第五章_排水泵站的設(shè)計

1、第五章 排水泵站的設(shè)計,主要內(nèi)容,1. 排水泵站的功能和設(shè)置地點2.常用排水泵3.污水泵站的設(shè)計4.雨水泵站的設(shè)計5.排水泵站水力計算,第一節(jié)排水泵站的功能和設(shè)置地點,,5.1 排水泵站的功能和設(shè)置地點,排水泵站的分類,5.1 排水泵站的功能和設(shè)置地點,排水泵站的功能,把離地面較深的污水或雨水提升到離地面較淺的位置上。,排水泵站的設(shè)置地點,(2)排入水體前的主干管上(終點泵站)。管道中的水面高度低于河流水位時設(shè)置。雨水管道的

2、出水口雖然在河流常水位之上，但為了排除高峰時的雨水，在出水口處也常需要建造終點雨水泵站。,(3)在污水處理廠構(gòu)筑物之前(終點泵站)。因為管道埋設(shè)在地下，而處理構(gòu)筑物大多是建造在地面之上。為了滿足污水自流流過各構(gòu)筑物，并排入水體，必須在管道系統(tǒng)的終點設(shè)置泵站。,(4)在污水處理廠內(nèi)，污泥的處理和利用過程中，設(shè)置污泥泵站。,(1)排水管道中途埋深達(dá)到“極限深度”處（中途泵站）。,(5)局部區(qū)域需要提升污水或雨水處(局部泵站)。高樓的地下室、

3、地下鐵道等處。,5.1 排水泵站的功能和設(shè)置地點,設(shè)置排水泵站時原則,選擇排水泵站位置時，需要從技術(shù)經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行周密研究后才能確定。,①選擇排水泵站的位置時，應(yīng)考慮當(dāng)?shù)匦l(wèi)生要求、地質(zhì)條件、電力供應(yīng)以及設(shè)置應(yīng)急出水渠的可能性。,②排水泵站應(yīng)與居住房屋和公共建筑保持適當(dāng)距離，以防止臭味和機(jī)器噪音對居住環(huán)境的影響。在泵站周圍應(yīng)盡可能設(shè)置寬度不小于10米的綠化隔離帶。,③中途泵站的設(shè)置受整個管渠系統(tǒng)的規(guī)劃和街道干管與主干管高程上銜接等因素的影響

4、。,④在有污水廠的管道系統(tǒng)上設(shè)置終點泵站時，一般應(yīng)設(shè)在污水廠內(nèi)，以便于管理。,第二節(jié) 常用排水泵,5.2.1 幾種常用排水泵,1．離心泵,離心泵分臥式（輪軸平放）和立式（輪軸豎放）兩種形式,臥式離心泵,離心泵動畫,5.2.1幾種常用排水泵,1．離心泵,離心泵分臥式（輪軸平放）和立式（輪軸豎放）兩種形式,立式離心泵,1．離心泵,離心泵分臥式（輪軸平放）和立式（輪軸豎放）兩種形式,立式泵缺點： 軸向推力很大，各零件易遭磨損，對安裝技

5、術(shù)要求較高，檢修不如臥式泵方便。,立式泵優(yōu)點：（1）占地面積較小，能節(jié)省造價；（2）水泵和電動機(jī)可以分別安放在適宜的地方。,應(yīng)用：城市排水系統(tǒng)中常采用立式泵。,5.2.1幾種常用排水泵,2．軸流泵,軸流泵的主流方向與泵軸平行。軸流泵的特點是流量大，揚(yáng)程低，吸水高度很低，僅有1～2m。軸流泵常用于輸送雨水，廣泛應(yīng)用于城市雨水防洪泵站，大型污水泵站，農(nóng)業(yè)排灌泵站以及大型工礦企業(yè)的冷卻水泵站中。,5.2.1幾種常用排水泵,2．軸流泵,

6、軸流泵動畫,5.2.1幾種常用排水泵,3．混流泵,混流泵構(gòu)造基本上于離心泵相同，只是葉輪的設(shè)計不同，泵內(nèi)主流方向介于輻射和軸向之間。,5.2.1幾種常用排水泵,4．螺旋泵,缺點：（1）占地較大；（2）揚(yáng)程低（一般為3~6米）。,應(yīng)用：灌溉、排澇、提升污水和污泥。尤其用于污水處理廠的污泥提升方面。,螺旋泵示意圖,5.2.1幾種常用排水泵,4．螺旋泵,應(yīng)用：灌溉、排澇、提升污水和污泥。尤其用于污水處理廠的污泥提升方面。,螺旋泵示意圖

