《机组的选型与配套》PPT课件.ppt

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1、第四章 机组的选型与配套,第一节 水泵的选型第二节 动力机及其选配第三节 传动设备第四节 管路及附件,机组是指水泵、动力机及传动设备的组合体，是泵站中直接为农田及社会供排水服务的机械与设备。机组选型配套的合理与否，直接影响泵站能否满足供排水的需要和泵站的工程投资、灌排成本、能源消耗、泵站效率及安全运行等。所以，必须作好机组的选型与配套工作。,第一节 水泵的选型,合理的水泵选型与配套是正确使用水泵的先决条件，灌排泵站水泵选型的基本依据是泵站的设计流量和设计扬程，当设计流量和设计扬程确定后，便可进行水泵的选型工作。水泵选型的原则 水泵选型的方法及步骤 水泵选型中应注意的问题,一、灌、排泵站水泵的选

2、型,（一）水泵选型的原则,（1）在设计扬程下，泵站的提水流量能满足供、灌、排流量的要求。（2）水泵在长期运行中，多年平均效率高，运行费用低。（3）按选定的机组建站，设备和土建投资最省。（4）便于操作、维修、运行和管理。（5）选用系列化、标准化、通用化及更新换代的产品，切忌选用淘汰的产品。,（二）水泵选型的方法及步骤,（1）根据设计扬程，在泵类产品样本或有关手册上，利用水泵性能表或水泵系列型谱图，初步选出扬程符合要求而流量不等的几种水泵，并根据供、灌、排设计流量及每种泵型的额定流量，计算出每种泵型所需的台数。（2）根据初步选出的水泵，确定管径及布置管路，求出水泵在最大扬程、设计扬程和最小扬程时的

3、工况点，要求工况点位于高效区范围内，扬程、流量能满足需要，并不发生汽蚀，动力机不超载。如不符合要求，可采用调节措施或另选泵型。（3）根据选型原则，对各种方案进行全面的技术经济比较，选出其中最好的泵型和台数。,（三）水泵选型中应注意的问题,水泵类型主要是依据扬程选择的。城市供水、农田灌溉或排水常用的水泵有离心泵、轴流泵和混流泵等。各种类型的水泵其特点分别为：离心泵扬程较高，流量较小；轴流泵扬程较低，流量较大；混流泵介于离心泵和轴流泵之间。一般情况下，设计扬程小于10m，以选轴流泵为宜；520m时选用混流泵较好；20100m时应首选单级离心泵；大于100m时，可选用多级离心泵。应注意的是，当离心泵

4、、轴流泵、混流泵的扬程重叠时，在设计扬程混流泵和轴流泵都可选用时，应优选混流泵。因为混流泵的高效区比轴流泵宽，流量变化时，轴功率变化小，动力机在额定功率附近运行，比较经济，适应流量范围广，抗汽蚀性能好，泵站土建投资少，安装检修方便等。在设计扬程离心泵与混流泵都可选用时，如扬程变化较大，应优先选用离心泵。,1水泵类型的选择,（三）水泵选型中应注意的问题,常用水泵的结构型式主要有卧式、立式和斜式三种。,2水泵结构型式的选择,(1)卧式水泵与立式水泵相比，安装精度较低，检修方便，叶轮在水面以上，腐蚀较轻，机组造价便宜，泵房高度较小，地基应力分布较均匀。但在启动前要进行排气充水，泵房平面尺寸较大，中、

5、小型水泵吸水管路长，水头损失大。主轴挠度大，轴承磨损不均，在最高防洪水位时，泵房需采取防洪措施。卧式水泵适用于地基承载力较小、水源水位变幅较小的泵站。,(1)卧式水泵与立式水泵相比，安装精度较低，检修方便，叶轮在水面以上，腐蚀较轻，机组造价便宜，泵房高度较小，地基应力分布较均匀。但在启动前要进行排气充水，泵房平面尺寸较大，中、小型水泵吸水管路长，水头损失大。主轴挠度大，轴承磨损不均，在最高防洪水位时，泵房需采取防洪措施。卧式水泵适用于地基承载力较小、水源水位变幅较小的泵站。,(2)立式水泵占地面积较小，要求泵房平面尺寸较小，水泵叶轮淹没于水下，启动方便。管路短，水头损失小，动力机安装在上层，便

6、于通风，有利于防潮、防洪。但要求泵房高度较大，安装精度要求较高，检修麻烦，机组整体造价高，主要部件在水中，易于腐蚀。立式水泵适用于水源水位变幅较大的泵站。,(3)斜式水泵安装、检修方便，且可安装在岸边斜坡上，叶轮浸没于水下，便于启动，与立式轴流泵相比，进、出水管路转弯角度小，流态较好，泵站运行效率较高。但需要专门的支承结构，动力机类型较特殊。斜式水泵适用于低扬程的泵站。,（三）水泵选型中应注意的问题,2水泵结构型式的选择,一般情况下，灌溉泵站扬程较高，宜选用离心泵，或混流泵；排水泵站扬程较低，多选用立式或卧式轴流泵或混流泵；流量较小的低扬程泵站，为便于安装和检修，可选用斜式轴流泵。,（三）水泵

