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第四章给水泵站(一)详解

归档日期:07-01       文本归类:构筑给水站      文章编辑:爱尚语录

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  第四章 4.1 泵站分类与特点 给水泵站 4.2 水泵选择 4.3 泵站变配电设施及自动测控系统 §4.1 泵站分类与特点 4.1.1分类 ⑴按照水泵机组设置的位置与地面的相对标高关系 : 地面 式泵站、地下式泵站与半地下式泵站。 ⑵按照操作条件及方式,泵站可分为人工手动控制、半自 动化、全自动化和遥控泵站。手动是指所有泵站操作运行均需 人工手动控制,只适合在一些小型泵站中使用。半自动是指启 闭程序靠人工控制,运行过程自动化,全自动是指一切操作程 序都由相应的自控系统来控制。遥控是指一切操作都由中控室 来控制。 ⑶在给水工程中,常见的分类是按泵站在给水系统中的作 用可分为:取水泵站、送水泵站、加压泵站及循环水泵站。 4.1.2取水泵站(也称一级泵站) ⑴组成 水源 吸水井 取水泵房 切换井 净水构筑物 注:直接送水无需切换井 ⑵设计注意点 ①泵房形式:山区河流水位涨落悬殊( 10 ~ 20m ),必须 保证枯水期取水,洪水期不被淹没,泵房高度很大,所以山区 一般圆形钢筋混凝土结构。“贵在平面” ②在土建结构方面应考虑到河岸的稳定性、泵房筒体的抗 浮、抗裂、防倾覆、防滑坡等方面。 ③在施工过程中,要注意季节。 ④在泵房投产后,在运行管理方面必须很好地使用好通风、 采光、起重、排水以及水锤防护等设施。 ⑤在新建给水工程时,应考虑到远期扩建的可能性。其特 点“百年大计,一次完成” 。 ⑥近代城市给水中,远距离输水的工程较多,应注意水锤 的防护,泵站节能降耗,远程监控、检修等问题。 水源 泵站 地下取水泵站 生产车间 净水构筑物 4.1.3送水泵站(也称二级泵站) ⑴组成 清水池 切换井 取水泵房 管网 高地水池 ①送水泵房一般都呈长方形,吸水井也呈长方形; ②送水泵站吸水水位变化很小,不超过( 3 ~ 4m ),因 此泵站埋深较浅,多采用半地下式或地面式; ③送水泵站水量、水压变化大,泵站内机组台数多,运 行管理复杂; ④送水泵站扬程较高,且变化较大,很适合调速运行。 ⑵吸水井 作用:有利于水泵吸水管道布置,也有利于清水池的维修。 形式: 清水池 A B 二级泵房 分离式 二级泵房 池内式 4.1.3 加压泵站 ⑴直接串接水泵加压方式,主要用于远距离输水,且流量 基本不变化的情况; ⑵清水池及泵站加压方式,可调节用水负荷,使二级泵房 工作均匀,可减小输水干管管径,距离越长经济效益越明显。 加压泵站 水库泵站 逆止阀 二级泵房 二级泵房 逆止阀 4.1.4循环泵站 多用在企业 一般设置热水、冷水两组水泵。 ⑴供水对象要求的水压比较稳定,水量随季节略有变化, 但幅度不大; ⑵供水安全要求高,泵站备用率大,泵站内机组台数多; ⑶为了保证良好的吸水条件,循环泵站大多采用自灌式进 水,所以泵房多为半地下式。 生产车间 热水泵 处理构筑物 冷水泵 §4.2 水泵选择 4.2.1选泵的主要依据 流量、扬程及其变化规律 1.一级泵站的设计流量 ⑴泵站从水源取水,输送到净水构筑物。 Qd Qr ? ? T Qr——一级泵站中水泵所供给的流量(m3/h); Qd——供水对象最高日用水量(m3/d); α——为计及输水管漏损和净水构筑物自身用水而加的 系数,一般取α=1.05~1.1 T——为一级泵站在一昼夜内工作小时数。 ⑵泵站将水直接供给用户或送到地下集水池 β——给水系统自身用水系数,一般取β=1.01-1.02; Qd Qr ? ? T Qd—— 视情况而定:直流给水系统,按最大时流量设 计,以开启水泵台数来调节,循环给水系统按平均日流量 设计。 2.一级泵站扬程 (1)送水至净化构筑物 H ? HST ? ?hs ? ?hd ? (1~ 2) (2)直接供水 ? ? ?h ? Hsev ? (1~ 2) H ? HST 3.二级泵站的设计流量 二级泵站一般采用分级供水方式,即按最大日逐时用水变 化曲线来确定,这可以减小水塔容积。