抽水站及抽水機(jī)課件

第五章

抽水站及抽水機(jī)1第五章

抽水站及抽水機(jī)15.1抽水站之設(shè)計(jì)1.抽水站之設(shè)計(jì)項(xiàng)目(1)抽水量：最大抽水量、最小抽水量及其變化情況。(2)抽水高度：吸水高度、出水高度、各種水頭損失，並考慮諸條件下抽水量之變化。(3)需要?jiǎng)恿Γ撼樗考俺樗叨褥墩＜疤厥鈼l件下所需動(dòng)力及其變化。(4)設(shè)站地點(diǎn)：應(yīng)考慮地形、地質(zhì)、周圍環(huán)境及遭受火警、洪水、風(fēng)災(zāi)、地震及其他危機(jī)而可能發(fā)生之破壞等，選定最適宜而安全的地點(diǎn)、建築及設(shè)備。(5)動(dòng)力源：使用點(diǎn)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力必須知道電源頻率、相數(shù)及電流負(fù)荷之限制，同時(shí)亦應(yīng)考慮選擇輔助動(dòng)力源及所需設(shè)備。25.1抽水站之設(shè)計(jì)1.抽水站之設(shè)計(jì)項(xiàng)目2(7)離心式抽水機(jī)：採用型式、抽水機(jī)數(shù)量、大小、級(jí)數(shù)、驅(qū)輪數(shù)、特性、轉(zhuǎn)速、比轉(zhuǎn)速及孔蝕(cavitation)預(yù)防。(8)抽水機(jī)之設(shè)置：吸水高度、操作空間、照明、通風(fēng)等。(9)抽水井：乾式或濕式、設(shè)計(jì)容量、控制法、排水、溢流、清理、照明、通風(fēng)。(10)動(dòng)力機(jī)械：電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)或柴油機(jī)之型式、轉(zhuǎn)速、馬力、效率、起動(dòng)及控制之操作、超負(fù)荷時(shí)之特徵。(11)水管及水閥：設(shè)計(jì)應(yīng)合乎經(jīng)濟(jì)、易於操作、修理、排水，且能絕緣及避免水錘的發(fā)生，管線、水閥多時(shí)，可以顏色識(shí)別。3(7)離心式抽水機(jī)：採用型式、抽水機(jī)數(shù)量、大小、級(jí)數(shù)、驅(qū)輪數(shù)442.抽水站地點(diǎn)選定位置，應(yīng)考慮：(1)避免水質(zhì)污染。(2)配水系統(tǒng)內(nèi)之水力問題。(3)火災(zāi)、水災(zāi)及其他災(zāi)害波及之可能性。(4)使用動(dòng)力或燃料之來源問題。(5)將來擴(kuò)展之可能性。(6)附近地產(chǎn)所有者之態(tài)度。抽水站設(shè)於配水系統(tǒng)之中心可使系統(tǒng)內(nèi)各處之水壓相近，最為理想。52.抽水站地點(diǎn)選定位置，應(yīng)考慮：55.2抽水之種類原水抽水：可分 (1)地面水─自水源抽到高處淨(jìng)水場，或水源地勢雖較淨(jìng)水場高但相差不多時(shí)，為減小管徑亦用pump加壓。 (2)地下水─以水井為水源時(shí)，除非是自流井，否則均需要以抽水機(jī)抽水。清水抽水：清水常用抽水機(jī)送至配水池。小鄉(xiāng)鎮(zhèn)有時(shí)亦用抽水機(jī)自井中抽至配水管3. 配水抽水：為維持配水系統(tǒng)之水壓，有時(shí)需以抽水機(jī)送水或加壓。65.2抽水之種類原水抽水：可分64.加壓抽水：給水區(qū)域內(nèi)地勢較高地區(qū)，或因該區(qū)用水量增加，或因水管使用年久，阻力增加而使水壓降低、配水量不足時(shí)，需使用加壓抽水機(jī)(boosterpump)加壓。使用時(shí)，水自配水管流入抽水井後再抽水，亦可將抽水機(jī)直接裝於配水管上。5. 特殊抽水：淨(jìng)水場化學(xué)處理時(shí)，用定量抽水機(jī)將藥液加入水中。沉澱池沉泥則常使用抽泥水機(jī)(sludgepump)抽取排除。74.加壓抽水：給水區(qū)域內(nèi)地勢較高地區(qū)，或因該區(qū)用水量增加，或5.3抽水機(jī)之種類1.旋轉(zhuǎn)抽水機(jī)(rotarypump)85.3抽水機(jī)之種類1.旋轉(zhuǎn)抽水機(jī)(rotarypump)2.噴射抽水機(jī)(jetpump)92.噴射抽水機(jī)(jetpump)93.往復(fù)式抽水機(jī)(Displace-mentPump)

