《泵與泵站》課程設(shè)計—取水泵站的設(shè)計

1、一、設(shè)計說明書工程概述(一) 工程概括市因發(fā)展需要，原有的第一水廠已不能滿足居民的用水要求，因此，規(guī)劃設(shè)計日產(chǎn)水能力為9.5萬m3的第二水廠，給水管線設(shè)計已經(jīng)完成，現(xiàn)需設(shè)計該水廠取水泵房。(二) 設(shè)計資料市新建第二水廠工程近期設(shè)計水量為85000m3/d，要求遠期發(fā)展到95000m3/d，采用固定取水泵房用兩條直徑為800mm的自流管從江中取水。水源洪水位標高為38.00m，枯水位標高為24.60m。凈水構(gòu)筑物前配水井的水面標高為57.20m，自流取水管全長280m，泵站到凈化場的輸水干管全長1500m。自用水系數(shù)=1.051.1，取水頭部到泵房吸水間的全部水頭損失為10kpa，泵房底板高度取

2、11.5m。二、設(shè)計概要 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(gòu)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(shè)計僅以取水泵房為例進行設(shè)計，設(shè)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(gòu)，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

3、的管路配件，各輔助設(shè)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(shè)計取水泵房時，在土建結(jié)構(gòu)方面應(yīng)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(yīng)有周詳?shù)挠嬎?。在施工過程中，應(yīng)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(shè)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)合，對于本例中，對于機組的基礎(chǔ)、吸壓水管的穿插嵌管，以及電氣容量等我們應(yīng)該考慮到遠期擴建的可能性，所以用遠期的容量及揚程計算。對于機組的配置，我們可以暫時只布置三臺500s5

4、9a型水泵（一臺備用，兩臺工作），遠期需要擴建時，再增加一臺同型號的水泵。三、設(shè)計計算 設(shè)計流量的確定和設(shè)計揚程估算：(1) 設(shè)計流量q為了減小取水構(gòu)筑物、輸水管道各凈水構(gòu)筑物的尺寸，節(jié)約基建投資，在這種情況下，我們要求一級泵站中的泵晝夜不均勻工作。因此，泵站的設(shè)計流量應(yīng)為：式中 qr一級泵站中水泵所供給的流量(m3h)；qd供水對象最高日用水量(m3d)；為計及輸水管漏損和凈水構(gòu)筑物自身用水而加的系數(shù)，一般取=1.05-1.1t為一級泵站在一晝夜內(nèi)工作小時數(shù)?？紤]到輸水干管漏損和凈化廠本身用水，取水自用系數(shù)=1.05,則近期設(shè)計流量為 q=1.05 =3718.75m3/h=1.033 m3

5、/s遠期設(shè)計流量為 q=1.05=4156.25m3/h=1.155 m3/s(2)設(shè)計揚程hst靜揚程hst的計算 通過取水部分的計算已知在最不利情況下（即一條自流管道檢修，另一條自流管道通過75%的設(shè)計流量時），從取水頭部到泵房吸水間的全部水頭損失為1m，則吸水間中水面標高為38.00-1.00=37.00m,最低水面標高為24.60-1.00=23.60m,所以泵所需靜揚程hst 為：洪水位時，hst=57.20-37.00=20.20m枯水位時，hst=57.20-23.60=33.60m輸水干管中的水頭損失h 設(shè)采用兩條dn800的鑄鐵管并聯(lián)作為原水輸水干管，當一條輸水管檢修，另一條

6、輸水管應(yīng)通過75%的設(shè)計流量（按遠期考慮），即q=0.754156.25=3117.2m3/h=0.866m3/s,查水力計算表得管內(nèi)流速 v=1.72m/s,i=4.25,所以輸水管路水頭損失；=1.10.004251500=7.0125m (式中1.1包括局部損失而加大的系數(shù))泵站內(nèi)管路中的水頭損失h粗估1.8m，安全水頭2m，則泵設(shè)計揚程為：枯水位時：hmax=33.60+7.0125+1.8+2=44.4125m洪水位時：hmin=20.20+7.0125+1.8+2=31.0125m、初選泵和電機 (1) 管道特性曲線的繪制 管道特性曲線的方程為 h=hst+=hst+sq2式中 h

