污废水处理设施运行管理第二章污废水管渠及泵房.ppt

第二章 污废水管渠及泵房,主要内容,2.3.1 概 述 污水泵房的组成与分类 污水泵房的基本类型,2.3.2 污水泵房的工艺特点 水泵的选择 确定给水池容积 机组与管道布置 辅助设备,2.3 污水泵房 GO,污水的流动：管道或灌渠管渠,流体流动消耗一定的能量,如何节能？,运用流体力学，确定流速、管径,管道水力计算,2.1 水力学基础知识（管渠水力计算）,水静力学水动力学管渠水力计算,水静力学主要内容,2.2 污水泵 GO 污水泵基本类型 污水泵性能参数 离心泵,研究内容：处于静止和相对平衡状态下水的力学规律。应掌握：水的物性：密度、粘滞性；静力压强：两个重要特性和等压面性质；基本公式、物理意义；三种表示方法。水 头：位置水头、压强水头和测压管水头,2.1.1 水静力学主要内容,水的物性,水的物理性质,1）密度与容重,2.1.1 水静力学水的物性,粘滞性及粘滞力：当液体处在运动状态时，若液体质点间存在着相对运动，则质点间要产生内摩擦力抵抗其相对运动，这种性质称为液体的粘滞性，此内摩擦力称为粘滞力。,2）粘滞性,-动力粘滞系数 Pa.s,-运动粘滞系数 m2/s,静力压强,（1）静力压强定义及其特性,静止液体作用在每单位受压面积上的压力称为静水压强，（N/m2）即（Pa）。,静水压强的方向与受压面垂直并指向受压面,静水中任何一点上各个方向的静水压强大小均相等,（2）两个重要特性,2.1.1 水静力学静力压强,计算公示、物理意义,（3）静力压强计算公式、物理意义,重力作用下的静水压强基本公式（水静力学基本公式）为 p=p0+gh,2.1.1 水静力学静力压强,三种表示方法,式中：p0自由表面上的压强，h测压点在自由面以下的淹没深度，容重。,物理意义：在静止液体中，任一点的压强等于表面压强与从该点到液体自由表面的单位面积上的液柱重量之和。,（4）静力压强的三种表示方法,以没有空气的绝对真空为零基准计算出的压强。,以大气压作为零基准，大于大气压的那部分压强。,（一）绝对压强,（二）相对压强,绝对压强小于大气压的那部分压强。,（三）真空压强（真空度）,2.1.1 水静力学静力压强,特点和量纲,绝对压强永远是正值，相对压强可正也可负，真空压强（真空度）不能为负值。单位：N/m2（Pa）；大气压倍数；液柱高度：米水柱高度（mH2O）毫米水银柱高度（mmHg）,（4）静力压强的三种表示方法（）,2.1.1 水静力学静力压强,水头,（5）位置水头、压强水头和测管水头,水静力学基本方程：p=p0+g(z0-z)或 z+p/g=c“水头”具有能量意义的长度量，即单位重量液体含有的能量。z位置水头，单位重量液体具有的位置势能；p/g压强水头，单位重量液体具有的压强势能；z+p/g 测压管水头，单位重量液体具有的总势能。水静力学基本方程则表述为：静止液体中各点的测压管水头是常数。静止液体中能量分布规律。,2.1.1 水静力学水头,Over，水动力学,2.1.2 水动力学主要内容,研究内容：研究水的运动与作用力之间的力学规律。应掌握：基本概念：流线、流管、元流、总流 水流运动基本类型 基本方程：3大方程，最为重要的是Bernolli方程 水力计算：基本公示 计算举例,水动力学概念,流线是流速场的矢量线，是某瞬时对应的流场中一条曲线，该瞬时位于流线上的液体质点之速度矢量都和流线相切。,流线,在流场中，取一条不与流线重合的封闭曲线L，在同一时刻过 L上每一点作流线，由这些流线围成的管状曲面称为流管。,与流线一样，流管是瞬时概念。