6-2 城市水务工程-泵站

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进水池
边壁型式
有矩形、多边形、半圆形、圆形和蜗壳形几种，在工程实 际中，由于矩形边壁便于施工，所以在中小型泵站中采用 较多。
尺寸的确定
进水池的主要尺寸包括进水池的池长、池宽、喇叭口悬空 高度、喇叭口淹没深度、后壁距、边距等。
进水池各部分尺寸对水流流态、水泵装置效率以及工程投 资有直接影响，应严格按照《泵站设计规范》及水泵生产 厂家提供的水泵安装图来确定。
流量。台数以4—6台为宜，最好不超过8—10台。 – 根据计算所得的泵站设计扬程及初步确定的单机流量，查现
有水泵产品的性能表或性能曲线，选出几种适用的水泵，并 通过技术经济比较确定水泵的型号。 – 校核水泵在各种扬程(设计、最高、最低)下的流量、效率是否 符合要求。
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配套电动机 – 根据计算的最大轴功率，确定电动机功率；根据
水泵的种类很多，性能范围十分广泛。按作用原理可分 叶片式泵、容积式泵以及射流泵、水锤泵等，其中叶片 式泵是应用最广泛的水泵。
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叶片式泵利用叶轮高速旋转，叶片与被抽液体发生力的 相互作用，使液体的压能和动能增加，以达到抽送液体 的目的。叶片泵按叶轮对液体的作用原理，又分为离心 泵、混流泵及轴流泵三种基本泵型。
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7.4 水泵的工作参数
– 流量Q：水泵在单位时间内抽送水的体积。
– 扬程H：是水泵由叶轮传给单位重量液体的总能量，可以由泵 进、出口断面上的单位总能量的差值表示。
– 功率：水泵在单位时间内作功的大小。
– 有效功率N效：为泵内液体实际所获得的净功率，可以根据流 量和扬程计算。
– 轴功率N ：水泵在一定流量、扬程下运行时所需的外来功率， 即由动力机传给水泵轴上的功率。轴功率不可能全部传给液 体，而要消耗一部分功率后，才成为有效功率。
图4 肘形弯管进水的流道
H
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7.8 出水建筑物 出水管 出水管管径一般由出水管经济流速确定。
出水管路大多采用钢管和预应力钢筋混凝土管。管 路的布置形式一般可分为：单机单管送水和多机一 管联合送水即管路并联。
管路的铺设分明式和暗式两种。明式铺设便于管路 的检修，但管路因热胀冷缩，来回滑动频繁，对于 钢筋混凝土管，易产生裂缝。
干室型泵房的进水管穿墙部分应作成刚性连接。
进水管管径一般由进水管经济流速确定。
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进水流道 大型水泵流量大，对流态的要求高，但进水池来流方向
与水泵进口水流方向要成900的转弯，为了保证水泵进 口的流场均匀，大型立式泵采用进水流道从前池中取水。
立式装置进水流道型式很多:肘形弯管、钟形、平面蜗 壳形、箕形、箱涵式、双向进水流道等等。进水流道关 键结构，即水流加速和转向的结构只有2种，一是喇叭 管，二是90°肘弯管。相应地将进水流道分为二类:喇 叭管进水的流道和肘形弯管进水的流道。
喇叭管进水的流道
钟形进水流道
砼喇叭管 金属喇叭管
有压进水流道 箕形进水流道—金属喇叭管
双向进水流道
砼喇叭管 金属喇叭管
图2 喇叭管进水流道演变过程图
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B/2
3
3
2
2
1
1
hc
（a）钟形进水流道（砼喇叭管）（b）箕形进水流道（金属喇叭管）
B/2
3 2 1
(c)双向迸水流道之一(金属喇叭管)
B/2
3 2 1
出水管路的附件，因管路的长短、扬程的高低、铺 设方式的不同而不完全一致。一般有闸阀、逆止阀、 人孔、伸缩节、真空破坏阀、拍门、通气孔等。
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出水流道
常见的出水流道有虹吸式和直管式两种。 虹吸式出水流道是利用虹吸原理进行工作的，当水泵启动时，
出水流道内的水位迅速上升，流道内的空气由装于驼峰顶部的 真空破坏阀排出。当水泵提升的水超过驼峰底部时，水流顺管 壁泄下，出水侧管内水位也迅速上升。当水流充满全管，虹吸 形成的过程即告结束。在正常运行时，驼峰顶部真空破坏阀关 闭，由于虹吸式出水流道驼峰底部高于出水池最高水位，其驼 峰部分为负压。停泵时，只要将真空破坏阀打开，空气就会进 入管内，虹吸作用也就遭到破坏，从而可以防止水倒流和水泵 机组倒转，达到断流的目的。
水泵额定转速结合传动方式，确定电动机转速； 根据单机电动机功率大小，选择电动机类型，是 异步电动机还是同步电动机。
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泵房
