泵與泵站課程設(shè)計(jì)-計(jì)算書

目錄1計(jì)算流量并初算揚(yáng)程1．1設(shè)計(jì)資料及設(shè)計(jì)內(nèi)容…………………11．2設(shè)計(jì)流量………………31．3設(shè)計(jì)揚(yáng)程………………32選泵方案2．1選泵………………42．2選泵方案的比擬………62．3配套電機(jī)的選擇………73設(shè)計(jì)水泵機(jī)組的根底3．1根底根本要求…………83．2泵機(jī)組的根底計(jì)算……………………83．3決定泵站的形式及泵房形式…………84吸、壓管管徑及管路附件的選配4．1吸水管及壓水管管徑的選擇…………94．2吸壓水管的布置………104．3吸壓水管的設(shè)計(jì)………115吸水管路和壓水管路中水頭損失的計(jì)算5．1吸水管路和壓水管路中水頭損失的計(jì)算……………125．2選泵校核………………136泵安裝高度確實(shí)定和泵房設(shè)計(jì)尺寸計(jì)算……147附屬設(shè)備的選擇………………14參考文獻(xiàn)…………151、計(jì)算流量并初算揚(yáng)程1．1設(shè)計(jì)資料及設(shè)計(jì)內(nèi)容1．1．1設(shè)計(jì)題目某給水工程凈水廠送水泵站設(shè)計(jì)1．1．2設(shè)計(jì)資料水量：最高日用水量為〔35000＋200×座號×班級〕噸/天。全天小時(shí)〔0～24小時(shí)〕用水量見表1-1〔百分?jǐn)?shù)表示〕。表1-1最大日用水量變化表時(shí)間用水量〔%〕時(shí)間用水量〔%〕時(shí)間用水量〔%〕0-12.38-95.316-175.61-22.39-105.217-185.52-32.210-114.918-195.43-42.211-124.819-204.84-52.312-134.720-214.35-63.513-144.621-223.86-74.614-154.822-233.57-85.215-165.223-243.0〔2〕城市管網(wǎng)中設(shè)置有高位水池〔水塔〕，因此給水泵站采用兩級供水，即22-6點(diǎn)，每小時(shí)供水量為2.7%，6-22點(diǎn)，每小時(shí)供水量為4.9%。〔3〕清水池及地面標(biāo)高見圖1-1。圖1-1清水池及地面標(biāo)高示意圖〔4〕在該城市最高日最高時(shí)用水量時(shí)：①二泵站供水量為兩級供水中的最高級〔即4.9%〕；②輸配水管網(wǎng)中水頭損失為25.5米；③管網(wǎng)中的控制點(diǎn)所需的自由水壓為16米；④控制點(diǎn)的標(biāo)高為205.5m。〔5〕在該城市消防用水時(shí)：①消防用水量為60L/s；②輸配水管網(wǎng)中水頭損失為34米③管網(wǎng)中要求的最低自由水頭為10米④控制點(diǎn)標(biāo)高205.5m?！?〕該城市不允許間斷供水?！?〕送水泵站〔清水池附近〕的地質(zhì)資料：地面表層〔約2米〕為粘土，2米以下為頁巖，地下水水位-7m?！?〕該城市最大轉(zhuǎn)輸用水時(shí)，因矛盾不突出，故略?！?〕氣候資料：年平均氣溫15℃，年最高氣溫36℃，年最低氣溫4℃，無霜期300天。1．1．3設(shè)計(jì)內(nèi)容1．確定泵站的設(shè)計(jì)流量和揚(yáng)程，擬定選泵方案。2．選擇水泵和電動(dòng)機(jī)〔包括水泵型號、電動(dòng)機(jī)型號、工作和備用泵臺數(shù)等〕；3．確定水泵機(jī)組的根底尺寸；4．吸水管路和壓水管路的設(shè)計(jì)計(jì)算〔包括進(jìn)出水管內(nèi)的流速、管徑、閥門等〕；5．確定泵站內(nèi)的附屬設(shè)備，引水設(shè)備〔如真空泵〕、起重設(shè)備、排水泵等；6．