護措施1 防止水柱分離 1 管路布置 2 調壓塔2 防止升壓過高的措施 1 設置水錘消除器 2 設空氣缸 3 采用緩閉閥 通過緩閉 減少管路系統(tǒng)中水的倒流和消除水錘壓力波動 4 取消止回閥 需進行停泵水錘計算 采取相應措施 62 63 4 7泵站噪聲及其消除 4 7 1噪聲的定義1 物理學觀點噪聲就是各種不同頻率和聲強的聲音無規(guī)律的雜亂組合2 生理學觀點凡是使人煩噪的 討厭的 不需要的聲音都叫噪聲 64 4 7 2泵站中的噪聲源 1 工業(yè)噪聲 三種 空氣動力性噪聲機械性噪聲電磁性噪聲2 泵站中的噪聲源電機噪聲 泵和液力噪聲 由流出葉輪時的不穩(wěn)定流動產生 風機噪聲 閥件噪聲和變壓器噪聲等 其中以電機轉子高速轉動時 引起與定子間的空氣振動而發(fā)出的高頻聲響為最大 65 4 7 3噪聲的危害 1 可以造成職業(yè)性聽力損失2 噪聲引起多種疾病3 噪聲影響正常生活4 噪聲降低勞動生產率4 7 4泵站內噪聲的防治1 吸音2 消音3 隔音4 隔震 66 4 8泵站中的輔助設施 4 8 1計量泵站中常用的計量設施有電磁流量計 超聲波流量計 插入式渦輪流量計 插入式渦街流量計 以及均速流量計等流量計的工作原理 基本上都是由變送器 傳感元件 和轉換器 放大器 兩部分組成 傳感元件在管流中所產生的微電訊號或非電訊號 通過變送 轉換放大為電訊號在液晶顯示儀上顯示或記錄 67 電磁流量計 WL 1A型超聲波明渠流量計 68 電磁流量計1 工作原理利用電磁感應定律當被測的導電液體 在導管內以平均速度v切割磁力線時 便產生感應電勢 感應電勢的大小與磁力線密度和導體運動速度成正比 即 E 產生的電動勢 V B 磁力線密度 Gs Q 導管內通過的流量 m3 s D 管徑 m v 導體通過導管的平均流速 m s 69 2 電磁流量計的特點 1 其變送器結構簡單 工作可靠 2 水頭損失小 且不易堵塞 電耗少 3 無機械慣性 反應靈敏 可以測量脈動流量 流量測量范圍大 低負荷亦可測量 而且輸出訊號與流量成線性關系 計量方便 測量精度約為 1 5 4 安裝方便 5 重量輕 體積小 占地少 6 價格較高 怕潮 怕水浸 70 3 電磁流量計的選擇流量計的測量量程應比設計流量大 一般正常工藝流量為量程的65 80 而最大流量仍不超過量程 71 4 電磁流量計的安裝 1 電磁流量計的安裝環(huán)境 應選擇周圍環(huán)境溫度為0 40 2 盡量遠離大電器設備 如電動機 變壓器等 從流量計電極中心起在上游側5倍直徑的范圍內 不要安裝影響管內流速的設備配件 如閘閥等 3 對于地下埋設的管道 電磁流量計的變送器應裝在鋼筋混凝土水表井內 4 在流量計的下游側安裝伸縮接頭 以便于儀表的拆裝 72 4 8 2引水 1 吸水管帶有底閥 1 人工引水 2 用壓水管中的水倒灌引水 73 2 吸水管不帶底閥 1 真空泵引水 2 水射器引水 74 4 8 3起重 1 起重設備的選擇泵房中必須設置起重設備以滿足機泵安裝與維修需要 常用的起重設備有移動吊架 單軌吊車梁和橋式行車 包括懸掛起重機 起重量可作為設計時的基本依據 查表可得 2 起重設備布置起重機的設置高度起重機的作業(yè)面點 線 面 75 76 4 8 4通風與采暖 1 通風自然通風機械通風 抽風式 排風式2 采暖在寒冷地區(qū) 泵房應考慮采暖設備 泵房采暖溫度 對于自動化泵站 機器間為5 非自動化泵站 機器間為16 輔助房間室內溫度在18 以上 77 4 8 5其他設施 1 排水2 通訊3 防火與安全 78 79 4 9給水泵站的節(jié)能 4 9 1給水泵站的節(jié)能設計1 定義2 節(jié)能措施泵型的合理選擇 調速裝置的采用 葉輪的切削使用 管道經濟管徑的確定 低能耗閥件的采用3 考慮調速裝置后的選泵原則 1 宜采用調速泵與定速泵聯(lián)合運行 2 仍然以最不利工況作為選泵依據 3 在絕大多數工況下 定 調 速泵均應高效工作 4 調速泵一般不宜上調 轉速控制在額定轉速50 左右 5 泵站內的泵型號一般不超過兩種 80 4 選泵方法 1 調速泵與定速泵