中小型水泵站设计与施工.ppt

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1、1,中小型泵站设计与施工,2023/6/10,2,主要内容一、水泵和水泵站的基本概念二、泵站设计参数三、泵房设计四、泵站进水建筑物设计五、泵站出水建筑物设计六、泵站施工中需注意的几个问题,2023/6/10,3,一、水泵和水泵站的基本概念水泵是一种抽水机械，通过水泵的作用，可以把水由低处提升到高处，或者增加水的压力，或增加水流速度，或克服沿程阻力损失和局部损失，把水从一个地方输送到个地方。水泵是世界上除了电机之外应用最广泛的机械。,2023/6/10,4,安装水泵及其装置需要建设必要的建筑物，这个建筑物就称为水泵站。泵站内有水泵、动力机和辅助设备。水泵及水泵站习惯上又称为机电排灌工程或泵站工程

2、，主要研究水泵的理论、性能及泵站工程的设计、运行和管理等。,2023/6/10,5,水泵和水泵站广泛应用在：1.灌溉、排水和排涝，为农业生产和减灾防灾服务；2.城市和乡镇供水工程、排水工程以及工业供水工程；3.洪涝水、雨水及污水、废水的排除或排放；4.环境保护、水质改善、跨流域调水工程。,2023/6/10,6,1、水泵的分类 水泵的种类很多，按照工作原理分，主要有叶片泵、容积泵和其他类型泵。叶片泵是利用叶轮的旋转把机械能转化为所输送的液体的能量的。按照叶轮及流体流动方式的不同，又可将泵分为离心泵、混流泵、轴流泵和螺旋泵，前三种泵是应用最为广泛的泵型。,2023/6/10,7,2、水泵的结构（

3、1）离心泵离心泵是依靠叶轮旋转时产生的离心力而工作的，其特点是扬程高，流量小。,2023/6/10,8,单级单吸离心泵单级单吸离心泵只有一个叶轮，一个进水口，具有结构简单，使用维护方便等优点，流量范围为6400 m3/h，扬程范围为5125 m。有IS型、IB型等型号。,IS型离心泵,IB型离心泵,2023/6/10,9,单级双吸离心泵单级双吸离心泵是指只有一个叶轮，但从叶轮两边进水的离心式水泵，这种泵实际上相当于两个单吸泵的叶轮合装在同一根轴上工作，所以与单吸泵比较，流量更大。,图1-24 S型单级双吸离心泵,2023/6/10,10,双吸离心泵一般做成水平中开式，打开泵盖，就能看到泵体内的

4、全部零件。该泵具有运行平稳，结构简单，安全可靠，检修方便等优点，适用于要求较大流量的场合。,2023/6/10,11,多级离心泵多级泵的转轮是由多个单级泵的转轮串联在一根轴上组成，每一个叶轮为一级。这类泵的结构特点是泵壳用垂直于泵轴的平面分开，分为前段（吸入段）、中段和后段（压出段）。然后将各段用穿杆固紧，使之联成一个整体以承受高压。,2023/6/10,12,（2）混流泵（Mixed flow Pump）混流泵又称斜流泵，根据出水室的不同，通常分为蜗壳式和导叶式两种。中小型、低比转速混流泵多为蜗壳式结构，高比转速的混流泵为导叶式结构。,2023/6/10,13,蜗壳式混流泵,2023/6/1

5、0,14,导叶式混流泵,2023/6/10,15,（3）轴流泵轴流泵的外壳为圆筒形，包括进水喇叭管，导叶体和出水弯管等部件。轴流泵的安装方式有立式、卧式和斜式三种。按照其叶片的安装角度可否调节，又分为固定叶片式、半调节式和全调节式3种。,2023/6/10,16,2023/6/10,17,2023/6/10,18,2、水泵的主要构件（一）泵轴（二）叶轮（三）口环（四）轴封装置（五）轴承（六）压水室,2023/6/10,19,3、抽水装置 抽水装置由水泵、动力机、传动机构、管道和各种附件组成。泵装置中除了泵机组及进、出水池等水工建筑物以外的部分，称为管道系统。它主要包括进、出水管路及其附件，如底

6、阀、逆止阀、闸阀、蝶阀、弯管、渐缩管、渐扩管、拍门、快速闸门、真空破坏阀等。,2023/6/10,20,2023/6/10,21,2023/6/10,22,4、水泵的工作参数水泵的工作参数包括泵的流量、扬程、转速、轴功率及效率、汽蚀余量（吸上真空高度）等。,2023/6/10,23,2023/6/10,24,2023/6/10,25,2023/6/10,26,二、泵站的设计参数 泵站的设计应严格按照国家标准泵站设计规范进行。1、排灌泵站的等级划分我国将排灌泵站工程按装机流量或装机功率分为5级。对工业、城镇供水泵站等级的划分，应根据供水对象、供水规模和重要性确定。泵站等级决定了其主要建筑物、次要