7、,特點：（1）沒有阻塞問題；（2）結(jié)構(gòu)簡單，可自行制造；（3）無須輔助設(shè)備；（4）無須正規(guī)泵站；（5）基建投資?。唬?）低速運(yùn)行，機(jī)械磨損小，維修方便；（7）電能消耗少，運(yùn)行費(fèi)用低。,5.2.1幾種常用排水泵,4．螺旋泵,5.2.1幾種常用排水泵,5．空氣提升泵,利用回流活性污泥與“泵”內(nèi)的混有氣泡的活性污泥之間的比重差γ2-γ1造成的浮力。,5.2.1幾種常用排水泵,6．螺桿泵,螺桿泵應(yīng)用范圍很廣，可輸送所有流動介質(zhì)甚至

8、非流動物料。螺桿泵因其可變量輸送、自吸能力強(qiáng)、可逆轉(zhuǎn)、能輸送含固體顆粒的液體等特點，在排水工程中，廣泛地被使用在輸送濕污泥和絮凝劑藥液方面。,螺桿泵動畫,5.2.1幾種常用排水泵,7．潛水泵,隨著防腐措施和防水絕緣性能的不斷改善，電動泵組可以制成能放在水中的泵組，稱潛水泵。,無需正規(guī)的泵站，占地面積?。还苈泛唵?，配套設(shè)備少。,5.2.1幾種常用排水泵,7．潛水泵,5.2.1幾種常用排水泵,5.2.2 排水泵的工作特性,1．離心泵,流量

9、小、揚(yáng)程高qv-η線可知，最高效率點兩側(cè)下降較緩，易在高效區(qū)運(yùn)行qv-N線可知，qv=0時，軸功率最小。,5.2.2 排水泵的工作特性,1．離心泵,流量較小，揚(yáng)程較高，用于提升污水。,水泵的軸功率曲線表明，qV＝0時，軸功率最小，所以應(yīng)閉閘啟動，以減少電動機(jī)的起動電流。,5.2.2 排水泵的工作特性,2．軸流泵,,,,,qv-N,qv,,,,η,,,,N,H,qv-H,qv-η,流量大、揚(yáng)程小(雨水)qv-N線可知，軸功率隨流

10、量的減小而增大，qv=0時，軸功率最大。（軸流泵應(yīng)開閘啟動，使qv最大，以減少電機(jī)啟動電流）,,,,5.2.2 排水泵的工作特性,3．螺旋泵,螺旋泵的特點是揚(yáng)程低、轉(zhuǎn)速低、流量范圍大，適用于農(nóng)業(yè)排水、城市排澇。,當(dāng)進(jìn)水水位達(dá)到泵軸心管邊緣螺旋葉片時，提升水量達(dá)到最大值，這時的水位是最佳進(jìn)水位。當(dāng)水位進(jìn)一步上升時，提升流量不變，但功率增加。,當(dāng)提升水量減少到30％時，效率僅下降10％左右。因此，在螺旋泵提升能力范圍內(nèi)，當(dāng)進(jìn)水量變化較大時

11、，仍可以保持高效率運(yùn)行。,5.2.3 排水泵引水設(shè)備,在排水泵站中，當(dāng)水泵高程在進(jìn)水池啟動水位以下時，則水泵及其吸水管內(nèi)時刻充滿著水，水泵可直接啟動，這種泵站稱自灌式泵站。反之，則必須人工引水入泵，水泵才能啟動。,常用的引水設(shè)備：真空泵系統(tǒng)；水射器（泵）,5.2.3 排水泵引水設(shè)備,真空引水系統(tǒng),啟動迅速，效率高，尤其適用于大、中型水泵和吸水管較長的水泵系統(tǒng)；但操作較繁，自控復(fù)雜。,,5.2.3 排水泵引水設(shè)備,水射器(泵),

12、,適用于小型泵站，具有結(jié)構(gòu)簡單、占地少、安裝容易、工作可靠等特點。,第三節(jié) 污水排水泵站設(shè)計,（1）泵組的選擇（2）進(jìn)水池容積的確定（3）泵站的建筑設(shè)想與管道的布置（4）起重設(shè)備的選擇和布置（5）電器設(shè)備和自動化設(shè)備的選擇（6）施工方法的確定（7）泵站的建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計,污水泵站設(shè)計中要解決的問題,5.3.1污水泵的選擇,流量 (最大時、平均時和最小時)揚(yáng)程（凈揚(yáng)程、總水頭損失和自由水頭）水泵的選擇按照特性曲線進(jìn)行，保證

