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1、5 泵站5 泵站不论潜水泵的尺寸是多大，其工作环境都是泵站。泵站的设计和施工对水泵的性能起着决定性的作用，因此在确定设计和施工方案时应该格外小心谨慎。以下是泵站设计的简单介绍，里面有供设计工程师和泵站操作人员参考的提示和建议；此外，本手册还就水泵的运行及其与泵站管道系统之间的相互影响作了介绍。5.1 泵站的基本设计良好的水力设计是泵站正常工作的决定性因素。不合理的泵站设计会导致水泵发生故障，泵送能耗过大以及需要对泵站进行频繁的维护和清理。现代污水泵站设计用来抽送未经过滤的污水，此类泵站的设计准则不同于清水泵站的设计。下面对污水和雨水泵站的设计和特殊要求进行讨论。5.1.1 湿井的容积和表面积湿
2、井的有效容积应该合理。湿井容积过大容易引起井中的污泥聚集；但是，湿井容积过小则会引起水泵的频繁启动和停止。可以频繁启动的现代潜水泵的使用使得泵站的设计更加小巧和高效。污水池的有效容积是水泵启动水位和停止水位之差。作为允许启动频率的函数，污水池的有效容积可以通过计算图来确定。在本书的附件 B 中，介绍了污水池的有效容积的计算方法。实际上，泵站的输入容积随时间波动很大，因此平均的启动频率应低于理论上的频率。好的泵站设计应该使开始和停止的水位相对接近，其原因如下：水泵启动频率变得足够的高以防止淤泥和杂质沉淀到井底。泵站的进口应该比水井中的液位低。原则上，小泵站的有效容积的高度的最大值大约为 1 米，
3、较大的泵站有效容积的高度的最大值大约为 2 米。通过下面的方程，可用湿井的表面积来代替有效容积。Aw=Q/20 (36)其中：Aw 湿井的表面积（平方米）Q 泵站总流量， l/s然而，对于较小的泵站流量，当使用潜水泵时，其表面积将会受水泵的实际尺寸所限制。图 75推荐的潜水泵安装尺寸。5 泵站因而其表面积应该比方程 36 中所得到的要大。推荐的水泵安装尺寸如图 75 所示。对于更大的流量，进入水泵的水流应对准水泵的入口。如果水流从水泵入口的后面流入，则潜水泵的底座将会扰动水流并引起漩涡。这都将影响到水泵的运转，降低水泵的性能和效率并加大产生气蚀的危险以及加剧水泵的振动。5.1.2 泵站的进水管
4、泵站的进水管位置和尺寸对于泵站的运行很重要。水泵运转时所遇到的问题常常是由于不合理的进水管设计所引起的。如果进水管相对于液面位置太高或者管内水流速度过大，则当水冲进水井中时将会卷入空气并形成漩涡。由于气泡可能粘附在固体颗粒上，所以夹杂于污水中的空气具有驻留在水中的倾向。因此，利用独立的缓冲室也不可能解决这一问题。不论泵站是否有独立的缓冲室，都应该尽量减小进水落差，并且随着水位的降低，进水落差不应超过 1 米。不可能用挡水板来减轻大的进水落差的影响。夹带在水中的空气具有滞留在水泵叶轮内的倾向，而在离心力的作用之下，又会使空气聚集在叶轮的轮毂周围。这会导致水泵的能耗增大，降低其性能和效率，同时，也
5、加大了气蚀和水泵振动的危险。如果水泵中空气的含量很大，水泵可能会彻底停止运转。对于从污水处理厂的曝气池中直接抽水的水泵，由于池水中含有大量的空气，因此空气的存在常常是一个问题。如果水泵放在曝气池中，应该尽可能将其放到最低，使得进水管靠近底部。图 76应该避免的进口位置。进水落差太大会导致夹带的空气直接或者沿着工作台表面到达水泵的进口，从而引起水泵的运转问题。进水管的位置应该尽可能远离水泵进口处。图 76 给出了应该避免的设计方法。进水口流速不应超过 1.2m/s 以避免在湿井中形成漩涡。5.1.3 湿井底板的形状湿井底板的形状对于污水处理泵站的运转非常重要。如果设计合理，可以防止底部产生沉淀物