7、建筑物和临时性建筑物的级别。,2023/6/10,27,（2）泵站的规划灌溉泵站的规划主要包括以下内容：查勘灌区的地形、地质和水源条件及其他自然、社会经济条件，调查已有水利工程设施及其效益，了解能源、交通等情况。在此基础上，根据自然区划特点并考虑行政区划进行灌水区的划分、选定站址、确定泵站建筑物和渠系的布置等。灌溉泵站设计流量应在满足一定的灌溉设计标准下，根据作物的灌溉制度、灌水模数、灌溉面积、渠系水利用系数及灌区内调蓄容积等综合分析计算确定。,2023/6/10,28,排涝泵站的规划，主要是根据各地区的排水出路(承泄区)和地形条件，正确处理自排与提排、内排与外排、排田(抢排)与排湖(内河)的

8、关系，以尽量减少排涝泵站的装机容量，降低工程投资。同时应尽可能兼顾灌溉的要求，提高泵站设备的利用率。排水区的划分要尽可能满足内外水分开、高低水分开，并充分利用自流排水的条件。,2023/6/10,29,2、水位组合与特征扬程,2023/6/10,30,2023/6/10,31,2023/6/10,32,（3）泵站枢纽布置灌溉泵站枢纽,2023/6/10,33,排涝泵站枢纽,2023/6/10,34,排灌结合泵站枢纽,2023/6/10,35,一站四闸布置形式,2023/6/10,36,双向泵站布置形式,2023/6/10,37,水泵选型水泵应满足下列要求：（1）充分满足一定设计标准内供排水及灌

9、溉要求；（2）水泵在运行中效率高；（3）水泵运行中安全，汽蚀性能良好；（4）节省机电设备及土建投资费用省；（5）运行、管理和维修方便。,2023/6/10,38,水泵选型中应注意的问题（1）台数（2）水泵安装形式（3）选用抗汽蚀性能好的水泵，可提高水泵安装高程，减少泵站开挖深度。（4）对各种因素综合比较和筛选,2023/6/10,39,三、泵房设计泵房是整个泵站工程的核心建筑物，主要用途：（1）安装主机组、辅机设备、机电设备及部分管路（2）为机组的安装、维修、运行与管理提供良好的工作环境。,2023/6/10,40,泵房设计原则：（1）设备布置、安装、运行及检修的要求；（2）满足结构布置及整体

10、稳定要求，各构件具有足够的强度和刚度，安全可靠；（3）满足通风、采暖和采光要求，符合防潮、防火、防噪声等技术规定；（4）泵房内外交通便利，便于管理；（5）注意建筑造型合理紧凑、实用美观与环境协调。,2023/6/10,41,泵房的结构型式泵房按结构型式分类：（1）永久性和临时性（2）固定式和移动式移动式泵房：泵船、泵车；固定式泵房：分基型泵房、干室型泵房、湿室型泵房 和块基型泵房四类。其它分类方法(1)地面式泵房、地下式泵房、半地下式泵房(2)半移动半固定式塔吊旋转式,2023/6/10,42,传统的泵房分类方法移动式泵房：泵船、泵车；固定式泵房：分基型泵房、干室型泵房、湿室型泵房和块基型泵房

11、四类。新增加的泵房分类方法(a)地面式泵房、地下式泵房、半地下式泵房(b)半移动斗固定式塔吊旋转式,2023/6/10,43,影响泵房结构型式的主要因素：（1）进、出水池水位的变化幅度；（2）水泵机组的类型和结构形式；（3）工程地质条件。(4)与周边环境协调,44,(一)分基型泵房1结构特点泵房基础与机组基础分开建筑，无水下结构。2优点结构简单，施工方便，通风、采光、防潮条件好，检修方便。3型式（1）直立式挡土墙分基型泵房,2023/6/10,45,4适用场合（1）水源水位变幅小，保证机组不被淹没。（2）卧式机组。（3）水源侧岸坡稳定，地质条件好，渗透性好。特殊措施：若进口出现高水位时难以满足

12、，可在引渠上设防洪闸，但其缺点是会造成人为的扬程损失。注意事项：防止机组基础与泵房基础不均匀沉陷、洪水对地基的影响与地基渗水。,2023/6/10,46,2023/6/10,47,（2）斜坡式挡土墙分基型泵房,2023/6/10,48,(二)干室型泵房 1结构特点 四周墙壁（挡水墙、挡土墙）与底板连成一不透水的整体（干室），室内安装动力机及其它设备。2特点一般是卧式机组，但也有立式安装，平面形状一般为矩形，机房内布置整齐，安装、运行、检修，采光条件均较好。3.注意防渗透问题,2023/6/10,49,另外还有圆筒形干室和潜没式干室型泵房等形式,2023/6/10,50,(三)湿室型泵房1结构特

