水泵與水泵站課程設計

1、<p><b>　　第一節(jié) 概 述</b></p><p>　　取水泵站在水廠中也稱一級泵站.在地面水水源中,取水泵站一般由吸水井、泵房及閘閥井三部分組成。取水泵站由于它靠江臨水的確良特點，所以河道的水文、水運、地質(zhì)以及航道的變化等都會影響到取水泵上本身的埋深、結(jié)構形式以及工程造價等。其從水源中吸進所需處理的水量,經(jīng)泵站輸送到水處理工藝流程進行凈化處理。本次課程設計僅以取水泵房

2、為例進行設計，設計中通過粗估流量以及揚程的方法粗略的選取水泵；作水泵并聯(lián)工況點判斷各水泵是否在各自的高效段工作，以此來評估經(jīng)濟合理性以及各泵的利用情況。取水泵房布置采用圓形鋼筋混凝土結(jié)構，以此節(jié)約用地，根據(jù)布置原則確定各尺寸間距及長度，選取吸水管路和壓水管路的管路配件，各輔助設備之后，繪制得取水泵站平面圖及取水泵站立體剖面圖各一張。設計取水泵房時，在土建結(jié)構方面應考慮到河岸的穩(wěn)定性，在泵房的抗浮、抗裂、抗傾覆、防滑波等方面均應有周詳?shù)挠?/p>

3、算。在施工過程中，應考慮到爭取在河道枯水位時施工，要搶季節(jié)，要有比較周全的施工組織計劃。在泵房投產(chǎn)后，在運行管理方面必須很好地使用通風、采光、起重、排水以及水錘防護等設施。此外，取水泵站由于其擴建比較困難，所以在新建給水工程時，可以采取近遠期結(jié)</p><p>　　第二節(jié) 設計流量的確定和設計揚程估算</p><p><b>　　1.設計流量Q</b></p&g

4、t;<p>　　考慮輸水干管漏損和凈化場本身用水，取自用水系數(shù)α=1.05~1.1，本設計取α=1.05。則</p><p>　　近期設計流量為Q=1.05×155000/24=6781.25m3/h=1.884m3/s</p><p>　　遠期設計流量為Q=1.05×185000/24=8093.75m3/h=2.248m3/s</p>&

5、lt;p><b>　　2.設計揚程H</b></p><p>　?。?）水泵所需凈揚程Hst</p><p>　　在最不利情況下（即一條自流管檢修，另一條自流管通過75%的設計流量），依據(jù)設計資料，從取水頭部到吸水井的水頭損失為1.10m，則吸水間中最高水面標高為40.00—1.10=38.90m，最低水面標高為29.00-1.10=27.90m，常年平均水位標

6、高為34.50-1.10=33.40凈化場混合井水面標高為56.00m，故水泵所需凈揚程Hst為：</p><p>　　洪水位時，HST=γh(56.00—38.90)=17.10m=171kPa</p><p>　　枯水位時，HST=γh(56.00—27.90)=28.10m=281kPa</p><p>　　常年平均水位時，HST=γh(56.00—33.40

7、)=22.6m=226kPa</p><p>　?。?）輸水干管中的水頭損失∑hp</p><p>　　設計采用兩條DN700×10鑄鐵管并聯(lián)作為原水輸水干管，當一條輸水管檢修時，另一條輸水管應通過75%的設計流量，即Q=0.75×6781.25m3/h= 5085.94m3/h =1.413m3/s，查《常用資料》（第二版）P384鑄鐵管水力計算表得管內(nèi)流速v=1.8

8、40m/s，i=0.005790。 </p><p>　　所以∑h=1.1×0.05790×800=50.952kPa（1.1系包括局部損失而加大的系數(shù)）。</p><p>　　（3）泵站內(nèi)管路中的水頭損失hp ，粗估為20kPa，安全工作水頭hp，其值粗估為2m。</p><p><b>　　則水泵設計揚程為</b><

9、;/p><p>　　設計枯水位時，Hmax=281+50.952+20+20=371.952kPa</p><p>　　設計洪水位時，Hmin=171+50.952+20+20=261.925kPa</p><p>　　常年平均水位時，H=226+50.952+20+20=316.925kPa</p><p>　　第三節(jié) 初選水泵和電機</

10、p><p>　　1．一級泵站具有以下工藝及土建特點</p><p>　　泵房結(jié)構應滿足抗腐蝕、抗滑、抗?jié)B等要求</p><p>　　泵房結(jié)構布置應緊促，盡可能采用圓筒形泵房</p><p>　　盡可能采用沉井法施工</p><p>　　泵房內(nèi)應設有排水系統(tǒng)</p><p>　　應有良好的通風、起吊設