7、st 最高時水泵的凈揚程，m; 水頭損失總數(shù)，m; s沿程摩阻與局部阻力之和的系數(shù)；q最高時水泵流量，m3/shst=33.60m ,把q=4156.25m3/h,h=44.41m,代入上式得:s=8.10所以管路特性曲線即為:h= hst+8.10q2=33.60+8.10q2 可由此方程繪制出管路特性曲線,見圖1表1 管路特性曲線q-h關(guān)系表q(m3/h)0600100017002000h(m)0.000.230.631.812.50h(m033.6032.8333.2334.4135.10q(m3/h)25002800340039004200h(m)3.914.907.2310.8012

8、.10h(m)36.5137.5039.8344.4144.70(2） 水泵選擇選泵的主要依據(jù)：流量、揚程以及其變化規(guī)律 大小兼顧，調(diào)配靈活 型號整齊，互為備用 合理地用盡各水泵的高效段 要近遠期相結(jié)合。“小泵大基礎(chǔ) ”大中型泵站需作選泵方案比較。根據(jù)上述選泵要點以及離心泵性能曲線型譜圖(圖2)和選泵參考書綜合考慮初步擬定以下：近期選擇三臺500s59a型泵，兩臺工作一臺備用，單泵工況點為（1980，44.5），滿足近期工況的要求。遠期增加一臺500s59a型泵，三臺工作一臺備用。遠期三臺水泵并聯(lián)時單泵工況點為(1860,50.06),此時三臺泵均工作在高效段工作。圖1 水泵并聯(lián)工況點的求解圖

9、500s59a型泵基本參數(shù)圖2 離心泵性能曲線圖(3) 水泵參數(shù)500s59a型單能雙吸式離心式水泵性能參數(shù)如下：流量q=15002170m3/s，揚程h=5739m，轉(zhuǎn)數(shù)n=970r/min,泵軸額定功率：n=333kw，電動機型號為y400-54-6型異步電動機，配電機功率為400 kw，效率為72%74%，氣蝕余量：hs=6m表2 500s59a型水泵外型尺寸（不帶底座）（單位：m）ll1l2l3bb13510186011675801000810b3ahh1h2h3800710400800370480ehw水泵w電機nd80012002235 n3000 n435表3 進口法蘭尺寸 表4

10、 出口法蘭尺寸dn1d01d1n1-d1500 62067020-26dn2d02d2n2-d235046050516-22500s59a型泵工作曲線圖500s59a型泵安裝尺寸、吸水管路的設(shè)計(1) 流量qq1=1385.52 m3/h = 0.385 m3/s(2)吸水管路的要求 不漏氣 管材及接逢 不積氣 管路安裝 不吸氣 吸水管進口位置 設(shè)計流速： 管徑小于250時，v取1.01.2 m/s 管徑等于或大于250時，v取1.21.6 m/s(3) 吸水管路直徑 采用dn6008鋼管，則v=1.32m/s ，i=3.56(4) 吸水管路的管件布置喇叭口設(shè)計喇叭口擴大直徑 d(1.31.5

11、)d=1.4600=840 取800 喇叭口高度 4（d-dn）=4（800-600）=800 喇叭口距墻壁的距離 a(0.751.0)d 取a=0.9800=720 取700 喇叭口距室底的距離 h1(0.60.8)d=0.75800=1200 喇叭口之間距離 l1（1.52.0）d=1.5800=1200 喇叭口淹沒深度 h2（1.01.25）d=1.25800=1200 喇叭口中心線與后墻的距離c=（0.81.0）d=0。9800=720 取700 喇叭口與進水室的距離 l3d=2400 手動閘閥 采用z45t10正齒輪轉(zhuǎn)動暗桿楔式閘閥，其規(guī)格為：500s59a： dm=700，l=66

12、03偏心漸縮管 為了防止吸水管積有空氣，所以采用偏心漸縮管，查表得：500s59a： dn700 500，l=600,=0.20 90彎頭 500s59a: dn600, t=700, =1.06、壓水管路的設(shè)計(1) 流量qq1=1385.52 m3/h = 0.385 m3/s(2)壓水管路要求要求堅固而不漏水,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(yīng)在泵壓水管路上設(shè)置止回閥。壓水管的設(shè)計流速：管徑小于250時，為1.52.0 m/s 管徑等于或大于250時，為2.02.5 m/s壓水管的選取采用dn4506鋼管，則v=2.34 m/s，i=

