泵与泵站设计(高质量)课件.ppt

1、INFORE|3泵与泵站目 录泵的定义及分类离心泵的设计选型排水泵站的节能及SCADA系统污水泵站工艺设计1 泵的定义及分类1.1 泵的定义1.2 泵的分类1.3 几种常见的离心泵1.1 泵的定义 把机器的机械能转化为被输送流体的能量，使其获得相对于机器本身的动能和势能。抽取液体并输送和提升液体的机器类 别作用原理代表泵叶片式泵装有叶片的叶轮高速旋转离心泵（离心力）轴流泵（轴向升力）混流泵（离心力+轴向升力）容积式泵工作室容积的改变往复泵（往复运动改变容积）转子泵（旋转运动改变容积）其他类型泵以上2种以外的 螺旋泵（螺旋推进原理）射流泵（高速液流或气流）水锤泵、水轮泵、气升泵1.2 泵的分类离

2、心泵特 点：高扬程，流量较小工作原理：离心泵是利用叶轮旋转而使水产生的离心力来工作的。泵轴带动叶轮和水做高速旋转运动，水在离心力的作用下，被甩向叶轮外缘，经蜗形泵壳的流道流入水泵的压水管路。叶轮中心处，水在离心力的作用下被甩出后形成真空，吸水池中的水便在大气压力的作用下被压进泵壳内。轴流泵特 点：中、大流量，中底扬程，扬程一般4-15m工作原理：将机翼形的桨叶固定在转轴上，形成螺旋桨，并使之不能沿轴向移动，则当转轴高速旋转时，翼面（螺旋桨下侧）因负压而有吸流作用，翼背因正压而有排流作用，如此一吸一排造成了液体的流动。压水管外 轮叶 片吸水口内 轮蜗 壳吸水管联轴器饮水管出水弯管泵 轴导 叶叶片

3、喇叭管往复泵（活塞泵）特 点：适用于高压、小流量的场合。吸入性能好，能抽吸各种不同介质、不同粘度的液体。原 理：活塞往复运动，在泵缸中造成容积的变化并形成负压和正压，完成一次吸入和排出。隔膜泵特 点：无轴封、无泄漏、流道宽敞,输送含颗粒，高粘度，易挥发和腐蚀性介质时，不会造成环境污染和危害人身安全。原 理：容积泵中较为特殊的一种形式。依靠夹紧在泵缸之间的平隔膜和筒形隔膜，在柱塞通过液压油的推动下使泵缸工作容积交替发生变化，并通过排出阀和吸入阀的启闭来输送液体的。泵缸排出口吸入口活 塞活塞杆活 柱隔 膜气 缸阀 门螺杆泵特 点：流量平稳、压力脉动小、有自吸能力、噪声低、效率高、寿命长、工作可靠；

4、而其突出的优点是输送介质时不形成涡流、对介质的粘性不敏感，可输送高粘度介质。工作原理：螺杆泵是容积式转子泵，它是依靠由螺杆和衬套形成的密封腔的容积变化来吸入和排出液体的。吸入室 轴封件 轴承 传动轴 轴承体 排出体 定子 转子 万向节 中间轴IS系列单级单吸式离心泵适合输送清水及物理化学性质相类似的其它液体，主要用于工业和城市给水、排水，亦可用于农业排灌，互换性强、高效节能。其特点是：性能分布合理（流量：6.3400m3/h，扬程5125m）；其次是标准化程度较高，泵的效率较高。1.3 几种常见的离心泵Sh(SA)系列单级双吸式离心泵系列单级双吸式离心泵在城镇给水、工矿企业的循环用水、农田排灌

5、、防洪排涝等方面应用十分广泛，是给水排水工程中最常用的一种水泵。目前，常见的流量为90-20000m3/h，扬程为10l00m。按泵轴的安装位置不同，有卧式和立式两种。D(DA)系列分段多级式离心泵:这类泵扬程在100650m高范围内，流量在5720m3/h范围内。污水泵、杂质泵污水泵、杂质泵它与清水泵的不同处在于:叶轮叶片少，流道宽，便于输送带有纤维或其它悬浮杂质的污水。另外，在泵体的外壳上开设有检查、清扫孔，便于在停车后清除泵壳内部的污浊杂质。潜水泵潜水泵的特点是机泵一体化，潜水给水泵常用的型号为QXG，其流量范围为200-400m3/h，扬程范围为6.5-60mH2O，功率范围为11-1