11、備和人行通道</p><p><b>　　留有良好的發(fā)展余地</b></p><p>　　2．水泵選擇的基本原則</p><p>　　所選水泵機組應滿足用戶最高日各個時刻（含最大的）流量和揚程的要求，保證供水的安全可靠性</p><p>　　在滿足設計流量設計揚程的情況下，應適應工況變化，即工況變化時，揚程浪費最小。&l

12、t;/p><p>　　在長期運行中平均工作效率高，即是選用效率較高的泵，運行時能使工況點落在高效段。</p><p>　　水泵氣蝕性能良好，即選用允許吸上真空高度Hs較大，必須余量較小的泵。</p><p>　　所配電動機總裝機容量小，避免“大馬拉小車”。</p><p>　　結(jié)構合理，便于安裝，維護和管理。</p><p&g

13、t;　　泵站投資較小，即依據(jù)所選水泵建造的泵站的造價低。</p><p>　　在水泵供水能力上應考慮近、遠期結(jié)合，留有發(fā)展余地。</p><p>　　3．水泵和電機的選擇</p><p>　　根據(jù)《給水排水設計手冊》（第十一冊—常用設備）選擇，近期三臺800S76BJ型水泵，兩臺工作（800S76BJ型），一臺備用（800S76BJ型）。遠期增加一臺800S76BJ

14、型水泵，三臺工作（800S76BJ型），一臺備用（800S76BJ型）。參數(shù)見下表：</p><p><b>　　性能參數(shù)：</b></p><p><b>　　尺寸參數(shù)：</b></p><p><b>　　電動機技術數(shù)據(jù)：</b></p><p><b>　　進出

15、口法蘭尺寸表：</b></p><p>　　800S76BJ型水泵，800——進口直徑800mm ，S——單級雙吸離心泵，76——水泵揚程為76米，B——葉輪經(jīng)二檔車削。生產(chǎn)廠家為蘭州水泵廠、南京制泵集團股份有限公司。選用電動機Y500-10（500kW，6kV，IP44水冷式），生產(chǎn)廠為湘潭，重慶，蘭州，沈陽，西安，內(nèi)蒙古電機廠，北京重型電機廠。其安裝尺寸見下圖：</p><p&

16、gt;　　4．管道特性曲線的繪制</p><p>　　H=Hst+∑h= Hst+SQ2</p><p>　　式中Hst——用水最高時水泵靜揚程，m；</p><p>　　∑h——管路水頭損失，m；</p><p>　　S——管路阻力系數(shù)，s2/m5；</p><p>　　Q——用水最高時水泵流量，m3/s。</

17、p><p>　　數(shù)值代入得：37.195=28.1+S×1.8842，得S=2.562。</p><p>　　所以管道特性曲線H=Hst+∑h= 28.1+0.913×Q2</p><p>　　管道特性曲線Q-H關系表</p><p><b>　　管道特性曲線見圖：</b></p><

18、p>　　第四節(jié) 機組基礎尺寸的確定</p><p>　　機組基礎的作用是支撐和固定機組，便其運行不致發(fā)生劇烈震動，更不允許產(chǎn)生基礎沉陷。因此對基礎的要求如下：</p><p>　　a.堅實牢固，除能承受機組的靜荷載外，還能承受機械振動荷載。</p><p>　　b.要澆在較堅實的地基上，不宜澆在松軟的地基或新填土上，以免發(fā)生基礎下沉或不均勻沉陷。</p&

19、gt;<p>　　結(jié)合以上要點及所選泵的類型，本次設計選用混凝土塊式基礎。由于所選泵均不帶底座，所以基礎尺寸的確定如下：</p><p>　　查《給水排水設計手冊》水泵與電機樣本，計算出800S76BJ型水泵機組基礎平面尺寸為4888×1300mm，機組總重量W=Wp+Wm=(7762+4500) ×9.8=120167.6N。</p><p>　　基礎深

20、度H=3.0W/(L×B×γ)</p><p>　　式中：L—基礎長度，L=4.89m；</p><p>　　B—基礎寬度，B=1.30m；</p><p>　　γ—基礎所用材料的容重，對于混凝土基礎，γ=24000N/ m3</p><p>　　故H= 3.0×120267.6/(4.89×1.30&

