第9章--泵房(第3、4、5节)

第三节泵房通风泵房内的热量：电机散热电气设备散热辐射热泵房内温度过高的危害：电机功率下降（T=50℃，W下降25%）绝缘老化效率降低影响工作人员身体健康通风方式：自然通风（热压、风压）机械通风通风计算内容包括：自然通风：①根据通风量→进风、排风窗面积；②根据已有门窗面积→校核通风效果。机械通风：①确定风道布置与截面尺寸、风压损失；②选择风机。*一般先考虑自然通风，主要是确定门窗面积，在自然通风不满足条件的情况下，考虑机械通风。一、通风量计算1．电动机散热式中：N——电动机输出功率（kW）；η——电机效率；Z——电机运行台数；W——电机输入功率。2．电气设备散热、辐射热上述两项考虑为10%的电机散热。所以，总的散热量)/()1(3600hkJZNQ机ZNQQ)1(39601.1机3．通风所需的空气量热量平衡方程进入泵房的冷空气传入室内的热量+泵房内散热=排出室外热空气带走的热量pPCtqQCtq内外)/()(3hmttCQqp外内Cp——空气的定压比热（kJ/kg·℃）*设计时，t内－t外=3~5℃Hh2h1F2F1N△P2△P1N,PN二、自然通风1．根据已开窗面积，校核通风量设进风窗面积F1，排风窗面积F2，两窗中心线高差H。存在等压面N—N，该面室内外压力均为PN下窗中心：内压力：P1内=PN+ρ内gh1外压力：P1外=PN+ρ外gh1因为P1外P1内所以下窗中心处压差：ΔP1=P1外－P1内=gh1(ρ外－ρ内)同例：上窗中心：内压力：P2内=PN－ρ内gh2外压力：P2外=PN－ρ外gh2。P2内P2外所以，上窗中心压差：ΔP2=gh2(ρ外－ρ内)Hh2h1F2F1N△P2△P1N,PNF1、F2、H已知，可得：h2=H－h1式中：ξ1——进风窗阻力系数；ξ2——排风窗阻力系数；ρ排——排气窗口处空气密度。如上、下窗选用同种型号，则ξ1=ξ2在上式中，一般认为ρ外≈ρ排，即ρ外/ρ排=1，则：12221121排外FFHhHFFFhHFFFh22212222221221,求进风窗、排风窗口风速：如q1,q2q，则说明自然通风满足要求，否则需要机械通风。排内外排内外排外内外外内外外2222222211111211)(2)(2)(2)(2ghvgghgPgvghvgghgPgv222111vFqvFq2．根据通风量推求所需进风、排风窗面积设进风窗面积、排风窗面积分别为F1、F2，两窗中心高差H。由此进行窗的布置根据上述布置，按1再进行一次通风量校核。*门窗面积一般要占墙面积的30%以上，一般在吊车梁上面布置排风窗，吊车梁下面布置进风窗。*窗由定型产品可供选择。)()(2211内外内外ghPghP22112122221211//22vqFvqFvvgPgvgPgv排外三、机械通风泵房机械通风的两种形式：全面通风——向整个泵房通风。局部通风——对电动机局部通风（效果好），电机散出的热风由风道集中排出。电动机冷却方式：（1）开敞式自然通风——小型立式、卧式电机；（2）半管道式通风——大中型立式同步电机；(a)开敞式自然通风(a)开敞式自然通风(b)半管道式通风排风管（3）管道通风——卧式电机、风扇处加罩，将热风抽走；（送风）（4）冷却器——大中型立式同步机（封闭循环式）。(a)开敞式自然通风(b)半管道式通风(c)封闭循环式通风排风管空气冷却器空气冷却器1．通风量t1——电机内允许最高温度；t2——吸入空气温度*此公式与前相比少了Z，即每台电机均设专门的机械通风。)1(3600)(21NQttCQqp2．风压损失计算（1）风道布置：有多种布置形式，与电机类型、泵房型式有关。