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(diǎn)難點(diǎn)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(jì)算和排水泵的選擇3、排水系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)原則和要求4、會(huì)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(shí)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?jī)?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(diǎn)是排水量大，設(shè)備的位置低，需用水泵在較短的時(shí)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(diǎn)是排水點(diǎn)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(tái)互為備用的水泵排至下游，對(duì)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(shí)，需設(shè)置廠區(qū)排水泵對(duì)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(jiǎn)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(jì)、施工和運(yùn)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(jì)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(jì)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(jì)值，然后參考已運(yùn)行的同類型水電站滲漏水量的大小，并結(jié)合本電站的實(shí)際情況，確定出滲漏排水量值以作為設(shè)計(jì)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(shí)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(tái)互為備用的滲漏排水泵排至下游。

集水井有幾個(gè)特征水位，即停泵水位、工作泵啟動(dòng)水位、備用泵啟動(dòng)并發(fā)信號(hào)的水位、報(bào)警水位以及井底高程與井頂高程。

有效容積：工作水泵啟動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)，而是每隔半小時(shí)至一小時(shí)啟動(dòng)一次。

若集水井有效容積過小，則排水泵啟動(dòng)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(dòng)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(shí)所要求的淹沒深度；

備用容積：為工作泵啟動(dòng)水位至備用泵啟動(dòng)水位之間的集水井容積；

安全容積是指報(bào)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(dòng)水位一般應(yīng)低于廠房最低排水地面的高程。它使水位報(bào)警之后能有一定的時(shí)間采取必要的臨時(shí)措施，防止水淹廠房。備用泵啟動(dòng)水位至報(bào)警水位的距離，以及工作泵啟動(dòng)水位至備用泵啟動(dòng)水位的距離不宜過小。否則，在水位波動(dòng)時(shí)，不能保證自動(dòng)控制的準(zhǔn)確性。一般要求兩個(gè)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(dòng)的同時(shí)就發(fā)報(bào)警信號(hào)，而不另設(shè)報(bào)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(guó)內(nèi)已運(yùn)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(jiǎn)單，維護(hù)方便，價(jià)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(dòng)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(duì)高，不存在吸程和充水問題，也無電機(jī)防潮問題，但傳動(dòng)軸長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)較麻煩，價(jià)格較高。潛水泵：具深井泵的優(yōu)點(diǎn)，而且耗電少，效率高，安裝方便，但對(duì)密封要求嚴(yán)，檢查維護(hù)不便。射流泵：優(yōu)點(diǎn)是不以電能為動(dòng)力，全廠失電仍能正常工作。缺點(diǎn)是效率低，同時(shí)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(jì)算。3>水泵揚(yáng)程計(jì)算排水泵的總揚(yáng)程應(yīng)按尾水管底板最低點(diǎn)的高程與檢修時(shí)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(tái)，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，每臺(tái)泵的流量與揚(yáng)程都應(yīng)滿足計(jì)算值要求。

4>自動(dòng)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(jì)，稍有不慎而出現(xiàn)排水泵未及時(shí)起動(dòng)，就可能造成水淹泵房，甚至水淹廠房的事故，此類事故國(guó)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(dòng)控制方式，即能根據(jù)集水井中水位，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)工作水泵和備用水泵的啟停，并能在備用水泵啟動(dòng)或達(dá)到報(bào)警水位時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，以提醒運(yùn)行人員及時(shí)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(jì)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(shí)間內(nèi)完成，而且排水時(shí)也不需要增加其他排水設(shè)施，因此通常無須計(jì)算這部分排水量的大小。但當(dāng)壓力引水管道較長(zhǎng)時(shí)，這部分排水所需的時(shí)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(shí)，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(shí)，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(shí)的下游尾水位，通常按一臺(tái)機(jī)組檢修，其余機(jī)組在額定工況下運(yùn)行時(shí)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(shí)，下游尾水位則按實(shí)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(jì)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(shí)，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(shí)間的漏水量可按下式計(jì)算：

其中：

—上游閘門水封每米長(zhǎng)度的單位時(shí)間漏水量—上游閘門水封長(zhǎng)度—下游閘門水封每米長(zhǎng)度的單位時(shí)間漏水量—下游閘門水封長(zhǎng)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(tái)機(jī)組的尾水管相聯(lián)，機(jī)組檢修時(shí)，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(shí)，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(shí)，尾水管中的積水會(huì)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(shí)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(duì)水泵揚(yáng)程和運(yùn)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(dòng)充水排氣設(shè)備，這樣可彌補(bǔ)離心泵的不足。對(duì)于沖擊式水輪機(jī)，可采用移動(dòng)式潛水泵，當(dāng)機(jī)組檢修時(shí)，臨時(shí)放在尾水坑內(nèi)進(jìn)行排水。對(duì)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(dòng)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(jì)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(shí)間的漏水量之和；T—排水時(shí)間，一般為4~6小時(shí)。單臺(tái)泵的流量為：Q泵=

