排水系統(tǒng)分析

第5章排水系統(tǒng)主要內(nèi)容1、排水內(nèi)容和方式2、滲漏排水3、檢修排水4、排水系統(tǒng)圖重點難點1、滲漏排水中集水井容積的確定和排水泵選擇2、檢修排水量的計算和排水泵的選擇3、排水系統(tǒng)圖設(shè)計原則和要求4、會讀排水系統(tǒng)圖

5排水系統(tǒng)

31排水系統(tǒng)的內(nèi)容

2滲漏排水

33檢修排水

4排水系統(tǒng)圖

第5.1節(jié)排水內(nèi)容和方式1、排水任務(wù)及時可靠地排除引水管道、蝸殼和尾水管等機(jī)組過流部件的積水，以及生產(chǎn)污水和滲漏水，保證機(jī)組和廠房水下部分的檢修，并避免廠房內(nèi)部積水和潮濕。2、排水內(nèi)容1>生產(chǎn)用水的排水：包括發(fā)電機(jī)空氣冷卻器的冷卻水、推力軸承和上下導(dǎo)軸承油冷卻器的冷卻水、水泵水輪機(jī)導(dǎo)軸承油冷卻器的冷卻水等。生產(chǎn)用水的排水量大，設(shè)備的位置較高，可以用自流的方式排至下游，一般將這部分排水歸于供水系統(tǒng)中考慮，而不在排水系統(tǒng)中單列。2>檢修排水：包括低于下游尾水位的壓力鋼管積水、蝸殼積水和尾水管的積水，以及上、下游閘門的漏水等。檢修排水的特點是排水量大，設(shè)備的位置低，需用水泵在較短的時間內(nèi)排除。3>滲漏排水：包括廠內(nèi)水工建筑物的滲水、機(jī)組主軸密封與頂蓋漏水、壓力鋼管伸縮節(jié)漏水及各供、排水閥和管件的滲漏水、氣水分離器及貯氣罐的排水、管道冷凝水、低洼坑積水和生活污水等。滲漏排水的特點是排水點多，排水量小且不確定因素多。因此，一般水電站都設(shè)置有集水井，廠內(nèi)的滲漏排水都流入集水井中，然后由兩臺互為備用的水泵排至下游，對排水可靠性要求高。

4>廠區(qū)排水：指將廠區(qū)內(nèi)的地面雨水排至廠外。根據(jù)廠區(qū)的降雨量、地形、地質(zhì)、廠區(qū)建筑物的布置密度和廠區(qū)道路的布置等條件，一般可選擇自然排水、明溝排水或暗管排水等方式。當(dāng)廠區(qū)位置低無法通過自流方式排水時，需設(shè)置廠區(qū)排水泵對積水進(jìn)行抽排。需注意的是，廠區(qū)排水應(yīng)自成系統(tǒng)，不能與檢修排水或滲漏排水合并，以避免洪水期的雨水進(jìn)入廠房。

綜上所述，水電站的排水系統(tǒng)雖然比較簡單，但是，稍有疏忽就可能發(fā)生水淹泵房、水淹廠房的事故，因此，設(shè)計、施工和運行人員必須高度重視。本章內(nèi)容只介紹滲漏排水和檢修排水。

第5.2節(jié)滲漏排水1、滲漏排水量的估計廠內(nèi)滲漏水量與電站的地質(zhì)條件、樞紐布置、施工質(zhì)量及設(shè)備制造、安裝水平有關(guān)，難于用計算方法準(zhǔn)確地確定。因此，廠內(nèi)滲漏水量一般是先由水工專業(yè)組提出廠房水工建筑物的滲漏水量估計值，然后參考已運行的同類型水電站滲漏水量的大小，并結(jié)合本電站的實際情況，確定出滲漏排水量值以作為設(shè)計滲漏排水系統(tǒng)的依據(jù)。

2、滲漏排水的方式

滲漏排水的方式，一般有兩種：集水井排水：該方式是先由設(shè)在廠房最低位置的集水井，通過排水管和排水溝收集廠房各處的滲漏水和污水，然后由設(shè)在集水井上的排水泵將這些水排至廠外。這種排水方式在廠房結(jié)構(gòu)上比較容易實現(xiàn)，施工方便，工程量小。廊道排水：該方式是先由設(shè)在廠房最低位置的排水廊道，通過排水溝和排水管匯集廠房各處的滲漏水和污水，然后由水泵排至廠外。這種排水方式由于工程開挖量大，廊道位置低，單一用于滲漏排水并不經(jīng)濟(jì)，往往是與檢修排水合用同一條排水廊道。3、集水井容積的確定

