排水系统分析

第5章排水系统主要内容1、排水内容和方式2、渗漏排水3、检修排水4、排水系统图重点难点1、渗漏排水中集水井容积的确定和排水泵选择2、检修排水量的计算和排水泵的选择3、排水系统图设计原则和要求4、会读排水系统图

5排水系统

31排水系统的内容

2渗漏排水

33检修排水

4排水系统图

第5.1节排水内容和方式1、排水任务及时可靠地排除引水管道、蜗壳和尾水管等机组过流部件的积水，以及生产污水和渗漏水，保证机组和厂房水下部分的检修，并避免厂房内部积水和潮湿。2、排水内容1>生产用水的排水：包括发电机空气冷却器的冷却水、推力轴承和上下导轴承油冷却器的冷却水、水泵水轮机导轴承油冷却器的冷却水等。生产用水的排水量大，设备的位置较高，可以用自流的方式排至下游，一般将这部分排水归于供水系统中考虑，而不在排水系统中单列。2>检修排水：包括低于下游尾水位的压力钢管积水、蜗壳积水和尾水管的积水，以及上、下游闸门的漏水等。检修排水的特点是排水量大，设备的位置低，需用水泵在较短的时间内排除。3>渗漏排水：包括厂内水工建筑物的渗水、机组主轴密封与顶盖漏水、压力钢管伸缩节漏水及各供、排水阀和管件的渗漏水、气水分离器及贮气罐的排水、管道冷凝水、低洼坑积水和生活污水等。渗漏排水的特点是排水点多，排水量小且不确定因素多。因此，一般水电站都设置有集水井，厂内的渗漏排水都流入集水井中，然后由两台互为备用的水泵排至下游，对排水可靠性要求高。

4>厂区排水：指将厂区内的地面雨水排至厂外。根据厂区的降雨量、地形、地质、厂区建筑物的布置密度和厂区道路的布置等条件，一般可选择自然排水、明沟排水或暗管排水等方式。当厂区位置低无法通过自流方式排水时，需设置厂区排水泵对积水进行抽排。需注意的是，厂区排水应自成系统，不能与检修排水或渗漏排水合并，以避免洪水期的雨水进入厂房。

综上所述，水电站的排水系统虽然比较简单，但是，稍有疏忽就可能发生水淹泵房、水淹厂房的事故，因此，设计、施工和运行人员必须高度重视。本章内容只介绍渗漏排水和检修排水。

第5.2节渗漏排水1、渗漏排水量的估计厂内渗漏水量与电站的地质条件、枢纽布置、施工质量及设备制造、安装水平有关，难于用计算方法准确地确定。因此，厂内渗漏水量一般是先由水工专业组提出厂房水工建筑物的渗漏水量估计值，然后参考已运行的同类型水电站渗漏水量的大小，并结合本电站的实际情况，确定出渗漏排水量值以作为设计渗漏排水系统的依据。

2、渗漏排水的方式

渗漏排水的方式，一般有两种：集水井排水：该方式是先由设在厂房最低位置的集水井，通过排水管和排水沟收集厂房各处的渗漏水和污水，然后由设在集水井上的排水泵将这些水排至厂外。这种排水方式在厂房结构上比较容易实现，施工方便，工程量小。廊道排水：该方式是先由设在厂房最低位置的排水廊道，通过排水沟和排水管汇集厂房各处的渗漏水和污水，然后由水泵排至厂外。这种排水方式由于工程开挖量大，廊道位置低，单一用于渗漏排水并不经济，往往是与检修排水合用同一条排水廊道。3、集水井容积的确定

厂内的渗漏水通过排水管与排水沟，引至设在厂房最低处的集水井，由两台互为备用的渗漏排水泵排至下游。

集水井有几个特征水位，即停泵水位、工作泵启动水位、备用泵启动并发信号的水位、报警水位以及井底高程与井顶高程。

有效容积：工作水泵启动水位与停泵水位之间的容积，一般按30~60min渗漏水量的容积来考虑.即设置集水井后，渗漏排水泵不必连续运转，而是每隔半小时至一小时启动一次。

