水泵及水泵站(刘超主编)复习资料.doc

水泵及水泵站绪论1、水泵（Water Pump）：又称抽水机，是把动力机的能量传送给水，达到提水和增大水压力的机械。即是一种转换、传送能量的机械。2、水泵站：为了安装水泵机组包括其辅助设备等，必须建设的必要建筑物。3、简述水泵在国民经济中的作用：（1）用于农业灌溉和排水，为农业生产和减灾防灾服务；（2）为工业企业生产、城镇建设、防洪减灾以及水环境工程服务；（3）洪涝、雨水、污废水的排放；（4）跨区域调水工程。4、水泵及水泵站在国内外的应用情况：（1）国内的：广泛应用于农业、工业、城镇建设、水电发展以及调水工程等；（2）国外的：多应用于提水排灌工程、渠道工程、水泵站工程以及调水工程等。注：中国有名的调水工程：引滦济津工程、山东引黄济青工程、南水北调工程。第一章 泵的基础知识1、水泵的分类（按照被抽液体所增加能量性质的不同）：（1）叶片泵：是通过水泵叶轮的旋转把机械能转化为所输送的液体的能量；常见的有：离心泵、混流泵、轴流泵（2）容积泵：是依靠周期性改变密闭工作室的容积来传递能量；常见的有：往复泵、回转泵（3）其他类型泵：一般是指利用液体的能量转化为被输送的液体的能量；常见的有：水锤泵、射流泵、水轮泵。2、离心泵：依靠叶轮旋转时产生的离心惯性作用工作的，特点是扬程高、流量小，采用轴向进水，径向出水的形式。多用于农田灌排工程。注：分类：单级单吸离心泵、单级双吸离心泵、多级离心泵。3、轴流泵：特点是扬程低、流量大，采用轴向进水、轴向出水的形式。注：分类：（1）按安装方式：立式、卧式、斜式； （2）按叶片的安装角度能否调节：不可调节式、半调节式、全调节式。4、混流泵：特点是扬程比轴流泵大、流量比离心泵大，采用径向进水、斜向出水的形式。注：分类：按出水室的不同：（1）蜗壳式：多用于离心泵和低比转速的混流泵； （2）导叶式：多用于轴流泵和高比转速的混流泵。5、离心泵的叶轮分为：封闭式（抽清水）、半封闭式（抽污水）、开敞式（抽污水）。6、水泵的主要零部件：（1）泵轴：把动力机的功率传递给叶轮的零件；（2）叶轮：又称转轮，是直接与水接触、完成机械能传递给水并使水能量增加的零件；（3）密封环：又称减漏环，是防止经叶轮流出的高压水倒流回到泵进口；（4）轴封装置：连接泵轴与泵体，是防止运转时泵内高压水流泄出泵外，而起动时，则防止外界的空气进入泵体。常见的有：填料密封函、机械密封。注：填料通常装4-6圈，每圈填料的切口应与泵轴成30； 相邻填料的切口应错开安装，一般要相差120。（5）轴承：用以支承泵轴的零件；离心泵多用滚（滑）动轴承、轴流泵多用橡胶轴承；（6）泵壳：又称压水室，用以安装叶轮。离心泵和混流泵（低）采用蜗壳式、轴流泵和混流泵（高）采用导叶式。7、水泵机组：水泵+动力机+传动机构； 水泵装置：水泵+进水管（流）道+出水管（流）道； 抽水装置：水泵+动力机+传动机构+管（流）道+各种附件。8、离心泵装置的抽水过程： 通过充水或抽真空，使水从进水池通过进水管到水泵内水泵是装置的核心，动力机通过传动机构，驱动水泵运行水流从水泵进入出水管通过出水管汇集到出水池。9、叶片泵性能的工作参数：（1）流量Q：单位时间内抽送液体的体积，m3/s;（2）扬程H：能量概念，单位重量的液体流过水泵后能量的增量，m；（3）功率N：输入功率Na：轴功率，动力机传递给泵轴的功率，kW； 输出功率Ne：有效功率，水泵传递给液体的功率，kW；注：泵内损失功率：输入功率与输出功率之差，分为3类：机械损失功率、容积损失功率、水力损失功率。（4）效率：水泵有效功率与轴功率的比值；分为3类：机械效率m、容积效率v、水力效率h。注：水泵效率等于机械效率、容积效率、水力效率的乘积。