廠內(nèi)的滲漏水通過排水管與排水溝，引至設(shè)在廠房最低處的集水井，由兩臺互為備用的滲漏排水泵排至下游。

集水井有幾個特征水位，即停泵水位、工作泵啟動水位、備用泵啟動并發(fā)信號的水位、報警水位以及井底高程與井頂高程。

有效容積：工作水泵啟動水位與停泵水位之間的容積，一般按30~60min滲漏水量的容積來考慮.即設(shè)置集水井后，滲漏排水泵不必連續(xù)運轉(zhuǎn)，而是每隔半小時至一小時啟動一次。

若集水井有效容積過小，則排水泵啟動頻繁，因此，可在不增加開挖量和土建投資的前提下，盡量增大集水井的有效容積，以減少排水泵的起動次數(shù)。

死容積：集水井中停泵水位以下的容積，它取決于排水泵吸水底閥的大小，以及底閥進(jìn)水時所要求的淹沒深度；

備用容積：為工作泵啟動水位至備用泵啟動水位之間的集水井容積；

安全容積是指報警水位至不允許淹沒的廠房的地面之間的集水井的容積。備用泵啟動水位一般應(yīng)低于廠房最低排水地面的高程。它使水位報警之后能有一定的時間采取必要的臨時措施，防止水淹廠房。備用泵啟動水位至報警水位的距離，以及工作泵啟動水位至備用泵啟動水位的距離不宜過小。否則，在水位波動時，不能保證自動控制的準(zhǔn)確性。一般要求兩個發(fā)信水位距離不小于0.3~0.5m。

有些水電站在備用泵啟動的同時就發(fā)報警信號，而不另設(shè)報警水位。5、滲漏排水泵的選擇1>水泵類型選擇

機(jī)組滲漏排水泵工作的可靠性直接關(guān)系到廠房和設(shè)備的安全。國內(nèi)已運行的大、中型水電站滲漏排水泵多采用臥式離心泵和立式深井泵，也有用潛水泵與射流泵的。臥式離心泵：臥式離心泵結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，價格便宜。但受吸出高度限制，安裝位置低不利于電機(jī)防潮，啟動還存在充水問題。立式深井泵：葉輪在水下，電機(jī)安裝位置相對高，不存在吸程和充水問題，也無電機(jī)防潮問題，但傳動軸長，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)較麻煩，價格較高。潛水泵：具深井泵的優(yōu)點，而且耗電少，效率高，安裝方便，但對密封要求嚴(yán)，檢查維護(hù)不便。射流泵：優(yōu)點是不以電能為動力，全廠失電仍能正常工作。缺點是效率低，同時需提供可靠的高壓水源或氣源。2>水泵生產(chǎn)率：按水泵工作10~20min排干集水井有效容積中的水來計算。3>水泵揚程計算排水泵的總揚程應(yīng)按尾水管底板最低點的高程與檢修時的下游尾水位之差，并考慮管道阻力所引起的水頭損失來確定。

滲漏排水泵一般選兩臺，一臺工作，一臺備用，每臺泵的流量與揚程都應(yīng)滿足計算值要求。

4>自動化要求滲漏排水泵的起停頻繁，而滲漏水的來水情況由很難預(yù)計，稍有不慎而出現(xiàn)排水泵未及時起動，就可能造成水淹泵房，甚至水淹廠房的事故，此類事故國內(nèi)已發(fā)生過多起。為了提高滲漏排水的可靠性，滲漏排水泵的啟停一般均采用自動控制方式，即能根據(jù)集水井中水位，自動實現(xiàn)工作水泵和備用水泵的啟停，并能在備用水泵啟動或達(dá)到報警水位時發(fā)出報警信息，以提醒運行人員及時進(jìn)行處理，避免事故的擴(kuò)大。第5.3節(jié)檢修排水1、檢修排水量的計算

