灌溉泵站設計

[水泵及水泵站課程設計]四川大學課程設計報告題目灌溉泵站設計專業(yè)班級學號姓名指導教師水利水電學院二〇一四年十二月目錄一、工程概況 21.1基本情況 21.2地質及水文地質資料 21.3氣象資料 21.4水源 31.5干渠參數(shù) 31.6其它 3二、泵站規(guī)劃 42.1泵房位置的初步選擇 42.2泵房位置初步選擇的對比 4三、泵站設計參數(shù)確定 53.1設計流量的計算 53.2設計揚程的計算 6四、水泵初選 74.1單泵流量計算 74.2初選水泵 8五、選擇進出水管道 9六、確定泵房類型 10七、機組布置形式及泵房尺寸確定 117.1機組布置形式 117.2泵房尺寸確定 11八、出水管道布置 11九、選擇泵房輔助設備 12起重設備示意 13十、進出水建筑物的布置及設計 1410.1進水建筑物 1410.2出水建筑物 14十一、水泵安裝高程的確定 15十二、水泵工況點的校核 16十三、終選水泵及動力機 18十四、投資概算 20十五、參考文獻 21一、工程概況1.1基本情況本區(qū)地勢較高，歷年旱情比較嚴重，糧食產量低。根據規(guī)劃，擬從附近河流中揚水灌溉該區(qū)的（5.3+4）5.7萬畝農田，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，其中小麥占灌區(qū)面積70%，玉米占30%。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95%的灌溉制度。其設計灌水率如表1所示：表1設計灌水率作物灌水定額（m3/hm2）灌水時間（日/月）灌水延續(xù)時間（d）灌水率（m3/s·100hm2）始終中間日小麥75017/527/522/5100.060890012/721/716/7100.0729玉米10501/810/85/8100.03651.2地質及水文地質資料根據可能選擇的站址，布置6個鉆孔。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φ=35°，承載力為200kN/m2，地下水埋深3.5m左右。

1.3氣象資料夏季多年平均旬最高氣溫34℃，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℃，最大凍土深度為0.44m。平均年地面溫度為15℃，平均年日照時數(shù)為2600.4h。累積年平均輻射總量為527.4l

kJ/cm，平均日照百分率為59

%。熱量和積溫都比較豐富，能滿足一年兩熟作物生長的需要。

1.4水源灌區(qū)南有一河流，是規(guī)劃灌區(qū)的水源，其水量充沛。灌溉保證率為95

％時的河流月平均水位如表2所示。

表2月平均水位月123456天數(shù)312831303130水位（m）503.8503.8503.9504.6504.8504.8月789101112天數(shù)313130313031水位（m）504.4504.3504.5504.1503.9503.81.5干渠參數(shù)根據規(guī)劃，泵站出水池接灌區(qū)干渠，底坡i=1/4000，干渠長3500m，渠尾處渠底高程530m，邊坡系數(shù)m=1.25，糙率n=0.025，干渠平均水深0.3m，設有過水隧洞1座，渡槽2座，水頭損失分別為（=0.15m,=0.1m）水溫20℃。1.6其它

