水泵机组的布置与基础-吸水管路与压水管路-泵站水锤及其防护
水泵机组布置和基础设计(教学参考)
泵房（站）设计一般规定（试行）一、一般规定除执行本规定外，重点执行国家规范《室外排水设计规范》（GB50014-2006）、《室外给水设计规范》（GB50013-2006）、《泵站设计规范》（GB/T50265-97）以及中国建筑出版社《给水排水设计手册》（第二版的第3册、第5册）。
二、泵房（站）规模等级划分泵站规模按装机流量及装机功率分等，见表1。
泵站规模等级划分表1泵站等别泵站规模分等指标装机流量（m3/h）装机功率（KW）Ⅰ大（1）型≥720000≥30000Ⅱ大（2）型720000-180000 30000-10000Ⅲ中型180000-36000 10000-1000Ⅳ小（1）型36000-7200 1000-100Ⅴ小（2）型＜7200＜100注：①装机流量、装机功率包括备用机组在内，当泵站分等指标属于不同的等别时，应按其中较高的等别；②脱硫工程泵站基本属于小型泵站，循环泵房介于中、小型之间。
三、水泵配置水泵的选择应根据设计流量和扬程等因素确定，并符合下列要求：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，可以配置不同规格的水泵，但不宜超过两种，或采用变频调速装置等措施；2、选用的水泵宜在满足设计扬程时在高效区运行；在最高工作扬程与最低工作扬程的整个工作范围内应能安全稳定运行。
四、起重设备泵房内的起重设备，宜根据水泵或电动机重量（最大者）按下列规定选用：1、起重量小于0.5t时，采用固定吊钩或移动吊架；2、起重量在0.5-3t时，采用手动和电动起重设备；3、起重量大于3t时，采用电动起重设备；五、水泵基础设计（一）、一般要求1、水泵基础设计必须安全稳固，标高、尺寸准确，以保证水泵运行稳定，安装检修方便。
2、按GB/T50265-97《泵站设计规范》规定：单机功率在160kw 以下的立式轴流泵机组和单机功率在500kw以下的卧式离心泵机组，其机泵基础可不进行动力计算。
水锤产生的条件、危害及防护措施
水锤产生的条件、危害及防护措施水锤简介水锤又称水击。
是指水或其他液体输送过程中，由于阀门突然开关、水泵骤然启停等原因，流速突然变化且压强大幅波动的现象。
说的通俗些：突然停电或阀门关闭太快，由于压力水流的惯性，产生水流冲击波，就象锤子敲打一样，我们称之为水锤。
供水管道壁光滑，后续水流在惯性的“帮凶”下，水力迅速达到最大，所以容易造成破坏作用（如破坏阀门和水泵等），这就是水力学中的“水锤效应”，也叫正水锤；相反，阀门或水泵突然开启，也会产生水锤效应，叫负水锤。
这种大幅波动的压力冲击波，极易导致管道因局部超压而破裂、损坏设备等。
所以水锤效应防护是供水管道工程设计施工中必须要考虑的关键因素。
水锤产生的条件1、阀门突然开启或关闭；2、水泵机组突然停车或开启；3、单管向高处输水（供水地形高差超过20米）；4、水泵总扬程（或工作压力）大；5、输水管道中水流速度过大；6、输水管道过长，且地形变化大。
7、不规范的施工是给水管道工程存在的隐患7.1如三通、弯头、异径管等节点的水泥止推墩制作不符合要求。
水锤效应的危害水锤引起的压强升高，可达管道正常工作压强的几倍，甚至几十倍。
这种大幅度的压强波动，对管路系统造成的危害主要有：1、引起管道强烈振动，管道接头断开；2、破坏阀门，严重的压强过高造成管道爆管，供水管网压力降低；3、反之，压强过低又会导致管子的瘪塌，还会损坏阀门和固定件；4、引起水泵反转，破坏泵房内设备或管道，严重的造成泵房淹没，造成人身伤亡等重大事故，影响生产和生活。
消除或减轻水锤的防护措施对于水锤的防护措施很多，但需根据水锤可能产生的原因，采取不同的措施。
1、降低输水管线的流速，可在一定程度上降低水锤压力，但会增大输水管管径，增加工程投资。