7、选型中应注意的问题,3水泵台数的确定(4-1),水泵台数，是满足泵站设计流量所需水泵台数与备用水泵台数之和。水泵台数，对泵站的投资影响很大。台数越多，容易适应不同时期灌溉或排水流量的要求，在运行中如有的机组发生故障时对灌排影响越小。但在相同流量的情况下，机组台数越少，基建投资越少，运行费用越少。单机容量越大，运行效率越高，运行管理越方便，所需管理人员越少。,（三）水泵选型中应注意的问题,3水泵台数的确定(4-2),一般泵站所需水泵的台数以28台为宜。排水泵站设计流量要比灌溉泵站大，水泵台数要比灌溉泵站多些。排水泵站由于设计流量及变化较大，且要求在短时间内排除，应采用多台数的方案，当流量小于4m

8、3s时，可选用2台；当流量大于4m3s时，应选用3台以上为好。灌溉泵站，当流量小于1m3s时，可选用2台；当流量大于1m3s时，选用3台以上较好。灌、排结合的泵站，应满足灌溉和排水流量及扬程的要求，所以，宜选多机组方案。,（三）水泵选型中应注意的问题,3水泵台数的确定(4-3),备用机组主要用于满足检修、用电避峰及突发事故时的要求。排水泵站因运行时间短，一般不必设置备用机组。灌溉泵站，尤其是干旱地区，多泥沙河流的灌溉泵站，均应设置备用机组，备用机组的流量一般不超过设计流量的20。灌、排结合泵站，则根据灌排设计流量综合考虑。当排水量较大，所需机组数量较多、能满足灌溉加大流量要求时，也可不设备用机

9、组。,（三）水泵选型中应注意的问题,3水泵台数的确定(4-4),对于多级泵站，各级泵站联合运行时，水泵的流量要协调一致，多级泵站均不应有弃水或供水不足的情况出现。所以，一级站机组数量要考虑多机组方案，末级站则应考虑少机组方案。,二、井灌区水泵的选型,井灌区的水泵选型原则是“以井配泵”，其设计流量和扬程是按机井的涌水量及动、静水位来确定的。机井涌水量和动、静水位是根据机井成井后，抽水试验而获得的，所选水泵的流量，不能超过机井的最大涌水量。如选择的水泵流量过大，使机井产生涌沙，井管外壁的反滤层逐渐受到破坏，造成井壁坍塌或井内淤积；水泵扬程过大，地下水位下降过快，缩短机井的使用寿命，直至机井提前报废

10、。如所选水泵流量过小，不能充分发挥机井的效益。因此，所选水泵流量应与机井的正常涌水量相一致。井泵选型的方法和六个步骤如下。,1初选水泵,根据井管内径，查井泵性能表初选水泵。如175mm井径，可选用175QJ系列深井潜水电泵。200mm井径，可选用200QJ型系列深井潜水电泵。一般要求，为保证安装方便，对于金属管井，井径可比井泵最大直径大50mm，非金属管井应大100mm。,2根据井的最大涌水量选择泵型(2-1),井的最大涌水量一般对成井做抽水试验后获得。如没有试验资料，可用经验公式估算。(1)对非承压完整井，可用式(4-1)估算涌水量。(4-1)式中 Q最大机井的最大涌水量，m3/h；H井中水

11、深，即从静水位到井底的距离，m；S洗井时井中水位降深(即静水位与动水位 之差)，m；S最大井水位的最大降深，一般取井水深的一半，即S最大05H，m；Q井对应降深S时的涌水量，m3h。,2根据井的最大涌水量选择泵型(2-2),(2)对承压完整井，可用式(4-2)估算。(4-2)式中符号意义同式(4-1)。根据机井的最大涌水量，查井泵性能表，选择流量小于等于井的最大涌量的泵型。,按贯穿含水层的程度及进水条件：完整井、非完整井 完整井(fully penetrating well)：贯穿整个含水层，在全部含水层厚度上都安装有过滤器并能全断面进水的井。揭穿整个含水层，并在整个含水层厚度上都进水的井。非

12、完整井(partially penetrating well)：未揭穿整个含水层、只有井底和含水层的部分厚度上能进水或进水部分仅揭穿部分含水层的井。未完全揭穿整个含水层，或揭穿整个含水层，但只有部分含水层厚度上进水的井。,3计算实际水位降深值及动水位,泵型选定后，可根据水泵的额定流量用式(4-3)计算实际水位降深。（4-3）式中 Q泵所选水泵的额定流量，m3h；其余符号意义同式(4-1)。根据水位降深，用式(4-4)计算机井动水位埋深，m。H动H静+S实际(4-4)式中 H动动水位埋深，m；H静机井静水位埋深，即从地面到静水 位的垂直距离，m；,4计算井下部分的泵管长度,为保证水泵的正常工作，

13、一般要求泵体浸入动水位以下12m，其泵管长度可用式(4-5)计算。l=H动+(12)(4-5)式中 l泵管长度，m；H动动水位埋深，m。,5确定水泵的总扬程,抽水所需扬程可用式(4-6)计算。H需=H净+h损（4-6）式中 H需抽水所需扬程，m；H净净扬程，指机井动水位到出水池水面(或出水管口中心线)的垂直距离，m；h损管路的水头损失(管路系统的水头损失，如安装地下低压管道，还应包括低压输水管道的水头损失，m.为可靠供水，一般井泵总扬程为 H总1.1H需1.1(H净+h损)（4-7）式中符号意义同式(4-6)。,6确定叶轮级数,根据计算所得总扬程，查水泵的性能表，确定叶轮级数。所选水泵额定扬程