Q/Z其中：Z—水泵的臺(tái)數(shù)，一般不少于兩臺(tái)，無須備用排盡存水后，一般由一臺(tái)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(tái)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(yáng)程計(jì)算排水泵的總揚(yáng)程應(yīng)按尾水管底板最低點(diǎn)的高程與檢修時(shí)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(dòng)化要求檢修排水泵只在機(jī)組檢修期間投入運(yùn)行，對(duì)自動(dòng)化程度無特殊要求，當(dāng)條件不具備時(shí)甚至可以采用手動(dòng)操作。采用手動(dòng)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(dòng)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(dòng)控制，而原來采用手動(dòng)控制的也逐步在實(shí)施或已完成了檢修排水的自動(dòng)化改造。第5.4節(jié)排水系統(tǒng)圖1、設(shè)計(jì)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(duì)大中型水電站，滲漏排水和檢修排水應(yīng)分為兩個(gè)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(xiǎn)。同時(shí)，檢修排水量大，所需水泵電動(dòng)機(jī)容量也大，而滲漏排水量小，所需水泵電動(dòng)機(jī)容量小，卻要求水泵經(jīng)常運(yùn)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(yùn)行效率低，運(yùn)行費(fèi)用高。此外，滲漏排水和檢修排水在操作方式和自動(dòng)化程度上的要求也有很大的差別。

對(duì)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(shí)應(yīng)采取措施防止水向集水井倒灌。繪制排水系統(tǒng)圖時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)連接特點(diǎn)、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(shí)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(huì)，以便臨時(shí)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(shí)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(tái)滲漏排水泵，由水位計(jì)控制運(yùn)行，互為備用，定期輪換。集水井清淤采用一臺(tái)移動(dòng)式潛水排污泵，手動(dòng)控制運(yùn)行。清淤時(shí)將泵放入井底，不用時(shí)提出井外。檢修集水井和滲漏集水井共用一臺(tái)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(shí)，可手動(dòng)控制，3臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行，排水時(shí)間約為5小時(shí)。在抽排閘門漏水時(shí)，水泵轉(zhuǎn)為由水位計(jì)自動(dòng)控制，一臺(tái)工作，兩臺(tái)備用。集水井清淤采用一臺(tái)移動(dòng)式潛水排污泵，手動(dòng)控制運(yùn)行。清淤時(shí)將泵放入井底，不用時(shí)提出井外。檢修集水井和滲漏集水井共用一臺(tái)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(dòng)充水

水泵啟動(dòng)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(shí)，水泵啟動(dòng)前泵體內(nèi)是空氣，葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)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(shí)，應(yīng)設(shè)置啟動(dòng)充水設(shè)施。離心泵常用的啟動(dòng)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(dòng)時(shí)的充水水源可取自技術(shù)供水干管、設(shè)置獨(dú)立的充水水箱或安裝臨時(shí)充水管道。水泵運(yùn)行正常后的啟底閥水泵出口止回閥設(shè)旁路充水閥動(dòng)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(dòng)前自動(dòng)打開為水泵充水，水泵啟動(dòng)后再自動(dòng)關(guān)閉。2、設(shè)置真空泵，不裝底閥真空泵實(shí)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(dòng)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(gè)星形葉輪，啟動(dòng)前泵室內(nèi)充有規(guī)定高度的水。當(dāng)葉輪按順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，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?jī)?nèi)表面剛好與葉片頂端接觸（實(shí)際上葉片在水環(huán)內(nèi)有一定的插入深度）。此時(shí)葉輪輪轂與水環(huán)之間形成一個(gè)月牙形空間。如果以葉輪的上部0°為起點(diǎn)，那么葉輪在旋轉(zhuǎn)前180°時(shí)小腔的容積由小變大，且與端面上的吸氣口相通，此時(shí)氣體被吸入，當(dāng)吸氣終了時(shí)小腔則與吸氣口隔絕；當(dāng)葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，小腔由大變小，使氣體被壓縮；當(dāng)小腔與排氣口相通時(shí)，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(dòng)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(shí)，就表示水泵已充滿水，此時(shí)即可關(guān)閉射流泵的高速水流，啟動(dòng)水泵。

用射流泵為離心泵起動(dòng)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?dòng)能。由于流速很大，射流質(zhì)點(diǎn)的橫