第三章　抽水站工程.

Presentation on theme: "第三章　抽水站工程."— Presentation transcript:

1 第三章　抽水站工程

2 設置抽水站（pump station）之時機
1.地勢平坦且需很深的管道才能維持最低流速0.6 m/s 2.管線無法依重力接入已埋設好的大管或污水處理廠 3.地形或地理因素，有其他地下埋設物阻隔，下水道無法通過 4.在污水處理廠內，為使污水或污泥輸送順利

3 3-1 抽水站設計原則 抽水站設計內容 1.抽水站之形狀構造：因地制宜，使系統水力特性及功能發揮最佳效果
3-1　抽水站設計原則 抽水站設計內容 1.抽水站之形狀構造：因地制宜，使系統水力特性及功能發揮最佳效果 2.濕井（wet well）設計及附屬設備：接受管線污水，並供抽水前暫時儲存用；濕井內應設攔污柵或磨碎機（Why？） 3.乾井（dry well）設計：裝設抽水機及吸水、出水管線；緊臨濕井而設 4.抽水機之選擇及擺設：詳3-2節 5.吸水及出水管線系統設計：詳3-3節 6.抽水站儀錶控制系統設計：包括中央控制系統、現場控制箱設計

4 一、抽水站設計之考慮因子 1.下水道抽水站型式：乾式、濕式、沈水式、螺旋式（圖3-1，p. 113）通常大型抽水站為乾式，污水經粗攔污柵後再流入乾井內之抽水機通常小型抽水站為濕式，沈水式抽水機裝設於濕井內 2.抽水機設置台數：通常採用同一容量、同一性能原則（表3-1，p. 114） 3.應備有緊急發電機及溢流措施 4.宜採乾井通風與抽水井通風分開設置原則 5.抽水機應採用不易阻塞、抗腐蝕、磨損少之構造

5 6.設計抽水量：分流制下水道以最大時污水量設計合流制下水道以計畫最大時污水量之3倍以上設計
7.抽水站之構造物，以不浸水為宜 8.抽水站位置應以不影響周圍環境為宜 9.一般於埋管深達7～8 m才設置抽水站 10.污水抽水井設計原則：見下一小節

6 二、污水抽水井（濕井）設計原則 1.導水路流至抽水井之污水，不可有急速方向變化或明顯流速改變 2.抽水井入口附近的流速以0.5～0.8 m/sec為宜，水井內流速應＜0.3 m/sec 3.抽水井內之水流應能均勻地流入各抽水機 4.抽水井上部應設置水密性人孔，供維修清理用，並具備防淹水、防臭功能

7 5.污水在抽水井內停留時間應不超過30 min，以防止污水腐敗
6.每台抽水機每次開動時間不少於5分鐘 7.抽水機吸水管端須裝設喇叭管，喇叭口應有足夠浸水深 8.以較高水位為抽水機之最低吸水位 9.每一抽水機應裝置有分開之進水管，進水管不得截留空氣

8 三、濕井設計容量 式中，te＝抽水機運轉時，將濕井內污水抽至抽水機停止操作水位所需之時間（min）故一次抽水循環之總時間θ（抽水機起動至停止之時間）為

9 欲使θ為最小，即求V/θ之最大值將式(5)微分，得

10 式(7)代入式(3)，得 式(8)即為抽水站濕井之設計容量

11 3-2 抽水機之種類 1. 雨水抽水機通常為離心式抽水機，依其水流型式可分為輻流型、混流型及軸流型
3-2　抽水機之種類 1. 雨水抽水機通常為離心式抽水機，依其水流型式可分為輻流型、混流型及軸流型 （表3-2各種型式抽水機之操作特性比較，p. 118） （圖3-3典型之離心式抽水機特性曲線，p. 119） 2. 污水抽水機型式有離心式、螺旋式、渦流式 3.污泥抽水機型式有離心式、螺旋式、渦流式、往復式 4. 加藥抽水機型式有渦流式、往復式、隔膜式 （圖3-4典型污水處理廠抽水機種類之應用，p. 120）

12 3-3 抽水機設計原則 1. 抽水機揚水量（pump capacity）為抽水機於單位時間內抽送之污水量，單位：CMS、CMM、CMD
3-3　抽水機設計原則 1. 抽水機揚水量（pump capacity）為抽水機於單位時間內抽送之污水量，單位：CMS、CMM、CMD 2. 抽水機設計台數（表3-1，p. 114） 3. 抽水機口徑（pump diameter，D） 式中，Q＝抽水機揚水量（CMM） v＝抽水機吸水管之流速（1.5～3 m/s為宜）

13 4. 抽水機總揚程（pump total head）
專有名詞說明： (1)抽水機特性曲線（characteristic curves）： 抽水機於特定的轉速N下，水量Q與水頭 H、馬力P、效率E有一定之關係 註：H～Q曲線常稱抽水機水頭-容量曲線（pump head-capacity curve）