（2）风压损失：对矩形管，若hhF（hF——电机风扇叶片转动是产生的风压）则需加大管道面积或设风机。沿局hhh)()2()2(222OmmHvdlgvdlh空气沿baabd2当第四节泵房整体稳定分析设计步骤：规划提供资料→机组选型→装置设计→泵房型式、尺寸确定、设备布置→稳定分析→结构计算→施工图整体稳定——泵房整体在各种荷载组合下不发生倾覆、滑动、浮起等破坏。一、计算内容抗滑、抗浮、抗倾、地基应力、地下轮廓线设计等。二、计算情况1、竣工工况（完建期）工程刚建成尚未投入运行，后墙及侧墙等已回填土，有一定埋深的地下水，但进出水侧均无水，泵房承受自重（包括设备重）及土压力、地下水压力作用。2、设计工况（正常运行期）泵房在设计水位下运行堤身式泵房：进水侧——设计水位出水侧——设计水位堤后式泵房：进水侧——设计水位出水侧——地下水位（由渗流计算确定）。站身除受自重及设备重量外，还承受作用于站身上的水重、水压力、土压力、扬压力等。3、校核工况泵站出现校核水位情况。4、检修工况指湿室、块基型泵站检修时，进水池或进水流道无水情况。抽水站的检修一般在低水位情况下进行，进水池无水或取最低水位，出水侧或墙后取可能出现的相应水位。5、止水失效工况指水平止水或垂直止水失效（断裂、破坏），从而引起渗径减小，渗透压力增大的工况。对堤身式泵房来说，这种情况尤需校核，此时，进、出水侧均取▽设。6、调相期指大型同步电机调相运行时，流道内无水，机组空车运行。（空车调励磁，调节无功功率）7、地震工况三、荷载计算恒载：泵房自重：屋盖、前后墙、梁、板、门、窗、底板……；机电设备：电机、泵等。活载：土压力、水压力、水重、浮托力、渗透压力、浪压力、风载、雪载、人群荷载、地震荷载等。1．土压力无粘性土：粘性土：*如土的上部有均布荷载作用，则要考虑附加土压力的影响，P=qKa。*对粘性回填土，一般不考虑凝聚力C的影响或对C要折减（按20%考虑）。*墙后回填土如有一定地下水位，则水中部分土压力计算时取浮容重。)245(2122tgKaKarHPrcKaCHKarHP2222212．水压力P=rh*止水以下直墙上的水压力计算方法。3．浮托力浮托力由下游水位产生。4．渗透压力由上下游水位差产生。计算方法：直线比例法、阻力系数法、改进阻力系数法。5．浪压力对进出水池水面比较宽阔的情况进行浪压力计算，一般情况不考虑该项。根据水位的深浅，浪压力呈以下两种图形。影响因素：风速、水深、吹程、水面形状。计算方法：《水闸设计规范》推荐。《泵站设计规范》亦推荐以下二个公式：官厅—鹤地公式；薄田试验站公式。设计水位时，风速宜采用相应时期多年平均最大风速的1.5~2.0倍，最高运行水位或洪水位时，风速宜采用相应时期多年平均最大风速。6．风压力作用在泵房表面上的风荷载按下式计算P=KⅠ×KⅡ×P0式中：P0——基本风压（kg/m2）（查“全国基本风压图”。它是指空旷平坦地面以上10m处30年一遇10min平均最大风速形成的压力。P0=9.80665v2/16。如P025kg/m2，则按25kg/m2考虑。）KⅠ——风压高度变化系数（查表）。KⅡ——建筑物风载体形系数。7．地震力地震烈度为7°及7°以上时考虑。地震情况下会产生：地震惯性力：水平、垂直。由惯性加速度引起。地震动水压力、地震动土压力。（1）地震惯性力：（2）地震动水压力：（3）地震动土压力：**根据《水工建筑物抗震设计规范》①7°以下不考虑地震力。②3级以下建筑物不考虑地震力。③地震垂直惯性力按50%考虑。④地震荷载不与最高洪水组合。iiZHiWaCKP0HfCKPyZHyEtgCCKEeZH)1('四、站身稳定计算1．