14、应大于等于总扬程。,第二节 动力机及其选配,水泵是通过动力机的驱动进行工作的。当水泵选出后，必须合理选配动力机。常用的动力机有电动机和柴油机。电动机具有操作简单，运行可靠，管理方便，提水成本低，且便于实现自动化控制等优点。但输电线路及其附属设备的投资较大，同时功率受电源电压的影响较大。柴油机不受电源的限制，机动灵活，适应性强，亦可变速运行，有利于机组的配套和调节；但运行时容易发生故障，使用、操作、维护保养等技术要求较高。这两种动力机各有优、缺点，应根据具体情况选配。,一、电动机与水泵的配套,用于农田灌、排泵站的电动机，有异步电动机和同步电动机两种（转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流电动机）

15、，除大型泵站选用同步电动机外，中、小型泵站都选用异步电动机。电动机类型选择 配套功率的确定 电动机转速的确定,（一）电动机类型选择(4-1),异步电动机，按结构有防护式和封闭式两种；按启动转矩大小分为一般启动转矩和高启动转矩两种；按转子构造可分为鼠笼型和绕线型两种。鼠笼型异步电动机具有结构简单、运行可靠、效率较高、价格较低等优点。但也有启动电流较大等缺点。因水泵轻载启动，一般能满足要求。绕线型异步电动机启动电流小，发热量少，但价格较高。,（一）电动机类型选择(4-2),(1)灌、排泵站单机容量小于100kW时，因启动转矩、转差率与其他性能上没有特殊要求，通常用Y系列防护式鼠笼型异步电动机(Y系

16、列是J、JO系列的替代产品)，它具有效率高、启动转矩大、噪音较小、防护性能良好等优点。,（一）电动机类型选择(4-3),(2)单机容量为100300kw时，可选用JS、JC或JR系列异步电动机。“S”表示双鼠笼型转子；“C”表示深槽鼠笼型转子；“R”表示绕线型转子。双鼠笼型和深槽鼠笼型是鼠笼型异步电动机的特殊型式，都具有良好的启动性能，适用于启动负载较大和电源容量较小的场合。绕线型异步电动机适用于电源容量不足以供鼠笼型异步电动机启动的场合，一般在启、停频繁的设备上配套使用，用作水泵的动力较少。,（一）电动机类型选择(4-4),(3)单机容量大于300kW时，可选用JSQ、JRQ系列异步电动机或

17、T：系列同步电动机。“Q”表示加强绝缘，“T”表示同步；下标“z”表示座式轴承。因同步电动机成本高，一般只用于大型泵站。,（二）配套功率的确定(2-1),水泵配套的动力机额定功率称为水泵的配套功率，用N配表示。水泵的配套电动机，一般由泵厂配套供给，如需选配时，其功率可按式(4-8)计算。(4-8)式中 N配水泵的配套功率，kW；K动力机功率备用系数，可从表4-1中查得；被抽水的重度，Nm3；Q水泵工作范围内对应于最大轴功率时的 流量m3S；H水泵工作范围内对应于流量Q时的扬程，m；水泵工作范围内对应于流量Q时的效率，；传传动效率，。,（二）配套功率的确定(2-2),表41 动力机功率备用系数K

18、,功率备用系数K值是一个大于1的数值。因为在水泵运行中，电压的波动使水泵转速变化引起轴功率的变化，水泵、电动机性能试验中允许误差，水泵和管路特性变化、水泵工况点的移动、水中含沙量的变化、填料过紧及其他条件的变化等，都可引起水泵轴功率的增加，使动力机发生超负载现象。但备用系数不宜过大，因电动机负荷不足，会造成电机效率和功率因数降低，增加电能损失，灌、排成本提高。,（三）电动机转速的确定,电动机的转速，虽根据水泵转速和选用的传动方式确定的。当直接传动时，两者的转速必须相等或相近；当间接传动时，两者额定转速之比等于传动比。,二、柴油机与水泵的配套,柴油机由于机动灵活、适应性强，已成为无电地区农田灌溉

19、、排水的主要动力之一。本小节涉及（一）柴油机的性能（二）柴油机的选型,(一)柴油机的性能,在选择与水泵配套的柴油机时，必须了解其性能。柴油机的性能主要包括柴油机的工作指标和特性。,1柴油机的主要工作指标,柴油机是靠燃烧柴油而产生动力的。柴油机工作时要求产生较大的动力，而又消耗较少的燃料，即有较好的动力性和经济性。柴油机的动力性和运行的经济性分别用功率和燃油消耗来表示。,(1)柴油机的动力性指标,1)有效功率。柴油机曲轴输出的功率称为有效功率，用符号Ne表示，单位kW。有效功率是通过测功器测定柴油机的输出扭矩和运行转速，经计算而确定的。,2)标定功率。标定功率是柴油机铭牌上标明的功率，它是柴油机