若集水井有效容积过小，则排水泵启动频繁，因此，可在不增加开挖量和土建投资的前提下，尽量增大集水井的有效容积，以减少排水泵的起动次数。

死容积：集水井中停泵水位以下的容积，它取决于排水泵吸水底阀的大小，以及底阀进水时所要求的淹没深度；

备用容积：为工作泵启动水位至备用泵启动水位之间的集水井容积；

安全容积是指报警水位至不允许淹没的厂房的地面之间的集水井的容积。备用泵启动水位一般应低于厂房最低排水地面的高程。它使水位报警之后能有一定的时间采取必要的临时措施，防止水淹厂房。备用泵启动水位至报警水位的距离，以及工作泵启动水位至备用泵启动水位的距离不宜过小。否则，在水位波动时，不能保证自动控制的准确性。一般要求两个发信水位距离不小于0.3~0.5m。

有些水电站在备用泵启动的同时就发报警信号，而不另设报警水位。5、渗漏排水泵的选择1>水泵类型选择

机组渗漏排水泵工作的可靠性直接关系到厂房和设备的安全。国内已运行的大、中型水电站渗漏排水泵多采用卧式离心泵和立式深井泵，也有用潜水泵与射流泵的。卧式离心泵：卧式离心泵结构简单，维护方便，价格便宜。但受吸出高度限制，安装位置低不利于电机防潮，启动还存在充水问题。立式深井泵：叶轮在水下，电机安装位置相对高，不存在吸程和充水问题，也无电机防潮问题，但传动轴长，结构复杂，维护较麻烦，价格较高。潜水泵：具深井泵的优点，而且耗电少，效率高，安装方便，但对密封要求严，检查维护不便。射流泵：优点是不以电能为动力，全厂失电仍能正常工作。缺点是效率低，同时需提供可靠的高压水源或气源。2>水泵生产率：按水泵工作10~20min排干集水井有效容积中的水来计算。3>水泵扬程计算排水泵的总扬程应按尾水管底板最低点的高程与检修时的下游尾水位之差，并考虑管道阻力所引起的水头损失来确定。

渗漏排水泵一般选两台，一台工作，一台备用，每台泵的流量与扬程都应满足计算值要求。

4>自动化要求渗漏排水泵的起停频繁，而渗漏水的来水情况由很难预计，稍有不慎而出现排水泵未及时起动，就可能造成水淹泵房，甚至水淹厂房的事故，此类事故国内已发生过多起。为了提高渗漏排水的可靠性，渗漏排水泵的启停一般均采用自动控制方式，即能根据集水井中水位，自动实现工作水泵和备用水泵的启停，并能在备用水泵启动或达到报警水位时发出报警信息，以提醒运行人员及时进行处理，避免事故的扩大。第5.3节检修排水1、检修排水量的计算

检修排水量的大小，取决于压力钢管、蜗壳和尾水管内的积水和下游尾水位的高程，以及上、下游闸门的漏水量。进水阀或进水口闸门关闭后，高于下游尾水的存水通过检修排水阀排至下游，一般均可在较短的时间内完成，而且排水时也不需要增加其他排水设施，因此通常无须计算这部分排水量的大小。但当压力引水管道较长时，这部分排水所需的时间不能忽略，需要在检修工期中予以考虑。

机组检修排水时，先将进水阀或进水口闸门关闭，打开压力钢管排水阀和蜗壳排水阀，其中的存水经尾水管自流排至下游，当压力钢管、蜗壳及尾水管中的水位与下游尾水位持平时，再关闭尾水闸门，利用检修排水泵将积存的余水抽至下游。机组检修时的下游尾水位，通常按一台机组检修，其余机组在额定工况下运行时的尾水位来考虑。有的电站上游有泄洪流量或者水工建筑物有下泄流量（如船闸等）时，下游尾水位则按实际情况加以确定。低于下游尾水位的存水，无法通过自流方式排除，则需要用排水泵进行抽排，这部分存水按下式计算：式中：

——压力引水管道存水容积；

——蜗壳存水容积；

——尾水管存水容积。检修时，除了抽排存水外，还需抽排上下游闸门的漏水。上、下游闸门的漏水量与闸门的止水方式、密封形式、制造工艺水平和安装质量等因素有关，闸门单位时间的漏水量可按下式计算：