13、点 泵房下部有一个与前池相通并充满水的湿室。（1）湿室进水；（2）湿室内的水重平衡部分浮托力，增加泵房的稳定性。湿室型泵房一般分两层：上层安装动力机和配电设备，下层安装水泵。2适用场合安装中小型立式轴流泵、导叶式混流泵的低扬程泵站。,2023/6/10,51,3.结构形式湿室型泵房的水下结构有多种不同型式，最为常见的有墩墙式，此外还有排架式、圆筒式及开敞出流式等。,2023/6/10,52,墩墙湿室型泵房的特点墩墙式泵房的水下结构由站墩和挡土墙围成，其四周除进水侧外，其他三面都有挡土墙，进水条件较好，各台机组可以单独检修，互不干扰。缺点：自重较大，后墙外的填土又产生较大的侧向土压力，因此，地基

14、应力较大，要求地基有较高的承载力。,2023/6/10,53,（2）排架式湿室型泵房,2023/6/10,54,2023/6/10,55,（3）园筒湿室型泵,2023/6/10,56,（4）圬工湿室型泵房,2023/6/10,57,(四)块基型泵房 1结构特点(1)水泵的进水流道与泵房底板用钢筋混凝土浇筑在一起，构成整个泵房的基础，呈块状基础结构;(2)刚度大，抗震性能好;（3）适用于大中型立式机组、卧式机组、斜式机组、贯流式机组,2023/6/10,58,2023/6/10,59,2023/6/10,60,2023/6/10,61,主机型式对泵房型式的影响：（1）立式机组 泵房占地面积小，电

15、机位置高，但泵房高度大，水泵叶轮在水面以下，起动方便。（2）卧式机组 适宜布置间接传动装置，泵房高度低，安装检修方便，结构简单，适宜于低扬程站。（3）斜式机组 进出水流道弯曲小，流态好，有利于提高机组运行效率，适用于低扬程站。（4）贯流泵 土建省，进出水条件最好，但安装检修不便。,2023/6/10,62,2023/6/10,63,2023/6/10,64,2023/6/10,65,2023/6/10,66,创新与发明,2023/6/10,67,2023/6/10,68,2023/6/10,69,泵房内部布置和尺寸确定 确定泵房型式后，需对泵房内主机组、电气设备，辅助设备、管道、检修间、门窗及

16、过道等进行合理布置。布置原则：在满足机组安装、检修、运行要求及泵房结构布置要求的前提下，应力求紧凑、整齐、美观，节省工程量。,2023/6/10,70,（一）卧式机组泵房布置与尺寸确定泵房内部布置 1、主机组布置按水泵的类型及机组台数，大中型泵站主机组在机房内一般有一列式和双列式两种布置型式。,2023/6/10,71,2023/6/10,72,2023/6/10,73,2、配电设备布置 配电设备布置有集中布置和分散布置两种。分散布置即是将配电柜布置在两台电动机中间靠墙的空地上，这时机房无须加宽。集中布置根据其在机房中的位置，又分为两种型式，即一端式布置和一侧式布置。,2023/6/10,74

17、,2023/6/10,75,2023/6/10,76,配电柜分高压、低压两种，又分单面维护和双面维护，应保证有必要的操作、维修空间。若为双面维护，一般情况下柜后0.8m，柜前1.52m。为保持配电间干燥，配电间的地板应略高出机房地面。配电间一般都应单设一个外开的便门，以防事故之用。干室型泵房配电间地坪高程应高于挡水墙外的最高水位，以防受潮。,2023/6/10,77,3、检修间布置 对于大中型泵站检修间一般设在泵房靠近大门的一端，其平面尺寸要求能够放下泵房内部的最大设备或最大部件，并便于拆卸，同时还要留有空地存放工具等杂物。检修间大门尺寸的确定应保证最大设备能顺利运进或运出。对于不专设吊车的泵

18、站，如机组容量较小或机组间距较大时，可原地进行检修而不必单设检修间。,2023/6/10,78,2023/6/10,79,4、交通道布置 泵房内的交通道是沿泵房长度方向布置的主要通道，便于值班人员巡视、阀门启闭及物件搬运。单列式多布置在出水侧；双列式布置两列之间。大中型泵站交通道宽度应不小于l.5 m。,2023/6/10,80,2023/6/10,81,2023/6/10,82,2023/6/10,83,2023/6/10,84,5、充水系统布置 卧式机组的水泵中心线多数高于进水池水面，需要抽真空充水启动。水泵的充水系统包括充水设备(真空泵机组)及抽气干、支管。其布置以不影响主机组检修、不增

19、加机房面积、便于工作人员操作为原则。,2023/6/10,85,充水设备一般布置在主机组之间靠进水侧的空地上，抽气干管可与充水设备同侧，在高程上可沿机组基础的地面铺设，也可以支承在高于地面2 m以上的空间，然后再用抽气支管与每台水泵相联。,2023/6/10,86,6、排水系统布置 排水系统用以排除水泵水封废水及管阀漏水等。底板或泵房地面应向下游有一定倾斜，机房内设排水干、支沟。,2023/6/10,87,支沟一般沿机组基础布置，但应与电缆沟分开以免电缆受潮，废水沿支沟汇集到干沟中，然后可以穿出墙外自流排出，或汇集至泵房端部的集水井中由排水泵抽排至进水池。通常前者适用于分基型泵房，后者适用于干