输水管线布置时应考虑尽量避免出现驼峰或坡度剧变减少输水管道长度，管线愈长，停泵水锤值愈大。
由一个泵站变两个泵站，用吸水井把两个泵站衔接起来。
停泵水锤的大小主要与泵房的几何扬程有关，几何扬程愈高，停泵水锤值也愈大。
水锤(水击)的产生、危害与防护措施
水锤（水击）的产生、危害与防护措施水锤又称水击。
是指水或其他液体输送过程中，由于阀门突然开关、水泵骤然启停等原因，流速突然变化且压强大幅波动的现象。
突然停电或阀门关闭太快，由于压力水流的惯性，产生水流冲击波，就象锤子敲打一样，我们称之为水锤。
供水管道壁光滑，后续水流在惯性的“帮凶”下，水力迅速达到最大，所以容易造成破坏作用（如破坏阀门和水泵等），这就是水力学中的“水锤效应”，也叫正水锤；相反，阀门或水泵突然开启，也会产生水锤效应，叫负水锤。
这种大幅波动的压力冲击波，极易导致管道因局部超压而破裂、损坏设备等。
所以水锤效应防护是供水管道工程设计施工中必须要考虑的关键因素。
水锤产生的条件1、阀门突然开启或关闭；2、水泵机组突然停车或开启；3、单管向高处输水（供水地形高差超过20米）；4、水泵总扬程（或工作压力）大；5、输水管道中水流速度过大；6、输水管道过长，且地形变化大。
7、不规范的施工是给水管道工程存在的隐患7.1如三通、弯头、异径管等节点的水泥止推墩制作不符合要求。
水锤效应的危害水锤引起的压强升高，可达管道正常工作压强的几倍，甚至几十倍。
这种大幅度的压强波动，对管路系统造成的危害主要有：1、引起管道强烈振动，管道接头断开；2、破坏阀门，严重的压强过高造成管道爆管，供水管网压力降低；3、反之，压强过低又会导致管子的瘪塌，还会损坏阀门和固定件；4、引起水泵反转，破坏泵房内设备或管道，严重的造成泵房淹没，造成人身伤亡等重大事故，影响生产和生活。
消除或减轻水锤的防护措施对于水锤的防护措施很多，但需根据水锤可能产生的原因，采取不同的措施。
1、降低输水管线的流速，可在一定程度上降低水锤压力，但会增大输水管管径，增加工程投资。
输水管线布置时应考虑尽量避免出现驼峰或坡度剧变减少输水管道长度，管线愈长，停泵水锤值愈大。
由一个泵站变两个泵站，用吸水井把两个泵站衔接起来。
停泵水锤的大小主要与泵房的几何扬程有关，几何扬程愈高，停泵水锤值也愈大。
《泵与风机》课程教学大纲
《泵与风机》Pump&fan一、课程基本信息学时:32学分：2考核方式：考试（平时成绩占总成绩的30%）中文简介：《泵与泵站》是给水排水工程专业的一门专业必修课。
主要讲述离心泵的工作原理、基本性能、水泵机组配置、运行工况的图解法和数解法原理、泵站对土建的要求和特点、泵站噪声消除及其维护管理方法；介绍其它泵与风机的基本性能及其应用；学会给水泵站和排水泵站设计的原理和方法。
是《环境工程学》、《建筑给水排水工程》和《给水排水管网工程》等专业课的基础课程。
二、教学目的与要求第一章绪论1.掌握水泵的定义；2.了解合理设计泵站具有重要的经济意义；3.按工作原理对水泵进行分类；4.了解不同种类水泵的使用范围及发展趋势。
第二章叶片式水泵1.识读水泵构造图，能准确说出离心泵各部件的构造特点和作用；2.理解水泵的工作原理，水泵铭牌意义，叶片泵基本方程式的意义；3.学会计算水泵配套电机的耗电量和电费；4.掌握闭闸启动、比例律、相似工况抛物线（也称等效率曲线）、比转数（ns）、切削律、切削抛物线、横加法原理、允许吸上真空高度HS等重要概念；5.掌握推导水泵扬程公式及公式应用方法，掌握绘制水头损失特性曲线、水泵装置的管道系统特性曲线和图解法求水泵工况点的方法，掌握水泵串联、并联、调速及换轮运行的特性曲线绘制方法，掌握准确计算水泵安装高度的方法；6.了解叶片泵常用的几种调节方法，了解水泵并联后流量、杨程及轴功率变化规律，了解水泵调速和换轮运行的优点，了解水泵启动前的准备工作、水泵的启动程序和停车程序，水泵性能曲线型谱图及其应用，了解轴流泵、混流泵的适应范围及使用条件，了解给排水工程中常用叶片泵的使用和安装特点；7.简述水泵的型号意义并归纳总结水泵运行中应注意的问题。
