泵與泵站課程設(shè)計(jì)

1、四川省某城鎮(zhèn)自來(lái)水廠的取水泵站工藝設(shè)計(jì)學(xué)院建筑與環(huán)境學(xué)院學(xué)生姓名 蔣耀東 專業(yè) 給排水 學(xué)號(hào) 年級(jí) 2011級(jí) 指導(dǎo)教師 郭洪光 二一四 年 1 月 目錄第1章 設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)資料 1.1 設(shè)計(jì)資料 3 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù) 3第2章 設(shè)計(jì)計(jì)算 2.1 取水泵站樞紐布置 4 2.2 設(shè)計(jì)流量的確定和設(shè)計(jì)揚(yáng)程估算 4 2.3 初選泵和電機(jī) 5  2.4 機(jī)組基礎(chǔ)尺寸的確定 7 2.5 吸水管路和壓水管路計(jì)算 8 2.6 機(jī)組和管道布置 8 2.7 吸水管路和壓水管路中水頭損失的計(jì)算 9 2.8 消防校核10 2.9 泵安裝高度的確定和泵房筒體高度計(jì)算11 2.10 附屬設(shè)備的選擇

2、11   2.11 泵房建筑高度的確定13 2.12 泵房平面尺寸的確定14 2.13 附圖及參考資料14第三章 結(jié)束語(yǔ) 第1章 設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)資料1.1 設(shè)計(jì)資料1.1.1城鎮(zhèn)規(guī)劃資料 該城鎮(zhèn)規(guī)劃近期為2020年，遠(yuǎn)期為2030年。取水泵站設(shè)計(jì)要求近遠(yuǎn)期結(jié)合，泵房土建部分按遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)，設(shè)備只安裝近期要求的設(shè)備。（1）設(shè)計(jì)用水量資料該城鎮(zhèn)近期設(shè)計(jì)水量為6400m3/d，遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)水量為近期的1.4倍為8960m3/d。（2）城鎮(zhèn)消防供水要求 根據(jù)防火規(guī)范要求，該城鎮(zhèn)同時(shí)發(fā)生火災(zāi)次數(shù)為兩次，每次消防用水量為45L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間按2小時(shí)計(jì)。消防儲(chǔ)水使用后要求24小時(shí)內(nèi)補(bǔ)滿。（3

3、） 供水安全性要求 要求連續(xù)供水，事故時(shí)輸水管供水量不低于正常供水時(shí)流量的75%。1.1.2泵站設(shè)計(jì)資料（1）水文、地質(zhì)資料 在擬建一級(jí)泵站河段處百年一遇洪水位為590.60m，常水位為585.55m，97%保證率的枯水位為582.50m。97%保證率的枯水流量為31.5m3/s。河流斷面見(jiàn)附圖1，河流水質(zhì)符合生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。在擬建一級(jí)泵站的河流斷面及凈水廠的空地布置有鉆孔。由地質(zhì)柱狀圖可看出，表層有2m厚的砂粘土覆蓋層，以下是中密卵石層或砂巖，適合工程建設(shè)。（2）地形資料 擬建一級(jí)泵站處的地形見(jiàn)附圖2，水廠配水井設(shè)計(jì)水位標(biāo)高為600.3m。（3）氣象資料年平均氣溫15.8，最高氣溫3

4、9.5，最低氣溫5.6，最大凍土深度0.30m。河流冬季無(wú)結(jié)冰現(xiàn)象，夏季最高水溫為26。河流主導(dǎo)風(fēng)向，夏季為東南風(fēng)，冬季為西北風(fēng)。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)1.2.1主要設(shè)計(jì)步驟（1）確定給水泵站的設(shè)計(jì)流量，初步確定水泵揚(yáng)程；（2）初選水泵和電動(dòng)機(jī)，包括水泵型號(hào)，工作和備用泵臺(tái)數(shù)；    （3）水泵機(jī)組和吸壓水管路的布置和設(shè)計(jì)計(jì)算；（4）進(jìn)行泵站的平面布置；（5）終選水泵，并對(duì)工作工況進(jìn)行分析；（6）決定起重設(shè)備的型號(hào)，確定泵房的建筑高度；（7）選擇真空泵，排水泵等附屬設(shè)備；   （8）整理說(shuō)明書(shū)，匯總泵站的設(shè)備及管件表；（9）繪制泵站平剖面圖，并列出主