失稳形式（1）滑动表层滑动——产生沿基底的平面滑动。深层滑动——在垂直、水平荷载作用下，地基达到整体剪切破坏，形成一个连续的滑动面。深层、表层滑动的判别:临界垂直应力：PCK≥地基应力平均值，只可能发生表层滑动PCK地基应力平均值，只可能发生深层滑动。)1(2tgCtgbAPck（2）浮起浮托力过大而致，一般发生在干室型泵房。（3）倾覆水平力过大，地基应力不均匀而致；如发生过大的渗透变形，也会导致站房倾覆。2．抗滑稳定计算（1）齿坎较浅或无齿坎f——底板混凝土与土的摩擦系数。（2）齿坎较深][CCKHfVK][''0CCKHACfVK*①∑V'中应考虑底板与滑动面间的土重。②对粘土，，C'=(0.2~0.3)C砂土,，C'=0**[KC]按《规范》取值，由建筑物等级及荷载类型决定。*KC偏小的解决方法①改变泵房尺寸。②上游加设铺盖，设法减小渗透压力。③加钢筋混凝土阻滑板（未加阻滑板时KC≥1）。④减小墙后填土高度，降底地下水位。⑤换砂垫层。9.00tgf0.9)~85.0(0tgf土基上沿闸室基底面抗滑稳定安全系数的允许值（GB/T50265—97）荷载组合泵站建筑物级别1234、5基本组合1.351.301.251.20特殊组合Ⅰ1.201.151.101.05Ⅱ1.101.051.051.00*特殊组合Ⅰ：施工情况、检修情况、非常运用情况*特殊组合Ⅱ：地震情况3．地基应力计算要求：①σmax[R]，σmin0②[η]——不均匀系数允许值。（与地基土质的坚实程度及荷载组合类型相关）)61(62maxminLeBLGBLMBLG][minmax不均匀系数允许值（GB/T50265—97）地基土质荷载组合基本组合特殊组合松软1.52.0中等坚实2.02.5坚实2.53.0*对于重要的大型泵站，不均匀系数允许值可按上表列值适当减小。*对于地基较好，且泵房结构简单的中型泵站，不均匀系数允许值可按上表列值适当增大，但增加值不应超过0.5。*对于地震情况，不均匀系数允许值可按表中特殊组合栏所列值适当增大。4．抗浮稳定计算*1.05为特殊荷载组合；1.1为基本荷载组合。*[Kf]只考虑荷载组合，不考虑泵站级别。计算情况：对干室型泵房、泵房刚建好，未进行机组安装，四周未填土，出现最高水位。5．抗倾稳定计算1.1~05.1][ffKVGK4.1~2.1][0qyqKMMK五、泵房地基的渗透变形渗透破坏是水利工程失事的主要原因之一，渗透变形主要有二种形式：流土、管涌。渗透变形的主要原因——渗流出逸点处的渗透坡降i过大。防止渗透变形的措施：①设计好的地下轮廓线；②做好防渗和排水设施；③在可能的情况下，减小ΔH（如设计成堤后式）。六、地下轮廓线设计1．渗径长度的确定勃莱法：Lmin≥C·ΔHmax莱因法：2．增加渗径的方法①上游设防渗铺盖，并在连接处做好止水；②加深齿墙（0.5~2m）；③加防渗板桩。3．排水在下游设冒水孔孔径：φ50~φ100mm间隔：1m左右设反滤层max1min31HCLLL水平垂直第五节站房主要构件及计算一、挡土墙二、屋架三、吊车梁四、排架1．水泵梁水泵梁的型式与泵的大小有关①型式大型水泵采用其它的支承型式如：支墩：（江都一站、二站）吊支在砼弯管或泵井上：（江都三站等）。中墩中墩次梁主梁②荷载：a．梁的自重——垂直均布静荷载q。b．泵体重——喇叭口、导叶体、弯管等P1。c．出水弯管至后墙之间的水重、管重P2。其中b、c——P1、P2传给水泵梁，认为是集中荷载，各梁承担1/2，即：2)(21PPPd．正常运行、事故停机产生的水平冲击力、垂直冲击力。通常只计算事故