泵站工程课件

1、第一章 泵站能耗分析第一节 泵站能量平衡分析第二节 泵站效率计算第三节 泵站效率的电算方法第四节 泵站能耗计算1泵站工程包括：电力系统、水力系统、泵站工程包括：电力系统、水力系统、控制系统、水工结构、管理系统控制系统、水工结构、管理系统二、泵站能耗分析（一）动力机的能量消耗1.电动机：恒定损耗与负荷无关（铁损机械 可变损耗随负荷而变（铜损杂损 附加损耗跟电动机功率因数有关23456第二节 泵站效率的计算7二、泵站效率计算图解过程89查表求传动效率求动力机负荷系数及动力机效率求进出水池效率求泵站效率由不同净扬程可求出不同的泵站效率，连成曲线（图中的点划线）即为泵站的效率曲线。10第四节 泵站的能

2、耗计算111213三、动力费计算14第三章 泵站工程规划工作内容现场调研、实地踏勘、资料收集泵站选址、输水输电线路选择、高扬程泵站分区分级、枢纽布置泵站设计参数计算（流量、扬程）水泵选型与电机配套工程概算经济效益分析环境评价15第一节 供水泵站工程规划一、供水区划分（分区与分级供水）1.一区一级供水适用场合：供水范围较小、扬程较低、区内高程变化不大162.一级多站分区供水适用场合：地形等高线与水流斜交，高差较大优点：减少交叉建筑物，缩短干渠长度，降低水头与流量损失173.多级多站供水适用场合：地形等高线与水流流向基本平行、高差较大优点：可减小装机容量与泵站运行功率（参看下节：最小功率站址）18

3、4.分级分区供水适用场合：面积较大，扬程较高，地形复杂，非单一行政区划目的：降低工程投资，减少能源消耗，便于行政管理19二、高扬程泵站最小功率站址确定2021222.最小功率站址扬程计算232425262728三、高扬程泵站的经济扬程29 泵站（运行）成本 工程折旧费 机电设备、土建工程 大修费 耗电/燃料费（动力费） 管理费 泵站净效益 作物增产效益 社会效益 扣除作物增产所增加的农资投入及劳动力增加的因素 其它综合措施效益分摊30第二节 排水泵站工程规划排水目的：南方地区-排涝排渍；北方平原地区降低地下水，防止盐碱化一、排区划分 原则：统筹规划，全面安排，综合治理。 方针：三分开两控制 主

4、客水分开 内外水分开 高低片分开 控制地面水 控制地下水31具体措施：1.沿江滨湖地区分区分片排水，自排为主，抽排为辅，就近排水2.半山半圩地区截流撇洪，主客分流，高低分排3.滨海与感潮河段根据地面高程分为畅排区、半畅排区和低排区，自排与提排相结合，利用挡潮闸，落潮间隙自流排水32二、站点布局（一）集中建站与分散建站l 集中建大站 适用条件：排水面积大起伏小，地势总体单向倾斜，有大且集中的蓄涝容积，建有骨干排水沟道；或虽排水面积较小但平坦，又有较大的蓄涝容积，行政区划单一的地区 优缺点：单位装机容量造价低，输电线路短，便于集中管理，但要有完整的排水系统，开挖排水干沟土方工程量及挖压占地面积大3

5、3l分散建小站适用条件：水网密集，排水出口分散，地势高低不平的排区优缺点：工期短收效快，工程量小，挖压占地少，排灌及时34（二）一级排水与二级排水l一级排水适用条件：排水面积较小，装机容量小，扬程不高的地区35l二级排水适用条件：排水面积较大，地形复杂，高低不平，扬程较高的排水区36l一、二级排水结合37第三节 泵站枢纽布置目的：确定泵站主体工程与配套建筑物的关系及相对位置主要泵站附属建筑物：公路桥、船闸、自流排水闸、节制闸、水电站要求：布局合理，工程安全，投资节省，运行调度方便38一、供水泵站枢纽布置（一）无坝引水1.有引渠泵站枢纽布置2.无引渠泵站布置3.箱涵式引水泵站枢纽布置（二）有坝引

6、水式1.坝上游取水2.坝下游取水39二、排水泵站枢纽布置1.闸站分建式402.闸站合建式41第四章 泵站设计流量农田灌溉流量、城镇给水流量、农田排水流量、城镇排水流量第一节 农田灌溉流量农田灌溉水量=作物需水量+田间耗水量泵站提水量=农田灌溉水量+渠系损失水量4243第二节 城镇给水流量 给水系统示意图1. 取水构筑物 2.一级泵站 3.水处理构筑物 4.清水池 5.二级泵站 6.输水管 7.管网 8.水塔44454647484950（2）向水塔供水时，可适当减小泵站装机容量51第三节 农田排水流量一、排水标准确定排水标准指排区出现一定频率的暴雨不发生渍涝灾害相应的（排涝工程）设计标准四大要素