檢修排水量的大小，取決于壓力鋼管、蝸殼和尾水管內(nèi)的積水和下游尾水位的高程，以及上、下游閘門的漏水量。進(jìn)水閥或進(jìn)水口閘門關(guān)閉后，高于下游尾水的存水通過檢修排水閥排至下游，一般均可在較短的時間內(nèi)完成，而且排水時也不需要增加其他排水設(shè)施，因此通常無須計算這部分排水量的大小。但當(dāng)壓力引水管道較長時，這部分排水所需的時間不能忽略，需要在檢修工期中予以考慮。

機(jī)組檢修排水時，先將進(jìn)水閥或進(jìn)水口閘門關(guān)閉，打開壓力鋼管排水閥和蝸殼排水閥，其中的存水經(jīng)尾水管自流排至下游，當(dāng)壓力鋼管、蝸殼及尾水管中的水位與下游尾水位持平時，再關(guān)閉尾水閘門，利用檢修排水泵將積存的余水抽至下游。機(jī)組檢修時的下游尾水位，通常按一臺機(jī)組檢修，其余機(jī)組在額定工況下運行時的尾水位來考慮。有的電站上游有泄洪流量或者水工建筑物有下泄流量（如船閘等）時，下游尾水位則按實際情況加以確定。低于下游尾水位的存水，無法通過自流方式排除，則需要用排水泵進(jìn)行抽排，這部分存水按下式計算：式中：

——壓力引水管道存水容積；

——蝸殼存水容積；

——尾水管存水容積。檢修時，除了抽排存水外，還需抽排上下游閘門的漏水。上、下游閘門的漏水量與閘門的止水方式、密封形式、制造工藝水平和安裝質(zhì)量等因素有關(guān)，閘門單位時間的漏水量可按下式計算：

其中：

—上游閘門水封每米長度的單位時間漏水量—上游閘門水封長度—下游閘門水封每米長度的單位時間漏水量—下游閘門水封長度2、檢修排水的方式檢修排水方式有兩類：1>直接排水：檢修排水泵由管道和閥門與各臺機(jī)組的尾水管相聯(lián)，機(jī)組檢修時，水泵直接從尾水管抽水排至下游。2>廊道排水（亦稱間接排水）：機(jī)組檢修時，低于下游尾水位的積水流到排水廊道（一般廊道頂部高程應(yīng)低于尾水管底板高程，且具有較大的容積），最后由檢修排水泵從排水廊道或檢修集水井抽水排至下游。采用此方式時，尾水管中的積水會迅速下降，尾水閘門在內(nèi)外側(cè)壓差的作用下將被壓緊，有利于減少尾水閘門的漏水量，進(jìn)而縮短排水時間。廊道排水，受地理位置和工程投資等方面的限制，是否可行需進(jìn)行論證。3、檢修排水泵的選擇1>水泵類型選擇

機(jī)組的檢修排水量較大，而且受檢修工期的限制，對水泵揚程和運行可靠性也有一定的要求，常用臥式離心泵或立式深井泵，也有一些電站采用潛水泵，新建電站多選用立式深井泵?，F(xiàn)在使用的臥式離心泵可以不裝設(shè)底閥，而用水環(huán)式真空泵或射流泵作為離心泵的起動充水排氣設(shè)備，這樣可彌補(bǔ)離心泵的不足。對于沖擊式水輪機(jī)，可采用移動式潛水泵，當(dāng)機(jī)組檢修時，臨時放在尾水坑內(nèi)進(jìn)行排水。對于多泥砂河流的電站，須增設(shè)泥漿泵來排除蝸殼、尾水管、排水廊道、檢修集水井內(nèi)的淤泥，即先用高壓沖洗，再起動泥漿泵排除。2>水泵生產(chǎn)率水泵必須的總生產(chǎn)率即水泵流量可按下式計算：Q=V/T+Q漏其中：V—需用水泵排除的存水的容積；