20、生产厂对柴油机在标定转速、标定时间下运行时保证其可靠性所规定的技术经济指标。国家标准规定，柴油机的标定功率分为15min、1h、12h和持续功率四种。前三种功率分别是指柴油机允许连续运转15min、1h、12h的最大有效功率。持续功率，是指柴油机允许长期连续运转的最大功率。与标定功率相对应的转速称为标定转速。农用柴油机铭牌上标明的一般是12h功率和持续功率及相应的转速。如果铭牌上未标明持续功率者，可按12h功率的09倍换算。,3)平均有效压力。柴油机单位气缸容积所发出的有效功，称为平均有效压力。平均有效压力也可视为假定的恒定压力，是活塞在这个压力的推动下走过一个行程所做的功，正好等于一个循环所

21、做的有效功。它是衡量柴油机动力输出强度的一个重要技术指标。,4)有效扭矩。柴油机曲轴输出的扭矩，称为有效扭矩，用符号Me表示，单位Nm。它表示柴油机克服工作机械阻力矩能力的大小，但不表示做功的快慢。有效扭矩也是反映柴油机的动力性的指标。,(2)柴油机的经济指标,1)燃油消耗量。柴油机单位时间内所消耗的燃油量称为燃油消耗量或耗油量，用符号Gt表示，单位kgh。,2)燃油消耗率。柴油机每输出单位有效功率所消耗的燃油量称为燃油消耗率或耗油率，用符号ge表示，单位g(kWh)。柴油机产品说明书中，标有最低耗油率。,2柴油机的特性及特性曲线,柴油机的主要性能指标在不同工作状况下的变化规律称柴油机的特性。

22、这些变化规律用曲线的形式表示，即为特性曲线。特性曲线是生产厂家通过试验而绘制的，在其说明书或产品样本上均可查到。速度特性及速度特性曲线 负荷特性和负荷特性曲线 调速特性和调速特性曲线,(1)速度特性及速度特性曲线。,在供油量不变的条件下，柴油机的有效功率Ne、有效扭矩Me和耗油率ge等性能指标与转速间的变化关系，称为速度特性。图4-1所示为柴油机的速度特性曲线。柴油机的油门手杆固定在不同位置，可以测出不同的速度特性曲线。在最大位置的曲线称为全负荷速度特性曲线，其他位置测出的曲线称为部分负荷速度特性曲线。,由图4-1可看到：当转速增加后，有效功率Ne随之上升，当转速增加到一定数值时有效功率下降。

23、随着转速的增加，有效扭矩Me(是先增后减，其中有一最大值，有效扭矩曲线中间高两端低。耗油率ge随转速的增加而降低，当转速为n0时耗油率最小，随着转速的再增加，耗油率又增大，形成两端略高中间低的曲线。由此可见，柴油机在最大有效扭矩所对应的转速和最大有效功率所对应的转速范围内运行，其动力性、经济性及可靠性都很好，运行也最经济。,图4-1 柴油机速度特性曲线示意图,(2)负荷特性和负荷特性曲线,柴油机在保持转速不变的条件下，耗油量Gt和耗油率ge随有效功率Ne而变化的关系，称为负荷特性。,图4-2所示的曲线即为负荷特性曲线。由该图可看出，在柴油机转速不变的情况下，不同负荷下的耗油量Gt基本上是一条上

24、升的直线，而耗油率ge的变化则是一条具有最小值的曲线。当Ne较小时，耗油率ge很高，随着负荷的逐渐增大，ge则迅速减小，当负荷增大到Ne1时，ge达到最低值。而随着负荷的再增加，耗油量增加，耗油率反而又增加。由此可见，只有在负荷为Ne1时，耗油率最小，柴油机的工作也最经济。所以，柴油机的持续功率一般标定在耗油率的最低点附近。,图4-2 柴油机负荷特性曲线示意图,柴油机在各种转速条件下的负荷特性曲线称为部分负荷特性曲线，如图4-3所示。由图可看出，不同的转速，对应于最小耗油率的负荷不同。所以，根据不同的负荷选择柴油机不同的工作转速。,图4-3 柴油机部分负荷特性曲线示意图,(3)调速特性和调速特

25、性曲线,装有调速器的柴油机，在正常负荷时，其转速、耗油量和耗油率等随负荷变化而变化的关系，称为柴油机的调速特性。图4-4所示为柴油机调速特性曲线。,由该图可看出，当机器空载时，转速n为2160rmin，当负荷逐渐增大时，转速随之而降低。由于调速器自动把供油量调大，Gt曲线上升，使有效扭矩Me也随之增大，Me曲线上升，用于克服增加的负荷，使转速降低不多。在正常负荷下，调速器能使柴油机保持在20002160rmin之间稳定工作。ae段曲线是在油门处于最大位置时的调速特性曲线。当超负荷时，由于调速器起不到调大供油量的作用，调速特性按be段曲线变化。由Nege曲线还可看到，当机器接近满载时，ge值较低