站址東北角有10

kV高壓電力線通過，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。

土石方開挖單價為33元/m3，電費為0.3元/度，鋼板容重7.85T/m3，單價5000元/T。表3水頭損失估算取值表H凈（m）直徑D（mm）<200250~300>350占H凈的%<1030~5020~4010~2510~3020~4015~305~15>3010~3010~203~10二、泵站規(guī)劃2.1泵房位置的初步選擇對于站址的選擇要考慮的因素主要有地形、輸水距離、輸電線路長度，材料設備運輸距離，以及是否設置專門建筑物等。從地形圖可以看出，干渠位置與河流走向基本平行且河流順直，西邊等高線密集且分布不均，地形坡度變化大，泵房填挖方量大，鎮(zhèn)墩和支墩設置復雜，出水管線布置相對困難，邊坡穩(wěn)定性也最差；中部和東邊等高線分布相對均勻，且公路在靠近東邊，水流方向自東向西。此外，西邊干渠與河流水平距離最遠，出水管線相對其他位置都長，會增加管線投資；同時其距離公路較遠，施工困難，占地較多，材料運輸成本較多。2.2泵房位置初步選擇的對比對于泵房位置的選擇初擬2種方案，如附圖1（泵房及管線位置示意圖）所示。2種設計方案的比較如下：泵房位置方案比較比較因素泵房1泵房2等高線分布密集且分布不均稀疏、均勻輸電線路長度遠近距公路距離遠近站址坡度（填挖方量）大小施工難度總體比較難度大難度小表格可以看出，案2更適合，故方案2作為設計方案。三、泵站設計參數(shù)確定計參數(shù)確定之前，應該確定灌溉面積。其中由工程概況可知總的灌溉面積為.5.7萬畝=38（100hm2），其中小麥占灌區(qū)面積70%，玉米占30%。小麥：38*70%=26.6（100hm2）；玉米：38*30%=11.4（100hm2）。3.1設計流量的計算給定的設計灌水率如下表：設計灌水率作物灌水定額（m3/hm2）灌水時間（日/月）灌水延續(xù)時間（d）灌水率（m3/s·100hm2）始終中間日小麥75017/527/522/5100.060890012/721/716/7100.0729玉米10501/810/85/8100.0365根據該表繪出初步灌水率圖經過修正后得到修正后的灌水率（需要滿足灌水率圖修正應遵循的原則）如下：修正后的灌水率如下作物灌水定額（m3/hm2）灌水時間（日/月）灌水延續(xù)時間（d）灌水率（m3/s·100hm2）始終中間日小麥75017/525/521/5100.060590012/724/718/7120.0605玉米10501/87/84/860.0605確定了設計灌水率后，可按下式計算灌溉設計流量：Q=qA/η式中，Q為灌溉設計流量，m3/s；q為設計灌水率，（m3/s）/100hm2；A為泵站控制的灌溉面積，100hm2；η為灌溉水利用系數(shù)，為渠系水利用系數(shù)和田間水利用系數(shù)的乘積。根據《灌溉與排水工程設計規(guī)范》：當灌溉面積為5.7萬畝時渠系水利用系數(shù)要大于0.65；旱作灌區(qū)田間水利用系數(shù)設計值不應低于0.90；水稻灌區(qū)田間水利用系數(shù)設計值不應低于0.95。該泵站灌溉面積為5.3萬畝，渠系水利用系數(shù)應大于0.65。計算時，渠系水利用系數(shù)取0.7，田間水利用系數(shù)取0.95。計算結果如下：因此，Q設=3.46m3/s3.2設計揚程的計算根據規(guī)劃，泵站出水池接灌區(qū)干渠，干渠長3500m，渠尾處渠底高程（518+尾數(shù)*1.5）m，底坡i=1/4000，邊坡系數(shù)m=1.25，糙率n=0.025，干渠平均水深0.3m，設有過水隧洞1座，渡槽2座，水頭損失分別為（=0.15m,=0.1m）水溫20℃。渠尾處渠底高程：H=518+8*1.5=530m出水池高程：H出水池=530+i*3500+0.15+0.1*2=522.8+1/4000*3500=531.225m因為干渠平均水深0.3m，考慮出水池水力損失，取H出水池值為532.3m。灌區(qū)的水源河流月平均水位如表所示：月123456天數(shù)312831303130水位（m）503.8503.8503.9504.6504.8504.8月789101112天數(shù)313130313031水位（m）504.4504.3504.5504.1503.9503.8在灌溉進行的5月、7月和8月這三個月中，河流最低水位為504.3m，即進水口水面高程為設計水位：H進=504.3mH靜=H出-H進=28mH凈（m）直徑D（mm）<200250~300>350占H凈的%<1030~5020~4010~2510~3020~4015~305~15>3010~3010~203~10由水頭損失估算取值表可得，在泵站設計流量較大，管徑應該在350mm以上，H靜在10~30m之間，取H靜得15%進行計算。