泵站的平面布置；7．泵站的高程布置〔包括水泵的根底、進(jìn)出水管、泵軸、泵站地面等的標(biāo)高〕；8．確定泵房的建筑高度；9．繪制泵站的平面圖1張，剖面圖1張，并列出主要設(shè)備表及材料表。10．整理設(shè)計(jì)計(jì)算書1份，設(shè)計(jì)說明書1份。1．2設(shè)計(jì)流量某日最高日設(shè)計(jì)流量為Q=35000+200×22×3=48200噸/天=48200/d表1-1最大日用水量變化表時(shí)間用水量〔%〕時(shí)間用水量〔%〕時(shí)間用水量〔%〕0-12.38-95.316-175.61-22.39-105.217-185.52-32.210-114.918-195.43-42.211-124.819-204.84-52.312-134.720-214.35-63.513-144.621-223.86-74.614-154.822-233.57-85.215-165.223-243.0城市管網(wǎng)中設(shè)置高位水池(水塔)，因此給水泵站采用兩級供水，即22-6點(diǎn)，每小時(shí)供水量為2.7%，6-22點(diǎn)每小時(shí)供水量為4.9%。一級供水:=48200×2.7%=1301.4=361.5二級供水:=48200×4.9%=2361.8=656.11．3設(shè)計(jì)揚(yáng)程圖1-1清水池及地面標(biāo)高設(shè)計(jì)揚(yáng)程：=++++∑…〔1—1〕=(205.5-171.5)+25.5+2+16+2=79.5m又∑=SS=∑/=27.5/=64所以∑=S=64×8.36m=+∑++∑…………………〔1—3〕=〔205.5-170.8〕+8.36+16+2=60.36m式中H——泵站的揚(yáng)程〔m〕；——靜揚(yáng)程〔m〕；——吸壓水管路的水頭損失(m)——輸水管路的水頭損失〔m〕——泵站內(nèi)損失〔m〕；——給水管網(wǎng)中控制點(diǎn)所要求的最小自由水壓，也叫效勞水頭(m)；——管路中的總水頭損失(m)；∑——平安水頭〔m〕。2、選泵方案2．1選泵2．1．1選泵要點(diǎn)選泵就是要確定泵的型號和臺數(shù)。對于各種不同功能的泵站，選泵時(shí)考慮問題的側(cè)重點(diǎn)也有所不同，一般歸納如下：大小兼顧，調(diào)配靈活首先要滿足最高供水工況的流量和揚(yáng)程要求，并使所選水泵特性曲線的高效率范圍盡量平緩，對特殊工況，必要時(shí)另設(shè)專用水泵來滿足其要求；選泵時(shí)不能僅僅只滿足最大流量和最高水壓的要求，還必須全面顧及用水量的變化。在水量和所需的水壓變化較大的情況下，選用性能不同的泵的臺數(shù)越多，越能適應(yīng)用水變化的要求，浪費(fèi)的能量越少。型號整齊，互為備用從泵站運(yùn)行管理與維護(hù)檢修的角度來看，如果泵的型號太多那么不變于管理。一般希望能選擇同型號的泵并聯(lián)工作，這樣無論是電機(jī)、電器設(shè)備的配套與貯備，管道配件的安裝與制作均會帶來很大的方便。但一般盡量減少水泵臺數(shù)，選用效率較高的大泵，但亦要考慮運(yùn)行調(diào)度方便，適當(dāng)配置小泵，通常取水泵房至少需設(shè)2臺，送水泵房至少2—3臺〔不包括備用泵〕。合理地用盡各泵的高效段工水泵選擇必需考慮節(jié)約能源，即況點(diǎn)落在高效段內(nèi)是泵工作的點(diǎn)，所以應(yīng)使泵站設(shè)計(jì)所要求的流量和揚(yáng)程落在高效段，即泵應(yīng)在高效率段運(yùn)用行，除了選用高效率泵外，還可考慮運(yùn)行工況的調(diào)節(jié)，特別對經(jīng)常運(yùn)行工況。〔4〕泵與泵站間的聯(lián)系盡可能選用允許吸上真空度值大或必需氣蝕余量值小的泵，以提高水泵安裝高度，減少泵房埋深，降低造價(jià)；2．