《泵與泵站》課程設(shè)計(jì)—取水泵站的設(shè)計(jì)

1、目 錄一、設(shè)計(jì)說明書1<一>工程概述1二、設(shè)計(jì)概要1三、設(shè)計(jì)計(jì)算2<一> 設(shè)計(jì)流量的確定和設(shè)計(jì)揚(yáng)程估算：2<二>、初選泵和電機(jī)3<三>、吸水管路的設(shè)計(jì)7<四>、壓水管路的設(shè)計(jì)8<五>、水泵間布置9<六>水泵房安裝高度11<七>輔助設(shè)備設(shè)計(jì)13四、 參考文獻(xiàn)15一、設(shè)計(jì)說明書<一>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(jì)日產(chǎn)水能力為9.5萬m3的第二水廠，給水管線設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，現(xiàn)需設(shè)計(jì)該水廠取水泵房。(二) 設(shè)計(jì)資料市新建第二水廠工程近期

2、設(shè)計(jì)水量為85000m3/d，要求遠(yuǎn)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(biāo)高為38.00m，枯水位標(biāo)高為24.60m。凈水構(gòu)筑物前配水井的水面標(biāo)高為57.20m，自流取水管全長(zhǎng)280m，泵站到凈化場(chǎng)的輸水干管全長(zhǎng)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11.5m。二、設(shè)計(jì)概要 取水泵站在水廠中也稱一級(jí)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(diǎn)，所以河道的水文、水運(yùn)、地質(zhì)以及航道的變化等都會(huì)影響到取水泵上本身的埋深、結(jié)

3、構(gòu)形式以及工程造價(jià)等。其從水源中吸進(jìn)所需處理的水量,經(jīng)泵站輸送到水處理工藝流程進(jìn)行凈化處理。本次課程設(shè)計(jì)僅以取水泵房為例進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中通過粗估流量以及揚(yáng)程的方法粗略的選取水泵；作水泵并聯(lián)工況點(diǎn)判斷各水泵是否在各自的高效段工作，以此來評(píng)估經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)度，選取吸水管路和壓水管路的管路配件，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(jì)取水泵房時(shí)，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?jì)算。在施工過程中，應(yīng)考慮到爭(zhēng)取在河道枯水位時(shí)

4、施工，要搶季節(jié)，要有比較周全的施工組織計(jì)劃。在泵房投產(chǎn)后，在運(yùn)行管理方面必須很好地使用通風(fēng)、采光、起重、排水以及水錘防護(hù)等設(shè)施。此外，取水泵站由于其擴(kuò)建比較困難，所以在新建給水工程時(shí)，可以采取近遠(yuǎn)期結(jié)合，對(duì)于本例中，對(duì)于機(jī)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(yuǎn)期擴(kuò)建的可能性，所以用遠(yuǎn)期的容量及揚(yáng)程計(jì)算。對(duì)于機(jī)組的配置，我們可以暫時(shí)只布置三臺(tái)500S59A型水泵（一臺(tái)備用，兩臺(tái)工作），遠(yuǎn)期需要擴(kuò)建時(shí)，再增加一臺(tái)同型號(hào)的水泵。三、設(shè)計(jì)計(jì)算<一> 設(shè)計(jì)流量的確定和設(shè)計(jì)揚(yáng)程估算：(1) 設(shè)計(jì)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

5、下，我們要求一級(jí)泵站中的泵晝夜不均勻工作。因此，泵站的設(shè)計(jì)流量應(yīng)為：式中 Qr一級(jí)泵站中水泵所供給的流量(m3h)；Qd供水對(duì)象最高日用水量(m3d)；為計(jì)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(jí)泵站在一晝夜內(nèi)工作小時(shí)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(jì)流量為 Q=1.05× =3718.75m3/h=1.033 m3/s遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)流量為 Q=1.05×=4156.25m3/h=1.155 m3/s(2)設(shè)計(jì)揚(yáng)程HST靜揚(yáng)程HST的計(jì)算 通過取水部分的計(jì)算已知在最不利情況下（即一條自流管道檢修，另一條自