7、：（1）设计暴雨 （2）排水时间（3）排水深度（4）外江水位52535455563.调蓄演算法（1）当排水区内有大而集中的湖泊作为蓄涝容积，可全部调蓄设计暴雨产生的径流时，应充分利用湖泊的调蓄能力，减少泵站装机容量。调蓄演算原理57585960（2）当排水区内没有足够大的湖泊可以调蓄全部涝水时，先划分自流入湖面积和抢排面积，然后分别按调蓄演算法和平均排除法计算排水流量，取其大者抢排面积与自流入湖面积划分61第四节 城镇排水流量城市污水排水系统组成示意图1.城市边界 2.排水流域分界线 3.污水支管 4.污水干管 5.污水主干管 6.污水泵站 7.压力管 8.污水处理厂 9.出水口 10.事故出

8、水口 11.工厂 6263646566676869第五章 泵站设计扬程第一节 泵站特征扬程一、特征水位（一）灌溉（供水）泵站1.进水池水位（1）防洪水位：按照泵站工程等级划分所相应频率的洪水位用途：确定泵房电机层楼板/进水侧挡水墙顶部高程7071722.出水池水位（1）最高水位：a出水池与输水河道连接，取河道校核洪水位；b出水池与输水渠道连接，取与泵站最大流量相应的水位用途：确定出水建筑物的防洪水位（2）设计水位：按设计流量和供水控制高程（压力）要求推算到进水池的水位用途：确定泵站设计扬程（3）最高运行水位：与泵站加大流量相应的水位（4）最低运行水位：与泵站单泵运行流量相应的水位（5）平均水位

9、：灌溉（供水）期多年日平均水位7374（3）最高运行水位 由排区允许最高涝水位推算到站前的水位 当有集中调蓄容积时由湖泊最高调蓄水位推算至站前的水位（4）最低运行水位 满足作物对降低地下水位的要求，按大部分耕地的平均高程减去作物适宜地下水埋深再减0.20.3m 满足调蓄区预降最低水位的要求75 盐碱地区按盐碱地平均高程减去地下水临界深度再减0.20.3m在上述基础上扣除排水渠水力损失作为泵站最低运行水位，是水泵安装高程的确定依据（4）平均水位：取与设计水位同2.出水池水位（1）防洪水位：按建筑物相应等级确定76777879第二节 管路损失扬程8081第四节 简单管路泵站需要扬程82838485

10、8687第六章 水泵机组选型与配套第一节 水泵类型和规格888990第二节 水泵选型一、水泵选型原则“安全、经济、高效、方便”1.在设计条件下满足流量、扬程要求2.正常工作在高效区运行3.长期运行过程中泵站效率高、能耗小、费用省4.泵型与台数使建站投资少5.安全可靠，运行稳定6.设备安装、维护方便，便于运行管理91二、选型中的几个问题1.泵型选择主要影响因素：扬程、比转速，在参数交叉与重叠时比较制造工艺与运行效率10m以上922.结构类型 泵的结构型式一般与扬程高低有关 在满足流量与扬程需要的泵的条件下进行比较 不同结构型式影响厂房布置与建站投资和运行管理933.水泵台数（1）当泵站流量相同时

11、，台数少，建站投资省，运行 费用低（2）当泵站以供水为主时，台数多，对运行流量 的适应性强，可靠性高（3）当考虑备用机组容量时，台数少备用容量大，单位流量的泵站投资大9495965.进行抽水装置设计并计算水泵工作点，在设计条件下 应满足泵站流量与扬程要求，在平均扬程下效率最高6.进行泵站投资估算并计算年运行费用，作技术经济分 析与评价，以年计算支出费用最小或总费用最小的方 案为最优选型方案。97第三节 电动机与水泵的配套9899100101102103104105第四节 柴油机与水泵的配套四冲程柴油机工作原理（1）进气行程：进气门开启，排气门关闭。活塞由上止点移至下止点。汽缸容积逐渐增大，气体

12、压力逐渐降低(2) 压缩行程：进、排气门同时关闭，活塞从下止点运动至上止点。汽缸工作容积逐渐减小，缸内气体压力和温度升高。温度大大超过柴油的自燃温度106(3) 做功行程：进气门、排气门均关闭。当压缩行程接近终了时，高压油泵将柴油喷入汽缸燃烧室，与空气混合后立即自行点火燃烧。高温高压燃气推动活塞从上止点向下止点运动，并通过曲柄连杆机构输出机械能(4) 排气行程：排气门开启，进气门关闭，活塞从下止点向上止点运动。废气通过汽缸内外压差作用和活塞排挤作用向缸外排出107l 对柴油机工作性能的要求（1）带动发电机工作时，要求转速始终不变或变化很 小，而负荷可以从零变化到最大（2）带动水泵工作时，负荷与