26、。如负荷降低，则应改变油门位置，降速运行，才能使柴油机在低耗下工作，取得经济运行的效果。,图4-4 柴油机调速特性曲线示意图,（二）柴油机的选型,在使用柴油机作为动力机时，选型应注意做好如下几个方面的工作。1功率的确定 2转速的确定 3耗油率的确定 4柴油机结构的选择,1功率的确定,从特性曲线分析看到，要获得柴油机较好的动力性和经济性，选型时应使计算的水泵配套功率与柴油机的额定功率相符合，避免过大或过小。柴油机功率过大，浪费功率，耗油多，增加提水成本；功率过小，使水泵出水量减少，或无法抽水，造成柴油机超负荷运转，耗油多，磨损大，不经济。,2转速的确定,选配柴油机时，应考虑使柴油机在耗油率最低的

27、转速下正常工作。如柴油机的额定转速与水泵转速不一致，应分析柴油机的特性曲线，从有利的转速范围内选择。如选不到与水泵转速一致的柴油机，就应使两者转速比较接近，而后再进行传动装置计算。柴油机转速的可变性，使柴油机成为最适于水泵变速调节的动力机之一，并且操作简单，能满足水泵的变速范围，且效率降低较少。但水泵的转速不应超过柴油机的变速范围。,3耗油率的确定,泵站运行费用与耗油率的高低有关，耗油率与负荷、转速有联系。在确定耗油率时，除考虑正常负荷下的耗油率最小外，还要考虑选转速、负荷变化时耗油率上升不大的机型。,4柴油机结构的选择,在考虑上述因素后，还应考虑选择机器结构简单、紧凑，外型尺寸较小，零配件少

28、，易标准化的多缸机型的柴油机。这样可减少土建投资和维护、维修费用等。,第三节 传动设备,传动设备是使水泵与动力机联系起来，把动力机的机械能传递给水泵，使水泵正常工作的设备。传动设备分为直接传动和间接传动两种。当动力机与水泵的转速相等，旋转方向相同，轴线均在一条直线上时，采用直接传动。如果两者转速不等，或旋转方向不同，且轴线不在一条直线上时，采用间接传动。直接传动为联轴器传动；间接传动常用的有皮带传动和齿轮传动。随着科学技术的进步，自动化程度的提高，液压传动、电磁传动等也将被广泛使用。,一、直接传动,直接传动的常用设备为联轴器，它把动力机和水泵的轴联在一起，使之一起转动。直接传动的优点主要是结构

29、简单、传动平稳、安全可靠、传动效率高、占地面积小；其缺点主要是不便于转速的调节，不利于小型动力机的综合利用。根据构造的不同，联轴器分为刚性联轴器和弹性联轴器两种。,（一）刚性联轴器,刚性联轴器有多种结构型式，常用的结构型式为凸缘联轴器。凸缘联轴器是由两个带凸缘的半联轴器和螺栓组成。两半联轴器用螺栓连接，半联轴器与轴之间用键连接。有的除用键连接外，还用拼紧螺母拧紧，如图4-5所示。,图4-5 刚性凸缘联轴器(a)键连接，(b)键加拼紧螺母连接l一动力机轴；2一连接螺栓；3一键；4一泵轴；5一拼紧螺母,刚性凸缘联轴器结构简单，传递转矩大，成本低。但由于刚性连接，安装精度要求较高，一般只用于立式轴流

30、泵中。,（二）弹性联轴器,弹性联轴器常用的有圆柱销弹性联轴器和爪形弹性联轴器。圆柱销弹性联轴器是由半联轴器、圆柱销、弹性圈和挡圈组成。由于弹性圈是用橡胶或皮革制成的，具有缓冲和减振作用。该联轴器安装时精度低，所以使用较为普遍。圆柱销弹性联轴器如图4-6所示。,图4-6 圆柱销弹性联轴器1半联轴器；2挡圈；3一弹性圈；4一柱销,爪形弹性联轴器由两半爪形联轴器和星形弹性块组成。星形弹性块用橡胶制成，具有良好的弹性。该联轴器结构简单、安装精度要求不高，但因制造本身精度要求高，传递转矩较小等，一般用于小型水泵中。爪形弹性联轴器如图4-7所示。联轴器一般均由水泵厂成套供应，如需选用，可按所需直径和传递扭

31、矩从标准化的产品中选择。,图4-7 爪形弹性联轴器1一水泵联轴器；2一弹性块；3一动力机联轴器,圆柱销和爪形弹性联轴器的性能及优、缺点见表4-2。,表4-2 弹性联轴器性能特点及优缺点对照表,注 表中d为联轴器直径，单位mm。,二、间接传动,间接传动主要有齿轮传动和皮带传动。,（一）齿轮传动,齿轮传动是靠两个齿轮的轮齿啮合运动来传递能量的。齿轮传动有圆柱齿轮、伞形齿轮和齿轮变速箱等形式。根据水泵轴与动力机轴的相对位置不同，所采用的齿轮传动形式不同。如图4-8所示，两轴平行时，采用圆柱形齿轮；两轴相交时，采用伞形齿轮，在大型泵站还可采用齿轮变速箱传动。齿轮传动具有传递效率高、传递功率范围大、寿命