6、50kW。按叶轮形式分，离心式、轴流式及混流式潜水泵等。立式立式管道泵管道泵管道泵也称为管道离心泵，其基本构造与离心泵一样，可以直接安装在管路上。常用于民用,工业设施的暖通空调系统及给水管道局部加压和家用热水循环系统。一般适宜输送温度低于80/无腐蚀性的清水或类似液体扬程在420m，流量在2.525m3/h.不锈钢离心泵不锈钢离心泵随着管道直饮水工程的发展，输送直饮水的泵一般采用不锈钢离心泵，其型号既有卧式的也有立式的，既有单级的也有多级的。一般其扬程在070m，流量在030m3/h.JD(J)系列深井泵深井泵是用来抽升深井地下水的，主要由三部分组成：包括滤网在内泵的工作部分包括泵座和传动轴在

7、内的扬水管部分带电动机的传动装置部分等。这类泵实际上是一种立式单吸分段式多级离心水泵。2 离心泵的设计选型2.1 离心泵装置的总扬程2.2 离心泵特征曲线2.3 离心泵运行工况2.4 并联及串联运行工况2.5 离心吸水性能离心泵参数3.轴功率泵轴得自所传递来的功率称为轴功率，以N表示。有效功率单位时间内流过水泵的液体从水泵那里得到的能量叫做有效功率，以字 母Nu表示泵的有效功率为水泵的6个性能参数：1.流量(抽水量)水泵在单位时间内所输送的液体数量。2.扬程(总扬程)水泵对单位重量(1kg)液体所作功，也即单位重量液体通过水泵后其 能量的增值。4.效率水泵的有效功率与轴功率之比值，以表示。5.

8、转速水泵叶轮的转动速度，通常以每分钟转动的次数来表示，以字母n表示常用单位为rmin。6.允许吸上真空高度(Hs)及气蚀余量(Hsv)允许吸上真空高度(Hs)指水泵在标准状况下运转时，水泵所允许的最大的吸上真空高度(即水泵吸入口的最大真空度)。气蚀余量(Hsv)指水泵进口处，单位重量液体所具有超过饱和蒸气压力的富裕能量。水泵厂一般常用气蚀余量来反映轴流泵、锅炉给水泵等的吸水性能。水泵的6个性能参数：水泵配上管路及一切附件后的“系统”称为装置。水泵的总扬程基本计算方法：2.1 离心泵装置的总扬程基本计算公式Hd以水柱高度表示的压力表读数（m）Hv以水柱高度表示的真空表读数（m）进出口压力表表示（

9、实际泵站读取扬程）水泵装置的工作扬程22212dvvvHHHzg 1221z基本计算公式:HST水泵的静扬程（mH2O）h水泵装置管路中水头损失之总和（mH2O）用提升液体高度和水头损失表示水泵装置的设计扬程2.1 离心泵装置的总扬程HST3300Q(L/s)801602403204004800H(m)80204060Q-H(%)0100252575Q-Hb(m)08Q-HsQ-N0N(kW)400200特性曲线：在一定转速下，离心泵的扬程、功率、效率等随流量的变化关系称为特性曲线。它反映泵的基本性能的变化规律，可做为选泵和用泵的依据。各种型号离心泵的特性曲线不同，但都有共同的变化趋势。离心泵

10、的特性曲线是根据给定的n值，按最高的要求来进行设计的。14SA-10 n=1450 r/min2.2 离心泵的实测性能曲线讨论2.2 实测特性曲线讨论14SA-10离心泵的特性曲线轴功率随流量增大而增大，流量为零时轴功率最小。这符合电动机轻载启动的要求，所以离心泵在启动时都采用“闭闸启动”，即启动前先关闭闸阀，待水泵压力表达到空转扬程时逐渐大卡闸阀，使泵正常运行。扬程H是随流量Q的增大而下降，它将有利于泵站中电动机的选择和与管网联合工作时工况的自动调节。水泵的高效段：在一定转速下，离心泵存在一最高效率点，称为设计点。该水泵设计点左右的一定范围内(一般不低于最高效率点的10左右)都是属于效率较高