1．2選泵根據(jù)求得的流量和揚(yáng)程參照《給水排水設(shè)計(jì)手冊—材料設(shè)備—續(xù)冊2》中S型單級雙吸離心泵性能范圍初步選擇出如下表〔表2-1〕的泵型。表2—1可選泵泵型號及各參數(shù)泵型號流量Q揚(yáng)程H(m)轉(zhuǎn)速n(r/min)軸功率N(kw)電動(dòng)機(jī)型號及功率N(kw)效率η〔%)氣蝕余量吸上高度Hs〔m〕重量〔kg〕350S75972126014408075651450271303319Y400-43557885805.83.51200300S585767909726358501450136147.9165.520072.784.2805.23.55992．2選泵方案的比擬2．2．1方案比擬表2-2選泵方案比擬方案編號用水范圍運(yùn)行泵及其臺數(shù)泵流量范圍泵揚(yáng)程H(m)所需揚(yáng)程H(m)揚(yáng)程利用率%泵效率%方案一3臺350S75〔1臺備用〕1301.4一級用水350S75一臺972-144065-80658178-842361.8二級用水350S75兩臺1944-288065-8079．59980-85方案二2臺300S583臺350S75〔1臺備用〕1301.4一級用水300S58兩臺1152-194450-6360．369675-802361.8二級用水350S752兩臺1944-288065-8079．59980-85根據(jù)比擬初選泵的泵效率，選擇方案一：三臺350S75(1臺備用)，在用水低峰期采用一臺350S75，流量變幅為972-1441；用水頂峰期時(shí)采用兩臺350S75流量變幅為1944-2880。該方案的優(yōu)點(diǎn)：在各水泵的高效段都能滿足流量、揚(yáng)程需求；同型號的水泵、電動(dòng)機(jī)，型號整齊，便于配套使用。水泵根底制作、管路安裝方便、易于操作。350S75的特性曲線及大致管道特性曲線泵的安裝尺寸和外形尺寸S型外形尺寸表〔2-3〕泵型號外形尺寸〔mm〕LL1L2L3BB1B2B3HH1H2H3n-Φd350S751271.5710600500125060069050010176202743564-34進(jìn)口法蘭尺寸〔mm)出口法蘭尺寸〔mm)DN1D01D1n1-Φd1DN2D02D2n2-Φd235046050016-2325035039012-23S型的安裝尺寸圖〔圖2—1〕2．3配套電機(jī)的選擇2．3．1選電動(dòng)機(jī)應(yīng)綜合考慮的因素〔1〕根據(jù)所要求的最大功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速選用電動(dòng)機(jī)〔2〕根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率大小，參考外電網(wǎng)的電壓決定電動(dòng)機(jī)的電壓〔3〕根據(jù)工作環(huán)境和條件決定電動(dòng)機(jī)的外形和構(gòu)造形式〔4〕根據(jù)投資少，效率高，運(yùn)行簡單等條件，確定所選電動(dòng)機(jī)的類型2．3．2電動(dòng)機(jī)型號意義說明2．3．3電動(dòng)機(jī)〔不帶底座〕安裝尺寸圖〔2—2〕和外形尺寸表〔2—4〕電動(dòng)機(jī)外形尺寸表〔2—4〕型號電動(dòng)機(jī)尺寸重量〔kg〕ABCDEFGHKY400-4710100033511021028100400352065Y系列6kV中型高壓電動(dòng)機(jī)安裝尺寸圖〔2-2〕3、設(shè)計(jì)水泵機(jī)組的根底3．