20、室型泵房。,对大型轴流泵站，检修时流道内的水先流入排水廊道，然后由排水泵抽排出室外。,2023/6/10,88,7.通风布置 由于电动机、电气设备的运行以及阳光辐射会散发出大量的热量，尤其是夏日排灌季节，可能造成很高的室内温度，这不仅影响工作人员的身体健康，也会加剧电机绝缘老化，降低电动机效率。实测资料表明，当电动机周围温度达到50时，则效率要降低25%,2023/6/10,89,分基型泵站的泵房的通风,主要是通过合理布置门窗,实现风压或热压自然通风，干室型泵房有时需采用机械强迫通风。大型泵站设置风道，把电机的热量和噪音排出泵房。,2023/6/10,90,(二)泵房尺寸确定 1、机房跨度 机

21、房跨度应根据泵体的大小、进出水管道及其阀件的长度、安装检修及操作管理所必需的空间确定，并考虑进出水侧所布置的走道宽度要求，其跨度也应与定型的屋架跨度或吊车跨度相适应。,2023/6/10,91,2023/6/10,92,2、机房长度 机房长度主要根据机组及机组基础的长度，以及机组间的间距决定。,2023/6/10,93,2023/6/10,94,3、机房高度 机房高度指机房地面与屋面大梁下缘之间的距离。（1）小型泵站一般不设吊车：H3.5m（2）设吊车时：保证从汽车上吊下最大部件；满足安装检修要求。,2023/6/10,95,二、立式机组泵房布置与尺寸确定(一)中小型立式机组泵房内部布置与尺寸

22、,中小型立式机组多采用湿室型泵房，布置较为简单，主机组一般为一列式布置，机组间距主要取决于下层进水池的进水要求。,2023/6/10,96,根据湿室型泵房的特点，机房以下的设备须垂直吊运，因此，机房楼板上须注意开设吊物孔或做活动楼板。,2023/6/10,97,机组一列式布置时机房宽度的确定与分基型泵房要求类似。对于墩墙式泵房，往往在隔墩上留有检修门槽，为起吊闸门，上部须设临时便桥，为此，机房宽度加上必要的便桥宽度应与进水池长度对应。,2023/6/10,98,泵房各部高程的计算1.叶轮中心高程轮该高程是泵房剖面设计中首先需要确定的高程，由水泵的汽蚀性能和最低运行水位确定。轮=低-h3,202

23、3/6/10,99,2.水泵吸水喇叭管管口高程进进取决于进口最低运行水位低及水泵尺寸：进=低-h2-h3,2023/6/10,100,3.底板高程底吸水管口高程确定后，底板的高程决定于管口悬空高度h1：底=进-h1,2023/6/10,101,4.电机层楼板高程机电机层楼板高程一般按进口最高水位高加上安全超高确定，同时与中间轴的长度及地面高程相适应：机=高+,2023/6/10,102,屋面大梁的下缘至机房楼板的垂直距离即为机房的高度，其高度应满足起吊最长部件的要求：电动机转子抽芯和水泵的抽轴。,5.机房屋面大梁下缘高程梁,2023/6/10,103,（三）泵房整体稳定分析 初步拟定泵房尺寸后

24、，必须进行整体稳定计算，要求泵房整体在外力和内部荷载的共同作用下，不发生倾覆、滑动或浮起等破坏，满足地基稳定要求。否则，必须根据计算结果对泵房布置和尺寸进行修改。,2023/6/10,104,泵房稳定分析和一般的水工建筑物相同，包括:抗倾、抗滑、抗浮和地基稳定校核，还有地下轮廓线（防渗）的设计计算等内容。,2023/6/10,105,四、泵站进水建筑物设计泵站进水建筑物主要包括进水涵闸、引渠、前池和进水池等。进水建筑物合理的水力设计可以为水泵提供良好的进水条件，对改善水泵装置的能量性能和汽蚀性能都有很大影响。,2023/6/10,106,为保证泵站的安全经济运行，泵站进水建筑物除需满足一般水工

25、设计的要求及尽可能节省土建投资外，还应满足保证进水能力、水流平顺稳定、水力损失小、避免回流及旋涡等水力设计的要求。在泵站枢纽布置及站址选择时，应充分考虑到进水建筑物水力设计方面的要求。,2023/6/10,107,（一）引水渠 泵站引渠是连通水源（或排水区）与泵房的明渠。1、使泵房尽可能接近灌区（或容泄区），以减小输水渠道的长度；2、为保证水流平顺地进入前池创造必要的条件；3、避免泵房与水源直接接触，简化泵房结构，便于施工；4、对于从多泥沙的水源中取水的泵站，还可为沉沙提供条件。,2023/6/10,108,引渠路线的确定引渠路线的选择应根据选定的取水口及泵房位置，结合地形地质条件、施工条件及

