泵与泵站(第五版)第四章给水泵站.ppt

第4章 给水泵站,4.1 泵站分类与特点 4.2 泵的选择 4.3 泵站变配电设施 4.4 泵机组的布置与基础 4.5 吸水管路与压水管路 4.6 泵站水锤及其防护 4.7 泵站噪声及其消除 4.8 泵站中的辅助设施 4.9 给水泵站节能 4.10 给水泵站SCADA系统 4.11 给水泵站的土建要求 4.12 给水泵站的工艺设计,4.1 泵站分类与特点,4.1.1泵站分类 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，可分为：人工手动控制、半自动化、全自动化和遥控泵站 3、在给水工程中，常见的分类是按泵站在给水系统中的作用可分为：取水泵站、送水泵站、加压泵站及循环泵站,4.1.2取水泵站（一级泵站）,1、组成 一般由吸水井、泵房和闸阀井三部分组成,取水泵站,唐山自来水公司取水泵站 湘乡市洙津水厂取水泵站,取水泵站,宜昌西坝水厂取水泵站 取水泵站机组布置,2、设计及施工原则,（1）泵房形式：山区一般圆形钢筋混凝土结构。“贵在平面”（2）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（3）在施工过程中，要注意季节（4）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（5）在新建给水工程时，应考虑到远期扩建的可能性。其特点是“百年大计，一次完成”,3、地下水取水泵站,4.1.3送水泵站（二级泵站）,1、组成 一般为长方形，吸水井也为长方形 吸水水位变化范围小，通常不超过34m，所以 其埋深较浅，一般可建成地面式或半地下式,送水泵站,送水泵站1 送水泵站2,2、吸水井,有分离式和池内式两种形式,4.1.4加压泵站,1、适用条件（1）城市给水管网面积较大，输配水管线很长（2）给水对象所在地的地势很高，城市内地形起伏较大 2、加压泵站的方式（1）在输水管线上直接串联加压的方式 送水泵站和加压泵站同步工作，一般用于水厂位置远离城市管网的长距离输水的场合,加压泵站,（2）采用清水池及泵站加压供水方式,又称为水库泵站加压供水方式；水厂内的送水泵站将水输入远离水厂、接近管网起端处的清水池内，由加压泵站将水输入管网 优点：送水泵站工作制度比较均匀，时变化系数降低，输水均匀，输水干管管径减小,4.1.5循环泵站 多用于工业企业 一般设置热水、冷水两组水泵 泵的安装一般采用自灌式；泵房多选择半地下式,生产车间,热水泵,冷却构筑物,冷水泵,4.2 泵的选择,4.2.1选泵的主要依据 选泵的主要依据是所需的流量、扬程以及其变化规律 1、一级泵站的设计流量（1）泵站从水源取水，输送到净水构筑物 Qr一级泵站的设计流量(m3h)Qd供水对象最高日流量(m3d)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=1.051.1 T一级泵站在一昼夜内工作小时数,（2）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1.011.02,2、一级泵站的扬程,（1）一级泵站送水至净水构筑物,（2）一级泵站直接向用户供水（如抽取地下水）,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),3、送水泵站（二级泵站）的设计流量,（1）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（2）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；分级不宜太多,4.2.2选泵要点,1、大小兼顾，调配灵活 已知：用水区的用水量从最大为795 m3h到最小为396 m3h，逐时变化,2、型号整齐，互为备用,从泵站运行管理与维护检修的角变来看，如果水泵的型号太多则不便于管理 由1可知：在用水量和所需的水压变化较大的情况下，选用性能不同的水泵的台数越多，越能适应用水量变化的要求，浪费的能量越少 