11、的区段，水泵所输送液体的粘度越大，泵体内部的能量损失愈大，水泵的扬程(H)和流量(Q)都要减小，效率要下降，而轴功率却增大，也即水泵特性曲线将发生改变。水泵的实际吸水真空值必须小于QHS曲线上的相应值，否则，水泵将会产生气蚀现象。在QN曲线上各点的纵坐标，表示水泵在各不同流量Q时的轴功率值。配套电机功率选择应比水泵轴率稍大。”传动效率，（挠性联轴器大于95%，皮带传动在9095%之间）可能超载的安全系数，功率越大，安全系数越小。2.2 实测特性曲线讨论水泵瞬时工况点：水泵运行时，某一瞬时的出水流量、扬程、轴功率、效率及吸上真空高度等称水泵瞬时工况,把这些值在水泵特性曲线上的位置称为工况点。决定

12、离心泵装置工况点的因素水泵本身型号；水泵实际转速；管路系统及边界条件。工况点2.3 定速运行工况对于管道系统布置已经确定的管路，其管长l、管径D、比阻A、以及局部阻力系数都相应确定，具体计算时可查阅给排水设计手册。比阻A是单位流量通过单位长度管道所需水头 管路总水头损失fjhhh 2222124hAklQDgSQ 2.3 管路系统的特性曲线管路水头损失特性曲线0QhAhAQAQh 2.3 管路系统的特性曲线管道系统特性曲线0QHAHSTQAQh 水泵的扬程公式2STSTHHhHSQ此时H表示流量为QA时将单位质量的水提升到HA所需要的能量。直接法K1HMKDHSTQQMHQ-HQ-HHMhHS

13、TQMHSTQHQ-hQ-HM1HMMQ-H折引法2.3 图解法求离心泵装置的工况点2.3 离心泵装置工况点的改变闸阀调节优点：调节流量，简便易行，可连续变化缺点：关小阀门时增大了流动阻力，额外消耗了部分能量，经济上不够合理。改变阀门开度A AH HQ QQ QA AB BC CQ QB BQ QC C0 0泵的工作点由两条特性曲线所决定，因而改变其中之一或者同时改变即可实现流量的调节。自动调节 人工调节：调节阀门；调节转速；调节叶轮。叶轮相似定律几何相似：两个叶轮主要过流部分一切相对应的尺寸成一定比例，所有的对应角相等。b2、b2m实际泵与模型泵叶轮的出口宽度；D2、D2m实际泵与模型泵叶轮

14、的外径；线性比例常数2222mmbDbD泵叶轮的相似定律是基于几何相似和运动相似的基础上的，凡是两台泵能满足几何相似和运动相似的条件，称为工况相似泵。2.3 离心泵装置调速运行工况C C2 2W W2 2C C2r2rU U2 2U U2m2mC C2rm2rmW W2m2mC C2m2m相似工况下两叶轮出口速度三角形在几何相似的前题下，运动相似就是工况相似。222222mmmmmCunDnCun Dn叶轮相似定律:运动相似：两叶轮对应点上水流的同名速度方向一致，大小互成比例。也即在相应点上水流的速度三角形相似。U2W2C2D2叶轮相似定律有三个方面：1.第一相似定律确定两台在相似工况下运行水

15、泵的流量之间的关系。3vmvmmQnQn3mmQnQn2.第二相似定律确定两台在相似工况下运行水泵的扬程之间的关系。22hmhmmHnHn22mmHnHn3.第三相似定律确定两台在相似工况下运行水泵的轴功率之间的关系。35mmmmmNnNn35mmNnNn备注：v、h、m和vm、hm、mm分别是实际泵和模型泵的容积效率，水力效率和机械效率。实用中，如实际泵和模型泵的尺寸相差不大，且工况相似时，可近似认为三种局部效率都不随尺寸改变。mmQnQn2mmHnHn3mmNnNn3vmvmmQnQn22hmhmmHnHn35mmmmmNnNn把相似定律应用于以不同转速运行的同一台叶片泵，则可得到比例律：