（5）转速n：水泵转子或叶轮每分钟旋转的转数，r/min；（6）汽蚀余量h、吸上真空高度Hs。10、吸水扬程Hx：水泵把水抽吸上来的高度，包括水力损失hx；压水扬程Hy：水泵把水压送出去的高度，包括水力损失hy；装置扬程Hst：又称净扬程或实际扬程，出水池与进水池水位间的高差;损失扬程hl：克服泵以外的进水部分和出水部分的摩擦阻力等消耗的能量。注：扬程H=Hx+Hy=Hst+hl第二章 叶片泵的基本理论1、泵内流动：水流在水泵叶轮内的流动是复杂的，从叶轮进口流向叶轮出口的运动是一个复合运动，即沿着叶片的相对运动和随着叶轮旋转的圆周运动的复合运动。2、叶片泵叶槽内水流质点的三种运动：（1）相对运动：水流以某速度沿叶片流动，其流动的方向是在该点与叶片的骨线相切；（2）牵连运动u：又称圆周运动，水流随叶轮一起旋转，其方向是该点圆周的切线方向；（3）绝对速度v：水流质点相对于不动的泵壳的运动，即相对运动和牵连速度的合成。注：绝对液角：绝对速度与圆周速度的夹角； 相对液角：相对速度与圆周速度的夹角。3、轴面分速vm：绝对速度在该质点的轴面内的投影。注：（1）轴面：泵轴线与所研究的质点所确定的平面； （2）圆周分速vu和轴面分速vm是绝对速度v分解的两个相互垂直的分速度； （3）在离心泵中，若不计轴向速度，vm就是绝对速度的径向分速度； （4）在轴流泵中，若不计径向速度，vm就是绝对速度的轴向分速度。3、叶片泵的基本方程式：注：（1）基本方程式反映了叶轮对液体所做的功与液体运动的关系； （2）表明叶轮在动力机驱动下穿给单位液体的能量，即产生的扬程，其大小与叶轮旋转速度和叶轮出口速度的圆周分速成比例。4、水泵基本方程的假设：（1）泵内水流运动恒定，水泵进出口水流流态均匀；（2）叶轮具有无限多、无限薄的叶片，水流完全沿着叶片流动；（3）水体在液槽间的流动呈轴对称，叶轮与半径处水流的同名速度液角相等，即速度三角形相同；（4）水流为无粘性理想液体，在液槽中运动时没有损失，且密度不变。5、水泵基本方程的常用结论：（1）水泵基本方程式只与叶轮进、出口的动量矩有关，与叶片的形状无关；（2）水泵基本方程式与被抽送的液体的种类无关，适合一切液体和气体；（3）水泵扬程主要取决于出口速度图，因为大多数情况下vu1=0；（4）离心泵性能随叶片的形状变化。离心泵均采用向后弯曲的叶片，出口相对液角2 NPSHr时，不发生汽蚀；NPSHaNPSHr时，发生汽蚀。P837、吸上真空高度：水泵进口处压强低于大气压强的数值； 允许吸上真空高度：海拔高度为0和环境温度为20度的标准状况时的值。注：吸上真空高度越大，抗汽蚀性能越好；汽蚀余量越大，抗汽蚀性能越差。8、汽蚀相似律和汽蚀比转速：P86计算9、水泵安装高度：P87计算10、汽蚀的防护措施：（1）改善水泵性能：从设计和制造两方面保证；（2）改善使用条件：减少管路附件、及时清理拦污栅、使用抗汽蚀材料等。第七章 水泵选型和配套1、水泵选型的原则：（1）充分满足设计标准内供排水及灌溉要求；（2）水泵在长期运行中效率高；（3）水泵运行中安全，其实性能良好；（4）节省机电设备及土建投资费用；（5）运行、管理和维修方便。2、水泵选型的步骤：（1）根据灌排水区的规划要求，确定建泵站的流量和扬程；（2）根据确定的水泵扬程，比较选择适用的水泵；（3）根据泵站的设计流量，初步确定水泵台数及其流量；（4）校核水泵在各种扬程是否符合要求；（5）对初选的水泵进行工况校核；（6）通过技术经济比较，最后选择出最佳方案。3、水泵动力机配套的相关知识：（1）驱动水泵最常见的是电动机、其次是柴油机；（2）配套功率计算：P91，按最大轴功率计算；（3）动力机备用系数：按照小泵取大值，大泵取小值;（4）水泵转速与电动机样本上的额定转速差小于2%，可以直接采用直联方式，否则采用间接传动装置。