综合以上要点：如选用5台泵的泵站，采用1：2：3：3：3，这样配置的水泵可应付12种工况变化,3、合理地用尽各泵的高效段,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,4.2.3 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、应尽量结合地区条件优先选择当地制造的成系列生产的、比较定型的和性能良好的产品,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。当管网中无水塔且泵站内机组较多时，也可考虑增设一台备用泵，它的型号与最常运行的工作泵相同 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 5、备用泵相其它工作泵一样，应处于随时可以启动的状态,4.2.4 选泵后的校核,在泵站中水泵选好之后，还必须按照发生火灾时的供水情况，校核泵站的流量和扬程是否满足消防时的要求 对于一级泵站：,Qf设计的消防用水量(m3h)Q最高用水日连续最大两小时平均用水量(m3/h)Qr一级泵站正常运行时的流量(m3h)tf补充消防用水的时间,从2448h，由用户的性质和消防用水量的大小决定,见建筑设计防火规范计及净水构筑物本身用水的系数,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。因此，应作为一种特殊情况在泵站中加以考虑,4.2.5小结,1、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,2、水泵台数的选定,(1)建设费与运行费。一般在同样流量情况下，机组台数越少，建设费和运行费越小(2)运行管理。一般来说，机组台数少，管理运行较方便(3)流量调节能力。机组台数少，流量调节能力较差(4)备用机组：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 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,4.3 泵站变配电设施,4.3.1变配电系统中负荷等级及电压选择 1、负荷等级(1)一级负荷:两个独立电源供电(2)二级负荷:两回路供电或一回路专用线(3)三级负荷 2、电压选择(1)规模很小的水厂：一般为380V(2)中小型水厂：6kV和10kV，10kV替代6kV(3)大型水厂：35kV电压,4.3.2泵站中常用的变配电系统,目前都采用由电器开关厂生产的成套设备，称为配电屏(又称开关柜)；具有很多优点：工作安全可靠，维护方便，施工安装简单，便于移动，设备安装紧凑，缩小了建筑面积，整洁美观设计注意点：1、开关柜前面的过道宽度应不小于：低压柜1.5m，高压柜3.0m 2、背后检修的开关柜与墙壁的净距不宜小于0.8m 高、低压配电室注意：门、架线、高度 保证：安全、方便,4.3.3变电所,变电所的变配电设备是用来接受、变换和分配电能的电气装置，它由变压器、开关设备、保护电器、测量仪表、连接母线和电缆等组成 1、变电所的类型选择 独立变电所、附设变电所、室内变电所 2、变电所的位置和数目 位置：位于用电负荷中心 考虑周围的环境 考虑布线是否合理 数目：由负荷的大小及分散情况所决定 考虑泵站的发展,3、变电所的布置方案,原则：变电所应尽量靠近电源，低压配电室应尽量靠近泵房；线路应顺直，并尽量短；泵房应可以方便地通向高低压配电室和变压器室；建筑上应注意与周围环境协调,4.3.4常用电动机,1、根据所要求的最大功率、转矩和转数选用电动机 2、根据电动机的功率大小，参考外电网的电压决定电动机的电压(1)功率在100kW以下，选用380V220V或220127V的三相交流电(2)功率在200kW以上，选用l0kV(或6kV)的三相交流电(3)功率在100-200kw之间，视泵站内电机配置情况定 3、根据工作环境和条件决定电动机的外形和构造形式 