泵房是安装主机组、辅助设备、电气设备 及其它设备的建筑物，是整个泵站工程的 主体，为机电设备及运行管理人员提供必 要的工作条件。
影响泵房结构型式的因素很多，大致有： 水泵及动力机的类型和构造、水源水位变 化、站址地基条件、枢纽布置、施工条件 及采用的建筑材料等因素。 主要有分基 型泵房、干室型泵房、湿室型泵房、块基 型泵房及沉井式泵房。
7.5 水泵性能曲线
– 水泵转速恒定，扬程、轴功率、效率和允许吸上真空高度 （离心泵与蜗壳式混流泵）或必需汽蚀余量（导叶式混流泵 与轴流泵）随着流量而变化曲线。
– 不同的叶片泵，性能曲线的变化规律有所不同。如离心泵的 轴功率随着流量的增大而增大，宜关阀启动；而轴流泵的轴 功率随着流量的增大而减小，宜开阀启动。
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设计扬程按进、出水池设计水位差，并计入 水力损失确定；
最高扬程按出水池最高运行水位与进水池最 低运行水位之差，并计入水头损失确定；
最低扬程按出水池最低运行水位与进水池最 高运行水位之差，并计入水头损失确定。
平均扬程按能量或历时加权平均。
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7.3 水泵及其选型 定义及分类
泵是一种流体机械，它把动力机的机械能或其它能量， 通过工作体的运动，传给被抽吸的流体，使流体的能量 增加，以达到提升、输送、增压的目的。抽吸水的泵， 称为水泵。
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进水管 进水管系指水泵进水接管前的一段管路，一般采用钢管，
其设计和施工应注意以下几点： 尽量减少进水管长度及附件，管线布置应平顺，转弯少，
便于安装和减少水力损失；
管路应严密不漏气，以保证良好进水性能；
在干室型泵房中，因前池水位可能高于泵轴线，进水管 需设闸阀，以便机组检修；
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离心泵-关阀启动
轴流泵-开阀启动
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7.6 水泵机组选型
水泵选型应满足以下要求：能符合设计扬程和设计流量的要 求；水泵工作期间应在高效率范围内运转；机组大小和台数 应使泵站投资较省；便于维修和管理，运行费用较少；水力 特性和汽蚀性能良好。
选择水泵的步骤： – 根据泵站的设计流量或流量过程线初步确定水泵的台数及其
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轴流泵：如下图所示，轴流泵 叶轮上安装有2～6片叶片， 叶片剖面形状呈流线形，与 飞机机翼剖面相似，称为翼 型。但其上表面的曲率大， 下表面曲率小，当叶轮在水 中旋转时，水流相对于叶片 产生了急速的绕流，由于翼 型上下表面绕流的速度不等， 于是水流对叶片产生了向下 的推力，叶片对水流就产生 了相反的升力，从而达到提 水的目的。
离心泵：离心泵是利用叶轮旋转时产生离心力的原理工 作的。在起动前必须使泵内和进水管中充满液体，当叶 轮在泵壳内高速旋转时，液体质点在离心力作用下被甩 向叶轮外缘，并汇集到泵壳内，使液体获得动能和压能， 并沿着出水管输送出去。与此同时，在水泵的进口处形 成负压(小于大气压力)，而吸水池水面作用着大气压， 在此压差作用下，进水池的水便通过进水管不断地补充 进水泵。
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块基型泵房 大型机组对泵房的稳定性
及整体性有较高的要求， 对装置效率及汽蚀性能也 有较高的要求，因此常将 水泵的基础、泵房底板与 进水流道共同浇筑在一起， 流道呈封闭的有压进水。 泵房水下部分是一个块状 的整体。
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永安桥泵站总体布置图
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7.7 进水建筑物
前池 形式 根据前池与进水池的相互位置，分为正向进水和侧向进水。 尺寸的确定 前池扩散角的大小不仅影响前池中的流态，而且还影响工程
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分基型泵房 – 分基型泵房是中小型泵站常采用的结构形式。它的主要特点
是泵房墙壁基础与机墩分开建筑，没有水下结构。因此结构 简单，施工容易，可以使用当地砖、石、木等材料。进水池 与泵房分开，岸坡有斜坡或直立的挡土墙。 – 分基型泵房适于安装卧式水泵，并要求水源水位变幅小于水 泵的有效吸程(等于允许吸程减去泵轴至地坪的距离)的泵站。
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输水泵站