設計揚程為：H設=（H出-H進）*（1+15%）=28*1.15=32.2m四、水泵初選4.1單泵流量計算泵站設計流量為：Q=3.46m3/s=12456m3/h，設計揚程為：H設=32.2m。考慮安裝3~5臺水泵，則安裝臺數(shù)和單泵流量關系如下圖所示：4.2初選水泵根據《中國灌排設備手冊》，在揚程和流量大致滿足的情況下，初步選取了三種泵型，分別是3臺DH800-5500-32，4臺600S32，5臺24sh-13。三種泵型參數(shù)如下表所示：經過比較，當選擇4臺時，流量和揚程更接近水泵工作效率最高時的流量和揚程。選擇600S32型的水泵進行計算。另外還應該設置一臺備用泵，總共需要5臺600S32型泵，600S32型單級雙吸離心泵的外形及其尺寸如下：相配套的動力機選擇如下：整臺機組尺寸如下：機組長度mm機組寬度mm機組高度mm392018001710五、選擇進出水管道由經驗公式可知：當Q＞129m3/h時此處的流量為3114m3/h，所以D=641mm經過公式驗算符合經濟流速。所以根據《中國灌排設備手冊》取D=700mm計算。鋼管最小厚度由經驗公式=700/130=5.4mm《中國灌排設備手冊》選用厚度為=10.8mm鋼管重量173.9kg/m.六、確定泵房類型根據工程的概況可知泵房由河流取水，泵房條件宜采用固定式泵房。然而固定式泵房又有分基型、干室型、濕室型、塊基型4種。根據初步比較選分基型和干室型兩種類型。對兩者泵房的比較如下：分基型的特點如下：沒有水下結構和每套水泵機組均有各自單獨的基礎，并且與泵房墻基礎分離。該泵房結構簡單，施工方便容易，造價低廉，它適用于：泵站流量不大（Q<300L/S）的中小型臥式水泵機組；泵站工作期間，水源或進水池變幅小于水泵的有效吸上高度；建站處地基比較穩(wěn)定。干室型的特點如下：適用于于流量較大的水泵，由于水泵機組的重量較大，為了減小作用于地基單位面積上的重量，避免單位面積地基上所承受的重量超過其承重能力，就需要擴大機組基礎面積，使各水泵機組的基礎及泵房墻基礎連成一個整體。其工藝布置比較方便，建筑面積能合理運用。適用于于外部水位變化不大；平面面積較大；地下埋深較淺場合。按照兩種泵房的特點及其使用條件，該泵站流量較大，選擇干室型比較適合。在干室型泵房中又有矩形、圓形等泵房型式。該地區(qū)水位變化不大，平面面積較大，地下埋深較淺，故該泵站選擇矩形干室型泵房，工藝布置比較方便，建筑面積能合理利用以及便于利用標準的建筑結構和起重設備。七、機組布置形式及泵房尺寸確定7.1機組布置形式由工程概況可知，對于泵房的面積并沒有什么特別的要求，而且根據設計總共只需要5臺水泵（連同備用水泵）就可以滿足要求，所以可以把機組設置為一列式。布置形式如下所示：7.2泵房尺寸確定已知初選機組尺寸（機組長度3920mm，取值為4m長，機組寬度1800mm，取2m長），在兩個機組直接設置1m寬的間隔，在橫向上設置1.5m寬的走道，上下再設1.5m的管道安裝空間，則泵房的為27m長，8m寬。但對于泵房來說一般要求布置檢修間，用于存放一些常用的工具或者雜物，設置3m寬，同時設置3m長的配電間，因此最終泵房的尺寸為：長30m，寬8m。八、出水管道布置泵房外出水管的布置，應根據泵站總體布置要求，結合地形、地質條件確定由地形圖可以看出，從水源到出水池距離不超過100m，根據技術經濟原則，當管道長度小于100m時，宜采用單機單管出水方式。水管的鋪設方式通常分為明式鋪設和暗式埋設兩種。明式鋪設便于檢修、養(yǎng)護，但造價高，管內無水期間管壁受溫度影響較大。一般管徑大于1400mm。而暗式埋設分為有墊層和無墊層兩種，常應用于石棉水泥管、鋼筋混凝土管及直徑小于1400mm的連續(xù)焊接鋼管的鋪設，其優(yōu)點是鋪設費用省，但檢修困難。該泵站由于揚程較小故選擇明式鋪設。明管設計時，轉折處設置鎮(zhèn)墩，間距不易小于100m。兩鎮(zhèn)墩間設置伸縮節(jié)，支墩。九、選擇泵房輔助設備首先充水設備當泵的安裝高度高于進水池水位時，即為吸上時，泵啟動前必須排氣充水。考慮到管理方便，本設計采用真空泵充水。起重設備；泵房中，水泵、電動機、閥門及管道等設備的安裝和檢修，都需要用到起重設備。該泵站水泵有2400kg。故可選擇電動單軌吊車。起重重量大于3000kg。排水設備；在水泵運行過程中，難免有水滲出，另外在出現(xiàn)故障的時候，也有可能導致大量的水從管道連接處或者設備中大量滲出，如果沒有采用相應的排水設施，地板積水可能導致整個泵站系統(tǒng)陷入癱瘓，因此，泵房排水非常重要。泵房采取溝道排水。將主機組地板設置為一定的坡度，一般選取2%的傾斜程度，并且向進水池方向傾斜，地板上設支溝、干溝。