灌溉泵站設計

1、某灌溉泵站設計一基本設計資料1 基本情況本區(qū)地勢較高，歷年旱情比較嚴重，糧食產量低。根據(jù)規(guī)劃，擬從附近湖中揚水灌溉 該區(qū)的6.7萬畝農田，使之達到高產穩(wěn)產的目的。機電揚水灌區(qū)內主要作物有小麥、玉米、谷子和棉花等。灌區(qū)缺少灌溉制度，現(xiàn)參考 附近老灌區(qū)的灌水經驗，擬定出本灌區(qū)灌溉保證率為75%勺灌溉制度。其設計毛灌水率如表 1所示。表1設計年內毛灌水率灌水時間（日/月）1/3-15/416/4-10/611/6-30/71/9-30/915/11-10/12灌水率（I/（S 千30.0022.0016.5022.5030.75畝)圖1站地地形圖2 地質及水文地質資料根據(jù)可能選擇的站址，布置 6個鉆

2、孔。由地質柱狀圖明顯的看出，3米以內表土主要 是粘壤土，經土工試驗，得到的有關物理指標為粘壤土的內摩擦角©=35 °，承載力為2200kN/m。站址附近的地下水位多年平均在307.2m左右（系黃海高程）。3 氣象資料夏季多年平均旬最高氣溫 34C,春、秋季干旱少雨，年平均降雨量為 524mm降雨年 內分配極不均勻，每年7、8、9月的降雨量占全年降雨量的80%以上。年平均無霜期為200 天左右，多年平均最低氣溫為-8 C,最大凍土深度為o.44 m。平均年地面溫度為15C，平 均年日照時數(shù)為2600.4h。累積年平均輻射總量為527.41 kJ/cm,平均日照百分率為59 %

3、。 熱量和積溫都比較豐富，能滿足一年兩熟作物生長的需要。4 水源75 %時的湖泊灌區(qū)西北有一湖泊，是規(guī)劃灌區(qū)的水源，其水量充沛。灌溉保證率為月平均水位如表2所示表2湖泊月平均水位(保證率為 75%月份123456789101112水位(m)308.9308.9309.2309.3309.5309.7312.0313.0313.2309.8309.8308.9灌溉保證率為90%寸，灌溉期間旬平均最低水位為 308.8m。5年一遇的旬平均最高水位達312.5m，夏季多年旬平均最高水溫為 23E。5 其它根據(jù)規(guī)劃，為保證揚水后自流灌溉，出水池水位均不應低于327m站址附近有6.3 kV高壓電力線通過

4、，已經有關部門批準，可供泵站使用。該地區(qū)勞動力充足，交通方便。除水泥、金屬材料以及泵站建設中所需的特殊材料外， 當?shù)乜商峁┐u、石、砂、瓦、木材等建筑用材。根據(jù)機電設備的運行特性，每天按 20h運行設計。6 要求完成泵站設計中初設階段的部分內容，成果包括設計圖紙和設計說明書。(1) 圖紙1) 樞紐平面布置圖(繪制在地形圖上)2) 泵房平面圖，泵房縱、橫剖面圖。(2) 設計說明書1) 概述建站目的，設計任務，資料分析，設計所依據(jù)的規(guī)范和標準。2) 機電設備選擇的依據(jù)和計算。3) 泵站各建筑物的型式、結構選擇的依據(jù)、計算結果及其草圖。4) 泵房尺寸擬定的依據(jù)和設備布置的說明。5) 驗證機組選擇的合理

