第三节 泵房通风 泵房内的热量：电机散热 电气设备散热 辐射热 泵房内温度过高的危害： 电机功率下降（T=50℃，W下降25%） 绝缘老化

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1 第三节 泵房通风 泵房内的热量：电机散热 电气设备散热 辐射热 泵房内温度过高的危害： 电机功率下降（T=50℃，W下降25%） 绝缘老化
第三节 泵房通风 泵房内的热量：电机散热 电气设备散热 辐射热 泵房内温度过高的危害： 电机功率下降（T=50℃，W下降25%） 绝缘老化 效率降低 影响工作人员身体健康 通风方式：自然通风（热压、风压） 机械通风

2 通风计算内容包括： 自然通风： ①根据通风量→进风、排风窗面积； ②根据已有门窗面积→校核通风效果。 机械通风： ①确定风道布置与截面尺寸、风压损失； ②选择风机。 *一般先考虑自然通风，主要是确定门窗面积，在自然通风不满足条件的情况下，考虑机械通风。

3 一、通风量计算 1．电动机散热 式中：N——电动机输出功率（kW）； η——电机效率； Z——电机运行台数； W——电机输入功率。
2．电气设备散热、辐射热 上述两项考虑为10%的电机散热。 所以，总的散热量

4 进入泵房的冷空气传入室内的热量+泵房内散热=排出室外热空气带走的热量
3．通风所需的空气量 热量平衡方程 进入泵房的冷空气传入室内的热量+泵房内散热=排出室外热空气带走的热量 Cp——空气的定压比热（kJ/kg·℃） *设计时，t内－t外=3~5℃

5 二、自然通风 1．根据已开窗面积，校核通风量 设进风窗面积F1，排风窗面积F2，两窗中心线高差H。 存在等压面N—N，该面室内外压力均为PN
下窗中心：内压力：P1内=PN+ρ内gh1 外压力：P1外=PN+ρ外gh1 因为P1外>P1内 所以下窗中心处压差： ΔP1=P1外－P1内=gh1(ρ外－ρ内) 同例：上窗中心：内压力：P2内=PN－ ρ内gh2 外压力：P2外=PN－ ρ外gh2。 P2内>P2外 所以，上窗中心压差：ΔP2=gh2(ρ外－ρ内)

6 F1、F2、H已知，可得： h2=H－h1 式中：ξ1——进风窗阻力系数； ξ2——排风窗阻力系数； ρ排——排气窗口处空气密度。 如上、下窗选用同种型号，则ξ1=ξ2 在上式中，一般认为ρ外≈ρ排，即ρ外/ρ排=1，则 ：

7 求进风窗、排风窗口风速： 如q1,q2>q，则说明自然通风满足要求，否则需要机械通风。

8 2．根据通风量推求所需进风、排风窗面积 设进风窗面积、排风窗面积分别为F1、F2，两窗中心高差H。 由此进行窗的布置
根据上述布置，按1再进行一次通风量校核。 *门窗面积一般要占墙面积的30%以上，一般在吊车梁上面布置排风窗，吊车梁下面布置进风窗。 *窗由定型产品可供选择。

9 三、机械通风 泵房机械通风的两种形式： 全面通风——向整个泵房通风。 局部通风——对电动机局部通风
（效果好），电机散出的热风由风道集中排出。

10 电动机冷却方式： （1）开敞式自然通风——小型立式、卧式电机； （2）半管道式通风——大中型立式同步电机；

11 （3）管道通风——卧式电机、风扇处加罩，将热风抽走；（送风）
（4）冷却器——大中型立式同步机（封闭循环式）。

12 1．通风量 t1——电机内允许最高温度； t2——吸入空气温度 *此公式与前相比少了Z，即每台电机均设专门的机械通风。

13 2．风压损失计算 （1）风道布置：有多种布置形式，与电机类型、泵房型式有关。 （2）风压损失： 对矩形管，
若h>hF （hF——电机风扇叶片转动是产生的风压） 则需加大管道面积或设风机。

14 第四节 泵房整体稳定分析 设计步骤： 整体稳定——泵房整体在各种荷载组合下不发生倾覆、滑动、浮起等破坏。 一、计算内容
第四节 泵房整体稳定分析 设计步骤： 规划提供资料→机组选型→装置设计→泵房型式、尺寸确定、设备布置→稳定分析→结构计算→施工图 整体稳定——泵房整体在各种荷载组合下不发生倾覆、滑动、浮起等破坏。 一、计算内容 抗滑、抗浮、抗倾、地基应力、地下轮廓线设计等。