6、流管道通過75%的設(shè)計(jì)流量時(shí)），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(biāo)高為38.00-1.00=37.00m,最低水面標(biāo)高為24.60-1.00=23.60m,所以泵所需靜揚(yáng)程HST 為：洪水位時(shí)，HST=57.20-37.00=20.20m枯水位時(shí)，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(dāng)一條輸水管檢修，另一條輸水管應(yīng)通過75%的設(shè)計(jì)流量（按遠(yuǎn)期考慮），即Q=0.75×4156.25=3117.2m3/h=0.866m3/s,查水力計(jì)算表得管內(nèi)流速 v=1.72m/s,i=4.25

7、,所以輸水管路水頭損失；=1.1×0.00425×1500=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(jì)揚(yáng)程為：枯水位時(shí)：Hmax=33.60+7.0125+1.8+2=44.4125m洪水位時(shí)：Hmin=20.20+7.0125+1.8+2=31.0125m<二>、初選泵和電機(jī) (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 HST 最高時(shí)水泵的凈揚(yáng)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(shí)水泵流量，m3/sHST=33.60m

8、 ,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)3.914.907.2310.8012.10H(m)36.5137.5039.8344.4144.70(2） 水泵選擇選泵的主要依據(jù)：流量、揚(yáng)程以及其變化規(guī)律 大小兼顧

9、，調(diào)配靈活 型號(hào)整齊，互為備用 合理地用盡各水泵的高效段 要近遠(yuǎn)期相結(jié)合?！靶”么蠡A(chǔ) ”大中型泵站需作選泵方案比較。根據(jù)上述選泵要點(diǎn)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(tái)500S59A型泵，兩臺(tái)工作一臺(tái)備用，單泵工況點(diǎn)為（1980，44.5），滿足近期工況的要求。遠(yuǎn)期增加一臺(tái)500S59A型泵，三臺(tái)工作一臺(tái)備用。遠(yuǎn)期三臺(tái)水泵并聯(lián)時(shí)單泵工況點(diǎn)為(1860,50.06),此時(shí)三臺(tái)泵均工作在高效段工作。圖1 水泵并聯(lián)工況點(diǎn)的求解圖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=1500

10、2170m3/s，揚(yáng)程H=5739m，轉(zhuǎn)數(shù)n=970r/min,泵軸額定功率：N=333kW，電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y400-54-6型異步電動(dòng)機(jī)，配電機(jī)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(jī)nd80012002235 N3000 N435表3 進(jìn)口法蘭尺寸 表4 出口法蘭尺寸DN1D01D1n1-d1500 62067020-26DN2D02D2n2-d235046050516-22 50

11、0S59A型泵工作曲線圖500S59A型泵安裝尺寸<三>、吸水管路的設(shè)計(jì)(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(jìn)口位置 設(shè)計(jì)流速： 管徑小于250時(shí)，V取1.01.2 m/s 管徑等于或大于250時(shí)，V取1.21.6 m/s(3) 吸水管路直徑 采用DN600×8鋼管，則V=1.32m/s ，i=3.56(4) 吸水管路的管件布置<1>喇叭口設(shè)計(jì)喇叭口擴(kuò)大直徑 D(1.31.5)d=1.4×600=840 取800 喇叭口高度 4（D-DN）=4

12、×（800-600）=800 喇叭口距墻壁的距離 a>(0.751.0)D 取a=0.9×800=720 取700 喇叭口距室底的距離 h1(0.60.8)D=0.75×800=1200 喇叭口之間距離 l1（1.52.0）D=1.5×800=1200 喇叭口淹沒深度 h2（1.01.25）D=1.25×800=1200 喇叭口中心線與后墻的距離C=（0.81.0）D=0。9×800=720 取700 喇叭口與進(jìn)水室的距離 l3D=2400 <2.>手動(dòng)閘閥 采用Z45T10正齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)暗桿楔式閘閥，其規(guī)格為：500S