第三章其它水泵1.了解射流泵构造、工作原理及应用；2.了解往复泵的构造、工作原理及应用；3.了解螺旋泵的构造、工作原理及应用；4.了解真空泵的构造、工作原理及应用；5.了解离心式风机和轴流式风机的构造、性能参数及应用。
水泵与水泵站5
（2）设计注意点
A、泵房形式：山区一般圆形钢筋混凝土结构。“贵在平面”
B、在土建结构方面应考虑到河岸的稳定性、泵房筒体的抗 浮、抗裂、防倾覆、防滑坡等方面。
C、在施工过程中，要注意季节。
D、在泵房投产后，在运行管理方面必须很好地使用好通风、 采光、起重、排水以及水锤防护等设施。
E、在新建给水工程时，应考虑到远期扩建的可能性。其特 点“百年大计，一次完成” 。
第二章 泵站
2.1 泵站分类与特点 2.2 水泵选择 2.3 水泵机组的布置与基础 2.4 吸水管路与压水管路 2.5 泵站水锤及其防护 2.6 泵站噪声及其消除 2.7 水泵工的责任 2.8 阀门
§2.1 泵站分类与特点
2.1.1分类
(1)按照水泵机组设置的位置与地面的相对标高关系:地面 式泵站、地下式泵站与半地下式泵站。
对于二级泵站，消防属于紧急情况。
消防用水其总量一般占整个城市或工厂的供水量的比例 虽然不大，但因消防期间供水强度大，使整个给水系 统负担突然加重。因此，应作为一种特殊情况在泵站 中加以考虑。
2.2.5小结：
1、水泵类型选择
水泵类型主要根据扬程选择，常用有离心泵、轴流泵、 混流泵等。一般情况下，泵站设计扬程小于l0m，宜 选用轴流泵；5—20m，宜选用混流泵；20—l00m， 宜选用单级离心泵，大于100m时可选用多级离心泵。
HST’——水源井中枯水位(或最低动水位)与给水管网中 控制点的地面标高差(mH2O)； Σh——管路中的总水头损失(mH20)； Hsev——给水管网中控制点所要求的最小自由水压(也
叫服务水头)。
(2)二级泵站的设计流量
对于小城市的给水系统，大多数采用泵站均匀供水方 式，即泵站的设计流量按最高日平均时用水量计算 对于大城市的给水系统，宜采取泵站分级供水方式， 即泵站的设计流量按最高日最高时用水量计算。
注册给排水工程师专业考试大纲科目分值参考课本
注册给排水工程师专业考试大纲科目分值参考课本报考条件（一）凡中华人民共和国公民，遵守国家法律、法规，恪守职业道德，并具备相应专业教育和职业实践条件者，均可申请参加注册公用设备工程师执业资格考试。
（二）考试分为基础考试和专业考试。
参加基础考试合格并按规定完成职业实践年限者，方能报名参加专业考试。
（三）符合报考条件第（一）条规定的要求，并具备下列条件之一者，可申请参加基础考试：1、取得本专业或相近专业大学本科及以上学历或学位。
2、取得本专业或相近专业大学专科学历，累计从事公用设备专业工程设计工作1年。
3、取得其他工科专业大学本科及以上学历或学位，累计从事公用设备专业工程设计工作1年。
（四）基础考试合格，并具备以下条件之一者，可申请参加专业考试：1、取得本专业博士学位后，累计从事公用设备专业工程设计工作2年；或取得相近专业博士学位后，累计从事公用设备专业工程设计工作3年。
2、取得本专业硕士学位后，累计从事公用设备专业工程设计工作3年；或取得相近专业硕士学位后，累计从事公用设备专业工程设计工作4年。
3、取得含本专业在内的双学士学位或本专业研究生班毕业后，累计从事公用设备专业工程设计工作4年；或取得相近专业双学士学位或研究生班毕业后，累计从事公用设备专业工程设计工作5年。
4、取得通过本专业教育评估的大学本科学历或学位后，累计从事公用设备专业工程设计工作4年；或取得未通过本专业教育评估的大学本科学历或学位后，累计从事公用设备专业工程设计工作5年；或取得相近专业大学本科学历或学位后，累计从事公用设备专业工程设计工作6年。