15 二、计算情况 1、竣工工况（完建期） 工程刚建成尚未投入运行，后墙及侧墙等已回填土，有一定埋深的地下水，但进出水侧均无水，泵房承受自重（包括设备重）及土压力、地下水压力作用。 2、设计工况（正常运行期） 泵房在设计水位下运行 堤身式泵房：进水侧——设计水位 出水侧——设计水位 堤后式泵房：进水侧——设计水位 出水侧——地下水位（由渗流计算确定）。 站身除受自重及设备重量外，还承受作用于站身上的水重、水压力、土压力、扬压力等。

16 3、校核工况 4、检修工况 泵站出现校核水位情况。 指湿室、块基型泵站检修时，进水池或进水流道无水情况。
抽水站的检修一般在低水位情况下进行，进水池无水或取最低水位，出水侧或墙后取可能出现的相应水位。

17 5、止水失效工况 6、调相期 7、地震工况 指水平止水或垂直止水失效（断裂、破坏），从而引起渗径减小，渗透压力增大的工况。
对堤身式泵房来说，这种情况尤需校核，此时，进、出水侧均取▽设。 6、调相期 指大型同步电机调相运行时，流道内无水，机组空车运行。（空车调励磁，调节无功功率） 7、地震工况

18 三、荷载计算 恒载：泵房自重：屋盖、前后墙、梁、板、门、窗、底板……；机电设备：电机、泵等。
活载：土压力、水压力、水重、浮托力、渗透压力、浪压力、风载、雪载、人群荷载、地震荷载等。

19 1．土压力 无粘性土： 粘性土： * 如土的上部有均布荷载作用，则要考虑附加土压力的影响，P=qKa。
* 对粘性回填土，一般不考虑凝聚力C的影响或对C要折减（按20%考虑）。 * 墙后回填土如有一定地下水位，则水中部分土压力计算时取浮容重。

20 2．水压力 3．浮托力 4．渗透压力 P=rh 浮托力由下游水位产生。 由上下游水位差产生。
*止水以下直墙上的水压力计算方法。 3．浮托力 浮托力由下游水位产生。 4．渗透压力 由上下游水位差产生。 计算方法：直线比例法、阻力系数法、改进阻力系数法。

21 5．浪压力 对进出水池水面比较宽阔的情况进行浪压力计算，一般情况不考虑该项。 根据水位的深浅，浪压力呈以下两种图形。
影响因素：风速、水深、吹程、水面形状。 计算方法：《水闸设计规范》推荐。 《泵站设计规范》亦推荐以下二个公式： 官厅—鹤地公式；薄田试验站公式。 设计水位时，风速宜采用相应时期多年平均最大风速的1.5 ~2.0倍，最高运行水位或洪水位时，风速宜采用相应时期多年平均最大风速。

22 6．风压力 作用在泵房表面上的风荷载按下式计算 P=KⅠ×KⅡ×P0 式中：P0——基本风压（kg/m2）
（查“全国基本风压图”。它是指空旷平坦地面以上10m处30年一遇10min平均最大风速形成的压力。P0= v2/16。如P0<25kg/m2，则按25kg/m2考虑。） KⅠ——风压高度变化系数（查表）。 KⅡ——建筑物风载体形系数。

23 7．地震力 地震烈度为7°及7°以上时考虑。 地震情况下会产生：地震惯性力：水平、垂直。由惯性加速度引起。地震动水压力、地震动土压力。
（1）地震惯性力： （2）地震动水压力： （3）地震动土压力： ** 根据《水工建筑物抗震设计规范》 ①7°以下不考虑地震力。 ②3级以下建筑物不考虑地震力。 ③地震垂直惯性力按50%考虑。 ④地震荷载不与最高洪水组合。

24 四、站身稳定计算 1．失稳形式 （1）滑动 表层滑动——产生沿基底的平面滑动。
深层滑动——在垂直、水平荷载作用下，地基达到整体剪切破坏，形成一个连续的滑动面。 深层、表层滑动的判别: 临界垂直应力： PCK≥地基应力平均值，只可能发生表层滑动 PCK<地基应力平均值，只可能发生深层滑动。