13、59A： DM=700，L=6603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 <4>90°彎頭 500S59A: DN600, T=700, =1.06<四>、壓水管路的設(shè)計(jì)(1) 流量QQ1=1385.52 m3/h = 0.385 m3/s(2)壓水管路要求要求堅(jiān)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(dāng)?shù)攸c(diǎn)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(jì)流速：管徑小于250時(shí)，為1.52.0 m/s 管徑等于或大于250時(shí)，為2

14、.02.5 m/s壓水管的選取采用DN450×6鋼管，則V=2.34 m/s，i=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(dòng)閘閥 采用Z945T10電動(dòng)暗桿楔式閘閥，其規(guī)格為： 500S59A： DN600, L=600,W=1018 kg , =0.06手動(dòng)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(kuò)管 壓水管路上的漸擴(kuò)管規(guī)格如下：500S59A，DN500 600, L=

15、600, =0.11設(shè)在聯(lián)絡(luò)管上的漸擴(kuò)管規(guī)格: DN600 800,L=800, =0.34 DN500 800,L=800. =0.31 三通管 DN500 800,L=1200, =0.78<五>、水泵間布置 (1)基礎(chǔ)尺寸確定 機(jī)組基礎(chǔ)的作用是支撐和固定機(jī)組，便其運(yùn)行不致發(fā)生劇烈震動(dòng)，更不允許產(chǎn)生基礎(chǔ)沉陷。因此對(duì)基礎(chǔ)的要求如下：a) 堅(jiān)實(shí)牢固，除能承受機(jī)組的靜荷載外，還能承受機(jī)械振動(dòng)荷載。b) 要澆在較堅(jiān)實(shí)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(diǎn)及所選泵的類型，本次設(shè)計(jì)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：

16、基礎(chǔ)長(zhǎng)：L=水泵地腳螺釘間距（長(zhǎng)度方向）+（400500）基礎(chǔ)寬：B=水泵地腳螺釘間距（寬方向）+（400500）基礎(chǔ)高：H=（2.54.0）×（W水泵+W電機(jī)）/(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）÷（3.2×1.25×2400）=1630 取1700 電機(jī)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(jī)組布置原則

17、：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。<1>機(jī)組的排列方式采用機(jī)組橫向排列方式，這種布置的優(yōu)點(diǎn)是：布置緊湊，泵房跨度小，適用于雙吸式泵，不僅管路布置簡(jiǎn)單，且水力條件好。同時(shí)因各機(jī)組軸線在同一直線上，便于選擇起重設(shè)備。 <2>機(jī)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(duì)較小，可以減少工程造價(jià)。為了盡可能地充分利用泵房?jī)?nèi)的面積將四臺(tái)機(jī)組交錯(cuò)并列成兩排，兩臺(tái)為正常轉(zhuǎn)向，兩臺(tái)為反向轉(zhuǎn)向，在訂貨時(shí)應(yīng)予以說明。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。對(duì)于房?jī)?nèi)機(jī)組的配置，我們可以采用近期購買安裝三臺(tái)500S59A型水

18、泵，兩臺(tái)工作，一臺(tái)備用。遠(yuǎn)期需擴(kuò)建時(shí)，再添加一臺(tái)500S59A型水泵，三臺(tái)工作，一臺(tái)備用。<3>水泵間平面尺寸的確定 水泵機(jī)組采用四臺(tái)交錯(cuò)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(gè)部分尺寸應(yīng)滿足下列要求：D1:進(jìn)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(jī)凸出部分與配電設(shè)備的凈距 C1=電機(jī)軸長(zhǎng)+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)C1