103.往復(fù)式抽水機(jī)(Displace-mentPump)

4.氣升抽水機(jī)(AirLifePump)114.氣升抽水機(jī)(AirLifePump)115.ScrewPump125.ScrewPump126.離心式抽水機(jī)(centrifugalpump)136.離心式抽水機(jī)(centrifugalpump)13a.構(gòu)造14a.構(gòu)造14b.種類：

依impeller數(shù)分：single,multiplestages依軸分：15b.種類：

依impeller數(shù)分：single,mul依水流方向分依吸水口分：單吸雙吸16依水流方向分依吸水口分：16c.原理：T=impell進(jìn)口與出口之淨(jìng)toque,Pt=Tw理論水頭V=rw，hp與w2成正比17c.原理：T=impell進(jìn)口與出口之淨(jìng)toque,Pt=5.4離心式抽水機(jī)的特性1.CharacteristicscurvesTypicalpumpcharacteristiccurves185.4離心式抽水機(jī)的特性1.Characteristics2.Affinitylaws(1)withDconstant：Q：capacityH：totalheadBHP：brakehorsepowerN：pumpspeedH1/H2=(N1/N2)2192.Affinitylaws(1)withDconst(2)withNconstant20(2)withNconstant203.PumpOperationinseriesandParallelCharacteristiccurvesfor(a)Series.(b)Parallelpumpoperationsofequalpumps.213.PumpOperationinseriesand同一比速效率和不同轉(zhuǎn)速下之水頭和容量曲線22同一比速效率和不同轉(zhuǎn)速下之水頭和容量曲線224.SpecificSpeedNs：比流速N：抽水機(jī)之實(shí)際轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)Q：抽水機(jī)之實(shí)際出水量(m3/min)H：抽水機(jī)之總揚(yáng)程(m)Ns的功用：選擇pump的形式用。234.SpecificSpeedNs：比流速23表5.4抽水機(jī)機(jī)型與Ns公制單位24表5.4抽水機(jī)機(jī)型與Ns公制單位245.NetPositiveSuctionHead (NPSH)與CavitationNetPositiveSuctionHead(NPSH)NPSHa=>1.3NPSHrNPSHa=Ha－Hal－Hp－3.5－Hh－HsHa=10.33m,Hal＝高程(表5-5)Hp＝蒸汽壓(表5-6)，3.5＝低氣壓Hh＝水頭損失，Hs＝suctionhead255.NetPositiveSuctionHead Pump之NPSHr26Pump之NPSHr262727例5.1在阿里山HL＝2000m用一離心式抽水機(jī)，轉(zhuǎn)速=1200rpm，其NPSHr=2.5m，抽水量Q=4m3/min總揚(yáng)程H=16m，夏天最高溫度20℃，求其比速及抽水機(jī)安裝之吸水高度。解：Ns=1200(4)0.5/(16)0.75=300 由上表知採用單吸單段徑流式Cpump。NPSHa=Ha－Hal－Hp－3.5－Hh－Hs