13、不同流量下的高效運(yùn)行。每個泵站的水泵宜選用同一型號，最多不能超過兩種型號，可采用變頻調(diào)速裝置或葉片可調(diào)式水泵。并且應(yīng)按表5-1的規(guī)定配備備用泵。,,5.3.2 進(jìn)水池,有效容積：進(jìn)水池最高水位和最低水位之間的容積。有效高度一般為1.5～2.0米。,有效容積確定：進(jìn)水池的有效容積不小于最大一臺泵的5分鐘出水量。,進(jìn)水池底部應(yīng)設(shè)集水坑，深度一般不小于0.5m，池底向坑口傾斜，坡度不宜小于10％。,進(jìn)水池中應(yīng)設(shè)水位指示器。,污水泵站進(jìn)水池內(nèi)

14、應(yīng)設(shè)置格柵以阻擋粗大的物質(zhì)，保護(hù)水泵。,進(jìn)水池容積還與水泵的操作方式有關(guān)，人工操作每小時不宜多于4次，自動操作每小時不宜多于6次。,,5.3.2 進(jìn)水池,粗 格 柵,細(xì) 格 柵,格柵動畫,5.3.3吸水管及出水管,泵前的管道稱為吸水管，泵后的管道為出水管,①每臺水泵都應(yīng)有單獨(dú)吸水管，力求短而直。,③吸水管內(nèi)流速0.7~1.5m/s。,②吸水管的水平部分應(yīng)順?biāo)鞣较蛭⑻Ц?，坡?.005。（以便于吸水管中空氣的排出）,④出水管的數(shù)量取決于

15、泵站的大小和有無應(yīng)急出口。 有應(yīng)急出口：1條出水管 無應(yīng)急出口或泵站很大： 2條出水管。,⑤出水管管內(nèi)流速0.8~2.5m/s，在任何情況下應(yīng)不小于0.7m/s,⑥出水管應(yīng)有傾向進(jìn)水池的坡度，便于檢修放空存水。,⑦離心式污水泵出水管上靠近泵的出口處應(yīng)設(shè)逆止閥和閘閥。,5.3.4泵組間,泵組間,水泵機(jī)組的平面布置一般按單排布置；泵組多時，可采用兩排或交叉排列布置,5.3.5變電室與配電盤,排水泵的電動機(jī)電壓一般根據(jù)

16、電動機(jī)功率的大小來確定。 W200kW,用6300V三相交流電。,5.3.6污水泵站的建筑要求,污水泵站建筑要求,泵組間的高度應(yīng)便于設(shè)置的吊裝,泵站的地上部分一般采用自然通風(fēng)，在地下間應(yīng)設(shè)置機(jī)械通風(fēng)設(shè)備,無吊車起重設(shè)備的泵組間,室內(nèi)凈高不小于3.0m,有吊車起重設(shè)備的泵組間,吊起物件與地面物件間有不小于0.5m的凈空,有高壓配電設(shè)備的泵組間,高度應(yīng)根據(jù)電器設(shè)備要求確定,事故排出口,事故排出口的設(shè)置，應(yīng)取得當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門衛(wèi)生機(jī)關(guān)的同意

17、,5.3.7事故排出口,污水泵站建筑形式,按泵站與集水井的組合方式區(qū)分,5.3.8 污水泵站的建筑型式,便于安排設(shè)備,需開挖法施工,污水泵站建筑形式,按泵站平面形狀,矩形,圓形,組合,對土質(zhì)要求低，可采用沉井法施工,地下部分圓形，地上部分矩形，適用于小型泵站,5.3.8 污水泵站的建筑型式,,進(jìn)水間和泵組間合建的形式 1,泵站平面呈矩形，便于安排設(shè)備，需用開挖法施工。,特點：（1）將進(jìn)水間和泵組間的隔墻完全分隔，互不通氣；（2）

18、泵組間（出水間）分上下兩層，上層（地面上）為工作室；（3）進(jìn)水間和泵組間（出水間）的下層在同一高程上，水泵軸線低于進(jìn)水室中水位（自吸進(jìn)水）。,5.3.8 污水泵站的建筑型式,,進(jìn)水間和泵組間合建的形式2,特點：（1）將進(jìn)水間和泵組間用隔墻完全分隔，互不通氣 ；（2）泵組間（出水間）分上下兩層，上層（地面上）為工作室；（3）進(jìn)水間和泵組間（出水間）的下層在同一高程上，水泵軸線低于進(jìn)水室中水位（自吸進(jìn)水）。,泵站平面呈圓形，常用沉