16、相似定律的特例比例律比例律应用的图解方法(1)已知水泵转速为nl时的(QH)l曲线，但所需的工况点，并不在该特性曲线上，而在坐标点A2(Q2，H2)处。现问；如果需要水泵在A2点工作，其转速n2应是多少?(2)已知水泵nl时的(QH)l曲线，试用比例律翻画转速为n2时的(QH)2 曲线。问题：求调速运行时的n2我们采用相似工况抛物线法求解。2HkQ2211QnnQ21122HQkHQ等效率曲线A1QHQ-HA2在(QH)l线上任取a、b、c、d、e、f点；利用比例律求(QH)2上的a、b、c 、d、e、f 作(QH)2曲线。同理可求(QN)2曲线。QHQ-HA2abdcef（Q-H）2求(Q)

17、2曲线。在利用比例律时，认为相似工况下对应点的效率是相等的，将已知图中a、b、b、d等点的效率点平移即可。0H=kQ2A1(Q1,H1)n1,(QH)1A2(Q2,H2)n2,(QH)2(Q)1(Q)2HQabcdeabcdeb定速运行与调速运行比较：泵站调速运行的优点表现于(1)省电耗(即NB2NB2)。(2)保持管网等压供水(即HST基本不变)HSTHST0QA2QNNB20n2n1A1A2A2A2HB2n1n2NB2QA12.在确定水泵调速范围时，应注意如下几点：调速水泵安全运行的前提是调速后的转速不能与其临界转速重合、接近或成倍数。水泵的调速一般不轻易地调高转速。合理配置调速泵与定速泵

18、台数的比例。水泵调速的合理范围应使调速泵与定速泵均能运行于各自的高效段内。调速途径及调速范围1.调速途径电机转速不变，通过中间偶合器以达到改变转速的目的。电机本身的转速可变。切削律是建于大量感性试验资料的基础上。如果叶轮的切削量控制在一定限度内时，则切削前后水泵相应的效率可视为不变。切削律22222322DQQDDHHDDNND2.3 调轮运行工况1.同型号的两台(或多台)泵并联后的总和流量，将等于某场程下各台泵流量之和。HQ0等扬程流量叠加2.4 并联工作的图解法2.同型号、同水位的两台水泵的并联工作1100SQ(Q-H)1,2HQ-HMQ1+2Q1,2NHN1,2NHQ 如果选泵时是着眼于

19、各泵经常并联运行的，则应注意到，各泵单独运行时，相应的流量将会增大，轴功率也会增大。NN1、2，因此，在选配电动机时，要根据单条单独工作的功率来配套。Q Q1、2，2Q Q1+2，即两台泵并联工作时，其流量不能比单泵工作时成倍增加。如果所选的水泵是以经常单独运行为主的，那么，并联工作时，要考虑到各单泵的流量会减少，扬程会提高。注意3.不同型号的2台水泵在相同水位下的并联工作QHH(Q-H)Q-HABQHQ(Q-H)+Q-HBDE(Q-H)(Q-N)(Q-N)(Q-H)(Q-H)Q-HBC1100BDAC各水泵串联工作时，其总和（Q-H）性能曲线等于同一流量下扬程的叠加。（等流量扬程叠加）QMQ

20、-HMHSTQH(Q-H)Q-H(Q-H)QMHSTHM2.4 水泵串联工作2.5 离心泵吸水性能吸水管中压力变化及计算22220101()222aksssppCvWvHhggg相对压力零线绝对压力零线Pa叶片背面叶片正面11吸水管泵壳叶轮22201022CvWggakppakppakpp21()2sssvHhg21()2sssvHhg22201022CvWggK气穴现象：当叶轮进口低压区的压力PkPva 时，水就大量汽化，同时，原先溶解在水里的气体也自动逸出，出现“冷沸”现象，形成的汽泡中充满蒸汽和逸出的气体。气穴和气蚀气蚀现象：一般气穴区域发生在叶片进口的壁面，金属表面承受着局部水锤作用，

21、经过一段时期后，金属就产生疲劳，金属表面开始呈蜂窝状，随之，应力更加集中，叶片出现裂缝和剥落。在这同时，由于水和蜂窝表面间歇接触之下，蜂窝的侧壁与底之间产生电位差，引起电化腐蚀，使裂缝加宽，最后，几条裂缝互相贯穿，达到完全蚀坏的程度。相对压力零线绝对压力零线11akppakpp21()2sssvHhgHv1(10.33)(0.24)ssavaHHhhHs修正后采用的允许吸上真空高度(m)HS水泵厂给定的允许吸上真空高度(m)ha安装地点的大气压(即 )(mH20)；hav实际水温下的饱和蒸汽压力。ap212ssvsvHHhg(1)水泵最大安装高度(2)水泵厂所给定的Hs值修正气蚀余量即水泵进口