13、16.2(3)、壓水管路配件 止回閥 采用hh4410微阻緩閉式止回閥，其規(guī)格為 500s59a： dn600，l=1180，=0.39 電動閘閥 采用z945t10電動暗桿楔式閘閥，其規(guī)格為： 500s59a： dn600, l=600,w=1018 kg , =0.06手動閘閥 設(shè)置在水管路上的常開閥門，采用z45t25暗桿閘閥， 其規(guī)格為：500s59a： dn600,l=600,w=1540 kg , =0.06 同心漸擴管 壓水管路上的漸擴管規(guī)格如下：500s59a，dn500 600, l=600, =0.11設(shè)在聯(lián)絡(luò)管上的漸擴管規(guī)格: dn600 800,l=800, =0.34

14、 dn500 800,l=800. =0.31 三通管 dn500 800,l=1200, =0.78、水泵間布置 (1)基礎(chǔ)尺寸確定 機組基礎(chǔ)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(chǔ)沉陷。因此對基礎(chǔ)的要求如下：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。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(chǔ)下沉或不均勻沉陷。結(jié)合以上要點及所選泵的類型，本次設(shè)計選用混凝土塊式基礎(chǔ)。由于所選泵均不帶底座，所以基礎(chǔ)尺寸的確定如下：基礎(chǔ)長：l=水泵地腳螺釘間距（長度方向）+（400500）基礎(chǔ)寬：b=水泵地腳螺釘間距（寬方向）+（40050

15、0）基礎(chǔ)高：h=（2.54.0）（w水泵+w電機）/(l)因此，500s59a型泵： l=b+l2+l3+（400500）=1000+1167+580+453=3200 b=a+450=710+450b+450=1250 取1250 h=3.0（3000+2235）（3.21.252400）=1630 取1700 電機基礎(chǔ)高h0=1700+800-400=2100 (2) 基礎(chǔ)布置 基礎(chǔ)布置情況見取水泵站祥圖。 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。機組的排列方式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

16、布置簡單，且水力條件好。同時因各機組軸線在同一直線上，便于選擇起重設(shè)備。 機組與管道布置本取水泵房采用圓形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，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(yīng)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)機組的配置，我們可以采用近期購買安裝三臺500s59a型水泵，兩臺工作，一臺備用。遠期需擴建時，再添加一臺500s59a型水泵，三臺工作，一臺備用。水泵間平面尺寸的確定 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(gòu)。橫向排列各個部分尺寸應(yīng)滿足下列

17、要求：d1:進水側(cè)泵與墻壁的凈距 d11000，取d1=1200b1:出水側(cè)泵基礎(chǔ)與墻壁的凈距 b13000,取b1=3000a1:泵凸出部分到墻壁的凈距 a1=最大設(shè)備寬度+0.5m=1250+1000=2250取2700c1:電機凸出部分與配電設(shè)備的凈距 c1=電機軸長+0.5m。所以c1=1860+500=2360但是,低壓配電設(shè)備應(yīng)c11.5m; 高壓配電設(shè)備應(yīng)c12m,c1取2360應(yīng)該是滿足的。e1:泵基礎(chǔ)之間的凈e1值與c1要求相同,即e1=c1=2360b:管與管之間的凈距 b0.7m f:管外壁與機組突出部分的距離 對于功率大于50kw的電機，f要求大于1000，取f=122

18、5a2:泵及電機突出部分長度 a2=200250d1:壓水管路管徑 d1=450l:機組基礎(chǔ)長度 l=3200所以，可得r=b1+f+d1+l+e1=3000+225+1225+3200+1350=9000水泵房安裝高度 (1) 水泵安裝高度 hss=hsvhshva 式中 hss安裝高度,泵軸至最低水位的幾何高度； pa 水面上的絕對大氣壓； hsv水泵的氣蝕余量； hs吸水管路總水頭損失； hva實際水溫下的飽和蒸汽壓力。 500s59a: hss=60.510.43=3.16 m 吸水間最低水位=24.60-2804.25=23.41 m泵軸標高=吸水間最低水位+hss=23.41+3.