,L,流管,（1）基本概念流线、流管、元流、总流,2.1.2 水动力学概念,水动力学概念,过水断面为面积微元的流管叫元流管，其中的流动称为元流（微小流束）。,过水断面为有限面积的流管中的流动叫总流。总流可看作无数个元流的集合。,dA1,u1,dA2,元流,总流,与流动方向正交的流管的横断面,过水断面,基本概念流线、流管、元流、总流,2.1.2 水动力学概念,水动力学概念,基本概念水流运动基本类型,若流场中各空间点上的任何运动要素均不随时间变化，称流动为恒定流。否则，为非恒定流。,（一）恒定流、非恒定流,2.1.2 水动力学概念,水动力学方程,基本方程三大方程 质量守恒方程连续方程 动量守恒方程运动方程 N-S方程 能量守恒方程能量方程 Bernolli方程,2.1.2 水动力学方程,恒定总流的能量方程Bernolli方程,水动力学水力计算,流体的两种流态,定义：雷诺数：Re=dv/反映粘性力与惯性力之比。层流时惯性力不大，而粘性力占主导，受粘性力的约束，流体质点做规则运动。紊流时惯性力占主导，受到干扰形成涡体，当粘性力约束不了涡体时，流体质点互相掺混，层流 液体质点互相不混掺的层状流动。紊流 存在涡体质点互相混掺的流动。判别标准：圆 管 流:Re2000 时为层流，Re2000 为紊流；明渠水流:Re500时为层流，Re500为紊流。,2.1.3 管渠水力计算流态,阻力损失计算,阻力损失计算,2.1.3 管渠水力计算阻力损失,水动力学水力计算,（1）基本公式,流量公式 Q=Av(1)流速公式 v=C(RI)0.5(2)式中，Q设计管段的设计流量，m3/s A设计管段的过水断面面积，m2 V 过水断面的平均流速，m/s C流速系数，谢才系数 R水力半径（过水断面积/湿周），m I水力坡度（即水面坡度，等于管底坡度）,2.1.3 管渠水力计算水力计算,公式（2）的进一步解释,流速公式 v=C(RI)0.5(2)谢才公式/明渠均匀流流速公式 谢才系数：C=(8g/)0.5 谢才系数通过Manning公式来计算 C=(1/n)R1/6（3）式中，n粗糙系数；R水力半径，m。,（1）基本公式,2.1.3 管渠水力计算水力计算,谢才（1718-1798），法国水利工程师。生于马恩河畔沙隆。30岁时进入新联邦学校,后改为桥梁与公路学院。在著名桥梁专家佩罗内领导下，参与了巴黎许多桥梁与街道施工与验收，对法国运河建设，尤其是罗讷河和罗讷河流域的勃艮第运河进行了研究。主要贡献是提出了明渠均匀流流速公式谢才公式，至今仍是水力学中最重要内容之一。今天在设计渠道或排水河道用的就是谢才公式。,谢才,流速流量公式,（3）代入（1）（2）中，得到：v=n-1.R2/3.I1/2=f(n,R,I)n粗糙系数(next page)Q=A.n-1.R2/3.I1/2=f(A,n,R,I),应用条件：紊流粗糙区（阻力平方区）,（1）基本公式,2.1.3 管渠水力计算水力计算,粗糙系数,排水管渠粗糙系数,计算举例,2.1.3 管渠水力计算水力计算,（2）计算举例 P51 例题1例题3,水力学基础OVER，开始污水泵房,Return,2.2 污 水 泵,污水泵基本类型污水泵性能参数 GO离心泵 GO,类型,2.2.1 污水泵基本类型（1）,为流体提供能量的机械称为流体输送机械。输送液体的机械通称为泵，输送气体的机械通称为风机或压缩机。,按工作原理可分为：叶片式、容积式、其它。,叶片式：依靠叶轮的高速旋转完成其能量的转换，即将流体的动能转变为压力能。,叶片的形状不同，将导致不同的出流方向，依此，将叶片泵分为径向式、轴流式和斜流式。