=10.3328例5.1在阿里山HL＝2000m用一離心式抽水機(jī)，轉(zhuǎn)速=1H：抽水機(jī)之總揚(yáng)程(m)Q：抽水量(m3/sec)r：水之密度，1000kg/m3<英制>H：總揚(yáng)程(ft)Q：抽水量(cfs)r：液體密度6、Power<公制>（1）理論馬力,Pt=理論馬力=QHr1kg-m/sec=9.8w,1HP=746w29H：抽水機(jī)之總揚(yáng)程(m)<英制>H：總揚(yáng)程(ft)6、Po（2）軸馬力(ShaftHorsePower)軸馬力η：抽水機(jī)效率3.需要馬力(RequiredHorsePower)R=Pb30（2）軸馬力(ShaftHorsePower)軸馬力η：表5.5各種傳動(dòng)方式之效率表5.6各種抽水機(jī)與原動(dòng)機(jī)之安全率(%)31表5.5各種傳動(dòng)方式之效率表5.6各種抽水機(jī)與原動(dòng)機(jī)之安Ex.5.2設(shè)一抽水機(jī)抽水量19.1m3/min，總揚(yáng)程24m，計(jì)算所需電動(dòng)機(jī)大小。<sol>查圖之抽水量19.1m3/min，抽水機(jī)效率為80%。則所需動(dòng)力若電動(dòng)機(jī)安全率0.1，傳動(dòng)機(jī)械效率95%，則電動(dòng)機(jī)之容量為(採用110kw)32Ex.5.2設(shè)一抽水機(jī)抽水量19.1m3/min，總揚(yáng)程25.5HydraulicsofWaterSupplyandWastewater5.5.1.Floweqation:1.Openchannelflow:Manningequation:

2.Pressureflow:Hazen-Williams'Equation:

Darcy-Weisbach'sEquation

hf=fL/D(V2/2g)335.5HydraulicsofWaterSupply3434353536363737Ex5.3有一坡度0.16%矩形明渠,輸送原水供

給10萬人飲用,每人每日平均用水量為

200lpcd,設(shè)計(jì)該矩形渠之?dāng)嗝?n=0.013.解:1.求渠道之設(shè)計(jì)流量:Ave.dailyFlow=0.2×100000=20000cmd=0.231cmsMax.dailyFlow=1.5×20000=30000cmd=0.347cms2.求最佳輸水?dāng)嗝?b=2d----------(1)3.求渠道之寬與深:(1)式代入上式d=0.35m,b=0.7m.38Ex5.3有一坡度0.16%矩形明渠,輸送原水供4.求最大日流量下之水深:Q'=0.347=bd'V=0.7*d'V'----(2)解(1),(2)d'=0.49muse0.55mdepthofchannel0.2mforfreeboardundertheave.dailyflow.5.Checkvelocity:V=Q/A=0.231/0.35/0.7=0.94m/sec.V'=0.347/0.7/0.49=1.01m/sec.394.求最大日流量下之水深:39Ex5.4同Ex.5.3,若用管徑600mm壓力管輸送,

問每公里會(huì)產(chǎn)生多少的水頭損失？解:A=0.2829sqm,R0.63=0.3026V=0.817m/secatave.dailyflow=0.231cms.V=1.227m/secatmax.dailyflow=0.347cms.S=1.70/1000atave.daily.Losthead=1.7mper1km.S=3.60/1000atmax.daily.Losthead=3.6mper1km.40Ex5.4同Ex.5.3,若用管徑600mm壓力管輸送,5.5.2EnergyequationBernoulli'sequation:5.5.3CotinuityEqation:Q=AV

5.5.4LossHeads1.Major(friction)lossheads:(1)Darcy-Weisbach'sequation:(2)Computefromfloweqations:415.5.2EnergyequationBernoulli2.MinorLoss Heads

(forpipeonly)：

hf＝K(V2/2g)