19、26=26.67m（2）泵房中各標高確定泵房內(nèi)底地面標高=泵軸標高h10.4 =26.671.30.4 =24.97m（0.4為基礎(chǔ)突出地面高）水泵基礎(chǔ)頂標高=泵軸標高+h1=26.67+0.5=27.17m水泵基礎(chǔ)底標高=26.670.8=25.87m電機基礎(chǔ)頂標高=27.17+1.2=28.37m水泵進水口中心標高=泵軸標高 h2=26.670.37=26.30m水泵出水口中心標高=泵軸標高- h4 =26.670.47=26.20m地下部分筒體高度=室外地面高度泵房內(nèi)底標高 =34.60-24.97=9.63 m泵房筒體高度=操作平臺標高泵房內(nèi)底標高 =（洪水位標高+1m浪高）泵房內(nèi)底標

20、高 =（38.00+1）-24.97 =14.03m泵房上層建筑高度 根據(jù)起吊高度和采光，通風要求，從操作平臺到房頂樓板間距離設(shè)計為 操作平臺標高=洪水位標高+1m浪高 =38.00+1=39.00m泵房頂標高=操作平臺標高+泵房地上部分高度 =39.00+5.8=44.80m總的筒體高度=泵房頂標高泵房內(nèi)底標高 =44.8024.97=19.83m 吸水管與壓水管的水損計算中心取一條最不利線路，從吸水口到輸水干管上切換閘閥止為計算線路圖吸水管路中水頭損失h s: h s=h fs+h ls1、吸水管路沿程水頭損失:h fs=l1is=3.566.870=0.024m2、局部水頭損失:h ls

21、=(1+2) + 3式中 1吸水管進口局部阻力系數(shù)，1=0.0752 dn6008鋼管閘閥局部阻力系數(shù)，按開啟度=0.125考慮，2=0.45；1.905 3 偏心漸縮管dn700500 ,3=0.80則 h ls=（0.75+0.45）+0.2=1.934m 所以吸水管路總水頭損失為:h s=h fs+h ls=1.934+0.024=1.96m壓水管路水頭損失h d:h d=h fd+h ld1、壓水管路沿程水頭損失: h fd=il=0.00394+0.0032310+0.008435=0.08m2、局部水頭損失:h ld=（1+2+3+4+5+6+7） 式中 1止回閥局部阻力系數(shù):0.

22、41； 2手動閘閥局部阻力系數(shù):0.06；3壓水管上的電動閘閥局部阻力系數(shù):0.06；4同心漸擴管局部阻力系數(shù):0.215連接三通的同心漸擴管局部阻力系數(shù):0.31；6出水管上的電動機閘閥局部阻力系數(shù):0.06;7三通局部阻力系數(shù):1.02； v2壓水管的流速:1.81m/s。h ld=（0.41+0.063+0.21+0.31+1.02）=0.63m所以壓水管路總水頭損失為h d=h fd+h ld=0.08+0.63=0.71m則泵站內(nèi)水頭損失:h=s+d=1.96+0.71=2.67m，符合假設(shè)的實際水頭損失。輔助設(shè)備設(shè)計 (1)引水設(shè)備選用真空泵作為引水設(shè)備，其特點是水泵引水快，運行可

23、靠，易于實現(xiàn)自動化控制，真空泵的排氣量計算：qv= 式中 qv真空泵排氣量，單位為m3/min; wp泵站內(nèi)最大一臺水泵泵殼內(nèi)的空氣容積，相當于泵吸入口到出水閘閥 的距離乘以吸入口面積，單位為m3; k漏氣系數(shù)，取k=1.05; ws 吸水井最低水位算起到吸水管中空氣容積，單位為m3; ha 大氣壓的水柱高度，取10.33m; hss 離心泵安裝高度，單位為m; t 水泵充水時間，取5 min。 500s59a型水泵的各部分參數(shù)： wp=0.7210=3.85 ws=0.52(0.6+1.18+0.267)=0.40 則 qv= =1.27 m3/min最大真空值： hsmax=hss73.6

24、=3.20673.6=235.96hg 因此選擇2臺sz2型水環(huán)真空泵（一臺備用），其性能如下： 抽氣量1.36 m3/min,極限真空度-88.5kpa,耗水量10 l/min，重量w=140kg,配套電機:y112m-4，功率4kw，轉(zhuǎn)速n=1450 r/min. 69 sz-2型真空泵外形尺寸（帶底座）：（單位：mm）ll1l2l3l4b11001809590527190495b2b3b4h1h2h344539334347228282 基礎(chǔ)尺寸： 基礎(chǔ)長度=809+（150200）=809+200=1009，取1000 基礎(chǔ)寬度=445+155=600 基礎(chǔ)高=82+（150200）=82+200=282，取3