4、根据投资少，效率高，运行简便等条件，确定所选电动机的类型,4.3.5交流电动机调速,1、调节同步转速(高效型调速)调节电源频率(变频调速)改变电机极对数(变极调速)2、调节转差率(能耗型调速、只用于异步电动机)调节电动机定子电压 改变串入绕线式电机转子电路的附加电阻值等,4.3.6泵机组的控制设备,直接启动：电动机功率小于10kW 减压启动：电动机功率在10kw以上(1)手操作启动器(2)电磁启动器,4.4 泵机组的布置与基础,4.4.1泵机组的布置 1、纵向排列（各机组轴线平行单排并列）适用于如IS型单级单吸悬臂式离心泵（顶端进水）纵向排列与横向排列的比较,机组之间各部分尺寸应符合要求：,1、水管外壁和墙壁的净距A：A=最大设备的宽度加1m，但A 2m 2、水管与水管之间的净距B：B0.7m 3、水管外壁与配电设备的安全操作距离C：当为低压配电设备时C 1.5m，高压配电设备C 2m 4、水泵外形凸出部分(基础)与墙壁的净距D：D 1m 5、电机外形凸出部分(基础)与墙壁的净距E：E=电机轴长加0.5m，但不宜3m 6、水管外壁与相邻机组的突出部分的净距F：F 0.7m(1m),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,机组之间各部分尺寸应符合要求：,1、水泵凸出部分(基础)到墙壁的净距Al：A1=最大设备的宽度加1m，但A1 2m 2、出水侧水泵基础与墙壁的净距B1：Bl不宜小于3m 3、进水侧水泵基础与墙壁的净距Dl：Dl不宜小于1m 4、电机凸出部分与配电设备的净距C1：C1电机轴长十0.5m。但是，低压配电设备应Cl1.5m；高压配电设备C12.0m 5、水泵基础之间(电机与水泵凸出部分)的净距E1值与C1要求相同，E1=C1 6、为了减小泵房的跨度，也可考虑将吸水阀门设置在泵房外,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。,4.4.2泵机组的基础,对基础的要求：坚实牢固，能承受机组的静荷载和振动荷载 要浇筑在较坚实的地基上 卧式水泵均为块式基础，其尺寸大小一般均按所选水泵安装尺寸所提供的数据确定(1)对于小泵：基础长度L底座长度L1(0.150.20)(m)基础宽度B底座螺孔间距(在宽度方向上)b1(0.150.20)(m)基础高度H底座地脚螺钉的长度l1(0.150.20)(m)(2)对于不带底座的大、中型水泵：可根据水泵或电动机(取其宽者)地脚螺孔的间距加上0.40.5m，基础高度确定方法同上,4.4.3布置机组小结 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,4.5 吸水管路与压水管路,4.5.1对吸水管路的要求 1、不漏气 管材及接缝 2、不积气 管路安装 3、不吸气 吸水管进口位置,吸水管在吸水井中的位置,1、淹没深度h不应小于（0.51.0）m，否则应安装隔板2、吸水管的进口到井底距离不小于0.8D3、吸水管喇叭口边缘到井壁距离不小于（0.751.0）D4、有多根吸水管时，吸水喇叭口之间的距离不小于（1.52.0）D,底阀,当泵从压水管引水启动时，吸水管上应装有底阀 分为水下式和水上式两种；附有滤网（作用）水下式底阀由于其胶垫容易损坏，引起底阀漏水，须经常检修更换，使用不便 水上式底阀使用效果好，目前采用日益增多；使用条件之一是吸水管路水平段应有足够的长度,吸水管中的设计流速建议数值,1、管径小于250mm时，为1.01.2ms 2、管径等于或大于250mm时，为1.21.6ms 3、在吸水管路不长且地形吸水高度不很大的情况下，可采用比上述数值大些的流速，如1.62.0ms。