第五章_排水泵站的設計

1、第五章 排水泵站的設計,主要內容,1. 排水泵站的功能和設置地點2.常用排水泵3.污水泵站的設計4.雨水泵站的設計5.排水泵站水力計算,第一節(jié)排水泵站的功能和設置地點,,5.1 排水泵站的功能和設置地點,排水泵站的分類,5.1 排水泵站的功能和設置地點,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)在污水處理廠構筑物之前(終點泵站)。因為管道埋設在地下，而處理構筑物大多是建造在地面之上。為了滿足污水自流流過各構筑物，并排入水體，必須在管道系統(tǒng)的終點設置泵站。,(4)在污水處理廠內，污泥的處理和利用過程中，設置污泥泵站。,(1)排水管道中途埋深達到“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置地點,設置排水泵站時原則,選擇排水泵站位置時，需要從技術經濟上進行周密研究后才能確定。,①選擇排水泵站的位置時，應考慮當?shù)匦l(wèi)生要求、地質條件、電力供應以及設置應急出水渠的可能性。,②排水泵站應與居住房屋和公共建筑保持適當距離，以防止臭味和機器噪音對居住環(huán)境的影響。在泵站周圍應盡可能設置寬度不小于10米的綠化隔離帶。,③中途泵站的設置受整個管渠系統(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)上設置終點泵站時，一般應設在污水廠內，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）水泵和電動機可以分別安放在適宜的地方。,應用：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，廣泛應用于城市雨水防洪泵站，大型污水泵站，農業(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,混流泵構造基本上于離心泵相同，只是葉輪的設計不同，泵內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）揚程低（一般為3~6米）。,應用：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）結構簡單，可自行制造；（3）無須輔助設備；（4）無須正規(guī)泵站；（5）基建投資??；（6）低速運行，機械磨損小，維修方便；（7）電能消耗少，運行費用低。,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,螺桿泵應用范圍很廣，可輸送所有流動介質甚至

8、非流動物料。螺桿泵因其可變量輸送、自吸能力強、可逆轉、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、揚程高qv-η線可知，最高效率點兩側下降較緩，易在高效區(qū)運行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，所以應閉閘啟動，以減少電動機的起動電流。,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。（軸流泵應開閘啟動，使qv最大，以減少電機啟動電流）,,,,5.2.2 排水泵的工作特性,3．螺旋泵,螺旋泵的特點是揚程低、轉速低、流量范圍大，適用于農業(yè)排水、城市排澇。,當進水水位達到泵軸心管邊緣螺旋葉片時，提升水量達到最大值，這時的水位是最佳進水位。當水位進一步上升時，提升流量不變，但功率增加。,當提升水量減少到30％時，效率僅下降10％左右。因此，在螺旋泵提升能力范圍內，當進水量變化較大時

11、，仍可以保持高效率運行。,5.2.3 排水泵引水設備,在排水泵站中，當水泵高程在進水池啟動水位以下時，則水泵及其吸水管內時刻充滿著水，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。,常用的引水設備：真空泵系統(tǒng)；水射器（泵）,5.2.3 排水泵引水設備,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，自控復雜。,,5.2.3 排水泵引水設備,水射器(泵),

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

13、不同流量下的高效運行。每個泵站的水泵宜選用同一型號，最多不能超過兩種型號，可采用變頻調速裝置或葉片可調式水泵。并且應按表5-1的規(guī)定配備備用泵。,,5.3.2 進水池,有效容積：進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：進水池的有效容積不小于最大一臺泵的5分鐘出水量。,進水池底部應設集水坑，深度一般不小于0.5m，池底向坑口傾斜，坡度不宜小于10％。,進水池中應設水位指示器。,污水泵站進水池內

14、應設置格柵以阻擋粗大的物質，保護水泵。,進水池容積還與水泵的操作方式有關，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 進水池,粗 格 柵,細 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每臺水泵都應有單獨吸水管，力求短而直。,③吸水管內流速0.7~1.5m/s。,②吸水管的水平部分應順水流方向微抬高，坡度0.005。（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急出口。 有應急出口：1條出水管 無應急出口或泵站很大： 2條出水管。,⑤出水管管內流速0.8~2.5m/s，在任何情況下應不小于0.7m/s,⑥出水管應有傾向進水池的坡度，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設逆止閥和閘閥。,5.3.4泵組間,泵組間,水泵機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,排水泵的電動機電壓一般根據(jù)

16、電動機功率的大小來確定。 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,泵組間的高度應便于設置的吊裝,泵站的地上部分一般采用自然通風，在地下間應設置機械通風設備,無吊車起重設備的泵組間,室內凈高不小于3.0m,有吊車起重設備的泵組間,吊起物件與地面物件間有不小于0.5m的凈空,有高壓配電設備的泵組間,高度應根據(jù)電器設備要求確定,事故排出口,事故排出口的設置，應取得當?shù)丨h(huán)保部門衛(wèi)生機關的同意

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,,進水間和泵組間合建的形式 1,泵站平面呈矩形，便于安排設備，需用開挖法施工。,特點：（1）將進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，水泵軸線低于進水室中水位（自吸進水）。,5.3.8 污水泵站的建筑型式,,進水間和泵組間合建的形式2,特點：（1）將進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，水泵軸線低于進水室中水位（自吸進水）。,泵站平面呈圓形，常用沉

19、井法施工，對土質要求低。,5.3.8 污水泵站的建筑型式,進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，水泵軸線低于進水室中水位（自吸進水）。,5.3.8 污水泵站的建筑型式,進水間和泵組間分建的形式,,可用于土質很差，施工困難，進

20、水間深度又大的場合，其缺點是水泵起動需用引水設備，水泵軸線高程的確定需要計算。,雨水的地面徑流量很大，雨水泵站的基建費用很高，使用率往往很低，因此，在雨水管道的設計中，應避免建造雨水泵站。只有當?shù)貏萜教埂⒐苈份^長或出水河道水位很高時，才考慮設置雨水泵站。,第四節(jié) 雨水排水泵站設計,雨水泵的選擇,5.4.1 雨水泵的選擇,進水池的設計,5.4.2 進水池的設計,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內均勻排出，設計流量為6L/s?，F(xiàn)要求對污水管網的終點泵站進行設計。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。試確定水泵的揚程和流量。,污水泵站水力計算舉例,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,泵站進水池,泵,沉砂池,,污水泵站水力計算舉例,泵站的設計流量：應考慮Qmax和Qmin,Qmax＝居住區(qū)生活污水最大流量＋工廠甲設計流量＋工廠乙設計流量 ＝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,泵站的設計流量應能適應28～50L/s間的任何流量,水泵的揚程設計,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,泵站進水池,泵,沉砂

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

25、＝最小揚程＋1.50m=9.15+1.50=10.65m,進水池池容和面積設計,可見凈揚程在9.15-10.65m之間。實際選泵的揚程時，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)確定的流量和揚程對水泵選型。選用4PW型水泵3臺，轉速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，總揚程為12.0-10.5m 。,進水池池容和面積設計,進水池池容可根據(jù)一臺泵5m