14 (2)抽水機系統水頭-容量曲線： 於一定的管徑下，隨抽水機抽水之增加，各種損失水頭亦隨著增加之曲線

15 (3)總靜水頭（total static head）：出水液面與抽水液面之垂直高差
(4)最高淨揚程（maximum net head）：抽水時，吸水邊最低水位與出水邊最高水位之差 (5)最低淨揚程（minimum net head）：抽水時，吸水邊最高水位與出水邊最低水位之差 (6)總動水頭（total dynamic head）：於抽水管線系統中，抽水機運轉所須克服的水頭，可由靜吸水頭、靜出水頭、摩擦損失水頭、速度水頭及次要水頭損失等之總和計算而得 (7)最高總揚程（或稱最高總動水頭）：抽水量最大（Qmax）時，發生在系統水頭曲線上之揚程

16 (8)最低總揚程（或稱最低總動水頭）：抽水量最小（Qmin）時，發生在系統水頭曲線上之揚程
(9)系統水頭（system head）：在一定流量下，在抽水管線中，為克服摩擦損失所需之水頭 (10)靜吸水頭（static suction head）：被抽水液面與抽水機葉輪中心線之垂直高差 (11)靜出水頭（static discharge head）：出水液面與抽水機葉輪中心線之垂直高差 (12)摩擦水頭（friction head）：克服液體於管線中流動所造成摩擦力所需的水頭，可由Darcy-Weisbach公式求得：

17 或由Hazen-Williams公式求得：
式中，hf＝摩擦損失水頭（m） f＝摩擦係數（-） L＝管長（m） D＝管徑（m） g＝重力加速度（≒9.8 m/s2） C＝Hazen-Williams係數（100～120） v＝抽水管中流速（m/s）

18 (13)速度水頭（velocity head）：被抽水機抽送之液體，於系統中任一點所含之動能，可以v2/2g表示之
(14)次要水頭損失（minor head loss）：管線系統中，管件與閥件所造成的損失水頭

19 5.抽水機有效淨吸水揚程 (1)有效淨吸水揚程（available net positive suction head, NPSH）
式中，Hsv＝有效NPSH（m） Ha＝大氣壓（m） hs＝吸水高度（向上為負，向下為正（m） hv＝該水溫之飽和蒸氣壓（m） hf＝吸水及吸水管總損失水頭（m）

20 (2)抽水機所需之NPSH（required NPSH）
水流進入驅輪時之流速水頭與驅輪入口處發生之最大壓力降低值之和

21 6.抽水機之比流速（specific speed）
式中，Ns＝比流速（-） Q＝抽水機之抽水量（m3/min） N＝抽水機轉速（rpm） H＝抽水機總揚程（m）

22 7.抽水機動力 (1)水馬力（water horse power）亦稱理論馬力 式中，Hp＝水馬力（kW） ρ＝水密度（ton/m3）
Q＝出水量（m3/min） H＝揚程（m）

23 (2)軸馬力（shaft horse power）亦稱制動馬力（brake horse power）

24 8.電動機動力 電動機需要之馬力＝軸馬力 式中，α＝抽水機與電動機直接連結運轉時，考慮10%左右的電壓下降及2%左右的電源頻率變動，α＝0.1～0.2 Et＝電動機之效率，直接連結為1.0，V型連結為0.95

25 3-4 抽水機之並列組合與直列組合 1. 抽水機之並聯組合（in parallel）
3-4　抽水機之並列組合與直列組合 1. 抽水機之並聯組合（in parallel） 通常用於增加抽水量、低窪地區之排水及抽水量變化大等情況；須考慮並列抽水機之特性及其關閉水頭應相近，否則不符合經濟效益 2. 抽水機之串聯組合（in series） 通常用於增加揚程、系統水頭曲線坡度急升等情況；各個抽水機之最大抽水量應大於計畫抽水量

26 3-5 孔蝕現象與水錘現象 1. 孔蝕現象（cavitation）
3-5　孔蝕現象與水錘現象 1. 孔蝕現象（cavitation） 當抽水機轉速過大或吸水高度過高，而使抽水機之最低壓力小於水之飽和蒸氣壓，則水蒸發為氣泡。若氣泡流入壓力高處，則氣泡破裂而發生噪音及震動，損壞抽水機，稱為孔蝕現象。 孔蝕現象之防止方法： (1)減少吸入側之管路水頭損失 (2)抽水機吸水高度應在5 m以下 (3)轉速不宜太大 (4)運轉應靠近最高效率點操作

27 2. 水錘現象（water hammer） 抽水管路內，流速急速變化，使管內水壓激升或激降而發生水錘現象。 水錘現象之防止方法： (1)設緩閉逆止閥 (2)抽水機上裝飛輪，以防電源切斷時，轉速不會急降 (3)設空氣閥、送水或空氣以防壓力下降 (4)設單向調壓閥以防止壓力下降及水逆流 例題3-1~例題3-4 (pp.129–130)