泵站工程设计

泵站工程设计简介河北省水利水电勘测设计研究院天津工程咨询分院二〇一四年八月主要内容绪论泵站枢纽布置泵站设计流量泵站设计扬程泵房进出水建筑物进出水管道第一章绪论一、泵站工程定义与分类（一）泵站：以水泵作为工具进行提水的工程组成：抽水装置辅助设备配套建筑物（二）分类：1.按泵站的任务分类（1）供水泵站（2）排水泵站（3）调水泵站（4）加压泵站（5）蓄能泵（电）站2.根据水泵类型分类（1）离心泵站（2）轴流泵站（3）混流泵站3.按动力分类（1）电力泵站（2）机动泵站（3）水轮泵站（4）风力泵站（5）太阳能泵站二、国内外泵站发展概况目前，各国的泵站工程发展速度很快，如泵站在美国的北水南调工程、日本新川排水枢纽工程、埃及的西水东调工程等都得到了很好的运用。我国目前泵站数量：超过50万座装机容量：＞7000万kW排灌面积：5亿亩泵站提灌面积占全国总灌溉面积56%；泵站提排面积占全国总排水面积21%。•大型排水泵站：主要分布在湖北、湖南、广东、安徽、江西、江苏、浙江、上海等平原低洼地区。•高扬程泵站：主要分布在陕甘宁晋等高原地区。1.工程规模越来越大水泵：单泵扬程达240m、单泵流量达100m3/s、单机配套功率8000kW、最大叶轮直径6000mm、深井提水最大深度250m2.应用范围不断扩大工业锅炉给水电厂循环冷却用水城市给排水流体输送3.自动化水平越来越高4.高效节能的要求更高5.安全可靠要求更高。三、泵站工程发展趋势泵站组成：泵房、管道、进出水建筑物、变电站等。泵房：安装机组--水泵、传动装置、辅助设备、电气设备。进出水建筑物：由取水、引水、进水池、出水池等组成。管道：进出水管泵站附属建筑物主要有：公路桥船闸自流排水闸节制闸水电站要求做到：布局合理，工程安全，投资节省，运行调度方便。第一节泵站工程的基本组成第二章泵站枢纽布置（一）无坝引水1.有引渠泵站枢纽布置第二节供水泵站枢纽布置2.无引渠泵站布置3.箱涵式引水泵站枢纽布置（二）有坝引水式1.坝上游取水2.坝下游取水1.闸站分建式第三节排水泵站枢纽布置2.闸站合建式1以泵站为主体，附属建筑物配合的泵站枢纽第四节排灌结合式泵站枢纽布置2.利用出水建筑物分水解决灌溉需要的排水泵站（1）2.利用出水建筑物分水解决灌溉需要的排水泵站（2）3.利用双向流道解决排灌结合的泵站布置农田灌溉流量城镇给水流量农田排水流量城镇排水流量第三章泵站设计流量农田灌溉水量=作物需水量+田间耗水量泵站提水量=农田灌溉水量+渠系损失水量第一节农田灌溉流量灌排渠系布置示意图田间渠系布置示意图农田灌溉流量计算方法：由作物需水量推求第二节城镇给水流量（2）向水塔供水时，可适当减小泵站装机容量一、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）设计依据四大要素：（1）设计暴雨；（2）排水时间；（3）排水深度；（4）外江水位。第三节农田排水流量3.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（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，取其大者第四节城镇排水流量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相应频率的洪水位用途：确定泵房电机层楼板高程/泵房进水侧挡水墙顶部高程第四章泵站设计扬程第一节泵站特征扬程2.出水池水位（1）最高水位：出水池与输水河道连接，取河道校核洪水位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：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（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0.2～0.3m满足调蓄区预降最低水位的要求盐碱地区按盐碱地平均高程减去地下水临界深度再减0.2～0.3m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灌溉用水阶梯图净扬程过程线第二节管路损失扬程第三节渠道水头损失第四节简单管路泵站需要扬程第五章水泵选型水泵选型的主要内容是确定水泵的类型、型号和台数等。因为电机、传动及辅助设备等的配套，泵站工程建筑物的设计以及泵站经济运行都是以泵站的选型为依据的。水泵选型不合理不仅会增加工程投资，而且会降低水泵的运行效率，增加泵站能耗和运行费用。因此，水泵的选择非常关键。