4、传动装置：实现动力机与水泵转速匹配和传递功率的设备。5、传动方式的分类：（1）直接传动：刚性联轴器、弹性联轴器；（2）间接传动：皮带传动、齿轮传动、耦合传动。6、泵站辅助设备：（1）充水设备：吸水管带底阀、吸水管不带底阀、射流器引水（充水）；（2）计量设备：电磁流量计、超声波流量计；（3）起重设备：移动吊架、单轨吊车、单梁或双梁桥式行车；（4）通风设备：自然通风（风压通风、热压通风）、机械通风（通风管道、通风机）；（5）拦污及清污设施：拦污栅、清污机；（6）其他设施：供水系统、排水系统、消防、防雷设施、通信。第八章 水泵站工程规划1、水泵站工程规划的目标：“最优的布局”、“最佳的效益”、“最少的投资”。2、灌溉泵站规划布置：（1）灌区分片：分区、分级一站提水、一区灌溉：适用于灌溉面积小、扬程低、地面高差不大、输水渠道不长的；多站提水、分区灌溉：适用于输水距离较长、有交叉建筑物的；多站分级提水、分区灌溉（2）高扬程灌区分级和经济扬程：图解法P119-120；（3）灌溉设计流量确定：灌溉设计保证率；（4）水位和灌溉扬程确定。3、排涝泵站站点布局:（1）建站：集中建站：单位装机容量造价低，输电线路短，便于集中管理，但要求有完整的排水系统；分散建站：工期短，收益快，工程量小，挖压耕地面积小，有利于结合灌溉。（2）排水：一级排水：由排涝站直接将涝水排入承泄区；二级排水：在低洼地区建小站，将涝水排入蓄涝区内；而蓄涝区内的涝水需要另建站外排。4、灌溉泵站建筑物的组成：（1）进水建筑物：包括引水渠、前池、沉沙池等；（2）泵房：泵站的主体工程，是安装水泵、动力机、辅助设备以及泵站附属设备的建筑物；（3）出水建筑物：包括出水管（流）道、出水池等。5、泵站枢纽的分类及布置型式：（按建站目的不同分）（1）灌溉泵站枢纽：分有引渠、无引渠；（2）排涝泵站枢纽：（3）排灌结合泵站枢纽：“一站四闸”布置：满足提灌、提排、自灌、自排需要；双向流道闸站结合布置：占地面积小、投资省、便于集中管理。适用于扬程低、内外水位变化不大的。该泵站的泵房直接挡水，为堤身式泵站。第九章 泵房1、泵房需满足的条件：（1）设备安装、检修、安全运行的要求，泵房布置应尽量紧凑；（2）各种工作条件下的稳定要求，各构件具有足够的强度和刚度，抗震性能良好；（3）通风、散热、采光要求，符合防潮、防火、防噪声等技术规定；（4）水下部分及输水系统应不渗不漏；（5）注意建筑造型，并与环境协调。2、影响泵房结构型式的因素：进出水位变幅、主机组的类型和结构、工程地质条件。3、泵房结构型式的分类：（按泵房位置能否变动）（1）移动式泵房：泵船、泵车；（2）固定式泵房：分基型泵房、干室型泵房、湿室型泵房、块基型泵房。4、分基型泵房：（1）特点：泵房房屋基础与机组的基础分开，无水下部分，通风、采光、防潮条件较好，结构简单，施工检修方便。（2）适用：中小型灌溉泵站，水源水位变幅较小、水源侧岸岸坡稳定，地质条件好，渗透性好、安装卧式机组的场合。（3）注意：洪水对地基的不利影响，地基渗水和不均匀沉降。5、干室型泵房：（1）特点：泵房底板适当降低并与侧墙用钢筋混凝土整体浇筑，泵房不透水。布置整齐，安装、运行检修及通风、采光条件较好。（2）适用：水源水位变幅较大、泵房埋深较大、承受外部荷载较大的场合；（3）注意：防浮、防渗。6、湿室型泵房：（1）特点：进水池位于泵房的下部，水泵置于池内，形成一个具有自由水面的泵房。（2）适用：平原、河网地区的低扬程泵站，要求地基有较高承载力的场合。（3）注意：一般分为两层：上层为电机层，下层为水泵层，结构较简单。7、块基型泵房：（1）特点：进水流道与泵房底板整体浇筑，形成块状基础结构，整体性好，抗震能力强。（2）适用：立式、卧式和贯流式各种大型轴流泵站和其他大型机组。