5、取得本专业大学专科学历后，累计从事公用设备专业工程设计工作6年；或取得相近专业大学专科学历后，累计从事公用设备专业工程设计工作7年。
6、取得其他工科专业大学本科及以上学历或学位后，累计从事公用设备专业工程设计工作8年。
（五）上述考试报名条件中有关学历或学位是指国家教育部门承认的学历或学位。
水泵与水泵站4(2)资料
吸水管在吸水井中的位置
(1)淹没深度h(不应小于0.5-1.0m，否则应安装隔板 (2)吸水管的进口到井底距离(不应小于0.8D) （D=1.3-1.5d) (3)吸水管喇叭口边缘到井壁距离 (4) 吸水喇叭口之间距离 (5)吸水喇叭口距最低水位不小于0.5-1.0米
底阀：水下式
水上式 使用条件：吸水管路水平段有足够的长度
水上式底阀 1吸水管；2底阀；3滤罩；4工作台
吸水管中的设计流速建议数值：
管径小于250mm时，为1.0-1.2m／s；
管径等于或大于250mm时，为1.2-1. 6m／s。
在吸水管路不长且地形吸水高度不很大的情况下，可 采用比上述数值大些的流速，如1.6—2.0m／s。例如 水泵为自灌式工作时，则吸水管中流速就可适当放大
4.4.3布置机组小结：
(1)相邻机组的基础之间应有一定宽度的过道 (2) 方便检修 (3)泵站内主要通道宽度应不小于1.2m。 (4)辅助泵(排水泵、真空泵)通常安置于泵房内的适当地方，
尽可能不增大泵房尺寸。
§4.5 吸水管路与压水管路
4.5.1 对吸水管路的要求
(1)不漏气 管材及接逢 (2)不积气 管路安装 (3)不吸气 吸水管进口位置
能出现负压。
止回阀安装：水泵与压水闸阀之间
优点：检修时，防止水倒灌 水泵启动时，阀板受力均衡
缺点：压水闸检修时需放空
压水管路的设计流速为:
管径小于250mm时，为1. 5—2.0m／s；
管径等于或大于250mm时，为2.0—2.5m／s；
上述设计流速取值较给水管网设计中的平均流速要大， 因为泵站内压水管路不长，流速取大一点，水头损失 增加不多，但可减少管子和配件的直径。
(b）保证两台泵向一条输水管送水
水泵机组的布置和基础
水泵机组的布置和基础一、泵机组的布置泵机组的排列是泵站内布置的重要内容，它决定了泵房建筑面积的大小。
机组间距以不妨碍操作和维修的需要为原则。
机组布置应保证运行安全，装卸、维修和管理方便，管道总长度最短、接头配件最小，水头损失最小，并应考虑泵站有扩建的余地。
机组排列基本形式有以下几种。
1．纵向排列纵向排列时水泵各机组轴线平行，如图1所示。
纵向排列结构紧凑，电动机抽轴方便，建筑面积小，但泵房跨度大，管件多，水力条件较差，一般需要桥式吊车吊装。
纵向排列适用于如IS单级单吸悬臂式离心泵。
因为悬臂式泵系顶端进水，采用纵向排列能使吸水管保持顺直状态（图1中的泵1）。
如果泵房中兼有侧向进水和侧向出水的离心泵（如图1中泵2均系SH型或SA型泵），则纵向排列的方案就值得商榷。
如果SH型泵占多数时，纵向排列方案就不可取。
例如20SH-9型泵，纵向排列时，泵宽加上吸压水口的大小头和两个90°弯头长度共计3.9m（图2）。
如果作横向排列，则泵宽为4.1m，其宽度并不比纵排增加多少，但进出口的水力条件却大为改善，在长期运行中可以节省大量电耗。
机组之间各部分尺寸应符合下列要求。
(1)泵房大门要求通畅，既能容纳最大的设备(泵或电机)，又有操作余地。
其场地宽度一般用管外壁和墙壁的净距A值表示。
A等于最大设备的宽度加1m，但不得小于2m。
(2)管与管之间的净距B应大于0.7m，以保证工作人员能较为方便地通过。
(3)管外壁与配电设备应保持一定的安全操作距离C。
当为低压配电设备时C值不小于1.5m，为高压配电设备时C值不小于2m。
(4)泵外形凸出部分与墙壁的净距D，需满足管道配件安装的要求，但是，为了便于就地检修泵，D值不宜小于1m；如泵外形不凸出基础，D值则表示基础与墙壁的距离。