6、，同时也有助于防止在水面形成泡沫以及堆积漂浮物。为了合理设计底板，应该了解下列原则：底边所有转角的最小角度应为 450，在小泵站中，转角的角度最大可以达到 600。如果转角受到水流的冲涮，则其角度可以小一些。应尽量减小底板的面积，同时应将水泵停止水位以下的液体体积保持最小。5 泵站由于底部的面积和剩余体积最小，所以进口附近的流速将增大，并冲走可能沉淀的淤泥。随着水位下落，表面积也随之减少，从而使得表面瓦砾聚集量减少。5.1.4 停止水位启动和停止水位是在设计阶段确定的。在调试时，应不断检查其是否有效，并且当需要时对其进行调整以确保正常运转。停止水位应尽可能低，以使流速随着工作周期的结束而不断增
7、大。停止水位的界限可以根据所需的马达冷却浸没度以及空气被吸进水泵进水口时的水位来设定。后一种水位一般无法预测，但必须在泵站调试过程中通过试验来加以确定。图 77建议设计阶段的停止水位。hs1 = 两台潜水泵，其中一台工作一台备用时，或者马达无需通过浸入水中进行冷却时的停止水位。h s2 = 装有多台水泵，并且马达需要浸入水中进行冷却时的停止水位。最后的停止水位的设定值应该在调试试验期间进行确定。图 78缩径弯头垂直干式安装潜水泵的推荐安装尺寸。F=0.5D1 V1max=2.0m/s,G=DpLD 1+100mm,RL在装有一用一备两台潜水泵的泵站中，尽管马达主要是通过浸入水中来进行冷却，但停
8、止水位通常情况下仍然可以设定于马达下方，见图 77。选择同样的水泵来单独承担泵站的流量，这样，液位长期接近停止水位的危险就会很小。潜水泵也配有过热保护装置以便在得不到充分冷却的情况之下停止水泵。在配有运转于情况不断变化之下的多台潜水泵的泵站中，所设定的停止水位必须使得水泵马达有足够的浸没度来进行充分的冷却。在这种应用类型中，最好使用配有冷却水套或者其它散热装置，而不需要浸入水中进行冷却的水泵。干式安装的水泵的停止水位设定取决于吸水管进口高度，形状和流速。根据经验，在吸水管进口以上 200mm 对于此高度的吸水管进口是合适的，同时对设计人员来说也是有用的。吸水管进口的形状很重要，图 78 和 7
9、9 所示为较好的设计方案。对于此进口形状，可以通过下面的方程来计算水泵的临时停止水位高度：（37）5 泵站其中：hs 停止水位高度，mQ 水泵流量， l/s在有几个不同的停止水位的泵站中，例如在使用变频控制的应用场合，规划好水泵的控制顺序，使得每天至少有一次达到最低的停止水位以清除底板的污物，是很重要的。5.1.5 启动水位在装有一用一备两台潜水泵的泵站中，如果用方程 36 来计算出湿井表面积 Aw，则泵站的初始启动水位可以设定在停止水位之上 1 米处。如果来水的流量较小，启动水位还可以更低。第二次启动水位可以设定于第一次启动水位之上 0.20.3 米之处。如果泵站有两台以上的水泵，则其启动水
10、位应该逐个设定。如果这些水泵有共同的停止水位，正确的设计应该是初次启动水位在停止水位之上 1 米之处，此后的启动水位应该和初次启动水位间隔 0.3 米。如果水泵停止水位交错排列，相应的启动水位应该按大致相等的间隔进行设定。在干式安装水泵的泵站中，启动水位必须设定于水泵壳体上方以确保水泵壳体灌满水后水泵才开始抽水。如果是立式安装的水泵，启动水位高度的设定应该比较大，并根据图 78 设定高度，同时要留出一段距离。如果所设计的吸水管能防止气泡的形成，那么卧式水泵的启动水位一般不需要作特别考虑，见图 79。5.1.6 吸水管的尺寸和设计设计并确定吸水管的尺寸很重要，不合理的设计可能会引起振动、水泵效率
11、下降和产生气蚀的危险。在确定吸水管尺寸时，应该保证立式水泵的水流速度不超过 2.0m/s，卧式水泵的水流速度不超过 2.5m/s。如果用新的更大的水泵安装于老的泵站中，可能不得不超过这些规定的数值。这种情况必须被一一考虑到。可能需要确保更大的气蚀余量的安全限度。图 79偏心异径管接水平干式安装潜水泵的推荐安装尺寸。F=0.5D1 V1max=2.0m/s,图 78 和 79 为所推荐的吸水管进口设计方案。朝下吸入污水的方式对泵站底板起到清洁作用，同时也不太可能从表面吸入空气。在立式水泵中，需要将吸水管旋转 900 以到达水泵的吸水盖。水泵吸入口前面的弯头对水泵的运转很关键，因为它可以使水流变得