26、挖填方平衡等多方面的因素，经技术经济比较后确定。,2023/6/10,109,泵站引渠的水力设计和结构形式应根据地形、地质、水力、输沙能力和工程量等条件计算确定，并应满足引水流量、行水安全及渠道不冲不淤等要求。,2023/6/10,110,(二)前 池 1、前池的作用与类型在多机组的情况下，泵站进水池的宽度比引渠底宽大，因此，需在引渠和进水池之间设置一联接段，这就是前池。,2023/6/10,111,前池的作用保证水流在从引渠流向进水池的过程中能够平顺地扩散，为进水池提供良好的流态。前池的分类正向进水前池和侧向进水前池,2023/6/10,112,正向进水前池的水流与进水池水流的方向一致，水流

27、逐步扩散、流态平顺且形式简单、施工方便，应优先采用。侧向进水前池的水流与进水池水流方向正交或斜交，易形成回流或漩涡，流态分布不均匀，应尽量避免采用，仅在地形条件比较狭窄、正向进水难以布置的情况下才考虑采用。,2023/6/10,113,2、前池的水力设计要求(1)保证水流顺畅、扩散平缓，无脱壁、回流或旋涡现象(2)尽可能节省土建投资。,2023/6/10,114,3、前池内的不良流态的危害将严重影响进水池内的流态，导致水泵能量性能和汽蚀性能下降，甚至引起水泵的汽蚀和振动，同时回流还会引起前池内的局部淤积，而泥沙淤积又会进一步加剧不良流态的发展。,2023/6/10,115,4、前池尺寸的确定(

28、1)前池扩散角 前池扩散角是影响前池流态及其尺寸大小的主要因素。根据实际工程经验，前池扩散角的取值一般为=2040。,2023/6/10,116,水流在渐变段扩散流动时具有一种自然现象，即：在流速v、水深h为某一定值时，若/2大于某一临界值，则水流会因惯性而发生脱壁现象，此临界值称为天然扩散角，又称临界扩散角，临=20。根据实际工程经验，前池扩散角的取值一般为=2040。Fr大，取值靠下限；Fr小，取值靠上限。,2023/6/10,117,(2)前池池长前池池长可由引渠末端底宽b、进水池总宽B及选定的前池扩散角计算：,2023/6/10,118,(3)池底纵向坡度由于水泵淹没深度的要求，进水池

29、池底的高程一般低于引渠末端的渠底高程，因此，还需将前池池底做成斜坡，使其在立面方向上起联接作用。,2023/6/10,119,底坡i一般不陡于1:4。,2023/6/10,120,前池边坡与铅垂线夹角的正切称为边坡系数m。m值的选用关系到渠坡的稳定，主要根据土质条件及挖填方的深度确定。,4前池边坡系数m与翼墙形式,2023/6/10,121,前池翼墙有直立式、倾斜式及圆弧式等。翼墙的形式对前池流态也有一定影响。与进水池中心线成45夹角的直立式翼墙可获得良好的流态，并且直立式翼墙也便于施工，因而得到广泛的应用。,2023/6/10,122,5、侧向进水的前池,侧向进水前池内水流很容易产生回流及旋

30、涡，通常均需采取适当的整流措施，以改善流态。侧向进水的前池宜设分水导流设施，并应通过水工模型试验进行验证。,2023/6/10,123,6、前池流态的改善 采取设置导流墩及底坎、立柱等措施可以明显改善前池内的不良流态。,2023/6/10,124,侧向进水的前池一般均需采取适当的整流措施。,2023/6/10,125,（三）进 水 池1、进水池的作用与设计要求进水池（也称开敞式进水池）是供水泵吸水管直接吸水的水工建筑物，具有自由水面，通常用于中小型泵站。,2023/6/10,126,进水池的主要作用：（1）进一步调整从前池进入的水流，为水泵进口提供良好的进水条件；（2）在进水池进口设置拦污门槽

31、，以便设置拦污栅，在水泵运行时拦污；（3）在进水池进口设置检修门槽，在水泵需要检修时，放下检修门，可抽空进水池内的水进行检修。,2023/6/10,127,进水池的水力设计要求（1）合理选择进水池的结构形式；（2）合理确定进水池的各几何参数，以保证所需的进水流态；（3）便于清淤和管理维护；（4）尽可能减少土建投资。获得良好的进水流态与减少土建投资是对矛盾，需合理地兼顾两方面的要求。,2023/6/10,128,2、进水池的后壁形式及主要几何参数（1）应用较多的后壁形式,2023/6/10,129,（2）矩形进水池的主要几何参数包括：进水池宽度B、喇叭管悬空高度Z、后壁距X、池长L及淹没深度Hs