5、性，并說明其在使用中應注意的問題。6) 必要的附圖、附表、參考文獻。(3) 樞紐中心線因所給資料不足，無法知道控制區(qū)面積如何，但是根據(jù)資料可知，該地區(qū)高差不大， 總體呈上升趨勢，沒有坡升坡降的情況，于是擬定采用單站集中控制方式。同時，采用正 向進水、正向出水的建筑物布置型式。初步擬定樞紐中心線。擬定情況如圖2所示(在原地形圖的基礎上繪制）圖2樞紐中心線布置圖二 泵站設計1泵站主要設計參數(shù)（1）設計水位出水池水位327.0米，水源設計最低水位308.8米，5年一遇的旬平均最高水位312.5 米。（2）泵站設計流量：為了便于選擇同型號水泵，按以下原則將灌水率圖修正成等階梯形狀， 具體如下。1）灌水

6、日期的移動或者灌水時間的變動.不應影響作物的正常需水（變動天數(shù)不超過23天）。2）每次灌水的灌水率數(shù)值不應相差太大（最小灌水率不應小于最大值的40%），以 便渠道流量比較平穩(wěn)，泵站機組利用率較高。3）修正后的灌水率應適應我國目前的管理水平，對旱作灌區(qū)，一般的灌水率在 20351/ （s 干畝）之間。圖3灌水率圖（3）按每天開機19小時，將修正后的毛灌水率換算成機灌灌水率。公式為q機=q設*24/ t機式中q機修正后的設計毛灌水率.1/（s 千畝）；t機一一機組每天開機的小時數(shù)。表3 設計年內毛灌水率灌水時間（日/月）1/3-15/16/4-10/11/6-30/1/9-30/915/11-10

7、/14672毛灌水率（l/（s 千30.0022.0016.5022.5030.75畝)機灌水率37.8927.7920.8428.4238.84圖4 機灌灌水率圖（4）取灌水率圖中之最大的灌水率來計算泵站的設計流量，其計算公式為Q設= q max機 3 / 渠系式中qmax機修正后的最大灌水率.I/（S 千畝）；CD設計的灌溉面積.千畝； 渠系一一渠系水利用系數(shù)（。Q 設=38.84*67/0.65=4003.5l/s2泵站設計揚程估算（1）泵站設計的水源水位；最高水位；313.2 ;最低水位；308.9 ;設計水位；312.5 ；最低運行水位；灌溉保證率為 90%寸，灌溉期間旬平均最低水位

8、為 308.8 出水池按最低要求327m設計凈揚程；327-312.5=14.5m最高凈揚程；327-308.8=18.2m最低凈揚程；327-313.2=13.8m（2）計算平均實際揚程，公式為式中h實i相應時段ti時的出水池水位與進水池水位之差，mQi相應時段ti時的泵站供水流量，1/s ,；ti不同灌溉時段的泵站工作天數(shù)，天。表4實際揚程計算表灌水時間（日/ 月）1/3-15/416/4-10/611/6-30/71/9-30/915/11-10/12機灌灌水率（l/（S 千畝）37.8927.7920.8428.4238.84供水流量1/s3905.62864.52148.12929.

9、44003.5Q t i175752157547.510740087882100087.5H 實 i Qi t3122527.23036357.8出水池按最低要求327mH 實 雲(yún)=17.636m(3)確定水泵的設計揚程，公式為：H設=H實+" h損(1+k) H實式中 h損管路沿程和局部水頭損失。 mK管路水頭損失占平均實際揚程的百分比，其值可按表課本k=20%5-2初定。取H設=H實 +EA h 損"（1+k） H實=21.163m3初步選泵(1) 水泵選型的原則。具體如下。1) 在設計揚程下，能滿足設計流量的要求，2) 當實際揚程變化時，水泵能在高效區(qū)內工作，3) 在

10、能夠適應灌溉流量變化的前提下，盡量選用較大的水泵，以減少臺數(shù)，節(jié)省基 建、維修費用。另外大泵的效率較高。4) 在一個泵站中，盡可能選用同型號的水泵。5) 如進水池的水位變化幅度較小時、優(yōu)先選用臥式機組。6) 在滿足流量和揚程的前提下，盡量選用吸水性能好的水泵。(2) 主泵類型的選擇。因為此泵站的設計揚程為 21.163m ，設計流量為4003.51/s 查水泵站設計示例 與習題中的水泵性能表得種泵型均符合揚程要求，作為比較方案，進行經濟性能等方面的優(yōu)選。其性能如表所示：表5泵型方案性能(3)確定主泵臺數(shù)有關系式iQd，可據(jù)此確定兩種泵型所需的臺數(shù)Q泵型泵|臺，取 臺。Q泵iQd型泵 I 云臺，