径向式离心泵*单、双吸大流量，单、多级轴流式轴流泵轴向升力斜流式混流泵,图片,离心泵,图片,2.2.1 污水泵基本类型（2）,轴流泵、混流泵,性能参数,2.2.1 污水泵基本类型（3）,Return,2.2.2 污水泵性能参数流量,一、流量Q离心泵的流量即为离心泵的送液能力，是指单位时间内泵所输送的液体体积。泵的流量取决于泵的结构尺寸(主要为叶轮的直径与叶片的宽度)和转速等。操作时，泵实际所能输送的液体量还与管路阻力及所需压力有关。（m3/h或m3/s或L/s）,扬程,2.2.2 污水泵性能参数扬程(1),二、扬程H又称压头，是指单体重量流体经泵所获得的能量。泵的扬程大小取决于泵的结构(如叶轮直径的大小，叶片的弯曲情况等、转速。扬程是液体的静压、动压和位能等能量增加值的总和，其单位与高度的单位一致。泵的扬程集水池内水位与泵轴线之高差（吸上高度）泵轴线与输水水位之高差（排出高度）静压头提高阻力损失。,继续,pS,pD,zS吸上高度,zD排出高度,hfS吸入阻力损失,hfD排出阻力损失,p/g 静压头提高,H=zS+zD+hfS+hfD+p/g,p/g=(pD-pS)/g,2.2.2 污水泵性能参数扬程(2),注意,绝不可将扬程理解为液体输送能达到的高度,考虑到污水泵在使用过程中因效率下降和管道中阻力增加而增加的能量损失，在确定水泵扬程时，一般要增大12m安全扬程。,2.2.2 污水泵性能参数扬程(3),两点注意：,功率效率,2.2.2 污水泵性能参数功率效率,三、功率N、效率有效功率Ne：单位时间内迸出流液体获得的有效能量，也称为输出功率；轴功率N：单位时间内，由原动机传递给泵主轴上的功率，也称为输出功率。泵效率：反映泵对外加能量的利用程度。,性能曲线,2.2.2 污水泵性能参数特性曲线(1),四、泵的性能曲线特性曲线是将由实验测定的Q、H、N、等数据标绘而成的一组曲线。此图由泵的制造厂家提供，供使用部门选泵和操作时参考。三条曲线：(1)H-Q线 表示压头和流量的关系；(2)N-Q线 表示泵轴功率和流量的关系；(3)-Q线 表示泵的效率和流量的关系；(4)泵的特性曲线均在一定转速下测定，故特性曲线图上注出转速n值。,继续,离心泵特性曲线上的效率最高点称为设计点，泵在该点对应的压头和流量下工作最为经济。离心泵铭牌上标出的性能参数即为最高效率点上的工况参数。离心泵的性能曲线可作为选择泵的依据。确定泵的类型后，再依流量和压头选泵。,2.2.2 污水泵性能参数特性曲线(2),允许吸上高度,五、允许吸上高度当泵轴线高于吸水池液面时，为了防治气蚀，所允许的泵轴线与吸水池的垂直高度，即吸上高度。汽蚀现象是指被输送液体由于在输送温度下饱和蒸汽压等于或低于泵入口处（实际为叶片入口处的）的压力而部分汽化，引起泵产生噪音和震动，严重时，泵的流量、压头及效率显著下降。避免汽蚀现象发生的关键是泵的安装高度要正确，尤其是当输送温度较高的易挥发性液体时，更要注意。,2.2.2 污水泵性能参数允许吸上高度,离心泵,Return,2.2.3 离心泵工作原理,一、工作原理叶轮安装在泵壳内，并紧固在泵轴上。泵壳中央与吸入管连接。液体经底阀和吸入管进入泵内。启动前，泵壳内灌满液体；启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也随着转动。在离心力作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速进入泵壳。蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。,气缚,二、气缚现象当泵壳内存有空气，因空气的密度比液体的密度小得多而产生较小的离心力。