32、。目前大都以喇叭管进口的直径D为基本参数表示进水池的各几何参数。,2023/6/10,130,3、进水池流态分析 水流从四面汇集进入喇叭管，是进水池流动的基本特征。在水泵运行时，一部分水流从正面进入喇叭管，一部分水流从两侧进入，还有一部分则绕过两侧，从后面进入喇叭管。进水池各几何尺寸与基本流动特征的辩证关系。,2023/6/10,131,进水池中的旋涡在进水池设计不当或水泵吸水管淹没深度不够的情况下，进水池可能产生旋涡。从旋涡发生的位置加以区分，可将旋涡分为附底涡、附壁涡和水面涡三种类型。,2023/6/10,132,水面涡根据吸气情况，又分为4种型式,2023/6/10,133,进水池防涡措

33、施可以采取在进水池内设置隔板、导流锥等措施，防止旋涡的发生。,2023/6/10,134,4、进水池尺寸的确定进水池几何尺寸的确定目前大都依赖于试验结果，由于试验条件的差异，所得试验数据常常并不一致。随着计算流体动力学的迅速发展，已开始采用数值计算的方法研究解决进水池的水力设计问题。,2023/6/10,135,（1）进水池宽度的确定 进水池宽度过大或过小，会对流态和土建投资产生什么影响？,2023/6/10,136,根据试验和使用情况，B=D偏大，故实际应用的池宽B总是取BD。,2023/6/10,137,日本有关标准（JSME）规定池宽B（22.5）D；英国流体力学协会推荐池宽B（23）D

34、；美国有关资料推荐池宽B2D。我国泵站设计规范推荐池宽B3D。池宽的确定，除需考虑水力条件外，还要考虑机组安装、维修的要求，一般要求B2D。在一池多泵的情况下，为减少水泵之间的相互影响，相邻两台水泵之间的距离可适当加大，取34D。,2023/6/10,138,（2）悬空高度的确定悬空高指吸水喇叭管进口至进水池底部的距离，其取值对喇叭管附近流态和土建投资的影响都非常显著。,2023/6/10,139,规范推荐Z为0.60.8D。综合考虑各方面的因素，建议悬空高Z为0.50.7D，较小的喇叭管进口直径取大值，较大的喇叭管进口直径取小值。,2023/6/10,140,（3）后壁距的确定 后壁距指吸水

35、管中心至进水池后壁的距离。,过小的后壁距必将导致不均匀的流态和较大的喇叭管进水损失。过大的后壁距不仅是不必要的，而且还增加了水流在后壁空间的自由度，从而加大了吸气旋涡产生的可能。,2023/6/10,141,规范推荐后壁距X为0.81.0D，同时满足喇叭管安装的要求。,2023/6/10,142,（4）进水池长度 进水池长度指从进水池进口至吸水管中心的距离。,2023/6/10,143,进水池应有足够的长度，满足以下几方面的要求：（1）对从前池进入的水流进行整流；（2）保证水泵起动时进水池水位；(3）水工布置方面的要求；(4）水工稳定计算的要求。,2023/6/10,144,一般根据秒换水系数

36、确定进水池长度。秒换水系数的含义是进水池内水体的体积与水泵流量Q之比：,规范推荐池长大于4D，进水池的水下容积按共用该进水池水泵的3050倍设计流量确定。,2023/6/10,145,（5）淹没深度的确定进水池内流动比较复杂，进水池各部分尺寸之间是相互影响、相互制约的。临界淹深的确定与多种因素有关，进水池的宽度及后壁距也在不同程度上影响着临界淹没深度。,2023/6/10,146,进水池内的水位是影响水面涡形成的最主要的因素。,147,临界淹没深度还与喇叭管的安装方式有关，根据试验结果，水平安装的喇叭管所需的淹没深度最大。图10-21给出了进水喇叭管垂直、倾斜和水平3种安装方式下，淹没深度Hs

37、所表示的意义。,规范推荐:1）喇叭管垂直布置时，Hs（1.01.25）D；2）喇叭管倾斜布置时，Hs（1.51.8）D；3）喇叭管水平布置时，Hs（1.82.0）D。,2023/6/10,148,对立式轴流灌溉泵站，因其常在低水位下运行，Hs可取大值；对立式轴流排涝泵站，因其常在进水位较高的情况下运行，Hs可取小值。为保证不发生汽蚀，任何情况下，Hs不得小于0.5。,2023/6/10,149,（6）进水池平面形状对流态的影响矩形进水池结构简单、施工方便，在中小型泵站得到广泛应用。,2023/6/10,150,对矩形、平面对称涡壳形和半圆形进水池的水泵装置效率进行比较试验，在其他条件基本相同的