（3）注意：根据出水流道与泵房是否整体浇筑分为：整体式和分建式整体式：又称堤身式，站身直接挡水，适用于上下游水位差较小的场合；分建式：又称堤后式，站身不直接挡水，适用于上下游水位差较大的场合。8、卧式机组布置形式：一列式、双列式；9、配电设备布置形式：（1）一端式布置：在泵房进线端建单独的配电间；（2）一侧式布置：在泵房一侧（一般出水侧居多）布置配电柜。10、泵房稳定分析的内容：抗倾、抗滑、抗浮、地基稳定校核、地下轮廓线的设计计算。注：稳定分析时取一个典型机组段作为计算单元。台数较少时，可取一块底板为计算单元。P147：泵房稳定计算第十章 进水建筑物1、泵站进水建筑物：主要包括进水涵闸、引（水）渠、前池、进水池等。2、引渠：连通水源（或排水区）与泵房的明渠。3、引渠的作用：（1）使泵房尽可能接近灌区（或承泄区），以减小输水渠道的长度；（2）为保证水流平顺地进入前池创造必要的条件；（3）避免泵房与水源直接接触，简化泵房结构，便于施工；（4）对于从多泥沙的水源中取水的泵站，还可为沉沙提供条件。4、前池：在多机组情况下，泵站进水池宽度比引渠宽大时，需要设置前池。其作用：为了保证水流从引渠流向进水池的过程中能够平顺地扩散，为进水池提供良好的流态。5、前池的相关知识：（1）前池水力设计要求：保证水流顺畅、扩散平缓，无脱壁、回流或漩涡现象； 考虑尽可能节省土建投资。（2）前池扩散角是影响前池流态和尺寸的主要因素，一般=20-40。（3）与进水池中心线成45夹角的直立式翼墙可获得良好的流态，且便于施工。（4）前池流态的改善：设置导流墩、底坎、立柱等措施。6、进水池：是供水泵吸水管直接吸水的构筑物，具有自由水面。其作用：进一步调整从前池进入的水流，为水泵进口提供良好的进水条件。适用于中小型泵站。7、进水池水力设计要求：（1）合理选择进水池的结构形式；（2）合理确定进水池的各几何参数，以保证所需的进水流态；（3）便于清淤和管理维护，以及尽可能减少土建投资。8、进水池设计不当或水泵吸水管淹没深度不够时，进水池可能产生漩涡。漩涡的分类（按漩涡发生的位置）：水面涡、附壁涡、附底涡。注：水面涡根据吸气情况不同，可分为4种型式：（进水池水位是影响水面涡的最主要因素）（1）型涡：旋转速度慢，不进气，不影响水泵性能；（2）型涡：旋转速度较快，断断续续进气，轻微影响水泵性能；（3）型涡：旋转速度很快，连续进气，严重影响水泵性能；（4）型涡：漩涡中心与吸水管中心一致，剧烈影响水泵性能以致无法运行。9、进水池漩涡防止措施：设置立柱、底坎、隔板、导流锥等。10、进水流道：泵站前池与水泵叶轮室之间的过渡段。其作用：为了使水流从前池进入水泵叶轮室的过程中更好的转向和加速，以满足水泵叶轮对叶轮室进口所要求的水力设计条件。11、进水流道型式的类型：（1）肘形进水流道：高度大、宽度小，水力性能较好，但挖深较大。适用于立式轴流泵或导叶式混流泵；（2）斜式进水流道：水力性能优异，形状简单、土建投资省，但齿轮箱和轴承制造质量有待解决，常见夹角有15、30、45；（3）钟形进水流道：高度小、宽度大，但形状复杂、施工不便，流道内易产生涡带。可用于站址地质条件较差的泵站；（4）箕性进水流道：形状简单、施工方便，不易产生涡带，广泛用于大、中、小型泵站。第十一章 出水建筑物1、泵站出水建筑物：主要包括出水池（或压力水箱）、出水流道、输水渠道、断流设施等。2、出水池：连接压力管道和灌溉干渠或排涝干渠的衔接建筑物。3、出水池的作用：（1）汇集出水管道的来流，有时也起分流作用；（2）回收能量，扩散出水管水流，将水流平顺地引入干渠，以免造成渠道冲刷；（3）便于设置防止停泵时水流倒流的设施；（4）便于设置检修和断流设施。