支溝延泵房傾斜方向平行，坡度和地板坡度相當；干溝與泵房長度方向平行，由兩邊向泵房中部傾斜，坡度也為2%，最后匯集到一起，抽出排到進水池里面。配電設備；配電設備的布置型式，通常分為一端式和一側式。一端式布置：是在泵房進線一端建配電間或副廠房。這種布置形式適用于機組臺數(shù)較少的泵站。這種布置形式的優(yōu)點是泵房跨度小，進、出水側都可以開窗，有利用通風采光。一側式布置是在泵房一側建配電間或副廠房。這種布置形式的優(yōu)點是當機組臺數(shù)較多時，有利于監(jiān)視機組的運行。該泵房跨度較大，配電設備不易再使用一側式布置，因為泵址處地勢較平坦，故采用一端式布置。起重設備示意其中：h1————為車廂離地板高度1.2mh2————為墊塊高0.2mh3————為最高設備高度1.8mh4————為捆扎長度采用剛性吊具取0.3mh5————為吊鉤到軌道面距離1.1m由上起重機層高度為1.2+0.2+1.8+0.3+1.2=4.7m取5m。十、進出水建筑物的布置及設計10.1進水建筑物泵站與水源間常常設置引水建筑物，水從水源引至泵站的前池和進水池或者直接引向水泵進口，以保證水泵的正常安全運行等方面都有密切關系。引水建筑物的主要結構形式有：管式、涵洞式、和明渠式。該泵站的地形條件比較適合用明渠引水。eq\o\ac(○,1)前池前池是連接引渠和進水池的建筑物。前池的形狀和尺寸，不僅會影響水流流態(tài)，而且對泵站工程的投資和運行管理帶來很大影響。該工程中前池設置為矩形進口，底寬為8m，。從取水口到進水池的水頭損失不計。eq\o\ac(○,2)進水池泵站中專門為水泵或其吸水管道抽水而修建的水池稱為進水池。為了保證水泵有良好的吸水條件，要求進水池中水流平穩(wěn)，即流速分布均勻，無漩渦，也無回流，否則不僅會降低吸水效率，甚至引起水泵汽蝕，機組振動而無法工作。進水池采用沿泵房長度方向的矩形布置，進水池邊壁采用矩形型式，同時設置隔墻，改善水流條件。其中進水池寬取24m，進水池長為2m。10.2出水建筑物（1）出水管道出水管道又稱壓力管道，是組成泵站的重要建筑物之一，為保證泵站安全、經濟運行，出水管道必須滿足下列條件：管道引起的能量損耗及投資最??；保證管道穩(wěn)定；保證管道本身及其接頭處的強度和密封性能；在向管道內充水或泄空過程中保證空氣能自由地排出或進入；能夠在檢修時放空管道；當管道突然破裂后保證泵房的安全，出水管出流方式為虹吸式出流。（2）出水池出水池是銜接出水管路與灌溉（或排水）干渠（或容泄區(qū)）的建筑物。其主要作用是：消除管中出流的余能，并使之平順地流入干渠或容泄區(qū)；防止機組停止運行或管道破壞后，干渠或容泄區(qū)中的水通過水泵和出水管倒流；匯集出水管道的出流或向幾條干渠分流。出水池主要起消能穩(wěn)流作用，因此，出水池的布置應滿足下列要求：池內水流順暢、穩(wěn)定，水力損失小。出水池池中流速不應超過2.0m/s，且不允許出現(xiàn)水躍。出水池底寬若大于渠道底寬，應設置漸變段連接，漸變段的收縮角不宜大于40°。由于出水管道和干渠走向垂直，采用側向出水池。出水管出流方式為虹吸式出流。十一、水泵安裝高程的確定安裝高程計算，600S-32型水泵吸上高度，因為進出水池均與大氣相接，所以因進水管較短，沿程損失忽略不計，以局部損失為主。進水口局部損失系數(shù)為0.31；彎曲段損失系數(shù)為取0.29。管內流速為v=Q/A=2.56m/s，0.33m，水頭損失hw=(0.31+0.29)*0.33=0.2m所以2.5-0.33-0.2=1.97m，水流從引水渠經前池進入進水池水位下降值故取為0.2m。在最低水位時，水泵基準面安裝高程為504.3-0.2+1.97=506.7m。由于泵房為干室型，機組安裝在第一層，故水泵基準面取與最低水位以齊平，即504.3m。十二、水泵工況點的校核12.1根據《中國灌排設備手冊》，性能曲線圖取泵葉輪直徑。得流量揚程關系如下表流量/揚程Q（m3s）05001000150020002500300035004000D=500mmH（m）363635343228242112D=540mm揚程H（m）44444342403632282012.2水泵裝置需要揚程計算531.3-504.3=28m當取0.2

L為管長取65m；d為管徑0.7m，A為管道橫斷面面積0.385㎡，g為重力加速度取9.8進水口局部損失系數(shù)為=0.30彎曲段損失系數(shù)（管道共三個彎曲段）為取=0.31閘閥局部損失系數(shù)（管道共三個閘閥）取為3.0水泵局部損失系數(shù)取5.0漸變管損失系數(shù)0.08出水口局部損失系數(shù)0.5則=28+20.62*Q^2得水泵性能曲線Q-H,Q-Hr數(shù)據如下流量m3/s00.140.280.420