Q漏—上下游閘門單位時間的漏水量之和；T—排水時間，一般為4~6小時。單臺泵的流量為：Q泵=

Q/Z其中：Z—水泵的臺數(shù)，一般不少于兩臺，無須備用排盡存水后，一般由一臺泵來承擔(dān)排除上下游閘門的漏水的任務(wù)，其他泵變?yōu)閭溆茫员ＷC檢修工作的安全進(jìn)行。故要求單臺泵的流量應(yīng)大于上、下游閘門漏水量的總和，即Q泵>Q漏。3>水泵揚程計算排水泵的總揚程應(yīng)按尾水管底板最低點的高程與檢修時的下游尾水位之差，并考慮管道阻力所引起的水頭損失來確定。4>自動化要求檢修排水泵只在機(jī)組檢修期間投入運行，對自動化程度無特殊要求，當(dāng)條件不具備時甚至可以采用手動操作。采用手動控制方式的檢修排水，在排盡尾水管里的存水后，繼續(xù)排除上下游閘門的漏水期間，可按水位自動啟停水泵，以防止因人為的疏忽而造成事故。目前新建水電站的檢修排水基本上均采用自動控制，而原來采用手動控制的也逐步在實施或已完成了檢修排水的自動化改造。第5.4節(jié)排水系統(tǒng)圖1、設(shè)計原則和要求

排水系統(tǒng)是水電站比較容易發(fā)生事故的部位，應(yīng)引起足夠的重視，要求技術(shù)可靠，經(jīng)濟(jì)合理。

對大中型水電站，滲漏排水和檢修排水應(yīng)分為兩個系統(tǒng)，以避免由于誤操作或派水系統(tǒng)中的某些缺陷帶來水淹事故的危險。同時，檢修排水量大，所需水泵電動機(jī)容量也大，而滲漏排水量小，所需水泵電動機(jī)容量小，卻要求水泵經(jīng)常運轉(zhuǎn)。如果用檢修排水泵兼做滲漏排水用，在水泵選型參數(shù)選擇上很難做到兩方面都合適，容易造成參數(shù)不合理，運行效率低，運行費用高。此外，滲漏排水和檢修排水在操作方式和自動化程度上的要求也有很大的差別。

對中小型水電站，為減少設(shè)備，節(jié)約投資，滲漏排水和檢修排水共用一套設(shè)備，但不宜共用集水井，同時應(yīng)采取措施防止水向集水井倒灌。繪制排水系統(tǒng)圖時，根據(jù)系統(tǒng)連接特點、表達(dá)需要，以及圖紙使用的方便，可將滲漏排水與檢修排水分開繪制，也可合繪在同一張圖上。有時繪成“供排水系統(tǒng)圖”，圖中示出供水、排水及其相互聯(lián)系。有的電站繪制“油氣水系統(tǒng)圖”，綜合示出全廠輔助設(shè)備系統(tǒng)的配置和相互聯(lián)系，給出清晰的全廠整體概念。排水泵排水管的出口高程，有的電站高于最低尾水位，為的是使排水管出口有露出水面的機(jī)會，以便臨時封堵管口，檢修排水管路和閘門。但大多數(shù)電站排水管出水口設(shè)在最低尾水位以下，這時必須考慮檢修管路和閥門的措施，出水口應(yīng)設(shè)攔污柵篦，防止飄浮物和魚群堵塞管道。某電站滲漏排水系統(tǒng)圖滲漏排水設(shè)兩臺滲漏排水泵，由水位計控制運行，互為備用，定期輪換。集水井清淤采用一臺移動式潛水排污泵，手動控制運行。清淤時將泵放入井底，不用時提出井外。檢修集水井和滲漏集水井共用一臺排污泵及相應(yīng)的管路閥門。某電站檢修排水系統(tǒng)圖在檢修初始排水時，可手動控制，3臺泵同時運行，排水時間約為5小時。在抽排閘門漏水時，水泵轉(zhuǎn)為由水位計自動控制，一臺工作，兩臺備用。集水井清淤采用一臺移動式潛水排污泵，手動控制運行。清淤時將泵放入井底，不用時提出井外。檢修集水井和滲漏集水井共用一臺排污泵及相應(yīng)的管路閥門。檢修排水與滲漏排水不分開的排水系統(tǒng)檢修排水與滲漏排水合用同一組水泵的排水系統(tǒng)用射流泵作滲漏排水的排水系統(tǒng)圖供、排水結(jié)合的水系統(tǒng)圖第5.5節(jié)離心泵的啟動充水