例如水泵为自灌式工作时，则吸水管中流速就可适当放大,4.5.2对压水管路的要求,1、不漏水 钢管焊接 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,止回阀设置,1、井群给水系统 2、输水管路较长，突然停电后，无法立即关闭操作闸阀的送水泵站 3、吸入式启动的泵站，管道放空后，再抽真空困难 4、遥控泵站无法关闸 5、多水源、多泵站系统 6、管网布置位置高于泵站，如无止回阀时，在管网内可能出现负压,止回阀的安装,通常安装于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,1、管径小于250mm时，为1.52.0ms；2、管径等于或大于250mm时，为2.02.5ms；上述设计流速取值较给水管网设计中的平均流速要大，因为泵站内压水管路不长，流速取大一点，水头损失增加不多，但可减少管子和配件的直径,4.5.3 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 泵站内三台水泵的吸水管路布置为,2、压水管,（1）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（2）每台水泵能输水至任何一条输水管 三台水泵压水管路的布置 a图布置相比具有节能效果,三台泵时压水管路的布置,1、检修阀1时，两泵一管工作 检修阀2时，一泵一管工作2、保证两台泵向一条输水管送水,四台泵压水管路的布置,4.5.4吸水管路和压水管路的敷设,保证使用和修理上的便利 1、管道与外壁距离 2、支墩及拉杆设置 3、放水口 4、地沟设置 5、冰冻线、防腐防震 6、不宜架空 7、电气安全,4.6 泵站水锤及其防护,4.6.1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,3、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(首先发生减速增压),停泵水锤与关阀水锤的主要区别,产生水锤的技术(边界)条件不同，而水锤波在管路中的传播、反射与相互作用等，则和关阀水锤中的情况完全相同,4、不同水泵系统的停泵水锤,(1)在水泵出口处有止回阀的情况(有阀系统),(2)在水泵压出口无普通止回阀(无阀系统),(3)泵管路系统中的水柱分离现象和断流(弥合)水锤,4.6.2停泵水锤计算综述,主要求停泵水锤暂态过程线、保证安全4.6.3 停泵水锤防护措施 1、防止水柱分离（1）管路布置（2）调压塔 2、防止升压过高的措施（1）设置水锤消除器（2）设空气缸（3）采用缓闭阀：通过缓闭，减少管路系统中水的倒流和消除水锤压力波动（4）取消止回阀：需进行停泵水锤计算；采取相应措施,4.7 泵站噪声及其消除,4.7.1 噪声的定义 1、物理学观点 噪声就是各种不同频率和声强的声音无规律的杂乱组合 2、生理学观点 凡是使人烦噪的、讨厌的、不需要的声音都叫噪声,4.7.2 泵站中的噪声源,1、工业噪声（三种）空气动力性噪声 机械性噪声 电磁性噪声 2、泵站中的噪声源 电机噪声、泵和液力噪声(由流出叶轮时的不稳定流动产生)、风机噪声、阀件噪声和变压器噪声等；其中以电机转子高速转动时，引起与定子间的空气振动而发出的高频声响为最大,4.7.3噪声的危害,1、可以造成职业性听力损失 2、噪声引起多种疾病 3、噪声影响正常生活 4、噪声降低劳动生产率4.7.4 泵站内噪声的防治 1、吸音 2、消音 3、隔音 4、隔震,4.8 泵站中的辅助设施,4.8.1 计量 泵站中常用的计量设施有电磁流量计、超声波流量计、插入式涡轮流量计、插入式涡街流量计，以及均速流量计等 流量计的工作原理：基本上都是由变送器(传感元件)和转换器(放大器)两部分组成。传感元件在管流中所产生的微电讯号或非电讯号，通过变送、转换放大为电讯号在液晶显示仪上显示或记录,电磁流量计,WL-1A型超声波明渠流量计,电磁流量计 1、工作原理 利用电磁感应定律 当被测的导电液体，在导管内以平均速度v切割磁力线时，便产生感应电势。感应电势的大小与磁力线密度和导体运动速度成正比，即：,E产生的电动势(V)；B磁力线密度(Gs)；Q导管内通过的流量(m3s)；D管径(m)；v导体通过导管的平均流速(ms),2、电磁流量计的特点,（1）其变送器结构简单，工作可靠。（2）水头损失小，且不易堵塞，电耗少。（3）无机械惯性，反应灵敏，可以测量脉动流量，流量测量范围大低负荷亦可测量；而且输出讯号与流量成线性关系，计量方便；测量精度约为15。