32、长、传动比精确、操作安全、结构紧凑、占地面积小等优点。但仍存在齿轮传动制造工艺复杂，安装精度较高，价格昂贵等缺点，目前使用不太普遍。,图4-8 齿轮传动(a)圆柱齿轮传动，(b)伞形齿轮传动,（二）皮带传动,皮带传动是由皮带和皮带轮组成的，依靠皮带及皮带轮之间的摩擦来传递功率。皮带传动的优点是：传动平稳、噪音小缓和直接冲击、吸收振动；结构简单，维修、使用方便，成本低；过载时，因皮带打滑可免遭机器破坏。其缺点是：泵及动力机轴和轴承均受一定的弯曲应力，传动比不易控制，传动效率低，占地面积大等。皮带传动的类型分为平皮带传动和三角带传动两种。皮带传动的形式分为开口传动、交叉传动和半交叉传动三种。,图4

33、-9 平皮带传动形式示意图(a)开口式；(b)交叉式；(c)半交叉式,(1)开口传动。当水泵和动力机的两轴平行，旋转方向一致时，用开口传动。常采用三角带或平皮带传动，如图4-9(a)和图4-10所示。,(2)交叉传动。当水泵和动力机的两轴平行，旋转方向相反时，用交叉传动。常采用平皮带传动。,(3)半交叉传动。半交叉传动适用于水泵和电动机的两轴成90。交角，且皮带轮不能倒转的场合。,图4-10 三角带传动示意图,2皮带传动的有关计算,皮带传动的技术关键是根据旋转方向、转速、形式等要求，确定大小皮带轮的直径、中心距、皮带长度、宽度及皮带轮的结构、尺寸等。,(1)皮带轮直径与额定转速的关系,水泵和动

34、力机是靠两个皮带轮的不同直径来实现各自的额定转速的。当不计皮带在皮带轮上打滑丢转时，其关系为,式中 n动动力机的额定转速，rmin；n泵水泵的额定转速，rmin；D动动力机皮带轮的直径，mm；D泵水泵皮带轮的直径，mm。,(4-9),动力机的额定转速与水泵的额定转速之比称为传动比，用i来表示，即i=n动/n泵。平皮带传动由于皮带与皮带轮接触面积小，其i值较小，一般i3，最大不超过5。三角带传动因角带与皮带轮接触面积较大，i值也较大，一般i7，最大不超过10。在实际运行中，因摩擦力不够，致使皮带打滑而丢转，降低了额定转速，因此计算时应考虑打滑系数。一般三角带传动的打滑系数为1.011.02，平皮

35、带传动的打滑系数为1.021.05。即三角带传动的皮带轮直径计算公式为(4-10)平皮带传动的皮带轮直径计算公式为(4-11),图4-11 皮带轮不同直径及两轮中心距示意图,两皮带轮的中心距离如图4-11所示。两轮中心距S不宜太大或太小。S太大，皮带过长，工作易引起振动，降低传动效率，且易损坏皮带，泵房面积大，增加基建投资；S太小，小皮带轮包角不足，皮带与皮带轮之间接触面积小，皮带易打滑丢转，传动效率和使用寿命降低，造成浪费。两皮带轮中心距离适宜范围见表4-3。,(2)两皮带轮中心距离,(3)皮带长度的计算,当两皮带轮中心距离确定之后，需计算皮带的长度。皮带长度可用下列公式进行计算。,交叉式：

36、,半交叉式：,式中 L皮带总长度，mm；S两皮带轮中心距离，mm；D大大皮带轮的直径，mm；D小小皮带轮的直径，mm；各种传动方式的比较见表4-4。,(4-12),(4-13),开口式：,(4-14),表4-4 传动方式比较表,第四节 管路及附件,当水泵、动力机及传动设备选定后，就要对水泵的进、出水管路及管路上的附件进行选择和配套。本小节讨论：管路的选择和配套 管路附件的选配,一、管路的选择和配套,管路的选择和配套主要是选配适宜的管材、管径及合理的布置形式。管路分为进水管路和出水管路两部分。,进水管路,出水管路,(一)进水管路的选配,1管路布置应考虑的因素 进水管路一般较短。在布置时应考虑如下

37、几方面:(1)管路严格密封，防止漏气、漏水影响水泵的正常运行。(2)尽量使进水管路长度短、管件少，管线平直、转弯小，以减小进水管路的水头损失。(3)进水管路上的弯头应与水泵保持一定的距离，一般不要在进水管路上安装闸阀。如确实需要安装，应水平安放并不要经常开、关，且应保持常开状态，避免上部存气，影响叶轮进口的流态均匀。,2进水管路管材及管径的选配 进水管属外压管，应具有一定的刚度。所以常选用钢管。钢管中包括无缝钢管、熟铁管及钢板焊接管。由于无缝钢管价格昂贵，一般很少使用。进水管直径在150mm以下时选用熟铁管；大于150mm时选用钢板焊接管。,无缝钢管 无纵缝，横缝用焊接、法兰连接成整体，强度高

38、，造价高，施工困难。国内：D60cm；国外：D120cm。适用高水头小流量电站。,钢管管节,焊接管：钢板按要求的曲率辊成弧形，焊接成管段。适用于各种直径、水头，造价低。(1)纵缝：焊缝交错排列，避开两个中心轴。(2)相邻管壁厚度差2mm，内部光滑，外部成台阶状。,焊接管,管径选取的大小与管路的水头损失和投资有关，一般进水管的直径不宜选的太小，管径越小，水头损失越大。但管径太大，其造价又太高。所以，在选配管径时，一般选择比水泵进口直径大一级的尺寸，或用下列公式计算管路直径。（4-15）或(4-16)式中 D进水管直径，mm；Q进水管中流量，m3s；V管中控制流速，ms，一般控制流速为1.52.0