5、要設(shè)備表及材料表。1.2.2設(shè)計(jì)成果 對(duì)水泵進(jìn)行合理選型，對(duì)水泵站的主要工藝尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，確定水泵站的平面布置和高程布置，完成設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)和設(shè)計(jì)圖紙。設(shè)計(jì)深度為初步設(shè)計(jì)的深度。提交的設(shè)計(jì)成果主要包括：（1）泵站平面及剖面圖（比例1:100200）、水泵基礎(chǔ)詳圖（比例1:2050）、設(shè)計(jì)說(shuō)明、主要設(shè)備及材料表（注明規(guī)格及主要性能參數(shù)）。圖紙采用標(biāo)準(zhǔn)2#圖或1#圖。工藝圖上應(yīng)表示出構(gòu)筑物工藝設(shè)計(jì)尺寸、布置形式、主要設(shè)備及主要工藝管道、附件的相對(duì)位置、標(biāo)高等，注明管徑。（2）、設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一份。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)包括以下內(nèi)容：概述設(shè)計(jì)任務(wù)，資料分析，設(shè)計(jì)所依據(jù)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)電設(shè)備選擇的依據(jù)和計(jì)算。

6、泵站各建筑物的型式、結(jié)構(gòu)選擇的依據(jù)、計(jì)算結(jié)果及其草圖。泵房尺寸擬定的依據(jù)和設(shè)備布置的說(shuō)明。驗(yàn)證機(jī)組選擇的合理性，并說(shuō)明其在使用中應(yīng)注意的問(wèn)題。必要的附圖、附表、參考文獻(xiàn)。包括樞紐平面布置草圖，以及取水頭部或水池吸水井設(shè)計(jì)草圖等。結(jié)束語(yǔ)。包括對(duì)泵站設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)、收獲和存在的問(wèn)題等。第二章 設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 取水泵站樞紐布置 取水點(diǎn)水源岸邊較陡，主流靠近岸邊，岸邊常年水深較大，在枯水期也能滿足取水的水深要求，水質(zhì)和地質(zhì)條件都較好；常年水位為585.55m，洪水位為590.60m，枯水位為582.50m，最大水位變化為8.10m，可見(jiàn)水位變化不大。綜合上述因素，本設(shè)計(jì)選用合建式岸邊取水構(gòu)筑物。合建式的主

7、要優(yōu)點(diǎn)是布置緊湊，占地面積小，水泵吸水管路短，運(yùn)行管理方便，利于自動(dòng)控制。本設(shè)計(jì)的泵站樞紐布置圖見(jiàn)最后頁(yè)的附圖。2.2 設(shè)計(jì)流量的確定和設(shè)計(jì)揚(yáng)程估算2.2.1設(shè)計(jì)流量Q考慮到輸水干管漏損和凈化廠本身用水，取自用水系數(shù)=1.05，則近期設(shè)計(jì)流量Q=1.05×6400÷24=280m3/h=77.8L/s遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)流量Q=1.05×8960÷24=392m3/h=108.9L/s2.2.2設(shè)計(jì)揚(yáng)程H（1）泵所需靜揚(yáng)程HST由于本設(shè)計(jì)采用合建式岸邊取水構(gòu)筑物，進(jìn)水方式為自灌式，所以取水至泵房的水頭損失為0m。由地形資料知，水廠配水井設(shè)計(jì)水位標(biāo)高為600.3m，所

8、以泵站所需凈揚(yáng)程HST為：洪水位時(shí)：HST=600.30m-590.60m=9.70m常水位時(shí)：HST=600.30m-585.55m=14.75m枯水位時(shí)：HST=600.30m-582.50m=17.80m（2）輸水干管中的水頭損失h設(shè)采用兩條DN275鋼管并聯(lián)作為原水輸水干管。當(dāng)兩條輸水管正常工作時(shí)（按近期考慮），每根輸水管通過(guò)的流量Q=77.8÷2=38.9L/s，查水力計(jì)算表得管內(nèi)流速v=0.64m/s，i=0.00256，所以h=1.1×i×L=1.1×0.00256×300=0.84m（式中1.1是包括局部損失而加大的系數(shù)；L為原