（4）安装方便。（5）重量轻，体积小，占地少。（6）价格较高，怕潮、怕水浸。,3、电磁流量计的选择 流量计的测量量程应比设计流量大，一般正常工艺流量为量程的6580，而最大流量仍不超过量程。,4、电磁流量计的安装,（1）电磁流量计的安装环境，应选择周围环境温度为0-40。（2）尽量远离大电器设备，如电动机、变压器等，从流量计电极中心起在上游侧5倍直径的范围内，不要安装影响管内流速的设备配件，如闸阀等。（3）对于地下埋设的管道，电磁流量计的变送器应装在钢筋混凝土水表井内。（4）在流量计的下游侧安装伸缩接头，以便于仪表的拆装。,4.8.2引水,1、吸水管带有底阀（1）人工引水（2）用压水管中的水倒灌引水,2、吸水管不带底阀,（1）真空泵引水（2）水射器引水,4.8.3起重,1、起重设备的选择 泵房中必须设置起重设备以满足机泵安装与维修需要。常用的起重设备有移动吊架、单轨吊车梁和桥式行车(包括悬挂起重机)。起重量可作为设计时的基本依据，查表可得。2、起重设备布置 起重机的设置高度 起重机的作业面 点、线、面,4.8.4通风与采暖,1、通风 自然通风 机械通风：抽风式、排风式 2、采暖 在寒冷地区，泵房应考虑采暖设备。泵房采暖温度：对于自动化泵站，机器间为5，非自动化泵站，机器间为16，辅助房间室内温度在18以上。,4.8.5其他设施,1、排水 2、通讯 3、防火与安全,4.9 给水泵站的节能,4.9.1给水泵站的节能设计 1、定义 2、节能措施 泵型的合理选择；调速装置的采用；叶轮的切削使用；管道经济管径的确定；低能耗阀件的采用 3、考虑调速装置后的选泵原则（1）宜采用调速泵与定速泵联合运行（2）仍然以最不利工况作为选泵依据（3）在绝大多数工况下，定（调）速泵均应高效工作（4）调速泵一般不宜上调，转速控制在额定转速50左右（5）泵站内的泵型号一般不超过两种,4、选泵方法,（1）调速泵与定速泵型号不同 2Q1+nQ2=Q Q1=2Q2 H=Hp（2）调速泵与定速泵型号相同（2+n）Q1=Q H=Hp 5、经济管径 定义 6、电动机及配电系统的节能 选用高效的电动机；考虑电动机与水泵的容量配套问题，应使电动机的平均负载在70以上,4.9.2给水泵站的节能运行与改造,1、给水泵站的节能运行（1）取水泵站 采用恒流量变压力的控制方式；通过调速、切削叶轮等节能措施来实现，对于水位变幅较大的取水泵站可以考虑在洪水水位期间减少一台泵运行（2）送水泵站 采用变流量恒压力的控制方式；常常采用泵的组合、调速的方式,2、给水泵站的节能改造,（1）电动机的改造 应与泵匹配；避免大马拉小车现象（2）泵的改造 选用高效率的水泵；定期测定泵的性能，如不正常，则应更换叶轮,4.10 给水泵站SCADA系统,1、定义（监控与数据采集系统）2、作用4.10.1泵站SCADA系统的功能 1、数据实时采集 2、数据实时传输 3、信息实时处理 4、控制远程执行,4.10.2给水泵站SCADA系统的组成,1、设备层 一般安装于被控生产过程的现场 2、控制层 3、调度层 4、信息层,4.10.3给水泵站SCADA系统的技术基础,3C+S 1、计算机技术(Computer)2、通信技术(Communication)3、控制技术(Control)4、传感技术(Sensor),4.10.4给水泵站SCADA系统的发展趋势,1、系统的升级和扩容问题得到较好的解决 2、采用通用组态软件将成为必然 3、监控系统与故障诊断技术紧密结合 4、应用软件的开发 5、信息系统的集成,4.11 给水泵站的土建要求,4.11.1一级泵站 一般地下式、沉井施工、充分利用空间4.11.2 二级泵站 地面式或半地下式、土建与供电要一并考虑(节电)4.11.3循环泵站 考虑有必要的备用率和安全供水措施4.11.4深井泵站 深井泵站通常由泵房与变电所组成。探井泵房的形式有地面式、半地下式和地下式3种。1、一般深井泵站 深井泵：一台水泵一个水泵站 集中遥控 潜水泵：无需单独设置泵房 集中控制 2、大型深井泵站 一井多泵,二级泵站,循环泵站,深井泵站,4.12 给水泵站的工艺设计,