1根底根本要求根底的作用是支撐并固定機(jī)組，使它運(yùn)行平穩(wěn)，不致發(fā)生劇烈振動(dòng)，更不允許產(chǎn)生根底沉陷，根底一般的要求是：〔1〕堅(jiān)實(shí)牢固，除能承受機(jī)組的靜荷載外，還能承受機(jī)械震動(dòng)荷載；〔2〕要澆制在較堅(jiān)實(shí)的地基上，以免發(fā)生根底下沉或不均勻沉降。3．2泵機(jī)組的根底計(jì)算350S75型泵不帶底座，所以選定其根底為混泥土塊方式根底，機(jī)組根底采用混凝土材料。由于本方案3臺泵型號一樣，該根底也一樣。根底長度L＝地角螺釘間距+〔400～500〕=L1+(L3)/2+E+C+B+(400~500)=710+550/2+210+335+1000+470=3000mm根底寬度B＝地角螺釘間距+〔400～500〕＝A+(400~500)=630+470=1100mm根底高度H＝{〔2.5~4.0〕×()÷〔L×B×〕＝3.5×(1200+2065)÷〔3×1.1×2400〕＝1.44m其中—水泵重量〔kg〕;—電機(jī)重量〔kg〕;—根底長度〔m〕;—根底寬度〔m〕;—根底密度〔kg/m3〕(混凝土密度ρ＝2400kg/m3)因此該根底的尺寸為長3m×寬1.1m×高1.44m3．3決定泵站的形式及泵房形式布置原那么：水泵機(jī)組間距一不防礙操作和維修的需要為原那么，機(jī)組布置應(yīng)保證運(yùn)行平安，裝卸，維修和管理方便。側(cè)向進(jìn)、出水的泵，采用橫向排列的方式比擬好。泵機(jī)組的根底長度較小，因此橫向排列雖然稍增長泵房的長度，且只需要采用一套起重設(shè)備，進(jìn)出水管順直，水利條件好，節(jié)省電耗。故本設(shè)計(jì)方案中采用橫向排列如下列圖〔圖3—1〕。詳見書本164圖3—1泵的排列方式根據(jù)清水池最低水位標(biāo)高H=170.8m，地面標(biāo)高H=175.8m和水泵中最小吸上高度HS=3.5m的條件，確定泵房為矩形半地下式。詳細(xì)布置圖如附圖。4吸、壓管管徑及管路附件的選配4．1吸水管及壓水管管徑的選擇一般吸水管管路的實(shí)際流速采用以下數(shù)值：管徑小于250mm時(shí)，為1.0~1.2m/s；管徑等于或者大于250mm時(shí)，為1.2~1.6m/s在吸水管路不長且地形吸水高度不很大的情況下，可采用比上述數(shù)值大些的流速，如1.6~2.0m/s。對于壓水管的設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)流速為：管徑小于250mm時(shí)，為1.5~2.0m/s；管徑等于或者大于250mm時(shí)，為2.0~2.5m/s。上述設(shè)計(jì)流速取值較給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中的平均流速要大，因?yàn)?，泵站?nèi)壓水管路不長，流速取大點(diǎn)，水頭損失增加不多，但可減小管子和配件的直徑。一臺350S75A型水泵單獨(dú)工作時(shí)，其流量Q=1325m3/h，為吸水管和壓水管所通過的最大流量。兩臺350S75型水泵并聯(lián)工作時(shí)的單泵流量Q=1181m3/h，為吸水管和壓水管所通過的最大流量。查《給排水設(shè)計(jì)手冊1常用資料》P365中剛管和鑄鐵管水力計(jì)算表便可得剛管和鑄鐵管水力計(jì)算表〔4—1〕：表4—1剛管和鑄鐵管水力計(jì)算表DN(mm)400450500600m3/hL/sv1000iv1000iv1000iv1000i1442400——2.4317．41．979．861．373．8111813282．5322．21．9911．71．616．691．122．5923626562.2610.4所以由上表初步選定：一級供水最大流量為1442吸m3/h時(shí)水管管徑DN=500mm,v=1.97m/s，1000i=9.86，/2g=0.198；壓水管管徑DN＝450mm，v=2.43m/s，1000i=17.4，/2g=0.301。