9、水輸水管的長(zhǎng)度，為300m）；當(dāng)一條輸水管檢修時(shí)，另一條輸水管應(yīng)通過(guò)75%的設(shè)計(jì)流量（按遠(yuǎn)期考慮），即Q=0.75×108.9L/s=81.7L/s，查水力計(jì)算表得管內(nèi)流速v=1.34m/s，i=0.01023，所以h=1.1×i×L=1.1×300×0.01023=3.38m。（3） 泵站內(nèi)管路中的水頭損失hp粗估為2m。則近期正常工作揚(yáng)程：洪水位時(shí)：Hmin=9.7+0.84+2+2=14.54m常水位時(shí)：H=14.75+0.84+2+2=19.59m枯水位時(shí)：Hmax=17.80+0.84+2+2=22.64m 遠(yuǎn)期事故時(shí)工作揚(yáng)程：洪水位

10、時(shí)：Hmin=9.7+3.38+2+2=17.08m常水位時(shí)：H=14.75+3.38+2+2=22.13m枯水位時(shí)：Hmax=17.80+3.38+2+2=25.18m 2.3 初選泵和電機(jī)2.3.1選泵方案 根據(jù)用水量及揚(yáng)程的要求，初步擬定以下兩種備選方案。 方案：近期設(shè)計(jì)選用三臺(tái)型號(hào)為KQW125/150-18.5/2的臥式單級(jí)單吸離心泵(Q=2550L/s，H=24.531.5m，N=18.5kW，Hs=4m)，兩用一備；遠(yuǎn)期增加一臺(tái)同型號(hào)泵，三用一備。方案：近期設(shè)計(jì)選用三臺(tái)型號(hào)為KQW150/285-18.5/4的臥式單級(jí)單吸離心泵（Q=33.657.8L/s，H=20.725.8m

11、，N=18.5kW，Hs=3.5m），兩用一備；遠(yuǎn)期增加一臺(tái)同型號(hào)泵，三用一備。2.3.2方案比較KQW125/150-18.5/2臥式單級(jí)單吸離心泵的特性曲線以及相應(yīng)的參數(shù)表如下： 可見(jiàn)，該泵在揚(yáng)程方面滿足要求，且高效段為3352L/s。下面再看KQW150/285-18.5/4臥式單級(jí)單吸離心泵的特性曲線及參數(shù)表，如下圖：可見(jiàn)，該泵揚(yáng)程勉強(qiáng)滿足要求，而且高效段為4366L/s，而水泵實(shí)際工作時(shí)的工況點(diǎn)并不能落在工況點(diǎn)上，造成水泵工作效率低，不僅造成電力上的浪費(fèi)，同時(shí)也影響水泵的使用壽命。綜上分析，將方案作為最終的初選水泵方案。根據(jù)KQW125/150-18.5/2臥式單級(jí)單吸離心泵的要求選

12、用Y200L1-6型電動(dòng)機(jī)。2.4 機(jī)組基礎(chǔ)尺寸的確定查KQW125/150-18.5/2臥式單級(jí)單吸離心泵的尺寸圖與尺寸表可知，底座長(zhǎng)度為630mm，寬度為320mm，底座地腳釘?shù)拈L(zhǎng)度為272mm。底座螺孔間距（寬度方向）530mm，底座螺孔間距（寬度方向）320mm。基礎(chǔ)長(zhǎng)度L=底座長(zhǎng)度+（150mm200mm）=630mm+170mm=800mm 基礎(chǔ)寬度B=底座螺孔間距（寬度方向）+（150mm200mm）=320mm+180mm=500mm基礎(chǔ)高度H=底座地腳釘?shù)拈L(zhǎng)度+（150mm200mm）=272mm+178mm=450mm計(jì)算出KQW125/150-18.5/2型泵機(jī)組基礎(chǔ)平面