(5)电机外形凸出部分与墙壁的净距E，应保证电机转子在检修时能拆卸，并适当留有余地。
E值一般为电机轴长加0.5m，但不宜小于3m，如电机外形不凸出基础，则E值表示基础与墙壁的净距。
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（2）对不带底座的大、中型水泵
（3）按泵组重量确定 基础块重量 ≥ （2.5 ~ 4.0）泵组总重量； 基础块高度 ≥ （50 ~ 70） cm 。
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第十二讲
4.5 吸水管路与压水管路
泵及泵站
一、吸水管路管路的基本要求
1、不漏气
吸水管路不允许漏气，否则会使水泵的运行发生严重故障；
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第十二讲
4.4 水泵机组的布置与基础
泵及泵站
（2）机组横向布置
1）进水侧泵组（或基础）凸出部至墙壁的距离 D1 ≥ 1.0 （m）； 2）出水侧泵组凸出部（或基础）指墙壁的距离 B1≥3.0 （m）； 3）电机凸出部至配电设备C1 对低压配电设备：C1≥1.5 （m）； 对高压配电设备：C1≥2.0 （m）； 4）泵组净距（或基础）E1 = C1； 5）泵房大门处尺寸（凸出布至 墙壁的间距） A ≥ 2.0 （m） 或最大设备尺寸 + 1.0 （m）； 6）横向双行布置泵组间距离 水泵宽度+1.0 （m）
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给水泵站
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第十二讲
4.5 吸水管路与压水管路
泵及泵站
4、吸水管在吸水井中安装要求
1）防止空气吸入； 2）防止吸入井底沉渣； 3）改善吸水条件——减弱水体入口旋涡，改善入流流态，减 少水力损失。
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第十二讲
4.4 水泵机组的布置与基础
泵及泵站
3、基础块尺寸确定方法
可按水泵安装尺寸所提供的数据确定。如无相关数据， 则按以下方法确定： （1）对带底座的小型水泵
基础长度： L = 底座长度 L1 + （0.15 ~ 0.20） （m）； 基础宽度： B = 底座螺孔沿宽度方向间距 b1 + （0.15 ~ 0.2）（m） 基础高度： H = 底座地脚螺栓的长度 l1 + （0.15 ~ 0.2） （m）。 基础长度： L = 地脚螺孔沿长度方向的间距 + （0.4 ~ 0.50） （m）； 基础宽度 ：B = 地脚螺孔沿宽度方向间距 + （0.4 ~ 0.50） （m）； 基础高度 ：H = 地脚螺栓的长度 l1 + （0.40 ~ 0.50） （m）。
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4.4 水泵机组的布置与基础
泵及泵站
3、双吸泵机组纵、横向布置比较
在确定双吸泵机组布置形式时，应综合考虑布置尺寸和 吸、排水管的流动条件。
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第十二讲
4.4 水泵机组的布置与基础
泵及泵站
4、水泵机组布置尺寸
（1）机组纵向布置
1）水管间距B ≥ 0.7 （m）； 2）水管外壁至配电设备 C
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第十二讲
4.4 水泵机组的布置与基础
泵及泵站
二、水泵基础
1、水泵基础基本要求
（1）基础坚实牢固，能承受静、动荷载； （2）必须浇筑在较坚实的地基上，不允许基础出现下沉 或不均匀沉陷。