水泵啟動前，泵殼、轉(zhuǎn)輪室及吸水管內(nèi)必須充滿水。當(dāng)水泵葉輪的安裝高程在取水水位以上時，水泵啟動前泵體內(nèi)是空氣，葉輪旋轉(zhuǎn)時不能形成真空，即水泵將不能正常工作。為使水泵能正常工作，應(yīng)將水泵葉輪布置在最低取水位以下，以保證泵體內(nèi)始終充滿水；當(dāng)不能滿足時，應(yīng)設(shè)置啟動充水設(shè)施。離心泵常用的啟動充水方法有：裝底閥充水

設(shè)置真空泵，不裝底閥

設(shè)置射流泵，不裝底閥

1、裝底閥充水

底閥是專門裝于水泵吸水管端部的止回閥，用于阻止水泵泵殼、轉(zhuǎn)輪室及吸水管內(nèi)的水由水泵進(jìn)水口流失。和止回閥一樣，底閥也分升降式和旋啟式兩種。與止回閥不同的是底閥下端是開敞的，且裝有攔污網(wǎng)，防止雜物進(jìn)入水泵內(nèi)。水泵首次啟動時的充水水源可取自技術(shù)供水干管、設(shè)置獨立的充水水箱或安裝臨時充水管道。水泵運行正常后的啟底閥水泵出口止回閥設(shè)旁路充水閥動充水水源一般取自水泵出口止回閥，即在水泵出口止回閥旁設(shè)一小口徑旁路管道，并安裝充水控制閥門，水泵啟動前自動打開為水泵充水，水泵啟動后再自動關(guān)閉。2、設(shè)置真空泵，不裝底閥真空泵實際上是一種特殊形式的空壓機(jī)，用來抽吸氣體。真空泵能將設(shè)備或容器里的氣體抽出，使之形成一定的真空度（負(fù)壓）。設(shè)置真空泵作水泵的啟動充水設(shè)施，就是利用真空泵抽出水泵內(nèi)的空氣而形成真空，使水在泵體負(fù)壓的作用下從吸水管進(jìn)入泵體，水電站常用的真空泵為水環(huán)式真空泵。水環(huán)式真空泵的工作原理如圖。圓柱形泵室內(nèi)偏心地裝著一個星形葉輪，啟動前泵室內(nèi)充有規(guī)定高度的水。當(dāng)葉輪按順時針旋轉(zhuǎn)時，水被葉輪拋向四周，在離心力的作用下形成封閉圓環(huán)。水環(huán)的上部分內(nèi)表面恰好與葉輪輪轂相切，水環(huán)的下部內(nèi)表面剛好與葉片頂端接觸（實際上葉片在水環(huán)內(nèi)有一定的插入深度）。此時葉輪輪轂與水環(huán)之間形成一個月牙形空間。如果以葉輪的上部0°為起點，那么葉輪在旋轉(zhuǎn)前180°時小腔的容積由小變大，且與端面上的吸氣口相通，此時氣體被吸入，當(dāng)吸氣終了時小腔則與吸氣口隔絕；當(dāng)葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，小腔由大變小，使氣體被壓縮；當(dāng)小腔與排氣口相通時，氣體便被排出泵外。因該泵是利用水環(huán)工作的，故需設(shè)一水箱供給水環(huán)用水。在泵體中裝有適量的水作為工作液。水環(huán)式真空泵工作原理用水環(huán)式真空泵為離心泵啟動充水3、設(shè)置射流泵，不裝底閥如圖所示，利用射流泵高速射流形成的真空，抽吸離心泵內(nèi)的空氣，高速水流與空氣在射流泵的混合室中混合成為乳狀的水氣混合流體，最后通過擴(kuò)散管排掉。當(dāng)射流泵排出的流體從霧狀變?yōu)榍逅畷r，就表示水泵已充滿水，此時即可關(guān)閉射流泵的高速水流，啟動水泵。

用射流泵為離心泵起動充水第5.6節(jié)射流泵在供排水系統(tǒng)中的應(yīng)用1、射流泵工作原理射流泵是一種利用高速液體或氣體射流形成的負(fù)壓抽吸流體，使被抽流體增加能量的機(jī)械。如圖所示。高壓流體經(jīng)噴嘴3形成射流，以很高的速度噴射出來，壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?。由于流速很大，射流質(zhì)點的橫