其中：

—上游闸门水封每米长度的单位时间漏水量—上游闸门水封长度—下游闸门水封每米长度的单位时间漏水量—下游闸门水封长度2、检修排水的方式检修排水方式有两类：1>直接排水：检修排水泵由管道和阀门与各台机组的尾水管相联，机组检修时，水泵直接从尾水管抽水排至下游。2>廊道排水（亦称间接排水）：机组检修时，低于下游尾水位的积水流到排水廊道（一般廊道顶部高程应低于尾水管底板高程，且具有较大的容积），最后由检修排水泵从排水廊道或检修集水井抽水排至下游。采用此方式时，尾水管中的积水会迅速下降，尾水闸门在内外侧压差的作用下将被压紧，有利于减少尾水闸门的漏水量，进而缩短排水时间。廊道排水，受地理位置和工程投资等方面的限制，是否可行需进行论证。3、检修排水泵的选择1>水泵类型选择

机组的检修排水量较大，而且受检修工期的限制，对水泵扬程和运行可靠性也有一定的要求，常用卧式离心泵或立式深井泵，也有一些电站采用潜水泵，新建电站多选用立式深井泵。现在使用的卧式离心泵可以不装设底阀，而用水环式真空泵或射流泵作为离心泵的起动充水排气设备，这样可弥补离心泵的不足。对于冲击式水轮机，可采用移动式潜水泵，当机组检修时，临时放在尾水坑内进行排水。对于多泥砂河流的电站，须增设泥浆泵来排除蜗壳、尾水管、排水廊道、检修集水井内的淤泥，即先用高压冲洗，再起动泥浆泵排除。2>水泵生产率水泵必须的总生产率即水泵流量可按下式计算：Q=V/T+Q漏其中：V—需用水泵排除的存水的容积；

Q漏—上下游闸门单位时间的漏水量之和；T—排水时间，一般为4~6小时。单台泵的流量为：Q泵=

Q/Z其中：Z—水泵的台数，一般不少于两台，无须备用排尽存水后，一般由一台泵来承担排除上下游闸门的漏水的任务，其他泵变为备用，以保证检修工作的安全进行。故要求单台泵的流量应大于上、下游闸门漏水量的总和，即Q泵>Q漏。3>水泵扬程计算排水泵的总扬程应按尾水管底板最低点的高程与检修时的下游尾水位之差，并考虑管道阻力所引起的水头损失来确定。4>自动化要求检修排水泵只在机组检修期间投入运行，对自动化程度无特殊要求，当条件不具备时甚至可以采用手动操作。采用手动控制方式的检修排水，在排尽尾水管里的存水后，继续排除上下游闸门的漏水期间，可按水位自动启停水泵，以防止因人为的疏忽而造成事故。目前新建水电站的检修排水基本上均采用自动控制，而原来采用手动控制的也逐步在实施或已完成了检修排水的自动化改造。第5.4节排水系统图1、设计原则和要求

排水系统是水电站比较容易发生事故的部位，应引起足够的重视，要求技术可靠，经济合理。

对大中型水电站，渗漏排水和检修排水应分为两个系统，以避免由于误操作或派水系统中的某些缺陷带来水淹事故的危险。同时，检修排水量大，所需水泵电动机容量也大，而渗漏排水量小，所需水泵电动机容量小，却要求水泵经常运转。如果用检修排水泵兼做渗漏排水用，在水泵选型参数选择上很难做到两方面都合适，容易造成参数不合理，运行效率低，运行费用高。此外，渗漏排水和检修排水在操作方式和自动化程度上的要求也有很大的差别。