12、不规则。如果弯度过大则会引起叶轮产生气蚀作用、降低水泵效率以及引起振动。如果水泵的吸入口小于吸入管管径，应采用缩径弯头，以最大限度地减少干扰。图 78 中给出了推荐使用的吸入弯头的尺寸。卧式水泵的直线段进水管的收缩应该是偏心式的以避免空气汇集从而堵塞叶轮。进口流动特性设计不合理可能会引起较大的压力降以至于消耗有效气蚀余量并导致水泵气蚀。对于和吸入管几何形状有关的设备，应遵守推荐的气蚀余量安全限度。在本书的第一部分对气蚀和气蚀余量的概念以及推荐的气蚀余量安全限度作了详细说明。5 泵站5.1.7 泵站内部的管道系统对于泵站内部的压力管道，应选择允许流速为 23m/s 的管道。特别是对于含有泥沙的污
13、水，其流速应至少为 2 m/s，以保证泥沙被水流带出水泵。对于变频控制的设备，此要求可能会在低频率的情况下引起一些问题。第三部分的图 58 显示管道系统的推荐尺寸和典型的损耗。管道系统尺寸应至少为 100mm，但如果水泵自由通道是80mm 时，对于小泵站，也可以是 80mm。在内部管道系统中不提倡使用柔性接头，这是由于大多数管道振动是由流动的液体压力所诱导的，而使用柔性接头并不能避免管道振动。当安装柔性接头时，管道被切断，此部分受到分离力的作用，其数值为水泵的压力 面积。水泵附近的压力以水泵速度和叶轮道的数量所决定的频率波动，引起管道系统和接头的振动。安装柔性接头时，波动变得更加明显。柔性接头
14、也容易受到损坏。压力管道系统通常在水泵后面扩大，为了节约能量，其连接管段应为最大张角为 100的圆锥形。请参见图 79。对于垂直干式安装水泵和潜水涡流泵，止回阀应尽可能远离水泵安装以减少启动时水泵中的空气可能引起的问题。对于水平安装的大水泵，其轴承包括彼此独立的径向轴承和轴向轴承，止回阀不得直接安装在连接水泵输送法兰的垂直管道上。由快速截止阀引起的振动可能会不断冲击水泵，足以引起径向轴承的逐渐损坏。在安装多水泵的泵站中，水泵压力管道应安装一根用来防止水泵停机过程中固体废物沉淀于各个管道中（可能会引起阀门的堵塞）的支管。图 80 为合理的支管设计示意图。图 80压力管道系统支管设计。该设计应注重
15、平缓过渡并防止水泵停机时主立管上的淤泥沉淀到水泵立管的阀门上。5.1.8 冲洗装置泵站冲洗装置由安装在潜水泵上并位于管道系统之前的遥控旁通阀组成。打开阀门，水泵中的水就回流到湿井中，并搅动液体从而引起沉淀的淤泥和浮渣冲散开来。当冲洗阀关闭时，被搅起的悬浮物将会连同液体一起被泵出。冲洗阀应为常闭式（例如：装有弹簧的气动装置） ，这样，万一出现故障时，抽水仍可以继续进行。在尺寸和外形都合理的泵站中，通常不需要起用湿井冲洗装置。湿井冲洗装置用于污水中含有大量的油脂等污物的旧的、大的湿井的特殊情况。可以在不改变湿井结构的情况下对冲洗装置进行改装。冲洗装置需为指定的品牌，详细情况可以咨询水泵生产厂家。5
16、 泵站5.1.9 泵站的气味问题污水泵站可能会在附近环境中产生气味问题。引起这种情况有许多因素，例如泵站位置、污水水质、泵站前方的情况以及湿井尺寸和设计。如果泵站由另一个距离很远的泵站供水，则两个泵站之间的污水输送时间可能太长以至于污水由于缺氧反应而腐化。腐化的污水产生硫化氢（H 2S） ，硫化氢除有毒之外，还会产生典型的恶臭味。实际上，气味问题的发生无法预测。如果情况很严重，可以采用下面的措施来解决：降低启动和停止水位，以缩短污水在湿井中的滞留时间，并防止形成淤泥。在湿井中安装一个浸入水中的进口弯头，在水面以下输送流进的污水，从而防止臭气形成。在湿井的通风设备上安装空气过滤器。从泵站上游水源中喷入防臭味的化学药品。5.1.10 泵站设计举例湿井的设计取决于泵站的尺寸和水流量。图 8184 介绍了各种情况下以及大小各异的泵站的湿井设计应该遵守的原则。配有大流量的潜水泵的泵站可以根据图 83 来设计。按照水泵的需要，停止水位可以设定于