2、基础块高出室内地坪高度及其在地坪下的深度 的一般规定
（1）一般应高出地坪（10 ~ 20）cm； （2）地坪下： 1）不能小于临近管沟的深度； 2）应在地下水位之上，否则应与泵房地板做成连续钢筋混 泥土板。
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第十二讲
4.4 水泵机组的布置与基础
泵及泵站
5、泵组布置的其它考虑事项
（1）对大型泵组，应考虑检修用场地，一般取检修机组 周围应有0.7 ~ 1.0（m）的过道； （2）泵组布置应考虑起吊设备的工作范围； （3）泵站内的主要通道宽度 ≥ 1.2（m）； （4）辅助泵（真空泵、排水泵）、集水井安置于泵房的 适当地方，尽可能地不增加泵房的尺寸； （5） 为减小泵房的跨度，亦可考虑将吸水阀门设置在泵 房外面。
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4.6 泵站水锤及其防护
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第十二讲
4.4 水泵机组的布置与基础
泵及泵站
一、水泵机组布置
（一）水泵机组布置的基本要求 1、水泵机组布置和管道的设计是水泵站设计的 一项主要内容；
2、水泵机组布置决定了泵房建筑的空间尺寸， 直接影响泵房的土建造价；
3、机组布置应保证设备工作可靠，运行安全， 足够的装卸维修空间； 4、机组布置应考虑便于设备操作和维护，保证 人员巡视安全。
对低压配电设备：C≥1.5 （m）； 对高压配电设备：C≥2.0（m）；
3）水管外壁至机组突出部的间距： F ≥ 0.7 （m）； 对55kW以上泵组： F ≥ 1.0 （m）。
4）泵组（或基础）突出部至墙壁的距离： D≥1.0 （m）； E≥3.0 （m）或 泵轴 +0.5 （m）；
5）泵房大门处尺寸： A ≥ 2.0 （m）或最大设备尺寸+1.0 （m）
（1）纵向布置——水泵轴线与水泵吸水管和压水管平行； （2）横向布置——水泵轴线垂直于水泵吸水管和压水管； （3）横向双行布置——同横向布置，但需注意水泵电机成对 布置形式，以节省泵房建筑面积，同时注意泵组订购时注明 成对电机的转动方向相反，以便泵厂配置不同的轴套止锁装 置。
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第十二讲
泵及泵站
本讲内容
第4章 给水泵站
4.4 水泵机组的布置与基础
一、掌握水泵机组的布置 二、掌握水泵机组的基础
Hale Waihona Puke 4.5 吸水管路与压水管路
一、掌握吸水管路的要求 二、掌握压水管路的要求 三、掌握吸水管路和压水管路的布置 四、熟悉吸水管路与压水管路的敷设
一、了解水锤的概念 二、了解停泵水锤及其危害 三、了解停泵水锤的防护措施
2、不积气
积气形成气囊，影响过水能力，严重时会破坏真空吸水；设计 时应使吸水管沿水流方向有连续上升的坡度i≥0.005，以避免气囊形 成。
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第十二讲
4.5 吸水管路与压水管路
泵及泵站
3、不吸气
保证吸水管淹没深度：h ≥ （0.5 ~ 1.0）m； 当淹没深度不能满足要求时，应在管子末端加装水平隔板。
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第十二讲
4.4 水泵机组的布置与基础
泵及泵站
（二）水泵机组的布置形式
1、水泵吸水口、压水口方向与泵轴线间的关系 （1）吸水口与泵轴线平行，压出口与泵轴线垂直（IS等单吸 悬臂离心泵）； （2）吸水口与压水口均垂直与泵轴线（Sh双吸泵，DA分段 多级泵等）。
2、水泵机组的布置形式