二級供水為最大流量為1181m3/h時(shí)吸水管管徑DN=500mm,v=1.61m/s，/2g=0.132，1000i=6.69；壓水管管徑DN＝450mm，v=1.99m/s，1000i=11.7，/2g=0.202。送往高位水塔的壓水管道的最大流量為2倍的1181m3/h即為2362m3/h時(shí)管道管徑DN=600mm，v=2.26m/s，1000i=10.4，/2g=0.260。4．2吸壓水管路的布置4．2．1吸水管路布置要求吸水管路通常處在高壓狀態(tài)下工作，所以對吸水管路的根本要求是不漏氣、不積氣、不吸氣，否那么會使水泵的工作產(chǎn)生故障。為此常采取一下措施：(1)為保證吸水管路不漏氣，要求管材必須嚴(yán)格。(2)為使水泵及時(shí)排走吸水管路中的氣體，吸水管應(yīng)有沿水流方向連續(xù)上升的坡度。(3)吸水管的安裝與敷設(shè)應(yīng)防止在管道內(nèi)形成氣囊。(4)吸水管安裝在吸水井內(nèi)，吸水井有效容積應(yīng)不小于最大一臺泵5min的抽水量。(5)吸入式工作的水泵，每臺水泵應(yīng)設(shè)單獨(dú)的吸水管。(6)當(dāng)吸水池水位高于水泵軸線時(shí)，吸水管上應(yīng)設(shè)閘閥，以利于水泵檢修。(7)當(dāng)水中有大量雜質(zhì)時(shí)，喇叭口下面應(yīng)設(shè)置濾網(wǎng)。4．2．2壓水管路布置要求對壓水管路的根本要求是耐高壓、不漏水、供水平安、安裝及檢修方便。(1)壓水管路常采用鋼管，采用焊接接口，與設(shè)備連接處或需要經(jīng)常檢修處采用法蘭接口。(2)為了防止管路上的應(yīng)力傳至水泵，以及安裝和拆卸方便，可在壓水管路適當(dāng)位置上設(shè)補(bǔ)償接頭或可撓性接頭。(3)離心泵必須要關(guān)閘啟動(dòng)。(4)當(dāng)不允許水倒流時(shí)，需設(shè)止回閥。圖4—1吸壓水管路布置泵站內(nèi)一般不設(shè)聯(lián)絡(luò)管，因?yàn)楸迷谖胧焦ぷ鲿r(shí)，管道設(shè)置的閘閥越多。出事的可能性越大。故吸水管道不設(shè)閘閥、所以吸水管路布置如下。由于吸壓管道的直徑都不大于500mm.所以建議敷設(shè)在地溝中或?qū)烧咧环笤O(shè)在地溝中，以利泵站內(nèi)的交通。吸壓水管的設(shè)計(jì)吸水管吸水管配置吸水喇叭口一個(gè)〔=0.56，D1=522mm,D=762mm〕，DN500鋼制90°彎頭一個(gè)〔=1.01,，R=450mm，D=530mm〕，DN500mm×350mm偏心漸縮管一個(gè)〔=0.19，L=450mm〕,為了檢修中能隔離水泵，同時(shí)為了減少泵房跨度，選擇Z745T-1型DN500液動(dòng)楔式單閘板閘閥一個(gè)〔=0.06，L=540mm〕。壓水管壓水管上配置DN250mm×450mm同心漸放管一個(gè)〔=0.3，L=550mm〕，F(xiàn)D型DN450可曲撓橡膠接頭一個(gè)〔=0.21，L=300mm〕，XH41X-1.0型DN450旋啟式消聲止回閥一個(gè)〔=1.7，D=615mm，L=1000mm〕，Z745T-1型DN450液動(dòng)楔式單閘板閘閥一個(gè)〔=0.15，L=510mm〕，DN450mm×600mm漸放管一個(gè)〔=0.04，L=450mm〕，DN600鋼制三通一個(gè)〔=1.5，L=1000〕，Z745T-1型DN600液動(dòng)楔式單閘板閘閥一個(gè)〔=0.06，L=600mm〕。吸水管、壓水管連同泵一起安裝在機(jī)器間的地板上，管道直進(jìn)直出，彎頭少，可節(jié)約電耗。管路布置如附。