19、井法施工，對土質(zhì)要求低。,5.3.8 污水泵站的建筑型式,進(jìn)水間和泵組間合建的形式3,,地下部分呈圓形，地上部分呈矩形，適用于小型泵站。,特點：（1）將進(jìn)水間和泵組間用隔墻完全分隔，互不通氣 ；（2）泵組間（出水間）分上下兩層，上層（地面上）為工作室；（3）進(jìn)水間和泵組間（出水間）的下層在同一高程上，水泵軸線低于進(jìn)水室中水位（自吸進(jìn)水）。,5.3.8 污水泵站的建筑型式,進(jìn)水間和泵組間分建的形式,,可用于土質(zhì)很差，施工困難，進(jìn)

20、水間深度又大的場合，其缺點是水泵起動需用引水設(shè)備，水泵軸線高程的確定需要計算。,雨水的地面徑流量很大，雨水泵站的基建費(fèi)用很高，使用率往往很低，因此，在雨水管道的設(shè)計中，應(yīng)避免建造雨水泵站。只有當(dāng)?shù)貏萜教埂⒐苈份^長或出水河道水位很高時，才考慮設(shè)置雨水泵站。,第四節(jié) 雨水排水泵站設(shè)計,雨水泵的選擇,5.4.1 雨水泵的選擇,進(jìn)水池的設(shè)計,5.4.2 進(jìn)水池的設(shè)計,按水泵輪軸安裝的位置,5.4.3 雨水泵站的形式,按泵組間

21、是否浸水,5.4.3 雨水泵站的形式,5.5排水泵站水力計算,局部損失的計算不要求掌握。,污水泵站水力計算舉例,某工業(yè)城鎮(zhèn),居住區(qū)生活污水的平均流量為8.5L/s, KZ=2.1.鎮(zhèn)上有甲、乙兩個工廠，工廠甲三班制工作，設(shè)計流量為26L/s，工廠乙一班制工作，生活污水和工業(yè)廢水在8h內(nèi)均勻排出，設(shè)計流量為6L/s。現(xiàn)要求對污水管網(wǎng)的終點泵站進(jìn)行設(shè)計。已知污水處理廠第一個水池（沉砂池）的水面高程為45.50m，終點泵站處的地面高程為41

22、.50m，泵站入流管管徑為350mm，水面高程36.45m，管底高程36.24m。試確定水泵的揚(yáng)程和流量。,污水泵站水力計算舉例,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,泵站進(jìn)水池,泵,沉砂池,,污水泵站水力計算舉例,泵站的設(shè)計流量：應(yīng)考慮Qmax和Qmin,Qmax＝居住區(qū)生活污水最大流量＋工廠甲設(shè)計流量＋工廠乙設(shè)計流量 ＝8.5×2.1+26+6=49.85

23、L/s≈50L/s,Qmin＝居住區(qū)生活污水最小流量＋工廠甲設(shè)計流量,居住區(qū)生活污水最小時流量可以按照平均日流量的1％估算，則居住區(qū)生活污水最小流量＝8.5×86400×1％÷3600 ≈2L/s,Qmin＝2＋26＝28L/s,泵站的設(shè)計流量應(yīng)能適應(yīng)28～50L/s間的任何流量,水泵的揚(yáng)程設(shè)計,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,泵站進(jìn)水池,泵,沉砂

24、池,,最小揚(yáng)程＝沉砂池水面標(biāo)高－泵站進(jìn)水間的最高水位,泵站進(jìn)水間的最高水位＝泵站入流管水面標(biāo)高－格柵水損,格柵水損＝8～15cm,泵站進(jìn)水間的最高水位＝36.45-0.10=36.35(格柵水損取10cm),最小揚(yáng)程＝45.50-36.35=9.15m,水泵的揚(yáng)程設(shè)計,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,泵站進(jìn)水池,泵,沉砂池,,泵站進(jìn)水池最低水位在最高水位下1.50m處,揚(yáng)程的上限

25、＝最小揚(yáng)程＋1.50m=9.15+1.50=10.65m,進(jìn)水池池容和面積設(shè)計,可見凈揚(yáng)程在9.15-10.65m之間。實際選泵的揚(yáng)程時，還要加上管線水頭損失（約2.0m）和自由水頭1.0m。,這樣就可以根據(jù)確定的流量和揚(yáng)程對水泵選型。選用4PW型水泵3臺，轉(zhuǎn)速n=960r/min，2用一備。查水泵特性曲線有，其高效工作段的流量為22～33L/s，總揚(yáng)程為12.0-10.5m 。,進(jìn)水池池容和面積設(shè)計,進(jìn)水池池容可根據(jù)一臺泵5m