但分级不能太多,否则, 会增加水泵台数,增大泵房面积,增大清水池容积,增加供水 管直径。 对于小城市的给水系统,大多数采用泵站均匀供水方式, 即泵站的设计流量按最高日平均时用水量计算;对于大城市的 给水系统,宜采取泵站分级供水方式,即泵站的设计流量按最 高日最高时用水量计算,采用多种不同水泵台数开启数来改变 流量。中等城市应视管网中有无水塔及水塔的位置来确定。 4.2.2 选泵要点 选泵目的:确定水泵型号和台数。 ⑴大小兼顾,调配灵活 已知:用水区的用水量从最大为 795m3/h到最小为396m3/h , 逐时变化。 H ST ? 1m, H SEV ? 6m, ? h ? 9.3m ,泵站内水头 损失取为 2m ,安全水头为 1.5m,则扬程为 19.8m。按最大流 量选泵,可选用一台12Sh—19型水泵.如下图所示。 如果我们选用几台不同型号不同的水泵来供水如图所示, 显然比一台水泵能量浪费少得多。 35 30 25 H 20 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 216 396 195 Q(m3/h) 0 η (%) (m) 15 10 5 0 12Sh—19型水泵特性曲线 Q(m3/h) 四台不同型号水泵Q-H曲线 所以在用水量和扬程变化较大的场合选用性能不同的泵 台数越多,浪费能量越少。比如无水塔的的二级泵站,水头 损失占扬程的比例较大,需要做到大小兼顾,以节省能量。 通常情况下,这类泵站的水泵台数较多,可达 3 ~ 6 台。当 采用3台水泵时可采用1:2:2配置,能满足 1, 2, 3, 4, 5 共5种变化。当采用6台水泵时可采用1:1:2.5:2.5:2.5: 2.5配置,能满足 1 , 2 , 2.5 , 3.5 , 4.5 , 5, 6 , 7, 7.5 , 8.5 , 9.5 , 10 , 11 , 12 共14种变化。 ⑵型号整齐,互为备用 从泵站运行管理与维护检修的角变来看,如果水泵的型号太 多则不便于管理。对于水源水位变化不大的取水泵站,管网 中有足够调节容量的网前水塔的送水泵站,流量和扬程比较 稳定的循环泵站侧重考虑本要点。 上述两要点看似矛盾,实际工程中其实是可以统一的。如选 用5台水泵,按1:2:3:4:5配置可满足 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6, 7 , 9 , 10, 11 , 12 , 13 , 14, 15 1, 7, 2, 8, 3, 9, 4, 10, 5, 11 , 6, 12 8, 15种变化;如采用1:2:3:3:3,这样配置的水泵可满足 12种变化。 ⑶合理地用尽各水泵的高效段 单极双吸式离心泵是给水工程中常用的一种泵,其高效段一般 为0.85~1.15Qp。选泵时应充分利用各泵的高效段。可按不同方 案计算后综合选泵。 按最高日平均时流量的70%(即0.7Q日· 平均时)选泵,此时的经济工 作范围为: 0.59~0.81 0.7Q日 · 平均时 ,平均时流量占最高日流量 的4.17%,则上述经济工作范围可折算为:2.46~3.38%Q日。 按最高日平均时流量的100%(即1.0Q日 · 平均时 ) 选泵,此时的经济 工作范围为:3.54~4.6%Q日。 按最高日平均时流量的130%(即1.3Q日· 平均时 ) 选泵,此时的经济 工作范围为:4.58~6.25%Q日。 8 占 7 最 大 日 用 水 量 ( 6 5 4 3 2 0 % ) 1 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 时间 最大日用水量变化曲线)要近远期相结合。“小泵大基础 ” (5)大中型泵站需作选泵方案比较。 例 4.1 根据给水管网设计资料,己知最高日最高时用水量为 920L/s,时变化系数Kh为1.7,日变化Kd为1.3,管网最大用水 时水头损失为 11.5m,吸水管水头损失为 1.5m。泵站吸水井最 低水位到管网中最不利点地形高差为 2m ,用水区建筑物层数 为3层,试进行送水泵站水泵的选型设计。 解:计算泵站的最大扬程: 设用水量最大时泵站内水头损失为2m,考虑安全水头2m,服务 水头为16m,则: H ? 2 ? 16 ? 