13、尺寸為800mm×500mm，泵、電機(jī)和底座總質(zhì)量m=330kg?；A(chǔ)深度H按下式計(jì)算校核： H=1.2m式中 L基礎(chǔ)長(zhǎng)度，L=0.8m； B基礎(chǔ)寬度，B=0.5m； 基礎(chǔ)所用材料的容重，本設(shè)計(jì)采用混泥土基礎(chǔ)，=23520N/m3基礎(chǔ)的平、剖面圖如下： 2.5 吸水管路和壓水管路計(jì)算每臺(tái)泵都有單獨(dú)的吸水管與壓水管，由于設(shè)備只安裝近期要求的設(shè)備，所以吸水管、壓水管管徑根據(jù)近期設(shè)計(jì)水量確定。2.5.1吸水管已知Q=280÷2=140m3/h=38.9L/s采用DN200的鋼管，則v=1.27m/s，i=0.01402。2.5.2壓水管 采用DN175的鋼管，則v=1.66m/s

14、，i=0.02867。2.6 機(jī)組和管道布置為了布置緊湊，充分利用建筑面積，將四臺(tái)機(jī)組交錯(cuò)并列布置成兩排，兩臺(tái)為正常轉(zhuǎn)向，兩臺(tái)為反常轉(zhuǎn)向，在訂貨時(shí)給予說(shuō)明。每臺(tái)泵有單獨(dú)的吸水管、壓水管引出泵房后兩兩連接起來(lái)。泵出水管上設(shè)有液控蝶閥和手控蝶閥，吸水管上設(shè)手動(dòng)閘板閘閥。為了減少泵房建筑面積，閘閥切換井設(shè)在泵房外面，兩條DN275的輸水干管用DN275蝶閥連接起來(lái)，每條輸水管上各設(shè)切換用的蝶閥一個(gè)。2.7 吸水管路和壓水管路中水頭損失的計(jì)算取一條最不利路線，從吸水口到輸水干管上切換閘閥止為計(jì)算路線圖，如下：2.7.1吸水管路中水頭損失hShS=hfs+hls 式中 hfs沿程水頭損失 hls局部水頭

15、損失 hfs=l1·is=2.822×0.01402=0.0396m hls=§i=（§1+§2+§4+§5）=（0.1+0.78+0.15+0.18）×1.272÷（2×9.8）=0.0996m 式中 §1喇叭口式吸水管進(jìn)口局部阻力系數(shù)，§1=0.1 §2DN200鋼制焊接彎頭90°，§2=0.78 §4DN200手動(dòng)蝶閥，§4=0.15 §5DN200×125偏心異徑管，§5=0.18故 hS

16、=hfs+hls=0.0396+0.0996=0.1392m2.7.2壓水管路水頭損失hdhd=hfd+hld 式中 hfd沿程水頭損失 hld局部水頭損失hfd=0.02867×（0.255m+0.255m+0.540m+4.950m+9.510m+4.780m+0.410m+0.500m）=0.02867×21.2m=0.6078mhld=§i=(§7+§8+§9+§8+§8+§12+§13+§8+§8+§17+§19+§20+§1

17、9+§20）×=（0.26+0.87+0.15+0.87+0.87+0.21+0.15+0.87+0.87+0.05+1.5+0.15+1.5+0.15）×1.662÷（2×9.8）=1.0685m§7DN125×175縮放異徑管，§7=0.26§8DN175鋼制焊接彎頭90°，§8=0.87§9DN175手動(dòng)蝶閥，§9=0.15§12DN175伸縮接頭，§12=0.21§13DN175電動(dòng)蝶閥，§13=0.15§1

18、7DN175×275漸放異徑管，§17=0.05§19DN275鋼制正三通，§19=1.5§20DN275電動(dòng)蝶閥，§20=0.15故 hd=hfd+hld=0.6078+1.0685=1.6763m2.7.3泵實(shí)際揚(yáng)程從泵吸水口到輸水干管上切換閘閥間的全部水頭損失為：h=hs+hd=0.1392+1.6763=1.8155m因此，泵的實(shí)際揚(yáng)程為：近期正常工作揚(yáng)程：洪水位時(shí)：Hmin=9.7+0.84+2+1.8155=14.36m常水位時(shí)：H=14.75+0.84+2+1.8155=19.41m枯水位時(shí)：Hmax=17.80+0.8