对中小型水电站，为减少设备，节约投资，渗漏排水和检修排水共用一套设备，但不宜共用集水井，同时应采取措施防止水向集水井倒灌。绘制排水系统图时，根据系统连接特点、表达需要，以及图纸使用的方便，可将渗漏排水与检修排水分开绘制，也可合绘在同一张图上。有时绘成“供排水系统图”，图中示出供水、排水及其相互联系。有的电站绘制“油气水系统图”，综合示出全厂辅助设备系统的配置和相互联系，给出清晰的全厂整体概念。排水泵排水管的出口高程，有的电站高于最低尾水位，为的是使排水管出口有露出水面的机会，以便临时封堵管口，检修排水管路和闸门。但大多数电站排水管出水口设在最低尾水位以下，这时必须考虑检修管路和阀门的措施，出水口应设拦污栅篦，防止飘浮物和鱼群堵塞管道。某电站渗漏排水系统图渗漏排水设两台渗漏排水泵，由水位计控制运行，互为备用，定期轮换。集水井清淤采用一台移动式潜水排污泵，手动控制运行。清淤时将泵放入井底，不用时提出井外。检修集水井和渗漏集水井共用一台排污泵及相应的管路阀门。某电站检修排水系统图在检修初始排水时，可手动控制，3台泵同时运行，排水时间约为5小时。在抽排闸门漏水时，水泵转为由水位计自动控制，一台工作，两台备用。集水井清淤采用一台移动式潜水排污泵，手动控制运行。清淤时将泵放入井底，不用时提出井外。检修集水井和渗漏集水井共用一台排污泵及相应的管路阀门。检修排水与渗漏排水不分开的排水系统检修排水与渗漏排水合用同一组水泵的排水系统用射流泵作渗漏排水的排水系统图供、排水结合的水系统图第5.5节离心泵的启动充水

水泵启动前，泵壳、转轮室及吸水管内必须充满水。当水泵叶轮的安装高程在取水水位以上时，水泵启动前泵体内是空气，叶轮旋转时不能形成真空，即水泵将不能正常工作。为使水泵能正常工作，应将水泵叶轮布置在最低取水位以下，以保证泵体内始终充满水；当不能满足时，应设置启动充水设施。离心泵常用的启动充水方法有：装底阀充水

设置真空泵，不装底阀

设置射流泵，不装底阀

1、装底阀充水

底阀是专门装于水泵吸水管端部的止回阀，用于阻止水泵泵壳、转轮室及吸水管内的水由水泵进水口流失。和止回阀一样，底阀也分升降式和旋启式两种。与止回阀不同的是底阀下端是开敞的，且装有拦污网，防止杂物进入水泵内。水泵首次启动时的充水水源可取自技术供水干管、设置独立的充水水箱或安装临时充水管道。水泵运行正常后的启底阀水泵出口止回阀设旁路充水阀动充水水源一般取自水泵出口止回阀，即在水泵出口止回阀旁设一小口径旁路管道，并安装充水控制阀门，水泵启动前自动打开为水泵充水，水泵启动后再自动关闭。2、设置真空泵，不装底阀真空泵实际上是一种特殊形式的空压机，用来抽吸气体。真空泵能将设备或容器里的气体抽出，使之形成一定的真空度（负压）。设置真空泵作水泵的启动充水设施，就是利用真空泵抽出水泵内的空气而形成真空，使水在泵体负压的作用下从吸水管进入泵体，水电站常用的真空泵为水环式真空泵。水环式真空泵的工作原理如图。圆柱形泵室内偏心地装着一个星形叶轮，启动前泵室内充有规定高度的水。当叶轮按顺时针旋转时，水被叶轮抛向四周，在离心力的作用下形成封闭圆环。水环的上部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的下部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上叶片在水环内有一定的插入深度）。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间。如果以叶轮的上部0°为起点，那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。因该泵是利用水环工作的，故需设一水箱供给水环用水。在泵体中装有适量的水作为工作液。水环式真空泵工作原理用水环式真空泵为离心泵启动充水3、设置射流泵，不装底阀如图所示，利用射流泵高速射流形成的真空，抽吸离心泵内的空气，高速水流与空气在射流泵的混合室中混合成为乳状的水气混合流体，最后通过扩散管排掉。当射流泵排出的流体从雾状变为清水时，就表示水泵已充满水，此时即可关闭射流泵的高速水流，启动水泵。

用射流泵为离心泵起动充水第5.6节射流泵在供排水系统中的应用1、射流泵工作原理射流泵是一种利用高速液体或气体射流形成的负压抽吸流体，使被抽流体增加能量的机械。如图所示。高压流体经喷嘴3形成射流，以很高的速度喷射出来，压力能转变为动能。由于流速很大，射流质点的横