1.5 ? 11.5 ? 2 ? 2 ? 35m 计算泵站的最小扬程: 设用水量最小时输配水管网和泵站内水头损失假设为2m: H ? 2 ? 16 ? 2 ? 2 ? 22m 20Sh-13 20Sh-13 a 12Sh13 平均日平 20Sh13 型240 均时416 型600 方案一:从图中我们可以找到一台 20Sh - 13 型水泵及两台 12Sh-13可以满足a点要求. 方案二:从图中我们可以找到两台 14Sh-13型水泵(其中一 台用经过切削后的叶轮,即14Sh-13 A)及一台12Sh-13也 可以满足a点要求. 方案比较: ①将用水量分成几个可能经常出现的范围,然后分别比较这 几个范围内水泵工作时的效率,确定能量消耗; ②比较不同方案水泵的基建投资; ③比较不同方案水泵的管理运行; ④比较不同方案水泵站的施工难度。 4.2.3 选泵时尚需考虑的其它因素 (1)水泵的构造形式对泵房的大小、结构形式和泵房内部布置、 泵站造价等有影响。 (2)应在保证不发生气蚀的前提下,应充分利用水泵的允许吸 上真空高度。但也应避免泵站内各泵安装高度相差太大,造成 基础参差不齐或整个泵站埋深增加。 (3)应选用效率较高的水泵,如尽量选用大泵。 (4)根据供水对象对供水可靠性的不同要求,选用一定数量的 备用泵。 ①在不允许减少供水量的情况下,应有两套备用机组; ②允许短时间内中断供水时.可只设一台备用泵。 ③城市给水系统中的泵站,一般也只设一台备用泵。 通常备用泵的型号可以和泵站中最大的工作泵相同。当管网 中无水塔且泵站内机组较多时,也可考虑增设一台备用泵, 它的型号与最常运行的工作泵相同。 ④如果给水系统中有足够大容积的高地水池或水塔时,则泵 站中可不设备用泵,仅在仓库中贮存一套备用机组即可。 ⑤备用泵相其它工作泵一样,应处于随时可以启动的状态。 (5)应尽量结合地区条件优先选择当地制造的成系列生产的、 比较定型的和性能良好的产品。 4.2.4 选泵后的校核 在泵站中水泵选好之后,还必须按照发生火灾时的供水情况,校 核泵站的流量和扬程是否满足消防时的要求。对于一级泵站: Q? 2? (Q f ? Q ) ? 2Q tf Qf——设计的消防用水量(m3/h), Q′——最高用水日连续最大二小时平均用水量(m3/h); Qr——一级泵站正常运行时的流量(m3/h); tf——补充消防用水的时间,从24—48h,由用户的性质和 消防用水量的大小决定, 见建筑设计防火规范; α——计及净水构筑物本身用水的系数。 对于二级泵站,消防属于紧急情况。 消防用水其总量一般占整个城市或工厂的供水量的比例虽然不 大,但因消防期间供水强度大,使整个给水系统负担突然加重, 在一些中小城市有时甚至能使泵站负担加重40%以上。因此, 应作为一种特殊情况在泵站中加以考虑。 当二级泵站流量不足时,可增加一台消防泵。 当扬程不足时,可调整管网中个别管段的管径,从而降低消防 时泵站的扬程。 4.2.5小结: 1.水泵类型选择 水泵类型主要根据泵站扬程选择,给水排水工程中常用的有离心 泵、轴流泵、混流泵等。一般情况下,设计扬程小于l0m,宜选 用轴流泵;5~20m,宜选用混流泵;20~l00m,宜选用单级离 心泵,大于100m时可选用多级离心泵。 当混流泵与轴流泵都可使用时,应优选混流泵,当离心泵与混流 泵都可使用时,若扬程变化较大,一般宜选用离心泵。 2、水泵台数的确定: ⑴建设费与运行费。一般在同样流量情况下,机组台数越少,建 设费和运行费越小。 ⑵运行管理。一般来说,机组台数少,管理运行较方便 ⑶流量调节能力。机组台数少,流量调节能力较差。 ⑷备用机组:对于灌溉泵站,装机3~9台时,其中应有l台备 用,多于9台时,应有2台备用。对于重要城市供水泵站,工 作机组3台及3台以下时,应增设1台备用机组,多于3台,应 增设2台备用机组。 综上,水泵台数要考虑各方面的因素分析确定。 一般情况下,中小型泵站以3—9台为宜。流量变化幅度大的 泵站,台数宜多;流量比较稳定的泵站,台数宜少。 §4.3 泵站变配电设施 4.3.1 变配电系统中负荷等级及电压选择 1.负荷等级 ⑴一级负荷:突然停电会造成人身伤亡、重大设备损坏且长期难 以修复。设两个独立电源供电。如大中型城市的水厂、钢铁厂、 炼油厂等 ⑵二级负荷:突然停电会产生大量废品,大量原材料报废、主要 设备破坏但能修复。