4、出水池水力设计的要求：（1）出水池的稳定计算最重要，出水池的位置一般高于泵房；（2）确保出水池中水流平顺稳定，流速不超过2m/s，满足防冲稳流的要求；（3）便于施工和运行管理；（4）力求节省土建投资。5、出水池的结构类型：（1）按水流方向不同：正向出水池、侧向出水池、多向出水池；（2）按水池与泵房关系：分建式出水池、合建式出水池；（3）按断流方式不同：拍门式、闸门式、虹吸管式、溢流堰事、自由出流式等。6、出水池的相关知识：（1）出水池水流紊乱时，可以设置隔墩改善流态。流态改善的效果取决于隔墩长度；（2）出水管管口的平均流速一般在1.5-2.5m/s；（3）出水池与干渠的渐变段的收缩角一般取=30-40。7、压力水箱一般为钢筋混凝土结构，与泵房紧靠时，应做好止水工作。若建在填土上，应设置建于原状土上的单独支承。8、出水管路的铺设方式：（1）明式铺设：转弯处必须设置镇墩；（2）暗式铺设：管底最小埋深应在最大冻土深以下，采用连续垫座。9、出水流道：连接水泵导叶出口与出水池的衔接通道。其作用：为了水流在从水泵导叶出口流入出水池的过程中更好转向和扩散，在不发生脱流或漩涡的条件下最大限度回收动能。注：出水流道内的流态和动能回收情况决定了出水流道的水力损失。10、出水流道的型式分类：（1）虹吸式出水流道：适用于出水池水位变化不大的立式或斜式低扬程泵站；注：虹吸式出水流道驼峰顶部高程高于最高水位，在形成满管流后，流道驼峰附近比为负压。（2）直管式出水流道：大中型泵站较大应用，采用拍门和快速闸门作为断流措施；注：直管式出水流道都设有通气孔，其目的是为了机组在启动阶段可以由通气孔排气，在停机阶段可以由通气孔补气，以减弱流道内的压力脉动。（3）斜式出水流道：常见夹角有15、30、45。11、断流方式的类型：（1）拍门：单向阀门，多与直管式、斜式出水流道配套使用；（2）快速闸门：配用液压启闭机，适用于大型泵站的直管式、斜式出水流道；（3）真空破坏阀：要求密封性能好、动作迅速可靠、放气灵敏度高。第十二章 泵站水锤现象1、水锤现象：又称水击，是压力管道内流体运动速度骤然变化而引起的水压瞬变过程，是流体的一种不稳定运动状态。2、水锤的分类：（1）按发生的场合不同：停泵水锤、启动水锤、关阀水锤；（2）按理论假定不同：刚性水锤、弹性水锤；（3）按水锤波传播方向：直射波水锤、反射波水锤；（4）按关阀时间与相长的关系：直接水锤、间接水锤（直接水锤破坏力更大）3、停泵水锤：是水泵机组因突然失电或其他原因造成开阀停机时，在水泵及管道中因水流速度骤然变化而引起压力剧烈升降的水力现象。注：停泵水锤的危害性主要是泵出口设有止回阀（逆止阀）而引起的。4、水泵突然停机的原因：（1）电力系统或电力设备突然发生故障或人为失误操作致使电力系统突然中断；（2）水泵机组突然发生机械故障，使拖动电机发生超负荷而被切除；（3）雷电引起的突然断电；（4）自动化泵站中，由于维护管理不善而导致的。5、停泵水锤的危害：（1）水锤压力过高，破坏水泵、阀门和管道；水锤压力过低，管道失稳而被破坏；（2）水泵反转转速过高与临界转速相重合，引起水泵机组的剧烈振动；（3）水泵机组突然停止反转，或因电机再启动，引起电动机转子永久变形或连接轴断裂；（4）水泵倒流流量过大，引起管网压力下降，水量减少，影响正常供水。6、停泵水锤的计算：图解法、帕马金曲线简易算法、数值计算法。7、泵站规划设计中的水锤防护：（1）合理布置管线：尽量平顺上升，不形成驼峰凸部；或采用先缓后陡；（2）降低管道流速；（3）合理选择阀门形式，减少压力上升的幅度。8、产生负压的防护措施：（1）中小型水泵站：水泵机组上加装惯性飞轮；（2）大中型水泵站：设水锤消除装置。9、升压过高的防护措施：设自动复位下开式水锤消除器、设空气缸、采用缓闭阀、取消逆止阀、采用安全膜片。Power by YOZOSOFT