19、4+2+1.8155=22.46m 遠(yuǎn)期事故時(shí)工作揚(yáng)程：洪水位時(shí)：Hmin=9.7+3.38+2+1.8155=16.90m常水位時(shí)：H=14.75+3.38+2+1.8155=21.95m枯水位時(shí)：Hmax=17.80+3.38+2+1.8155=25.00m 由此可見(jiàn)，初選的泵機(jī)組符合要求。2.8 消防校核2.8.1消防流量計(jì)算由設(shè)計(jì)資料知，根據(jù)防火規(guī)范要求，該城鎮(zhèn)同時(shí)發(fā)生火災(zāi)次數(shù)為兩次，每次消防用水量為45L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間按2小時(shí)計(jì)；消防儲(chǔ)水使用后要求24小時(shí)內(nèi)補(bǔ)滿。所以設(shè)計(jì)的消防用水為2×45L/s=90L/s=324m3/h。消防時(shí)，一級(jí)泵站不僅要向清水池中輸送生活生產(chǎn)

20、用水，還要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)補(bǔ)充必要的消防貯備用水，此時(shí)開(kāi)啟備用泵以加強(qiáng)泵站的工作。因此，備用泵的流量： =2×1.05×（324+400）-2×280÷24 =40m3/h式中 設(shè)計(jì)凈水構(gòu)筑物本身用水系數(shù)，取1.05； Qr 一級(jí)泵站正常運(yùn)行時(shí)的流量，為280m3/h； Q´最高用水時(shí)連續(xù)最大兩小時(shí)平均用水量，為400m3/h； Qf 設(shè)計(jì)的消防用水，為324m3/h； tf 補(bǔ)充消防用水時(shí)間，取24h。 每根原水輸水管道流量：Q1=（Qr+Q）/2=（280+40）÷2=160m3/h=44.4L/s2.8.2揚(yáng)程校核由于原水輸水管采

21、用DN275鋼管，查表得，管內(nèi)流速v=0.73m/s，i=0.00326。h=1.1×i×L=1.1×0.00326×300=1.076m最不利情況枯水位時(shí)水泵所需揚(yáng)程：Hmax=17.80+1.076+2+1.8155=22.69m結(jié)合KQW125/150-18.5/2臥式單級(jí)單吸離心泵的特性曲線可以看出，消防校核滿足揚(yáng)程要求。2.9 泵安裝高度的確定和泵房筒體高度計(jì)算2.9.1泵安裝高度的確定為了便于用沉井法施工，將泵房機(jī)器間底板放在與吸水間底板同一標(biāo)高，因而泵為自灌式工作，所以泵的安裝高度小于其允許吸上真空高度，無(wú)需計(jì)算。2.9.2泵房筒體高度的計(jì)

22、算已知吸水間最低動(dòng)水位標(biāo)高為582.50m，為保證吸水管的正常吸水，取吸水管的中心標(biāo)高為581.30m（吸水管上緣的淹沒(méi)深度為582.50-581.30-（D/2）=1.1m）。由于采用順?biāo)魇嚼裙苋∷^部，考慮喇叭口下緣與吸水管下緣的垂直距離為0.7m，取喇叭管下緣距吸水間底板0.33m，則吸水間底板標(biāo)高為581.30-（D/2+0.7+0.33）=580.17m。洪水位標(biāo)高為590.60m，考慮1.4m的浪高，則操作平臺(tái)標(biāo)高為590.60+1.4=592.00m。故泵房總體高度為：H=592.00-580.17=11.83m 計(jì)算至此，便能繪制出該設(shè)計(jì)2.1中的樞紐布置圖，詳見(jiàn)14頁(yè)附圖