39、ms。用上述公式计算出管径后，要参考有关手册，取其相近的标准管径。,(二)出水管路的选配,出水管路是指水泵出口至出水池之间的管路。出水管路属内压管路，应有足够的强度。1出水管路管线的选择 出水管路一般较长，管线选择的正确与否，对泵站的安全运行和工程投资影响很大。管线选择应遵循如下原则：,(二)出水管路的选配,(1)管线应尽可能垂直于等高线，缩短管路长度，有利于管坡稳定，降低投资。(2)管线尽可能减少转弯，以减小水头损失。(3)选择地质条件好、地基牢固坚实的地段铺设管线。如确需经过地质条件差或填方地段时，要采取工程措施加以处理。(4)尽量布置在最低压力线下(即水锤发生时管内水压降低过程线)，避免

40、产生水柱断裂现象，导致管路失稳、破坏。(5)管路需跨越山洪沟道时，要考虑防洪排洪措施。,2出水管材的种类及适用条件,出水管路常用的管材有：钢管、铸铁管、钢筋混凝土管及钢丝网水泥管等。(1)钢管。优点：管壁薄、重量轻、强度高；承受内水压力大、输水效率高；管段长、接头简单。缺点：造价高、易腐蚀、使用时需在表层涂较好的防腐材料。适用：高扬程的泵站，管径大于800mm的管道。,2出水管材的种类及适用条件,(2)铸铁管 优点是：造价比钢管低，不易腐蚀，寿命长。缺点：管壁厚、重量大、性脆；水头损失大、不易维修等。适用：中等扬程的泵站，管径小于600mm的管道。,2出水管材的种类及适用条件,(3)钢筋混凝土

41、管。有两种钢筋混凝土管，一种为普通钢筋混凝土管，另一种为预应力钢筋混凝土管。普通钢筋混凝土管其优点是，造价低、寿命长、养护费用低、输水效率高。预应力钢筋混凝土管其优点是，省钢材、抗渗性好、输水效率高，承受内水压力大。这两种管的缺点是，重量大、运输难度大、安装不方便、接口处理困难。普通钢筋混凝土管适用于50m水头以下的各种泵站，管径为301500mm的管道；预应力钢筋混凝土管适用于高扬程泵站，管径小于2000mm的管道。,钢筋混凝土管,2出水管材的种类及适用条件,(4)钢丝网水泥管。钢丝网水泥管与钢筋混凝土管相比，省钢材、管壁较薄、重量较轻、造价低、抗渗性好、抗裂能力强、输水效率高。其缺点是，运

42、输不方便、接口难度大。适用于40m水头以下的各种泵站，管径不同的各种管道。,3出水管的经济管径确定,在出水管路的长度和流量一定时，管径越小，投资越小。但管径小，管内流速大，水头损失大，能源消耗多，生产费用高。反之，管径大，耗材多，造价高。所以，在确定管径时，需经过技术经济比较，综合考虑制造、运输、施工等因素，选择经济合理的管径。,3出水管的经济管径确定,为计算方便，可用下列经验公式确定出水管路的经济管径。（1）由扬程和流量确定经济管径公式。(4-17)式中 D出水管的经济管径，m；Q出水管内最大流量，m3s；H净泵站的净扬程，m。式(4-17)适用于高扬程泵站。,3出水管的经济管径确定,（2）

43、简便经济管径计算公式。(4-19)式中 D出水管的经济管径，mm；Q出水管的设计流量，m3h。,二、管路附件的选配,管路附件的设置与管路长度、扬程大小、铺设方式等有关。一般管路附件包括管件及阀件等。选配管路附件根据运行安全、可靠、经济的原则进行。,1闸阀 闸阀一般安装在出水管路上。闸阀类型较多，可根据实际情况选择。它的主要作用有：,1、使离心泵可闭阀启动，降低启动功率；2、停机时，防止出水管路的水倒流；3、抽真空时，隔绝外界空气；4、检修水泵时，截断水流；5、水泵运行时，可调节水泵的流量或功率等。,2逆止阀,逆止阀安装在水泵出口附近的出水管路上。逆止阀是一个单向阀，如课本图4-13所示。这类阀

44、门是靠管路中介质本身的流动产生的力而自动开启和关闭的，属于一种自动阀门。,逆止阀,作用原理：这种类型的阀门的作用是只允许介质向一个方向流动，而且阻止方向流动。通常这种阀门是自动工作的，在一个方向流动的流体压力作用下，阀瓣打开；流体反方向流动时，由流体压力和阀瓣的自重合阀瓣作用于阀座，从而切断流动。,优缺点：优点：当事故停机时，防止出水管路中的水倒流，避免机组高速反转；缺点：由于安装逆止阀，水头损失大，且因为它忽然关闭，产生很大的水锤压力，易导致管路破坏，严重时引起爆管事故。,适应：一般小型泵站均不设置逆止阀。只在扬程高、管路长的泵站，一般选用微阻缓闭式逆止阀或缓闭式蝶阀。,蝴蝶阀,蝴蝶阀关,蝴