混流泵：混流泵是介于离心泵与轴流泵之间的一 种叶片式水泵，它运转时叶片对水流产生离心力 和升力的混合作用，水从叶轮中斜向流出。混流 泵兼有离心泵和轴流泵优点，是一种适用性广而 有前途的水泵。
离心泵属于高扬程叶片泵，其扬程范围目前从十 几米至数千米，流量相对较小。轴流泵属于低扬 程叶片泵，其扬程从一米至十几米，流量较大。 混流泵性能介于离心泵和轴流泵之间。
泵房：安装主机组、辅助设备及电气设备的建筑物，
它为机组运行和工作人员提供良好的工作环境。主机
组包括水泵、传动设备及动力机，是泵站的核心。主
机组将外来能量转换为所提升水体的能量；
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出水管（流）道：出水管道（也称压力水管）、出 水流道，作用是将水泵抽出的水压向出水建筑物；
出水建筑物：主要作用是承纳出水管道的来流，消 除管口出流余能，使之平顺地流入输水管渠或容泄 区，并设有防止停机倒流设备；
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第一类 喇叭管进水的流道。喇叭管进水是 最早采用并一直沿用至今的进水形式。如图 1所示，这是开敞式进水的一种普通形式。
其余各种有压的喇叭管进水的流道都是在这 一普通进水形式基础上演变而成的，其过程 如图2、3所示。
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B/2
H hc
喇叭管
T
图1 喇叭管进水的水池—开敞式进水池
开敞式进水池—金属喇叭管
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干室型泵房
当水源水位变幅较大 时，可采用干室型泵 房。这种泵房的特点 是由于要防止洪水进 入室内，将水下部分 和底板用钢筋混疑土 建成一个不透水的整 体结构，形成一个干 燥的地下室。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
湿室型泵房 采用中、小型立式轴流泵和混流泵时，可以将进水池设于泵房下
部，形成充水的地下室，故名为湿室型泵房，在我国平原和易涝 地区应用很广。一般分为两层，下层湿室是安装水泵的进水室， 上层安装动力机和电气设备。
城市水务工程
七 输水泵站
Pumping Station of Water Conveyance
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输水泵站
7.1 泵站组成建筑物 前池：引水建筑物与进水池的连接段，作用是平稳水 流，避免强烈的回流和漩涡出现。
进水池：作用是供水泵进水管（流道）或水泵直接进 水。
进水管（流）道：包括进水管道、进水流道（大型泵 站），作用是从进水池平顺引水，供给水泵；
量的大小，其大小应保证在正常条件下前池内不产生脱壁回 流现象，工程上常采用200—400。 前池长度 前池进口底宽等于引渠底宽，前池末端底宽等于进 水池总宽，前池长度可计算。 前池底坡 当引渠末端底部高程高于进水池底高程ΔH时，前 池底部为一斜坡，i=ΔH／L。i应在0.2—0.3范围内选取。
(d)双向迸水流道之二(双向钟形，砼喇叭管) 图3 不同形式进水流道的演变
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第二类肘形弯管进水的流道
水流的加速和转向在弯管渐 缩断面内同时实现，如图4。
流道弯段断面渐缩，水流逐 步加速、转弯处不脱离。名义高 度较大，H= (1.6~2.O)D叶。宽度 较小B=(2.0~2.5)D叶。最大优点： 不易产生涡带(不包括流道进口)， 但施工复杂。 结论：无论是第一类还是第二类 进水流道，只要设计得当，其出 口断面流速分布均匀程度及对水 泵性能的影响没有显著差异。 但 要因站因地制宜
变电站：以电力为能源的泵站不可缺少的降压工程；
交通建筑物：包括道路、栈桥、工作桥、船闸、码 头等；
附属建筑物：包括办公用房、修配厂、仓库、宿舍 等。
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7.2 泵站设计参数确定
（1）设计流量 应根据供水对象的用水量标准确定。
（2）特征扬程 泵站特征扬程根据进、出水池的特征水位确 定。进水池的特征水位一般有设计水位、 最高运行水位、最低运行水位等；出水池 的特征水位有设计水位、最高运行水位、 最低运行水位等。
– 效率η ：有效功率与轴功率的比值。水泵效率标志着水泵传 递能量的有效程度，亦即反映了泵内功率损失的大小，是一 项重要的技术经济指标。
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– 转速n：是指叶轮每分钟的转数。水泵铭牌上所标明的额定转 速是设计工况时的转速，当转速改变后，水泵工作性能也随 着改变。
– 允许吸上真空高度H允真或必需汽蚀余量△hI：是表征水泵汽蚀 性能的参数，它们是确定水泵安装高程的主要参数。