11、取 臺(4)擬合流量過程曲線按選定的水泵型號和臺數(shù)，在流量過程線上擬合，當選擇水泵型臺數(shù)為時，擬合后的流量過程線和設計流量過程線配合較好，故說明選擇方案可以滿足流量變化過程的要 求。故本設計選用型泵這一方案是合理的。所以選用臺型泵，其中 為備用。4動力機組配套選型由于在站址有高壓輸電線路通過，靠近電源，故動力類型選配電動機。（1）電動機配套功率N配計算N軸其計算公式如下：N配K傳式中：K動力備用系數(shù)，取1.1 ；N軸一水泵工作范圍內的最大軸功率，查前表得kW ；傳一傳動效率，水泵轉速為 r/mi n ，初步假定用同步轉速 r/mi n 的異步電動機直接 傳動，則取為 。N軸算得N配K。傳（2）

12、確定機型根據(jù)水泵額定轉速 r/mi n 和配套功率 kW，配套 電機。5水泵機組的布置與基礎本設計采用的是 臺 系列 泵，因此機組布置采用橫向排列方式。機組基礎采用混凝土基礎，混凝土容重丫二 23520N/m,機組的基礎深度計算公式為式中，W機組總重量（N），H 3.0WL B 丫(2.2 )l基礎長度（m，b 基礎寬度（m，丫一基礎所用材料的容重（(N/m3)查給水排水設計手冊，得到型水泵機組的基礎平面尺寸為，機組總重量為2550kg，則根據(jù)公式（2.2 ）計算出其基礎深度為1.29m.6管路水頭損失計算由于鋼管的強度高，接口可焊接，密封性遠勝于鑄鐵管，因此吸水管路和出水管（泵房內）均采用壁

13、厚為10mm勺鋼管，敷設在泵房地板上。壓水管采用球墨鑄鐵管。每臺水泵均有單獨的吸水管，深入進水池中。(1) 吸水管路和壓水管路中水頭損失的計算管路沿程水頭損失可按比阻法計算，對于鋼管，計算公式如下：刀 hf=E AkikzLQ式中，ki 鋼管壁厚不等于10mm寸的修正系數(shù)，對于本次設計 ki= 1k 3管中平均流速小于1.2m/s的修正系數(shù)A 比阻值管路局部水頭損失計算公式如下：2刀 hm="Z 2g式中，z局部水頭損失系數(shù)因此，管路總水頭損失刀hs = E hf + E hm0(2) 吸水管路水頭損失的計算1) 沿程水頭損失計算沿程水頭損失用下式計算h沿 =10.3nBQ2式中n

14、管道內壁糙率，鑄鐵為0.013 ; L管道長度11.0m； D管道直徑950mm Q管道設計流量1.1 m3/s。則計算可得。2) 局部水頭損失計算局部水頭損失用下式計算h局 =0.0834Q2式中一管路局部阻力系數(shù)，查資料D得：進0.2， 90 0.64，縮0.2 ; D局部阻力處管徑，查資料得：D進=1.2m, D縮=0.8m；其余符合同上。則得。則吸水管路水頭損失為：h吸二h沿h局0.023 0.16 0.139m7水泵安裝高度Hg計算本設計工作水溫與水面大氣壓均超過標準值，用公式HsHs (10.33 ha) (ht 0.24)計算修正后的允許吸上真空高度HsHs 水泵允許吸上真空高度