第五章水泵选型水泵选型的基本原则①必须满足流量和扬程要求。②水泵应在高效区内运行。③水泵在长期运行中泵站效率较高、能耗少，运行费用低。④按所选水泵、台数建站，工程投资省。⑤在设计标准工况下，水泵机组能正常安全运行，不允许发生汽蚀、震动和超载。⑥便于安装、维修和运行管理。第五章水泵选型常用泵型比较表泵型离心泵混流泵轴流泵比转速40—300300—500500以上一般扬程范围10m以上5—30m0—10m口径40—2000mm100—6000mm300—4500mm流量范围流量小，从零流量到大流量均能运转流量较大，从零流量到大流量均能运转流量大，不能在小流量运转轴功率变化具有上升型功率曲线，零流量时功率最小具有平坦的功率曲线，电动机始终能满载运行具有陡降型功率曲线，零流量时功率最大效率变化高效率范围广，能适应扬程变化高效率范围广，能适应扬程变化高效率范围窄，扬程变化后效率很快降低气蚀性能好好不好结构与重量同口径时结构复杂重量大同口径时结构简单，重量较大同口径时结构简单，重量较轻，全调节泵复杂辅助设备较少中小型少、大型多中小型少、大型多维修保养较易较易较一般要根据工程的具体情况选择合适的泵型。第六章泵房第一节泵房型式选择3.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，中小型混、轴流泵，地基条件差（二）移动式泵房1.泵船2.泵车二、泵房型式的选择一、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）平行一列式布置第二节泵房布置2.配电设备布置配电设备—泵站用高、低压开关柜布置方式（1）一端式布置（2）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4.交通道布置一般沿泵房长度方向，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组成，与泵相连其布置通常以不增加泵房面积为原则6.排水系统布置由排水沟、排水泵、管道、集水井组成，用于排除泵房内主泵或阀门运行产生的漏水；对于大型泵站，检修前需要通过排水系统排除流道内的水体排水支沟沿机组基础布置，通过干沟汇入集水井排水泵通过穿墙管将水排至前池泵房地面为向进水池方向约2%坡度的倾斜面（二）泵房尺寸的确定1.泵房跨度4.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）第三节泵房整体稳定校核一、前池的类型与池中流态分析1.正向进水前池第七章进出水建筑物第一节前池2.侧向进水前池引渠末端侧向进水前池侧向进水前池中流态分布：考虑前池底坡对流态的影响4.前池中的隔墩5.前池中的底坎6.前池的翼墙三、侧向进水前池的边壁形式侧向进水前池加导流墩一、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进水池内流动分析第二节进水池1.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2.附壁旋涡水泵叶轮切割水中旋涡水中涡引起的泵振动频谱分析（二）回流对水泵性能的影响二、进水池形状进水池的标准形式非标准形式的进水池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进水池边壁形式与进水阻力损失进水间—安装旋转式滤网的进水室第三节进水间一、闸门闸门的作用第四节进水建筑物附属设备闸门的作用与类型水闸—用来进行水位控制和流量调节的低水头水工建筑物闸室结构型式闸孔的型式水闸的消能防冲消力坎的设置泵站中闸门的位置平面闸门弧形闸门启闭设备二、拦污栅及清污装置一、出水池（一）出水池的作用与类型按水流方向划分—正向出水池/侧向出水池第五节出水建筑物按出流方式划分—淹没出流、自由出流、虹吸出流（二）出水池中水流运动状况分析管口水平出流管口向上倾斜管口向下倾斜二、压力水箱一、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：损失小—管道效率与泵的安装高程为水泵进口提供的水流流态良好不存气、不进气第八章进出水管道第一节进水管道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管道控制流速2.5∽3.0m/s。管道铺设有明铺和暗铺方式。第二节出水管道管道明式铺设示意图第三节泵站水锤分析二、事故停泵水锤事故停泵引起的水锤波的形成、传播与反射水泵在事故停泵过程中的工作过程三、水锤防护手段谢谢大家！