21、#215;24000)=2.36 m</p><p>　　800S76BJ型水泵機組基礎實際深度連同泵房底板在內(nèi)，應為3.50m。</p><p>　　第五節(jié) 吸水管路與壓水管路計算</p><p>　　每臺水泵有單獨的吸水管與壓水管。</p><p>　　已知Q1=6781.25/3=2260.42m3/h=0.63 m3/s</p&

22、gt;<p><b>　　吸水管路的要求：</b></p><p>　?、俨宦猓懿募敖臃?；</p><p>　　②不積氣，管路安裝； </p><p>　?、鄄晃鼩猓苓M口位置。</p><p><b>　　壓水管路的要求：</b></p><p>　　

23、要求堅固而不漏水,通常采用鋼管,并盡量焊接口,為便于拆裝與檢修,在適當?shù)攸c可高法蘭接口。為了防止不倒流，應在泵壓水管路上設置止回閥。</p><p>　　根據(jù)《室外給水設計規(guī)范GB50013-2006》第6.3.1條查得,水泵吸水管及出水管的流速，宜采用下列數(shù)值： </p><p><b>　　1.吸水管： </b></p><p>　　直徑小

24、于250mm 時，為 1.0～1.2m/s ； </p><p>　　直徑在2501000mm 時，為 1.2～1.6 m/s ； </p><p>　　直徑大于1000mm 時，為 1.5～2.0 m/s 。 </p><p><b>　　2.出水管： </b></p><p>　　直徑小于250mm 時，為 1.5～

25、2.0 m/s ； </p><p>　　直徑在250～1000mm 時，為 2.0～2.5 m/s 。</p><p>　　按照規(guī)范，查《給水排水設計手冊—常用資料》（第二版）P336鋼管水力計算表得,</p><p><b>　　1.吸水管</b></p><p>　　采用四根DN700×10鋼管，則v=1

26、.64m/s，i=0.046kPa/m</p><p><b>　　2.壓水管</b></p><p>　　采用四根DN700×10鋼管，則v=2.26m/s，i=0.103kPa/m</p><p>　　第六節(jié) 機組與管道布置</p><p>　　為了布置緊湊，充分利用建筑面積，將四臺機組交錯并列布置成兩排，

27、兩臺800S76BJ型水泵兩臺為正常轉(zhuǎn)向，兩臺為反常轉(zhuǎn)向，在訂貨時予以說明。</p><p>　　每臺水泵由單獨的吸水管、壓水管引出泵房后兩兩連接起來。水泵出水管上設有D971X(H、F)型電動對夾式蝶閥（DN=600mm，L=154mm），吸水管上設有Z941T-10型電動明桿楔式閘閥（DN=700mm，L=660mm）。為了減少泵房建筑面積，閘閥切換并設在泵房外面，兩條DN700的輸水干管用DN700的D97

28、1X(H、F)型電動對夾式蝶閥（DN=700mm，L=165mm）蝶閥連接起來，每條輸水管上各設切換用的D971X(H、F)型電動對夾式蝶閥一個。每臺水泵有單獨的吸水管，壓水管引出泵房后兩兩連接起來。水泵出水管上設有電動蝶閥和液動蝶閥，吸水管設閘閥。</p><p>　　由于管徑較大，相應的連接配件（如三通，大小頭等）沒有全國通用的標準系列產(chǎn)品，本設計中便采用了一些自制的配件，在其它設計中，以選用全國通用標準產(chǎn)品

29、為宜。</p><p>　　基礎布置情況見取水泵站平面布置草圖。</p><p>　　泵機組布置原則：在不妨礙操作和維修的需要下，盡量減少泵房建筑面積的大小，以節(jié)約成本。</p><p>　　<1>機組的排列方式</p><p>　　采用機組橫向排列方式，這種布置的優(yōu)點是：布置緊湊，泵房跨度小，適用于雙吸式泵，不僅管路布置簡單，且

30、水力條件好。同時因各機組軸線在同一直線上，便于選擇起重設備。</p><p>　　<2>機組與管道布置</p><p>　　本取水泵房采用圓形鋼筋混凝土結(jié)構，此類泵房平面面積相對較小，可以減少工程造價。為了盡可能地充分利用泵房內(nèi)的面積將四臺機組交錯并列成兩排，兩臺為正常轉(zhuǎn)向，兩臺為反向轉(zhuǎn)向，在訂貨時應予以說明。每臺泵有單獨的吸水管、壓水管引出泵房后兩兩連接起來。對于房內(nèi)機組的配