25 （2）浮起 浮托力过大而致，一般发生在干室型泵房。 （3）倾覆 水平力过大，地基应力不均匀而致； 如发生过大的渗透变形，也会导致站房倾覆。

26 2．抗滑稳定计算 （1）齿坎较浅或无齿坎 f——底板混凝土与土的摩擦系数。 （2）齿坎较深

27 * ①∑V'中应考虑底板与滑动面间的土重。 * KC偏小的解决方法 ②对粘土， ，C'=(0.2~0.3)C 砂土, ，C'=0
①改变泵房尺寸。 ②上游加设铺盖，设法减小渗透压力。 ③加钢筋混凝土阻滑板（未加阻滑板时KC≥1）。 ④减小墙后填土高度，降底地下水位。 ⑤换砂垫层。

28 *特殊组合Ⅰ：施工情况、检修情况、非常运用情况 *特殊组合Ⅱ：地震情况
土基上沿闸室基底面抗滑稳定安全系数的允许值（GB/T 50265—97） 荷载组合 泵站建筑物级别 1 2 3 4、5 基本组合 1.35 1.30 1.25 1.20 特殊组合 Ⅰ 1.15 1.10 1.05 Ⅱ 1.00 *特殊组合Ⅰ：施工情况、检修情况、非常运用情况 *特殊组合Ⅱ：地震情况

29 要求：①σmax<[R]，σmin>0 ②
3．地基应力计算 要求：①σmax<[R]，σmin>0 ② [η]——不均匀系数允许值。 （与地基土质的坚实程度及荷载组合类型相关）

30 不均匀系数允许值（GB/T 50265—97） 地基土质 荷载组合 基本组合 特殊组合 松软 1.5 2.0 中等坚实 2.5 坚实 3.0
*对于重要的大型泵站，不均匀系数允许值可按上表列值适当减小。 *对于地基较好，且泵房结构简单的中型泵站，不均匀系数允许值可按上表列值适当增大，但增加值不应超过0.5。 *对于地震情况，不均匀系数允许值可按表中特殊组合栏所列值适当增大。

31 4．抗浮稳定计算 5．抗倾稳定计算 *1.05为特殊荷载组合；1.1为基本荷载组合。 * [Kf]只考虑荷载组合，不考虑泵站级别。
计算情况：对干室型泵房、泵房刚建好，未进行机组安装，四周未填土，出现最高水位。 5．抗倾稳定计算

32 五、泵房地基的渗透变形 渗透破坏是水利工程失事的主要原因之一，渗透变形主要有二种形式：流土、管涌。
渗透变形的主要原因——渗流出逸点处的渗透坡降i过大。 防止渗透变形的措施： ①设计好的地下轮廓线； ②做好防渗和排水设施； ③在可能的情况下，减小ΔH（如设计成堤后式）。

33 六、地下轮廓线设计 1．渗径长度的确定 勃莱法：Lmin≥C·ΔHmax 莱因法： 2．增加渗径的方法
①上游设防渗铺盖，并在连接处做好止水； ②加深齿墙（0.5~2m）； ③加防渗板桩。 3．排水 在下游设冒水孔 孔径：φ50~φ100mm 间隔：1 m左右 设反滤层

34 第五节 站房主要构件及计算 一、挡土墙 二、屋架 三、吊车梁 四、排架

35 1．水泵梁 水泵梁的型式与泵的大小有关 ①型式 大型水泵采用其它的支承型式如： 支墩：（江都一站、二站）
吊支在砼弯管或泵井上：（江都三站等）。

36 ②荷载： a．梁的自重——垂直均布静荷载q。 b．泵体重——喇叭口、导叶体、弯管等P1。 c．出水弯管至后墙之间的水重、管重P2。
其中b、c——P1、P2传给水泵梁，认为是集中荷载，各梁承担1/2，即：

37 d．正常运行、事故停机产生的水平冲击力、垂直冲击力。
通常只计算事故停机或拍门失效时产生的水平冲击力。 动量方程： ， Q——倒转流量，取（1.2~1.6）Q设 作用在弯管的力Rx=Fx，Rx——作用在泵上的水平力。 Rx要作用在两根梁上，而且还要考虑一动力系数K=1.2~1.8 故每根梁上所受到的水力冲击为：