从而，吸入液面上方与泵吸入口处之压力差不足以将贮槽内液体压入泵内，即离心泵无自吸能力，使离心泵不能输送液体，此种现象称为“气缚现象”。为了使泵内充满液体，通常在吸入管底部安装一带滤网的底阀，该底阀为止逆阀，滤网的作用是防止固体物质进入泵内损坏叶轮或防碍泵的正常操作。,2.2.3 离心泵气缚,组成,主要部件有叶轮、泵壳和轴封装置。一、叶轮叶轮的作用是将原动机的机械能直接传给液体，以增加液体的静压能和动能(主要增加静压能)。叶轮一般有612片后弯叶片，开式、半闭式和闭式。开式在叶片两侧无盖板，制造简单、清洗方便，适用于输送含有较大量悬浮的物料，效率较低，输送的液体压力不高；半闭式在吸入口一侧无盖板，而在另一侧有盖板，适用于输送易沉淀或含有颗粒的物料，效率也较低；闭式叶轮在叶轮在叶片两侧有前后盖板，效率高，适用于输送不含杂质的清洁液体。一般的离心泵叶轮多为此类。,2.2.3 离心泵组成（1）,泵壳,二、泵壳将叶轮封闭在一定的空间，以便由叶轮的作用吸入和压出液体。泵壳多做成蜗壳形，故又称蜗壳。由于流道截面积逐渐扩大，故从叶轮四周甩出的高速液体逐渐降低流速，使部分动能有效地转换为静压能。泵壳不仅汇集由叶轮甩出的液体，同时又是一个能量转换装置。,三、轴封装置防止泵壳内液体沿轴漏出或外界气漏入泵壳内。常用轴封装置有填料和机械密封*。填料一般用浸油或涂有石墨的石棉绳。机械密封主要的是靠装在轴上的动环与固定在泵壳上的静环之间端面作相对运动而达到密封的目的。,2.2.3 离心泵组成（2）,2.2over 2.3污水泵房,Return,2.3.1 污水泵房的组成与类型 污水泵房的组成与分类 污水泵房的基本类型,2.3.2 污水泵房的工艺特点 GO 水泵的选择 确定给水池容积 机组与管道布置 辅助设备,2.3 污水泵房,组成与分类,2.3.1 污水泵房的组成与类型,污水提升泵房，将上游来水提升至后续处理单元所需的高度，实现重力自流*。,机器间水泵机组附属设备,辅助间贮藏间修理间,（2）污水泵房的组成,集水池格栅 吸水管,集水池：容纳格栅、吸水管等；调节来流污废水的不均匀性，以使水泵能较均匀工作。格 栅：阻拦粗大固体物，保护污水泵。,（1）污水泵房的作用,作用 组成 分类 类型的确定 三种类型分述,污水泵房的分类,组成,2.3.1 污水泵房的组成与类型,（3）污水泵房的分类,水泵起动方式,泵房平面形状,集水池机器间,控制 方式,自灌式,非自灌式,圆形,矩形,合建式,分建式,人工控制,自动控制,遥控,张家口保税区长清污水处理有限公司泵房全景,非自灌式,抽真空式,灌入压力水式,污水泵房的确定,进水管渠的埋设深度来水流量 水泵机组型号、台数 水文地质条件 施工方法,（4）泵房类型的确定,合建式圆形污水泵房 合建式矩形污水泵房 分建式污水泵房,几种常用的泵房类型,2.3.1 污水泵房的组成与类型,几种型式的泵房分别阐述,（一）合建式圆形污水泵房 一般采用卧式自灌式水泵优点：沉井法，施工方便，工程造价低；水泵起动方便。缺点：机器间内布置困难（泵数量受限）；电动机易受潮；需设通风设备，以降低机器间温度。若改为立式泵（轴流泵），可避免电动机受潮，无需通风；但泵的安装要求较高。因工程造价低，泵房占地面积小，中小型处理量时被广泛采用（水泵 4）。自灌式泵的轴线一定低于集水池（进水）最低水位以维持自灌；否则采用非自灌。,2.3.1 污水泵房的组成与类型,吸水,压水,集水池,机器间,合建矩形污水泵房,（二）合建式矩形污水泵房 一般采用立式自灌式泵优点：机器间布置方便，启动简单，易于实现自动化。电气设备不易受潮。缺点：建造费用高；当土质差，地下水位高时，因施工不利，不易采用。