两回路供电或一回路专用线。如多水源联 网供水系统,或有大容量高地水池的城市水厂。 ⑶三级负荷:一、二级负荷以外的电力负荷。无特殊要求,如 村镇水厂,供生活用水的小型水厂等。 2.电压选择 常用的电压等级有380V、6kV、10kV、35kV等 ⑴规模很小的水厂:一般为380V,不能确保不间断供水。 ⑵中小型净水厂:6kV和10kV,10kV替代6kV。根据需要可设 一个常用电源、一个备用电源或两个独立电源同时供电。 ⑶大型水厂:35kV电压。 4.3.2泵站中常用的变配电系统 现代泵站设计时均采用成套设备配电屏(又称开关柜)。 开关柜布置时注意点: ⑴开关柜前面过道宽度应不小于:低压柜1.5m,高压柜3.0m。 ⑵背后检修的开关柜与墙壁的净距不宜小于0.8m。 高、低压配电室注意:门、架线、高度 保证:安全、方便 4.3.3 变电所 变电所的变配电设备是用来接受、变换和分配电能的电气装 置,它由变压器、开关设备、保护电器、测量仪表、连接母 线和电缆等组成。 ⑴变电所的类型选择 ①独立变电所:距泵房15~20m单独设立,安全、避开人流较 多的地方,但距泵较远,线路长、电损大,管理不方便。 ②附设变电所:设于泵房外,但和泵房合建,尽量靠近了用 电设备,并不带来建筑内部布置的困难。 ③室内变电所:置于泵房内的一侧,并设单独通往室外的大 门。建筑内部布置复杂,但管理维修方便。 ⑵变电所的位置和数目 ①位置:位于用电负荷中心,可 节约有色金属,渐少电耗。 ②考虑周围的环境,与热源有一定间隔。 ③考虑布线是否合理,变压器运输方便等; ④数目:由负荷的大小及分散情况所决定。负荷大,数量少, 宜集中设置。负荷小数量大,且分散,宜分散布置。 ⑤考虑泵站的发展 ⑶变电所的布置方案 变动所和泵房布置时主要考虑以下几方面: ①变电所尽量靠近电源,低压配电室尽量靠近泵房; ②线路应顺直,并尽量短; ③泵房应可以方便地通向高低压配电室和变压器; ④注意与周围建筑物协调。 10kV 电源 10kV 10kV 电源 10kV 变电所与水泵房的组合布置 1、水泵房;2、低压配电室(包括值班室); 3、变压器室;4、高压配电室 4.3.4常用电动机 1.根据所要求的最大功率、转矩和转数选用电动机。电机的额 定功率要稍大于泵的轴功率,起动转矩要大于泵的启动转矩, 电机转速与泵的设计转速基本一致。 2.根据电动机功率大小,参考外电网电压决定电动机的电压。 ⑴功率100kW以下,选用380V/220V或220/127V三相交流电; ⑵功率在200kW以上,选用l0kV(或6kV)的三相交流电; ⑶功率在100-200kW之间,视泵站内电机配置情况而定。 3. 根据工作环境(潮湿、灰尘、有害气体)和条件决定电动机 的外形和构造形式。 封闭自扇 卧式水泵选配卧式电机,立式水泵选配立式电机。 冷式电动机 4.根据投资少,效率高,运行简便等条件,确定电动机类型。 ⑴三相交流异步电机 ①鼠笼式电机:结构简单,价格便宜,工作可靠,维护方便, 易于实现自控;但起动电流大,可达额定电流的4~7倍。 ②绕线式电机:异步电机,适用于启动转矩较大和功率较大或 需要调速运行的条件,但控制系统比较复杂。 ⑵同步电机,适用于N>300kW以上的大型机组。 4.3.5交流电动机调速 60 n? f P 60 f n? (1 ? S ) P 1.调节同步转速(高效型调速) 调节电源频率(变频调速);改变电机极对数(变极调速) 2.调节转差率(能耗型调速、只用于异步电动机) 调节电动机定子电压;改变串入绕线式电机转子电路的附加 电阻值等。 4.3.6水泵机组的控制设备 直接启动:电动机功率小于10kW; 减压启动:电动机功率在10kW以上,深井泵无论功率大小 都需采用减压启动。 ⑴手操作启动器 ⑵电磁启动器 距离较远的深井和大口井水泵机组宜采用电磁启动器启动。 4.3.7泵站自动测控系统 1.控制方式 集中型控制、分散型控制、集散型控制和分布型控制. 2.集散型控制 三级控制(即就地现场的手动控制、车间自动控制和中央控制 室集中控制)。 天津引滦入津工程隋庄子变电站

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