38、情况下，矩形进水池=59.5%,半圆形进水池=60.5%，平面对称涡壳形进水池效率=61.5%。对几种边壁形状的进水池水力损失系数进行了比较：矩形进水池0.259，半圆形进水池0.273，平面对称涡壳形进水池0.250。,2023/6/10,151,试验结果表明，平面对称涡壳形进水池的水力损失系数最小，水泵装置效率最高,进水条件最好，施工也不很复杂，应优先考虑采用。,2023/6/10,152,五、泵站出水建筑物设计泵站出水建筑物主要包括出水池（或压力水箱）、出水流（管）道、输水渠道及断流设施等。泵站出水建筑物的合理设计不仅可以获得良好的出水流态，最大限度地回收水泵出口的水流动能，减少对输水渠

39、道或容泄区的冲刷，而且在很大程度上影响到泵站建筑物的安全和泵站的投资。,2023/6/10,153,（一）出 水 池1、出水池的作用与设计要求出水池是联接压力管道和灌溉干渠或排涝干渠（或容泄区）的衔接建筑物。,出水池的位置应结合站址、管线及输水渠道的位置进行选择。,2023/6/10,154,（1）出水池的作用 1）汇集出水管道来流，有时也起分流作用，向连接于出水池的几条干渠分流；2）消能稳流、扩散出水管水流，将水流平顺地引入干渠，以免造成渠道冲刷；3）便于设置防止倒流的设施（如拍门、溢流堰、快速闸门等）；4）便于设置和检修断流设施。,2023/6/10,155,（2）出水池的设计要求 1）出

40、水池的稳定计算最为重要；2）确保池中水流顺畅、稳定，水力损失小，流速不超过2 m/s，在水流汇集过程中不发生剧烈碰撞及水面壅高现象，满足防冲稳流的要求。为防渠道冲刷，干渠进口应有一定的护砌长度；3）便于施工和运行管理；4）力求节省土建投资。,2023/6/10,156,2、出水池的类型1）按水流方向的不同,可分为正向出水池、侧向出水池和多向分流式出水池三种类型。,2023/6/10,157,2）按出水池与泵房的关系，可分为分建式和合建式两种。分建式出水池适用于高扬程泵站，合建式出水池将出水池与泵房建成一个整体，多用于低扬程泵站。,2023/6/10,158,3)按断流方式的不同，可分为拍门式、

41、闸门式、虹吸管式、溢流堰式、自由出流式等。4)按是否有自由水面，又可分为开敞式出水池和压力水箱两种类型，前者即通常简称的出水池，池内具有自由水面；后者则为封闭的有压管道。,2023/6/10,159,3、出水池流态分析 在正向出水池内，水流从出水管进入出水池后在立面方向和平面方向同时扩散，呈三维扩散状态。由于扩散较快，在立面方向，在主流上部形成旋滚区，下面也有小一点的旋滚；在平面方向，则在出水管的两侧形成回流区。,2023/6/10,160,在侧向出水池内，由于是侧向出流，受到正面壁面的阻挡而形成反向回流，出流不畅，致使水面壅高，水力损失增加。壁面距管口愈近，出水流态所受影响愈大。,2023/

42、6/10,161,在安装多根出水管的出水池内，水流更为紊乱，通过设置隔墩可以显著改善流态。,2023/6/10,162,4、淹没出流正向出水池尺寸的确定（1）出水管出口直径 合理地确定出水管出口直径，一般按出水管管口的流速在（1.52.5）m/s范围内选取。,2023/6/10,163,（2）淹深h淹出水管口留有一定淹深，不使出水管水流冲出水面增加水力损失和水面旋滚。,2023/6/10,164,（3）池底至管口下缘距离为便于出水管道及拍门的安装，也为了避免泥沙或杂物堵塞管口，出水管管口与出水池池底应留有一定的空间，一般取为0.20.3 m。,2023/6/10,165,（4）出水池墙顶高程和

43、池底高程1）出水池池顶高程,2023/6/10,166,2）出水池池底高程,2023/6/10,167,（5）出水池宽度出水池宽度可按下式计算：,式中：n出水管数目；隔墩厚度，m；D0出水管出口直径，m；a出水管边缘至池壁或隔墩的距离，一般取a=(0.51.0)D0。,2023/6/10,168,（6）出水池长度 水面旋滚法 水面旋滚法的目的是：使出水池长度等于旋滚长度，从而把旋滚限制在出水池以内。,2023/6/10,169,淹没射流法淹没射流法假定出水管管口出流符合半无限空间射流规律，认为水流在池中沿射流方向逐渐扩散，扩散过程中断面平均流速逐渐减小，当断面平均流速等于渠首平均流速时，其扩散

44、长度即为出水池长度。,2023/6/10,170,（7）干渠护砌长度,2023/6/10,171,（8）出水池与干渠的渐变段出水池通常比输水干渠渠底宽，因此，需在两者之间设置一衔接段以实现平顺的过渡。,收缩角宜采用3040，一般不宜大于40。,2023/6/10,172,图11-7 溢流堰式出水池,2023/6/10,173,（9）侧向出水池尺寸的确定1）池宽 侧向出水池的宽度对出流流量有一定影响。,2023/6/10,174,对单管侧向出水池对多管侧向出流，池宽应随汇入流量的增加而相应加大。,2023/6/10,175,2）池长 a.单管侧向出水池,b.多管侧向出水池,2023/6/10,1