15、7.5m；ha 大氣修正值，海拔m ，查資料得m ;ht 工作水溫C,則查資料得 m ;算得 HsHs (10.33 ha) (ht 0.24)=。Vs =4Q/( n 6m/s ,v 水泵進口處流速。水泵安裝高度Hg用下式計算Hg Hs2Vs2g8水泵安裝高程的確定水泵安裝高程用下式計算：安min Hg K，311.03min 進水池最低水位m ；K安全值，取0.2m。則安 min Hg Km。水泵安裝狀況如圖所示308.8:圖4水泵安裝高程示意圖9 出水管經濟管徑的計算（1）設幾種待選的管徑，并在水泵性能曲線圖上求的每種管徑的工況點，計算結果見計算公式H需10.28n2Q 2D 5.332

16、V2g表6不同管徑需要揚程性能表D=700mm流量（ls）H需H凈刀h(m)D=800mm流量（ls）H需H凈刀h(m)D=900mm流量（LS）H需H凈刀h(m)D=1000mm流量（%）H需H凈刀h(m)D=1100mm流量（lS）H需H凈刀h(m)D=1200mm流量（lS）H需H凈刀h(m)表7 不同管徑水泵工況點參數(shù)表管徑（mrj）工況點參數(shù)Q（ %）h (m(%P (kW700800900100011001200（2） 計算不同管徑時，抽灌溉水量 W=萬m3所需要的電費計算公式為N2 WQt ?Pt/機？,e36OO （元年） 式中W年灌溉用水量，m3Qt,R 每種管徑相應工況點的

17、流量和水泵軸功率。e單位電價，元;（kW?h）計算公式為gHpD29800H pD2(mm)表8計算結果見下表管徑（mn）700800900100011001200年電費（萬元坪）（3）計算每種水管的管壁厚度計算結果見下表表9管徑與管壁厚度表管徑（mm700800900100011001200Hp (m)2 (mm由于計算所需的管壁厚度太小，所以取0.8mm（4）水管投資。計算公式c b （D）2 D2）?L （元）4式中b鋼板價格，元/ M3。換算成每年投入為A C普元/年表10計算結果見下表管徑（mrj）700800900100011001200C （萬元）A （萬元/年）（5）年維修管理

18、費計算公式為 Ni pC （元：年）表11年維修管理費表管徑（mrj）700800900100011001200（6）不同管徑時的年費用計算公式為R= N1+N2 A表12計算結果見下表管徑（mn）700800900100011001200年費用 R（萬元/年）結果出水管選用的經濟管徑為 D= o10出水建筑物設計1出水池根據(jù)站址地形，本設計采用開敞式側向出水池，用出口拍門阻止池水倒泄。（1） 立面尺寸1）池頂高程頂。用下式確定 頂 max h超，式中max出水池最高水位；h超一安全超高，查資料取m o貝U 頂=5m2）池底高程底。由下式確定 :底 min （h淹+ D出+P ），式中 min

19、 出水池出口上緣最小淹沒深度，要求大于兩倍出口流速水頭。本設計取 倍出口流速水頭， h 淹=； P出水管漸擴出口下緣至池底凈距，本設計取m。則 底 = 。出水池立面尺寸如圖所示。(2) 平面尺寸1)池長L。用下式確定L nD出(n 1)S L2 (56)D出2) 池寬Bo B Bi (n 1)D出，式中 B 邊管出口處池寬，擬取 m。則B=， 出水池平面尺寸如圖所示。出水池平面尺寸示意圖三 泵房初步布置設計1 確定泵房結構型式臥式離心泵泵房型式取決于水泵有效吸程與水源水位變幅的關系。(1) 水泵有效吸程值 H 效吸 計算按下式計算：H效吸 安Z h min，式中Z水泵安裝基準面距底座間(此處為 底面)的距離，查資料可得；h水泵基礎高出機坑地面高度(此處為 0.1m),余者符號意義跟前同。則 H 效吸 =o(2) 水源水位變幅 H渠道最高水