19、2m,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(jī)組突出部分的距離 對(duì)于功率大于50KW的電機(jī)，F(xiàn)要求大于1000，取F=1225A2:泵及電機(jī)突出部分長(zhǎng)度 A2=200250D1:壓水管路管徑 D1=450L:機(jī)組基礎(chǔ)長(zhǎng)度 L=3200所以，可得R=B1+F+D1+L+E1=3000+225+1225+3200+1350=9000<六>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(duì)大氣壓； Hsv水泵

20、的氣蝕余量； hs吸水管路總水頭損失； hva實(shí)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=24.60-280×4.25=23.41 m泵軸標(biāo)高=吸水間最低水位+Hss=23.41+3.26=26.67m（2）泵房中各標(biāo)高確定泵房?jī)?nèi)底地面標(biāo)高=泵軸標(biāo)高h(yuǎn)10.4 =26.671.30.4 =24.97m（0.4為基礎(chǔ)突出地面高）水泵基礎(chǔ)頂標(biāo)高=泵軸標(biāo)高+H1=26.67+0.5=27.17m水泵基礎(chǔ)底標(biāo)高=26.670.8=25.87m電機(jī)基礎(chǔ)頂標(biāo)高=27.17+1.2=28.37m水泵進(jìn)水口中心標(biāo)高=泵軸標(biāo)高 H2=26.6

21、70.37=26.30m水泵出水口中心標(biāo)高=泵軸標(biāo)高- H4 =26.670.47=26.20m地下部分筒體高度=室外地面高度泵房?jī)?nèi)底標(biāo)高 =34.60-24.97=9.63 m泵房筒體高度=操作平臺(tái)標(biāo)高泵房?jī)?nèi)底標(biāo)高 =（洪水位標(biāo)高+1m浪高）泵房?jī)?nèi)底標(biāo)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(fēng)要求，從操作平臺(tái)到房頂樓板間距離設(shè)計(jì)為 操作平臺(tái)標(biāo)高=洪水位標(biāo)高+1m浪高 =38.00+1=39.00m泵房頂標(biāo)高=操作平臺(tái)標(biāo)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(biāo)高泵房?jī)?nèi)底標(biāo)高 =44.8024.97=19.

22、83m<七> 吸水管與壓水管的水損計(jì)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(jì)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=l1×is=3.56×6.870=0.024m2、局部水頭損失:h ls=(1+2) + 3式中 1吸水管進(jìn)口局部阻力系數(shù)，1=0.0752 DN600×8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DN700×500 ,3=0.80則 h ls=（0.75+0.45）×+0.2×=1.93

23、4m 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=0.0039×4+0.00323×10+0.00843×5=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):0.41； 2手動(dòng)閘閥局部阻力系數(shù):0.06；3壓水管上的電動(dòng)閘閥局部阻力系數(shù):0.06； 4同心漸擴(kuò)管局部阻力系數(shù):0.21； 5連接三通的同心漸擴(kuò)管局部阻力系數(shù):0.31； 6出水管上的電動(dòng)機(jī)閘閥局部阻力系數(shù)

24、: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+0.06×3+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(shí)際水頭損失。<七>輔助設(shè)備設(shè)計(jì) (1)引水設(shè)備選用真空泵作為引水設(shè)備，其特點(diǎn)是水泵引水快，運(yùn)行可靠，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，真空泵的排氣量計(jì)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(tái)水泵泵殼內(nèi)的空氣容積，相當(dāng)于泵吸入口到出

25、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(shí)間，取5 min。 500S59A型水泵的各部分參數(shù)： Wp=×0.72×10=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=Hss×73.6=3.206×73.6=235.96Hg 因此選擇2臺(tái)SZ2型水環(huán)真空泵（一臺(tái)備用），

26、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(jī):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(zhǎng)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300(2)起重設(shè)備的選擇 選型 由前面設(shè)計(jì)可知，最大設(shè)備的重量為Y400546型電動(dòng)機(jī)，其重量為3