适用：大型处理量，水泵4 自灌式泵的轴线一定低于集水池（进水）最低水位以维持自灌；否则采用非自灌。,2.3.1 污水泵房的组成与类型,压水,压水,集水池,机器间,分建污水泵房,（三）分建式污水泵房 采用非自灌性水泵优点：结构简单，机器间无污水渗透和被淹的危险。缺点：抽真空启动，启动水泵较频繁，给操作带来困难，工程上应用较少。适用：当土质差，地下水位高时，因施工不利，不易采用合建式，易采用分建式。,2.3.1 污水泵房的组成与类型,集水池,机器间,组成类型OVER，泵房工艺特点,Return,2.3.2 污水泵房的工艺特点,（1）污水泵的选择,A 选择依据：根据泵房设计流量确定泵的流量，根据污水提升的高度和管道阻力损失确定泵的扬程。,污水泵的选择 机组布置 管道布置 辅助设备,C 泵的选择,B 泵的选择：采用多台泵（机组），每台泵的流量1/21/3的设计流量，且泵的型号相同；一般选用立式离心泵；当泵房埋深较小时，可采用卧式离心泵。当流量较大时，可采用轴流泵（雨水防汛期间常用）；备用机组及其配件。,2.3.2 污水泵房的工艺特点,（2）水泵机组布置,泵房中机组台数，一般不超过34台；污水轴向进水，一侧出水，泵并列布置：为了减小给水池，污水泵开启频繁，采用自灌式，吸水管上设置闸门，便于泵检修（自灌式，泵房埋深加大，增加造价）。,卧式泵,立式泵,（2）管道布置,（3）管道布置,每台泵单独设吸水管，水利性能佳，管道通畅；应尽量利用水泵吸水能力，以提高机器间标高；吸水管经济流速：1.01.5m/s；最小0.7m/s（避免管内沉淀）；最大2.5m/s（管路阻力损失）非自灌泵，吸水管不许设置底阀，阀易堵，影响泵的启动，增加能耗；压水管经济流速：1.5m/s，防止管内沉淀；两台或两台以上水泵合用一条压水管线时，压水管内流速0.7m/s，防止管内沉淀；每台水泵的压缩管装设闸门，不装设止回阀；泵房内管道明装、防腐（避免使用钢管）；吸水管置于地面上；压水管架空安装；不得妨碍交通和检修；不得安装在电气上面。,2.3.2 污水泵房的工艺特点,（3）辅助设备,（4）辅助设备,2.3.2 污水泵房的工艺特点,格栅；水位控制器；计量设备；引水装置；反冲洗装置；排水设备；采暖与通风设备；起重设备。,水位控制器：自动控制。计量设备：防堵塞。引水装置：非自灌泵所用，采用真空泵或水射器抽气引水，也可采用密封水箱注水。当采用真空泵时，真空泵和污水泵之间设置气水分离器，防止污水和杂质进入真空泵。反冲洗装置：集水池内沉渣；冲洗集水池内沉渣，一般在压水管上引管，对池子冲洗；或接自来水。,全章结束,关于第八章涉及到风机与泵等的几点补充,1 关于鼓风机 p368 水处理常用风机：离心鼓风机；罗茨鼓风机。离心鼓风机的特性；罗茨鼓风机的特性*：当压力在一定范围内变化时，其流量为一常数；运行时适应性强，在流量要求稳定而阻力变化较大时，可予以自动调节；结构简单，制造、维修方便。,2、如果水泵流量不变，管道截面变大了，则流速？减小 变小了，则流速？增加,3、泵的运行与维护*P362 1）试车前的准备；2）启动前的准备；3）启动与启动后的检查；4）水泵机组运行要求；5）水泵的停止,5 滗水器 p393 作用 分类 一种收水装置，能够在排水时随着水位升降而升降的浮动排水工具。,4、潜水泵突然停机会造成的现象：气蚀？喘振？水锤？其他？,容易发生水锤现象，容易造成管道管道松动或破裂，严重的可能造成电机的损坏。电机启动或停止时需要开启或关闭阀门来减小水锤的影响。,谢 谢！,2006年10月22日，兰州雁滩黄河上出现了一个一公里长的红色污染带,2007年4月21日14：00左右，福建厦门杏林新阳大桥沿杏滨路往集美方向出现长约3公里的红色海域.,