45、蝶阀开,3底阀,底阀是逆止阀的一种，这也是一种节约能源的阀,一般安装在水泵水下吸管的底端，是单向阀，底阀常与滤网连成一体，限制水泵管内液体返回水源,起着只进不出的功能。如书上图4-14所示。,带滤网的底阀,底阀的作用是在水泵启动前，人工充水时防止漏水。底阀的水头损失很大，使用过程中又易出现故障，现在大部分泵站均取消了底阀。,4拍门,设在水泵出水管出口处，利用水力和门体自重启闭的单向活门。拍门分整体自由式、平衡锤式和双节式等几种。自由式拍门当水泵开启后，在水流的冲击下自动打开。因拍门淹没于水下，停机后靠自重及倒流水压力自动关闭。平衡锤式拍门是在拍门的盖板上系一钢丝绳，该绳绕过滑轮，另一端挂有平衡

46、锤，如图4-16所示。,当水泵开启后，在平衡锤的作用和水流冲击下，拍门开启，并保持在一定的位置，从而，减小了水头损失。但是，当水泵停机后拍门在没有水流冲击的情况下缓慢关闭，延长了关闭时间，加大了关门时的撞击力。,图4-16 带平衡锤的拍门1一拍门，2一平衡锤,双节式拍门是由上、下两节盖板，中间用铰链连接构成。水泵开启后，在水流的冲击下下节门先开启，上节门在水流冲击和下节门的浮力作用下再开启，减小了开启时的水头损失。当水泵停机后，拍门关闭与打开顺序正好相反，减轻了拍门关闭的撞击力。,5变径接管,变径接管是用来连接进水管、出水管管径与水泵进、出口直径不同时的变径短管，如图4-17所示。,由于一般水

47、泵的进、出口直径比进、出水管管径小，必须用变径接管连接。变径接管分偏心和同心两种。为避免管中存气，水泵进口端用偏心变径接管；水泵出口端用同心变径接管。变径接管的长度L=(57)(D大D小)。D大、D小分别为变径接管大、小头的直径。,图4-17 变径接管示意图(a)偏心渐缩变径接管，(b)同心渐扩变径接管,6弯管,弯管又称弯头，是用来改变管路方向的管件。常用的弯管有90、60、45、30、15等几种。弯管有铸造和焊接两种类型。铸造弯管按外径或公称直径可从有关厂家选择；焊接弯管可现场制作，如图4-18所示为90焊接弯管，是由多个带斜截面的直管段焊接制成。,图4-18 90焊接弯管示意图,为减小水流

48、在弯管部分的水头损失，弯管的弯曲半径一般应大于管路公称直径50mm。在进水管路上布设弯管时，应使弯管与水泵进口的距离大于4D(D为管路直径)。,7喇叭口,喇叭口是安装在进水管路进口上的管件。其作用是减小进水管路进口的水头损失，改变叶轮进口的水流流态。,水泵抽水生产特点：能量转换在同一时间完成。即 供水 均衡 用水 Mt=Mg但这种动平衡状态往往由于各种原因不断遭到破坏。,水锤现象及研究水锤的目的,水锤现象,水泵,Mg：瞬变,Mt：不能瞬变，也不允许,Mt 适应Mg 的变化有一调节时间t,在t 过程中,压力水管中压力变化（水锤）,压力变化相对值,水锤：由水流的动能引起（管道末端流量急剧变化管道中

49、流速和压力随之变化“水锤”）。闸阀关闭时，在压水管中将引起压力上升，吸水管中则造成压力下降。闸阀开启时则相反，将在压水管中引起压力下降，而在吸水管中则引起压力上升。危害：1、压强升高过大水管强度不够而破裂；2、吸水管中负压过大吸水管汽蚀，水泵运行时产生振动；3、压强波动机组运行稳定性和供水质量下降。,调节保证计算的任务：1、计算有压引水系统的最大和最小内水压力。最大内水压力作为设计或校核管道强度的依据；最小内水压力作为压力管道线路布置，防止管道中产生负压和校核管内真空度的依据。2、选择合理的闸阀关闭时间和规律，保证压力变化不超过规定的允许值。3、研究减小水锤压强及机组转速变化的措施。,水锤计算

50、控制工况,引起水泵流量变化的原因有：,水泵正常运行情况下的负荷变化,水锤波传递的过程,担任峰荷或调频任务的泵站，水泵的流量处于不断变化中；正常的开机或停机,由此引起的水锤现象不起控制作用,水泵事故引起的负荷变化,水泵可能会出现各种各样的事故，而要求泵站丢弃全部或部分负荷,几个名词：水锤波；水锤压力；水锤波入射、反射，水库端异号等值反射，封闭端同号等值反射；相长：水锤波传播一个来回的时间；周期。,假设：1.简单管；管材、壁厚、管径沿管长不变。2.不计摩阻;3.考虑管道和水体的弹性。,阀门突然关闭,水锤传播过程,水 阀泵 门,水 阀泵 门,阀 水 门 泵,阀 水 门 泵,增高,恢复原状,降低,恢复