第1章 泵站工程与管理概述
1.1 泵站工程概况
1.1.1 基本情况
我国幅员辽阔，但人多地少，人均耕地仅1.2亩，不足世界人均耕地的1/4。长期以来，国民经济以农业为基础，水利一直是农业的命脉。改革开放以来，我国经济飞速发展，水利在经济发展中的作用越来越突出，已成为影响经济发展、社会稳定的重要因素。我国水资源短缺，人均年水资源占有量2700m3，仅及世界人均水资源的1/4，是世界少数10余个严重缺水的国家之一，同时还存在降水量时空分布不均等问题。6—9月降雨量占年降水总量的4/5，南方台风一次暴雨量可占全年降水总量的4/5；年际变化大，丰枯年降水量可能相差5～10倍，北方不少河流连枯期大于5年，黄河20世纪末以来常出现断流，甚至一年数次断流；水资源地域分布悬殊，黄河、淮河、海河及东北诸河流域耕地占全国总耕地的60%，水资源仅为全国总量的1/7。加之地形复杂，山地、丘陵和崎岖高原占全部陆地面积的3/5，平原不足1/8。自然条件较好、经济发达的地区多沿江（河）滨湖，易生涝灾。随着城市化及部分城市向国际性大都市迈进，城市供、排水或防洪要求越来越高。
基于上述国情以及为社会经济发展提供支撑的需要，我国兴建了大量泵站工程。按照全国第一次水利普查（截至2011年12月31日）成果（中华人民共和国水利部、中华人民共和国国家统计局，2013年3月26日发布），全国共有各类泵站工程达424451座。其中规模以上（装机流量不小于1m3/s或装机功率不小于50kW）89063座。在规模以上泵站工程中，大型泵站计299座（装机流量不小于50m3/s或装机功率不小于10000kW）、中型泵站计3714座（10m3/s≤装机流量＜50m3/s，或1000kW≤装机功率＜10000kW）、小型泵站计85050座（装机流量小于10m3/s或装机功率小于1000kW）。这些泵站工程发挥了提水灌溉、排涝、提水蓄能等功能，为抗御自然灾害、优化水资源配置、改善生态和生活环境、保证农业稳产高产和国民经济持续发展发挥了巨大的作用。
1.1.2 泵站工程
泵站工程是运用泵机组及过流设施传递和转换能量、实现水体输送，达到兴利避害目标的水利工程。它是提水灌溉（供水）、提水排涝、翻水调水工程的主体工程，和其他一般水工建筑物及沟、渠、河道、水库（湖泊）共同构成水利系统。泵站工程不同于其他一般水利工程之处在于设备和作业内容方面，泵站以水力机械——水泵为工作机，以电动机或内燃机为动力机。
1.水泵
水泵是泵站的主要工作机，是泵站的核心。泵的类型很多，有不同的分类方法。按用途分，可分为工业用泵和农业用泵；按所输送的液体性质分，可分为清水泵、污水泵、泥浆泵、耐酸泵、液氢泵等；按泵的作用原理分，可分为叶片式泵（如离心泵、轴流泵、混流泵、旋涡泵等）、容积式泵（如活塞泵、柱塞泵、齿轮泵、滑片泵、螺杆泵等）、其他类型泵（如射流泵、水锤泵、电磁泵等）。
叶片式泵具有使用范围广、运转性能可靠、效率高、成本低等优点。水利行业的泵站工程基本都使用叶片式泵。
各种叶片式泵的结构型式虽然有所不同，但零部件相似，根据其功能，一般可分为过流部分（包括叶轮、吸水室、压水室）、转动部分（轴、轴承）和轴封机构（填料函等）。
水泵主要由叶轮、泵壳及泵体、泵轴和轴承、轴封机构等组成。
（1）叶轮（也称转轮、工作轮）。叶轮是转换能量的主要部件，通过叶轮将来自动力机的能量传递给所抽送的液体，使液体能量增加。叶轮是泵的核心，根据不同工作原理和叶片形状，可以把常见的清水泵分为离心式、轴流式和混流式三种，具体如下：
1）离心式。离心泵利用叶轮旋转时产生的惯性离心力来抽水。根据水流进叶轮的方式不同，又可分为单进（又称单吸）式和双进（又称双吸）式两种。单吸式泵从叶轮的一侧进水，双吸式泵从叶轮的两侧进水。根据泵体内安装叶轮数目的多少，又可分为单级泵和多级泵两种。单级泵的泵体内安装一个叶轮，多级泵的泵体内安装两个或两个以上叶轮。离心泵的特点是扬程高、流量相对小。
2）轴流式。轴流泵运用叶轮旋转时叶片对水产生推力来提水。因泵内水流被推后沿轴向流动，所以被称为轴流泵。根据泵轴安装的位置，可分为立式、卧式和斜式三种。轴流泵的特点是流量大、扬程低。
3）混流式。混流泵是一种介于离心泵和轴流泵之间的叶片式泵。它的叶轮在泵体内旋转时叶片对水既产生惯性离心力又产生推力，使水的能量增高。水流在叶轮中的流动方向是倾斜的，所以又常称为斜流泵。根据泵体结构不同，混流泵可分为蜗壳式和导叶体式两种。混流泵的特点是扬程适中，流量比单吸离心泵稍大，泵体结构简单，体积小，重量轻，使用可靠，安装维修方便。
（2）泵壳及泵体。内含叶轮，它将吸入室、压水室、叶轮室等联结在一起，是液体的通道。通过泵的吸入室把液体按一定要求引入叶轮，再通过压出室汇集从叶轮中高速流出的液体，使其速度降低，将其动能转化为压能，并把液体按一定的要求导向压出去。
（3）泵轴和轴承。泵轴借助轴承的支撑，带动泵体中的叶轮旋转。
（4）轴封机构。在泵轴穿出泵壳的地方，旋转的泵轴和固定的泵体之间设置轴封机构，起密封作用，以减少高压液流漏出泵外，并防止空气从外部透入泵内。
2.抽水装置
水泵是泵站的核心，是抽水的主要设备，但它必须配以动力机及其他设备才能有效工作。这些设备包括“机、泵、传、管、辅”等组合成的抽水装置。“机”指动力机，如电动机（异步电机、同步电机）、内燃机；“泵”指抽水的主水泵；“传”指传动装置，如齿轮传动、联轴节连接直接传动等；“管”指管道系统，包括进出水管路（大中型泵站称为进、出水流道）及附件，如底阀、闸阀、拍门（断流装置）等；“辅”指为了确保主机组（大中型泵站）安全可靠运行而配置的油、气、水等系统。
在大中型泵站中，把水泵与流道的组合叫水泵装置。
在动力机中，小型水泵大多配套小功率异步电机或内燃机，大、中型水泵大多配套高压同步电机。
3.泵站建筑物及其他设备
泵站建筑物，一般有取水口、引水渠、进水池、泵房、出水管道、出水池，还有相配套的节制闸、变电站、清污设施、管理设施等。
大中型泵站中，为保证主设备的安全运行，还配套有供排水系统、压力油气系统、断流设施等；输配电设备包括主变压器、站用变压器、线缆、隔离开关、断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器等；动力机为同步电机的还有励磁系统；为保证主电机、变压器、线路等安全运行的直流保护系统等。随着计算机及自动控制等技术的发展，泵站工程的计算机监控、视频监视得到广泛应用，给泵站工程管理工作提出了更高的要求。