13、转速都能在一定范围内 按一定规律变化（3）带动应急消防泵或车用柴油机，负荷及转速都能 在较大范围内各自任意变化，两者没有依赖关系108一、柴油机的性能指标柴油机的特性是指其主要性能指标和工作参数随工况而变化的规律，它们随曲轴转速或负荷变化而变化 动力性指标功率 经济性指标耗油率1.标定功率（1）15min、1h、12h功率柴油机连续运转所输出的最大有效功率， 12h功率为额定功率（铭牌功率）109110二、柴油机特性曲线1.速度特性曲线 当油量调节机构（油泵齿条或拉杆）固定在某一位置，使每个循环供油量都一样时，通过改变柴油机的外负荷，使柴油机的转速发生变化 测量不同外负荷条件下柴油机有效功率、

14、扭矩、小时耗油量、耗油率等参数，并绘出它们随转速而变化的关系曲线，即为柴油机的速度特性曲线111 全负荷速度特性曲线外特性曲线（供油量为柴油机发出标定功率所相应的供油量）6300型柴油机外特性曲线112 部分负荷速度特性曲线1132.调速特性曲线当柴油机调速器随负荷变化自动调节供油量时，转速、扭矩、小时耗油量、耗油率等随功率而变化的特性1141151164.万有特性曲线以转速为横坐标，平均有效压力或有效功率为纵坐标，耗油率为参数的柴油机性能曲线117118四、柴油机的选型1.计算柴油机的配套功率，按12h功率或持续功率初选2.确定水泵工作范围3.确定柴油机的允许工作范围1194.确定柴油机的实

15、际工作范围120第五节 传动设备一、直接传动二、齿轮传动三、皮带传动四、液压传动5.校核柴油机实际工作范围柴油机实际工作范围的校核121第七章 泵 房第一节 泵房型式选择一、泵房型式固定式：分基型、干室型、湿室型、块基型移动式：泵船、泵车 1221231243.湿室型 结构特点：将泵房下部建成为一个可以进水的湿室，起进水池的作用 适用场合：水源水位变幅较大，中小型立式混、轴流泵，地基条件差125126（二）移动式泵房1.泵船1272.泵车128二、泵房型式的选择129第二节 泵房布置一、安装卧式机组的泵房（一）设备布置 1.主机组布置（1）一列式布置（2）交错式布置（3）平行一列式布置1302

16、.配电设备布置 配电设备：泵站用高、低压开关柜 布置方式：一端式布置 一侧式布置 布置要求 满足运行维护操作空间的要求 满足防水防潮的要求3.检修间布置 平面尺寸按最大设备解体后能正常装配来设计 一般取为泵房一跨的长度，与配电间相对布置1314.交通道布置沿泵房长度方向，靠出水侧，宽度为1.5m5.充水系统布置 充水系统抽真空设备及抽气管道与泵相连 以不增加泵房面积为原则6.排水系统布置 排除泵房内运行产生的漏水；对大型泵站检修前需要通过排水系统排除流道内的水体 排水沟沿机组基础布置并汇入集水井，用排水泵通过穿墙管将水排至前池132块基型泵房布置：电机层：驱动主泵，电动机，配电设备、调节叶片角

17、度和刹车的油压装置、吊物孔、楼梯孔。联轴器层：布置油、气、水管道，及电缆。水泵层：安装检修主泵，供水泵、排水泵。进水流道层：进水流道、排水走廊。133（二）泵房尺寸的确定1.泵房跨度1341351361371381394.水泵层设备布置及宽度确定除布置主水泵外，还要布置供水泵（靠进水侧）和排水泵（靠出水侧）140141第三节 泵房整体稳定校核142143144145146第九章 进出水建筑物第一节 前池的类型与池中流态分析1.正向进水前池。流态影响因素：主要是水流扩散角147148149 前池中回流引起的泥沙淤积2.侧向进水前池。流态影响因素主要是引渠的末端流速u，前池形状，机组运行组合。15

18、0 引渠末端侧向进水前池1511521534.前池中的隔墩154三、侧向进水前池的边壁形式 侧向进水前池加导流墩155第二节 进水池一、进水池中的流态对水泵性能的影响（一）旋涡对水泵性能的影响 进水池内流动分析1561.表面旋涡：a凹陷涡b间断涡c连续涡d同心涡表面旋涡进气对泵性能的影响：进水池水位下降，表层水流加速，流态紊乱，在进水管后侧出现凹陷漩涡，水位进一步降低，凹陷加深，逐渐变成漏斗状，靠近吸水口时，使泵内进气，性能恶化，效率扬程下降。1572.附壁旋涡设计不合理时，池内流速不均匀，池壁和池底产生局部压降，产生涡带附着在池壁。涡带将气体带入泵。气泡到达高压区破裂产生周期性的振动和噪音，