31、置，我們可以采用近期購買安裝三臺800S76BJ型水泵，兩臺工作，一臺備用。遠期需擴建時，再添加一臺800S76BJ型水泵，三臺工作，一臺備用。</p><p>　　<3>水泵間平面尺寸的確定</p><p>　　水泵機組采用四臺交錯并列布置成兩排,泵房采用圓形鋼筋混凝土結(jié)構。</p><p>　　橫向排列各個部分尺寸應滿足下列要求：</p>

32、<p>　?、貲1:進水側(cè)泵與墻壁的凈距D1≥1000，取D1=1200㎜；</p><p>　　②B1:出水側(cè)泵基礎與墻壁的凈距B1≥3000,取B1=3000㎜；</p><p>　　③A1:泵凸出部分到墻壁的凈距A1=最大設備寬度+0.5m=1300+1000=2300㎜取2700㎜；</p><p>　　④C1:電機凸出部分與配電設備的凈距C1

33、=電機軸長+0.5m。所以C1=1860+500=2360㎜但是,低壓配電設備應C1≥1.5m; 高壓配電設備應C1≥2m,C1取2360㎜應該是滿足的；</p><p>　　⑤E1:泵基礎之間的凈E1值與C1要求相同,即E1=C1=2360㎜；</p><p>　　⑥B:管與管之間的凈距B≥0.7m；</p><p>　?、逨:管外壁與機組突出部分的距離對于功率大

34、于50KW的電機，F(xiàn)要求大于1000㎜，取F=1225㎜；</p><p>　?、郃2:泵及電機突出部分長度A2=200～250㎜；</p><p>　?、酓1:壓水管路管徑D1=700㎜；</p><p>　?、釲:機組基礎長度L=3200㎜。</p><p>　　第七節(jié) 吸水管路和壓水管路中水頭損失的計算</p><p

35、>　　取一條最不利線路，從吸水口到輸水干管上切換閘閥止為計算線路。</p><p>　　1.吸水管路水頭損失∑hs</p><p>　　∑hs=∑hfs+∑hls</p><p>　　∑hfs=l1·is=1.150×45.6×10-3=0.524kPa</p><p>　　∑hls=γh [﹙ζ1+ζ2﹚

36、/2g +ζ3·/2g]</p><p>　　式中：ζ1——吸水管進口局部阻力系數(shù)，ζ1=0.75；</p><p>　　ζ2——DN700閘閥局部阻力系數(shù)，按開啟度a/d=1/8考慮，ζ2=0.15；</p><p>　　ζ3——偏心漸縮管DN800×700，ζ3=0.19；</p><p>　　則∑hls=γh [﹙0

37、.75+0.15﹚×1.37/2g +0.19×1.04·/2g]= 1.012kPa</p><p>　　故∑hs=∑hfs+∑hls=0.052+0.96=1.012kPa</p><p>　　2.壓水管路水頭損失∑hd</p><p>　　Σhd=Σhfd+Σhld</p><p>　　Σhfd=γh[﹙l

38、2+l3+l4+l5+l6﹚id1+l7×id2]</p><p>　　=γh[﹙4.710+1.295+5.000+5.190+1.100﹚×0.1030+1.8×0.0579]</p><p><b>　　=1.89 kPa</b></p><p>　　∑hld=γh[ζ4/2g+(2ζ5+ζ6+ζ7+ζ8+2

39、ζ9+ζ10) /2g+(ζ11+ζ12+ζ13)/2g]</p><p>　　式中：ζ4——DN800×700漸放管，ζ4=0.10；</p><p>　　ζ5——DN600鋼制45°彎頭，ζ5=0.51；</p><p>　　ζ6——DN600電動蝶閥，ζ6=0.15；</p><p>　　ζ7——DN600伸縮接頭，

40、ζ7=0.21；</p><p>　　ζ8——DN600電動蝶閥，ζ8=0.15；</p><p>　　ζ9——DN600鋼制90°彎頭，ζ9=1.02；</p><p>　　ζ10——DN600×700漸放管，ζ10=0.27；</p><p>　　ζ11——DN700鋼制斜三通，ζ11=0.5；</p>

41、<p>　　ζ12——DN700鋼制正三通，ζ12=1.5；</p><p>　　ζ13——DN700蝶閥，ζ13=0.15。</p><p>　　則∑hld=γh[0.10×2.652/2g+(2×0.51+0.15+0.21+0.15+2×1.02+0.27)×2.232/2g+(0.5+1.5+0.15)×1.842/2g]

42、</p><p>　　=γh[0.36+0.974+0.371]=13.81kPa</p><p>　　故Σhd=Σhfd+Σhld=1.89+13.81=15.70kPa</p><p>　　從水泵吸水口到輸水干管上切換閘閥間的全部水頭損失為：</p><p>　　∑h=∑hs+∑hd=1.01+15.70= 16.71kPa</p&