38 ③计算简图 a．墩墙式 b．排架式

39 2．电机支承结构 ①支承形式 a．梁式支承 采用井字梁，主梁机跨在隔墩上，结构简单，施工方便。大部分800kW以下的机组采用这种型式。
b．构架式支承 组成： 圈梁：（属构架上部结构）L形断面 立柱：支承在泵井上 这种结构常结合水泵井采用。 优点：整体刚度好、联轴层空间大、检修方便。 适用：适用于1600kW以上的机组。

40 c．纵梁牛腿式 优点：使水泵层、检修层布置宽敞，便于操作及拆装检修。 适用：1600 kW以下机组。 d．园筒式支承 由上下直径相同的园筒构成电机支座。 优点：刚度大、抗扭、抗振性好。 缺点：使检修层空间减小，检修不便。 仅用于7000kW立式机组，与蜗壳、出水室相结合。

41 e．块状支承 适用于卧式机组，一般为大体积混凝土。只要满足强度和稳定性即可。

42 ②荷载 a．垂直静荷载P1。机座自重、电机层部分楼板传来的重量，电机定子、上机架、下机架等。 b．活荷载。轴向水压力：
c．水平推力（切向力） 正常扭矩： M正=9.552Ncos/n 短路扭矩： M短=9.552N/nχsk χsk——电机暂态阻抗0.18~0.33 扭矩产生的左向水平推力（切向力）要分配到各个螺栓上。 （一般M短>M正，所以MK=M短） α——系数，19.61。

43 由于相组转动部分会产生偏心，故旋转时有一定水平离心力。
d．水平离心力（径向） 由于相组转动部分会产生偏心，故旋转时有一定水平离心力。 W——转动部分重量；ω——角速度。 *注意：除了水推力外，均要乘以动力系数。K=1.3~2.0（有的文献取1.3~1.5）

44 ③动力计算：不能发生共振（振动频率计算）；振幅验算；动力系数验算。
《规范》要求： 水平振幅fh≤0.20mm； 垂直振幅fv≤0.15mm。 动力系数验算结果为1.3~1.5。 ④结构计算 抗弯、抗扭、裂缝验算。 ⑤结构计算

45 六、出水流道 1．虹吸式出水流道 管墩整体式：只作横断面结构计算。 分段式：横断面结构计算，纵向静力计算。 ①荷载 a．结构自重；
b．内水压力； c．负压； d．驼峰断面的动水压力： （根据正、负来定） e．外水压力（低于泵站出口水位或地下水位才有）； f．侧土压力； g．温度应力，简化计算时，可假定内外壁温差为一常数，Δt=5~10℃ ②计算方法：按平面框架处理。

46 2．蜗壳式出水流道 蜗壳式出水流道在出水管道结构上与虹吸、直管流道类似，但其出水室与它们不同。由边墙、顶板、底板、小中墩组成，是一种几何形状复杂的块状结构。 用刚架法计算内力。 配筋： 顶板：按偏心受拉（弯）构件配筋，受力筋为径向。 边墙：按偏心受拉（压）构件配筋，受力筋为竖向。 参考《大型电力排灌站》。

47 七、底板 1．干室型泵房底板 结构简单，中小型工程按倒置梁法。大型工程按弹性地基梁法。

48 2．块基型泵房底板 3．抗裂验算 按顺水流方向分：进水流道底板、排水廊道底板。
按垂直水流方向分：中跨（缝墩与缝墩之间）；边跨（缝墩与岸墩之间）。 ①进水流道底板 ②排水廊道底板 3．抗裂验算 Df≤[Df]

49 参考文献： 1．泵站设计规范．GB/T 50265-97 2．水闸设计规范．SL265-2001
3．水工混凝土结构设计规范． SL/T 4．水工建筑物抗震设计规范．SL203-97 5．抽水站．上海科技出版社．1986.2 6．大型电力排灌站．水利电力出版社 7．江都抽水站（第一版、第三版）．水利电力出版社 8．水泵及水泵站．科技文献出版社，2003.4 9．泵站工程设计规范[日]．水利电力出版社，1990.8（黄林泉等译） 10．泵站设计与抽水装置试验[苏]．水利电力出版社，1990.2（窦以松等译）