422.MinorLoss Heads

(forpi例5.5：有一水庫水位高程100m，用一Pipe每日送1cms水量至2000m外的蓄水池，其地面高程為94m。設(shè)計(jì)該管之管徑，又水管中點(diǎn)A之高程為96m求該點(diǎn)之壓力。C＝100?？珊雎源我獡p失水頭。解：Designvel.以1m/s為原則，輸送原水min.vel.＞0.3m/s?？捎盟^h=100－94＝6m,S＝6/2000＝0.003v=0.84935C(D/4)0.63S0.54=Q/A=1×4/(3.14D2)D=0.93m,used=1000mm,v=Q/A=1.27m/s.1.27=84.935(1/4)0.63S0.54S=0.0021,Lossheadh=4.1m,所以蓄水池水位高程=100-4.1=95.9m.A點(diǎn)水壓＝100-96-4.1/2-1.272/(2×9.8)=1.85m.43例5.5：有一水庫水位高程100m，用一Pipe每日送1cm5.6SystemHeadCurves1、PumpingSystem445.6SystemHeadCurves1、Pumpin2、SystemheadH=Hs+hl=Hs+hf+hmSystemheadcurvesforafluctuatingstaticpumpinghead452、SystemheadH=Hs+hl=Hs+hf+hmS例5.6有一抽水系統(tǒng)如下圖，，已知抽水管管徑1m，在抽水量1cms下主、次要水頭損失共0.3m。送水管管徑1000mm長度1000m，f=0.018，四個(gè)90度彎管、四個(gè)閘閥和一個(gè)單向閥。抽水井最高水位比抽水機(jī)軸高1m，水位變化1m。蓄水池最高水位比抽水機(jī)軸高20m，水位變化2m。求Q=1cms時(shí)之系統(tǒng)水頭，並求系統(tǒng)水頭曲線。46例5.6有一抽水系統(tǒng)如下圖，，已知抽水管管徑1m，在抽水量1抽水管：h=K×v2/2g=K×0.083,K=3.6。Q=1cms下，送水管之v=1.273m/s。送水管：hf=(fL/D)(v2/2g)=(0.018×1000/1)×1.2732/(2×9.8)=1.49m D=1m查圖得Kg=0.25,Kc=3,Kb=1.5,吸水口、出水口K各為0.5. hm=(4×0.25+1×3+4×1.5+0.5)× 1.2732/(2×9.8)=0.91m抽水管loss：h=0.3mTotallosshead=0.3+1.49+0.91=2.70m。47抽水管：h=K×v2/2g=K×0.083,K=3.6。4H=hs+hf+hm，hs：max.=20m,min=17m.吸水管：hl=KsQ2,當(dāng)Q=1,hl=0.3,Ks=0.3送水管：hm＝Kv2/2g=K(4Q/3.14D2)2/2g

＝0.91Q2， hf=0.018(L/D)×(v2/2g)=18×v2/2g =18(4Q/3.14D2)2/2g=4.68Q2Totallossh=hl+hm+hf=(0.3+0.91+4.68)Q2 =5.89Q2H=hs+5.89Q2，兩個(gè)hs和不同之Q帶入上式做圖即是。48H=hs+hf+hm，48Ex5.7已知A、B兩Pump特性曲線及抽水機(jī)系統(tǒng)水頭曲線如下圖，目前需要之抽水量為750gpm，未來最大1200gpm，求抽水站Pump之組合。49Ex5.7已知A、B兩Pump特性曲線及抽水機(jī)系統(tǒng)水頭曲線5.7CapacityofPumpingStation1.取水、送水、導(dǎo)水抽水站CapacityMax.daily表5.7原水抽水機(jī)之?dāng)?shù)量505.7CapacityofPumpingStatioCapacity=max.hourly

表5.8配水用抽水機(jī)之?dāng)?shù)量51Capacity=max.hourly

表5.8配水用抽例5.8：抽水站容量之設(shè)計(jì)。三種形式之抽水機(jī)的特性如右表。Min.Q=10mgd,ave.Q=35mgd,max.Q=50mgd.河水水位變化共5ft,蓄水池水位變化15ft，蓄水池底至河水最高水位差60ft。Pump與forcemain之losshead=1ftatQ=10mgd，=20ftatQ=50mgd。求抽水站內(nèi)抽水機(jī)之組合。52例5.8：抽水站容量之設(shè)計(jì)。5253535.8OptimalDesignforPumping

System545.8OptimalDesignforPumpingEx5.9：從河川導(dǎo)水到淨(jìng)水場之進(jìn)水井(如圖)，

全長5公里，採用CIP，求最經(jīng)濟(jì)之管

徑，但C=100，輸水量為日平均

86400cmd(1cms)，pipe之成本及抽水

機(jī)之成本分別如下。Maxfolw=2ave.da