43、gt;<p>　　因此，水泵的實際揚程為：</p><p>　　設計枯水位時，Hmax=281.00+50.95+16.71+20=368.66kPa</p><p>　　設計洪水位時，Hmin=171.00+50.95+16.71+20=258.66kPa</p><p>　　常年平均水位時，H=226.00+50.95+16.71+20=313.6

44、6kPa</p><p>　　由此可見，初選水泵機組符合要求。</p><p>　　第八節(jié) 水泵安裝高度的確定和泵房筒體高度計算</p><p>　　為了便于沉井法施工，將泵房機器間底板放在與吸水間底板同一標高，因而水泵為自灌式工作，所以水泵的安裝高度小于其允許吸上真空高度，無需計算。</p><p>　　已知吸水間最低動水位標高為 29.0

45、0m，為了保證吸水管的正常吸水，取吸水管的中心標高為32.80m（吸水管上緣的淹沒深度29.00—27.40—D/2=1.25m）。取吸水管下緣距吸水間底板0.7m，則吸水間底板標高為27.40—（D/2+0.7）=26.35m。</p><p>　　洪水水位標高為40.00m，考慮1.0m的浪高，則操作平臺標高為40.00+1.0=41.00m。故泵房筒體高度為：</p><p>　　H

46、=41.00—26.35=14.65m</p><p>　　第九節(jié) 附屬設備的選擇</p><p><b>　　1.起重設備</b></p><p>　　最大起重量為電機重量Wm=8800kg，最大起吊高度為13.35+2.0=15.35m（其中2.0是考慮操作平臺上汽車的高度）。為此，選用環(huán)狀吊車（定制，起重量10t，雙梁，跨度17.5m，C

47、D1電動葫蘆，起吊高度20m）。</p><p><b>　　2.引水設備</b></p><p>　　水泵系自灌式工作，不需引水設備。</p><p><b>　　3.排水設備</b></p><p>　　由于泵房較深，故采用電動水泵排水。沿泵房內(nèi)壁設排水溝，將水匯集到集水坑內(nèi)，然后用泵抽回到吸水

48、間去。</p><p>　　取水泵房的排水量一般按20-40m3/h考慮，排水泵的靜揚程按17.5m計，水頭損失大約5m，故總揚程在17.5+5=22.5m左右，可選用IS65-50-160A型離心泵（Q=15-28 m3/h，H=27-22m，N=3kW，n=2900r/min）兩臺，一臺工作，一臺備用，配套電機為Y100L-2。</p><p><b>　　4.通風設備<

49、;/b></p><p>　　由于與水泵配套的電機為水冷式，無需專用通風設備，進行空-空冷卻，但由于泵房筒體較深，仍選用風機進行換氣通風。選用兩臺T35-11型軸流風機（葉輪直徑700mm，轉(zhuǎn)速960r/min，葉片角度15°，風量10127m3/h，風壓90Pa，配套電機YSF-8026，N=0.37kW）。</p><p><b>　　5.計量設備</b

50、></p><p>　　在凈化廠的送水泵站內(nèi)安裝電磁流量計統(tǒng)一計量，故本泵站內(nèi)不再設計量設備。</p><p>　　第十節(jié) 泵房建筑高度及平面尺寸的確定</p><p>　　泵房筒體高度已知為14.65m，操作平臺以上的建筑高度，根據(jù)起重設備及起吊高度、電梯井機房的高度、采光及通風的要求，吊車梁底板到操作平臺樓板的距離為8.8m，從平臺樓板到房頂?shù)装鍍舾邽?1

51、.50m。</p><p>　　根據(jù)水泵機組、吸水與壓水管道的布置條件以及排水泵機組和通風機等附屬設備的設置情況，從《給水排水設計手冊》中查出有關設備和管道配件的尺寸，通過計算，求得泵房內(nèi)徑為17m。</p><p><b>　　第十一節(jié) 參考文獻</b></p><p>　　1.上海市政工程設計研究院主編.《給水排水設計手冊》（第1冊常用資料

52、、第3冊城鎮(zhèn)給水、第9冊專用機械、第11冊常用設備、第12冊器材與裝置、材料設備續(xù)冊1、材料設備續(xù)冊2）（第二版）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009；</p><p>　　2.《室外給水設計規(guī)范》(GB50013-2006)；</p><p>　　2.姜乃昌.《水泵及水泵站》（第四版）. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001；</p><p>　　3.顏錦文、黃仕元