19、影响泵性能并缩短寿命158（二）回流对水泵性能的影响回流与叶轮转动方向相同时，水泵扬程效率功率都下降。回流与叶轮反向时，相当于增加了叶轮转速，泵扬程功率增加，甚至可能导致动力机过载，但效率下降159二、进水池形状进水池的标准形式160 进水池的边壁形式进水池各种边壁形式（a）矩形（b）多边形（c）半圆形（d）圆形（e）马鞍形（f）蜗壳形161进水池边壁形式与进水阻力损失a 矩形边壁最常见，在拐角和水泵后壁易产生漩涡，也容易受前池流态影响，在池中产生回流。b多边形和半圆形对消除拐角漩涡很有好处，但仍易生成回流。圆形水池有较好受力条件，也省材料，也易产生回流，池中水流紊乱，对泵性能影响大，但紊乱有

20、助于防止淤积。c 马鞍形和蜗壳对防止涡流回流都有利，但设计施工麻烦，仅用于大型轴流泵站。162163164165166167168进水池尺寸确定总结：1、喇叭管D进=1.3-1.5D，V进=1.0-1.5m/s。2、进水池宽度B=2-5D进，3、悬空高P=0.5-0.8D进，4、管口上部淹没深度h临淹=KsD进，Ks=0.64（Fr+0.65T/D进+0.75），Fr=V*V/gD进，取0.3-1.8。5、进水池长度Lg=KQ/Bh。K取30-50，Lg大于4D进6、安全超高h要考虑风浪和停泵涌浪169第五节 出水建筑物一、出水池。作用：出水池连接压力管道和干渠，起消能稳流的作用。二、压力水箱

21、压力水箱多用于排水泵站，位于出水管道和压力涵管之间，将管道来水汇集再由管道排至容泄区。出水池类型：按水流方向划分正向出水池/侧向出水池170按出流方式划分淹没出流、自由出流、虹吸出流171（二）出水池中水流运动状况分析管口水平出流172管口向上倾斜管口向下倾斜173174175176177178第十章 进出水管道一、进水管的作用与设计要求作用：将水流引向水泵进口。设计要求：1损失小考虑管道效率与泵的安装高程2为水泵进口提供的水流流态良好3不存气、不进气。进水管设计不合理后果：1增加水管阻力损失，降低泵安装高程和管路效率，增加工程投资及运行费用。2水泵叶轮进口流速压力分布不均匀，效率降低，增加能

22、耗。3管内进气存气，引起机组振动，降低装置效率。第一节 进水管道1791803.进水管的布置181第二节 出水管道182二、管线选择 泵房布置与管道输水方案183管线布置原则：安全可靠、经济合理、泵站高效具体布置方案：垂直于等高线、减少转弯与曲折、尽量避开填方与坍陷地带、管线在最小压坡线以下、变坡（转折）点设置空气阀、采用变坡布置，减少挖压占地与挖方量、避免山洪威胁184 负压的消除185186187第五节 泵站水锤分析188停泵水锤工况分析：无逆止阀停泵水锤工况分析：无逆止阀1、水泵工况：停电后，水泵和管中水流由于惯性作用将继续沿原有方向运动，但速度逐渐减小，压力降低，直到水流速度由V0降至

23、0。2、制动工况：瞬态静止的水，由于受重力或静水头作用开始倒流，回冲水流对仍在正转的水泵叶轮起制动作用，叶轮转速逐渐降低，直到为0。这一阶段由于水流受到正转叶轮阻碍，管路内压力升高。3、水轮机工况：随着倒泄流量加大，水泵反转，并逐渐加速，由于静水头压力恢复，泵中水压上升，倒泄流量很快达到最大值，倒转速度上升，随后倒泄水量减小，转速降低，最后在稳定的出水池净水头作用下，机组以恒定的转速和流量稳定运行，机组在无负载下空转，输出转矩M=0，这一稳定转速称为飞逸转速，从开始反转到达到飞逸转速的这阶段为水轮机工况。189二、事故停泵水锤 事故停泵引起的水锤波的形成、传播与反射190 水泵在事故停泵过程中的工作过程191192193 泵的四象限特性曲线194195 泵的全特性-Knapp圆图1961971984.图解过程199四、水锤防护手段防止负压：调压水箱、空气罐、装飞轮。防止升压：水锤消除器、爆破膜片、缓闭阀。200第十一章 进出水流道 进水流道的四种形式：（a）肘形 （b）钟形 （c）簸箕形 （d）双向式 设计要求：为水泵提供良好的水流流态、内部不允许产生涡带、水力损失小、造型简单