在選擇配件時(shí)，選用的是全國通用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品〔參見設(shè)計(jì)手冊和標(biāo)準(zhǔn)圖集〕。5吸水管路和壓水管路中水頭損失的計(jì)算5．1吸水管路和壓水管路中水頭損失的計(jì)算一級供水:吸水管路中水頭損失：…………………式5-1=il+〔+++〕/2g+/2g=0.00986×12.05+(0.56+1.01+0.19+0.06)×0.198+0.19×0.884=0.516m.其中——喇叭口局部阻力系數(shù)——DN500鋼制90°彎頭局部阻力系數(shù)——Z745T-1型DN500液動(dòng)楔式單閘板閘閥局部阻力系數(shù)——偏心漸縮管DN450×350局部阻力系數(shù)壓水管路水頭損失：…………………式5-2=L1i+〔++++〕/2g+L2i+〔++〕/2g=0.0174×6.81+(0.3+0.21+1.7+0.15+0.04)×0.301+0.00381×2.6+(0.04+1.5+0.06)×0.0957=0.898m其中——同心漸放管DN450×DN250——FD型DN450可曲撓橡膠接頭局部阻力系數(shù)——止回閥局部阻力系數(shù)——DN450閘閥局部阻力系數(shù)——DN450mm×600mm漸放管局部阻力系數(shù)——DN600鋼制三通局部阻力系數(shù)——Z745T-1型DN600液動(dòng)楔式單閘板閘閥局部阻力系數(shù)從泵吸水口到輸水干管上的全部水頭損失為：==0.516+0.898=1.414m二級供水：吸水管路中水頭損失：=il+〔+++〕/2g+/2g=0.00669×12.05+(0.56+1.01+0.19+0.06)×0.132+0.19×0.593=0.412m.其中——喇叭口局部阻力系數(shù)——DN500鋼制90°彎頭局部阻力系數(shù)——Z745T-1型DN500液動(dòng)楔式單閘板閘閥局部阻力系數(shù)——偏心漸縮管DN450×350局部阻力系數(shù)壓水管路水頭損失：=L1i+〔++++〕/2g+L2i+〔++〕/2g=0.0117×6.81+(0.3+0.21+1.7+0.15+0.04)×0.202+0.0104×2.6+(0.04+1.5+0.06)×0.260=1.007m其中——同心漸放管DN450×DN250——FD型DN450可曲撓橡膠接頭局部阻力系數(shù)——止回閥局部阻力系數(shù)——DN450閘閥局部阻力系數(shù)——DN450mm×600mm漸放管局部阻力系數(shù)——DN600鋼制三通局部阻力系數(shù)——Z745T-1型DN600液動(dòng)楔式單閘板閘閥局部阻力系數(shù)從泵吸水口到輸水干管上的全部水頭損失為：==0.412+1.007=1.419m所以二級供水路線為最不利線路S=〔〕/Q2=〔25.5+1.419〕/=62.53可得一級供水時(shí)實(shí)際揚(yáng)程=+S++∑=62.00m二級供水時(shí)實(shí)際揚(yáng)程=+++++∑=78.92m.5．2選泵校核根據(jù)該城鎮(zhèn)的消防要求：消防時(shí)，泵站的供水量Q火=Qd+Qx=656.1+60=696.1L/s=2505.96m3/h消防時(shí)，泵站的揚(yáng)程=+H0火++=34+10+34+1.419=79.42m其中—地形高差(m)；—自由水壓(低壓消防制取10m)；—總水頭損失(m)；—泵站內(nèi)損失〔m〕。對應(yīng)于該二級泵的特性曲線得出的揚(yáng)程79.5m，滿足其消防要求的79.42m由此可見，初選的泵機(jī)組符合要求。6泵安裝高度確實(shí)定和泵房設(shè)計(jì)尺寸計(jì)算泵最大安裝高度……式6—1=3.5—÷2g—0.412=3.075m泵軸標(biāo)高＝吸水井最低水位+Hss＝170.80+3.075=