45、76,（二）压力水箱 压力水箱也是出水管与干渠（或容泄区）之间的连接建筑物，其作用与出水池相同。,2023/6/10,177,1、压力水箱的特点及适用场合 出水池是开敞的，压力水箱则是封闭的。为了承受较大的压力，压力水箱采用了钢筋混凝土箱形结构。,2023/6/10,178,在堤后式排涝泵站中，在外河水位变幅较大的情况下，为保证在最高外河水位时也能发挥泵站的排涝作用，若采用开敞式出水池，则势必把出水池修得很高；由于封闭的压力水箱尺寸小、工程量省，在这种场合采用压力水箱就比较经济合理。,2023/6/10,179,2、压力水箱的结构和尺寸 压力水箱也可分为正向出水和侧向出水两种类型。与出水池一样

46、，设置隔墩可以有效地改善压力水箱内的流态。,2023/6/10,180,压力水箱与泵房可分建，也可合建为一个整体。为了保证泵站的安全运行，压力水箱应建在坚实地基上，并应与泵房或出水管道联接牢固。如建在填方上，应设置建于原状土上的单独支承。,2023/6/10,181,合建式压力水箱的后侧应简支于泵房后墙，以防泵房和压力水箱的不均匀沉陷。压力水箱的箱体一般为钢筋混凝土结构，壁厚3040 cm，隔墩20 cm左右。,2023/6/10,182,正向出水压力水箱的进口长度及宽度分别为：,2023/6/10,183,压力水箱的尺寸还应满足检修闸门安装和检修的要求，其高度应适宜工作人员进入内部检修。压力

47、水箱顶部设进人孔，其盖板由钢板制成，盖板与进人孔之间垫入止水橡皮，并用螺栓紧固，确保盖板的强度和密封性。,2023/6/10,184,(三)出水管道出水管道用于连接水泵出口和出水池。出水管道一般布置在室外，中、高扬程泵站往往需要很长的出水管道，其投资在泵站总投资中所占比重很大。出水管道的合理设计对泵站运行的经济性和可靠性关系甚为密切。,2023/6/10,185,1、压力管道的设计要求 1）管道系统满足稳定性要求；2）足够的管道强度、管道接头强度及密封性，附属设施（通气孔、伸缩节、软接头等）工作可靠；3）水力损失小，运行费用低；4）投资省；5）施工、管理、维修方便。,2023/6/10,186

48、,2、经济流速与经济管径。出水管道管径小，则管道投资少，但管中流速大，水力损失大，运行费用高。反之，则投资多、运行费用低。1）泵站扬程小于50 m时,取经济流速1.52.0m/s；2）泵站扬程介于50 m和100 m之间时,取经济流速22.5m/s；3）泵站扬程大于100 m时,取经济流速2.53.5 m/s。,2023/6/10,187,六、泵站施工中需注意的几个问题泵站的施工应严格按照中华人民共和国水利部 泵站施工规范SL234-1999 进行。安全无小事，工程质量终身制。1、基坑开挖2、地基处理3、泵房混凝土的配制 4、泵房底板5、输水管道的管基槽施工6、前池及进水池施工顺序7、出水池填

49、土及防渗质量,2023/6/10,188,1、基坑开挖基坑的开挖断面应满足设计、施工和基坑边坡稳定性的要求。（1）根据土质、气候和施工情况，基坑底部应留0.10.3m的保护层，待基础施工前再分块依次挖除。（2）基础底面不得欠挖和超挖，若有局部超挖应用混凝土填筑。（3）在0以下施工，基础保护层挖除后，应立即采取可靠防冻措施。,2023/6/10,189,基坑排(降)水，应根据工程地质与水文地质情况，分别选定集水坑或井点等方法。基坑排水包括初期排水与经常性排水。基坑初期排水量由基坑(或围堰)范围内的积水量、抽水过程中围堰及地下渗水量、可能的降水量等组成。对于无承压水土层，可采用集水坑排(降)水法。

50、对于各类砂性土、砂、砂卵石等有承压水的土层，可采用井点排(降)水法。,2023/6/10,190,2、地 基 处 理 振冲法地基处理处理不排水、抗剪强度不小于20kPa的粉性土、粉土、饱和黄土和人工填土等地基可采用振冲置换法。振冲置换法填料宜用角砾、碎石、砾砂或粗砂，不宜使用砂石混合料。填料粒径以2050mm为宜，含泥量不应超过5%，且不得含粘土块。处理砂土和粉土等地基可采用振冲挤密法。处理粘粒含量小于10%的粗砂、中砂地基可采用不加填料的振冲挤密法。,2023/6/10,191,高压喷射灌浆地基处理 1、砂性土、粘性土及人工填土等地基的加固或防渗可采用高压喷射灌浆。对地下水具有侵蚀性、地下水