22、处单位重量的水所具有的超过汽化压力的余裕能量加上 。其大小通常换算到泵轴基准面上,下式为气蚀基本方程：212vg气蚀余量(NPSH)1P1表示泵进口安装真空表处断面的绝对压力；V1表示泵进口安装真空表处断面水流的速度；Pk表示叶片背水面靠近吸水口的断面k点处的 绝对压力；C0是液体质点相对于泵壳的绝对速度；W0是液体质点相对于叶片的相对速度；称为绕流系数。（NPSH）r 和（NPSH）a 发生气蚀时Pk=Pva，上式可写成Pva泵气蚀余量：220022svCWHggNPSHr装置气蚀余量：NPSHa =（NPSH）r和（NPSH）a(1)必要气蚀余量（NPSH）r 样本中所提供的气蚀余量：由h

23、和避免气蚀的余裕量0.3mH20左右)两部分所组成。(2)装置气蚀余量（NPSH）a 由气蚀余量公式计算出的是该水泵装置的实际的气蚀余量。在工程中（NPSH）a=（NPSH）r+(0.40.6mH20)3、污水泵站工艺设计3.2 泵站的设计扬程3.4 水泵的配置3.5 污水泵站辅助设备3.3 水 池3.1 泵的流量泵站设计流量的确定：污水泵站的流量应按泵站进水总管的最高日最高时流量计算确定。合流制污水泵站设计流量的确定合流制污水泵站设计流量的确定b 泵站后设污水截流装置a 泵站前设污水截流装置3.1 泵的流量Q=Qd+Qm+Qs=Qdr+Qs式中：Q设计流量(L/s)；Qd设计综合生活污水量(

24、L/s)；Qm设计工业废水量(L/s)；Qs雨水设计流量(L/s)；Qdr截流井以前的旱流污水量(L/s)雨水部分：Qp=Qs-n0Qdr式子中Qp泵站设计流量（m3/s）Qs雨水设计流量（m3/s）Qdr旱流污水设计流量（m3/s）n0截流倍数污水部分：Qp=（n0+1）QdrHss=集水池与受纳水体平均水位差 +出水水渠水头损失 +水泵管路系统的水头损失 HST33003.2 泵站的设计扬程集水池的容积，应根据设计流量、水泵能力和水泵工作情况等因素确定，并应复核一下要求：1)污水泵还在那集水池的溶解，不应小于最大一台泵5min的出水量（如输泵机组为自动控制，每小时开动水泵不得超过6次）。2

25、)合流污水泵站集水池的容积，不应小于最大一台泵30s的出水量。3.3 水 池2 污水泵房和合流污水泵房应设置备用泵，当工作泵台数不大于4台式，备用泵宜为1台。工作泵台数不小于5台式，备用泵宜为2台；潜水泵房备用泵为2台时，可现场备用1台，库存备用1台。1 水泵宜选用同一型号，台数不应少于2台，不宜大于8台。当水量变化很大时，可配置不同规格的水泵，但不宜超过两种，或采用变频调速技术，或采用叶片可调式水泵。3.4 水泵的配置格 栅水位控制器计量设备 反冲洗设备饮水装置 排水设备 采暖与通风设施 起重设备3.5 污水泵站辅助设备4、排水泵站的节能及SCADA系统 前池中的不良流态会降低泵站效率。因此必须采用合理的水力措施消除不良流态。这些水力措施包括：前池设置地坎、前池设置导流墩、泵吸水口下设置导流板等。4.1 排水泵站的节能 在泵站设计阶段，应合理的确定泵站的设计流量和扬程、正确的进行机组的选型配套、合理的设计管路，这是泵站节能的基础。轴流泵和导叶式混流泵常采用变角调节；对于离心泵和蜗壳式混流泵，常采用变速调节。4.2 泵站SCADA系统的功能信息实时处理 控制远程执行数据实时采集 数据实时传输 4.2 SCADA系统层级结构调度层监控站局域网系统通信站数据站维护站控制层可编程控制器(PLC)远方终端（RTU）设备层执行器各类传感器 变送器信息层互联网企业局域网欢迎提出问题与建议