23、。2.10 附屬設(shè)備的選擇2.10.1起重設(shè)備最大起重量為KQW125/150-18.5/2臥式單級(jí)單吸離心泵以及Y200L1-6型電動(dòng)機(jī)的總重量為330kg；最大起吊為高度為11.83+2.0=13.83m（其中2.0是考慮操作平臺(tái)上汽車的高度）。由于，最大起重重量過(guò)小，可以適當(dāng)增大起重量，便于起動(dòng)機(jī)的選擇。綜合考慮，選取DL型電動(dòng)單梁橋式起動(dòng)機(jī)，其具體性能參數(shù)詳見(jiàn)下表：型號(hào)起重量（T）起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)葫蘆運(yùn)行速度（m/mim）電動(dòng)機(jī)型號(hào)起升高度（m）起升速度（m）運(yùn)行速度（m/min）型號(hào)功率（kw）轉(zhuǎn)速（r/min）DL175ZDR12-42×1.51380CD1188/0.

24、830工作類型電源車輪直徑（mm）軌道面寬（mm）跨度LK(m)最大輪壓（T）總重（T）（JC=25%）中級(jí)380v50HZ270377019.51.451.743.003.042.10.2引水設(shè)備 泵系自灌式工作，不需引水設(shè)備。2.10.3排水設(shè)備由于泵房較深，故采用電動(dòng)泵排水。沿泵房?jī)?nèi)壁設(shè)置排水溝，將水匯集到集水坑內(nèi)，然后用泵抽回到吸水間去。取水泵房的排水量一般按20m3/h考慮，排水泵的靜揚(yáng)程按10m計(jì)，水頭損失大約4m，故總揚(yáng)程在10+4=14m左右，可選用50WQ/C242-1.5小型潛水排污泵，主要參數(shù)見(jiàn)下表：2.10.4通風(fēng)設(shè)備 由于與泵配套的電動(dòng)機(jī)為水冷式，無(wú)需專用通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行

25、空空冷卻，但由于泵房筒體較深，仍選用風(fēng)機(jī)進(jìn)行換氣通風(fēng)。選用兩臺(tái)T35-11型軸流風(fēng)機(jī)（葉輪直徑700mm，轉(zhuǎn)速960r/min,葉片角度15°，風(fēng)量10127m3/h，風(fēng)壓90Pa，配套電機(jī)YSF-8026，N=0.37kW）。2.10.5計(jì)量設(shè)備 在凈化廠的送水泵站內(nèi)安裝電磁流量計(jì)統(tǒng)一計(jì)量，故本泵站內(nèi)不再設(shè)計(jì)量設(shè)備。2.11 泵房建筑高度的確定本設(shè)計(jì)采用地下式圓形泵房，泵房筒體高度已知為11.83m，泵房高度計(jì)算簡(jiǎn)圖如下： 圖中 a單軌吊車梁的高度，500mm； b滑車高度，600mm； c起重葫蘆在鋼絲繞緊狀態(tài)下的長(zhǎng)度，800mm； d起重繩的垂直長(zhǎng)度，0.85×355

26、=302mm； e最大一臺(tái)水泵或電動(dòng)機(jī)高度，562mm； f吊起物底部和最高一臺(tái)機(jī)組頂部的距離（一般不小于0.5m）； g最高一臺(tái)水泵或電動(dòng)機(jī)頂至室內(nèi)地坪的高度，562+450=1012mm泵房高度：H=H1+H2式中 H2泵房地下部分高度，m H1泵房地上部分高度，mH2=592.00m-580.17m=11.83mH1=a+b+c+d+e+h=0.5+0.6+0.8+0.302+0.562+0.436=3.2m式中 h吊起物底部與泵房進(jìn)口處室內(nèi)地坪或平臺(tái)的距離（一般不小于0.30.5m），取0.436mH=H1+H2=3.2+11.83=15.03m綜合考慮，設(shè)定泵房的設(shè)計(jì)高度為15.03m。2.12 泵房平面尺寸的確定 根據(jù)泵機(jī)組、吸水和壓水管路的布置條件以及排水泵機(jī)組和通風(fēng)機(jī)等附屬設(shè)施的設(shè)置情況，從給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)中