水泵与水泵站课程设计.doc

水泵站课程设计 第一节 概 述取水泵站在水厂中也称一级泵站.在地面水水源中,取水泵站一般由吸水井、泵房及闸阀井三部分组成。取水泵站由于它靠江临水的确良特点，所以河道的水文、水运、地质以及航道的变化等都会影响到取水泵上本身的埋深、结构形式以及工程造价等。其从水源中吸进所需处理的水量,经泵站输送到水处理工艺流程进行净化处理。本次课程设计仅以取水泵房为例进行设计，设计中通过粗估流量以及扬程的方法粗略的选取水泵；作水泵并联工况点判断各水泵是否在各自的高效段工作，以此来评估经济合理性以及各泵的利用情况。取水泵房布置采用圆形钢筋混凝土结构，以此节约用地，根据布置原则确定各尺寸间距及长度，选取吸水管路和压水管路的管路配件，各辅助设备之后，绘制得取水泵站平面图及取水泵站立体剖面图各一张。设计取水泵房时，在土建结构方面应考虑到河岸的稳定性，在泵房的抗浮、抗裂、抗倾覆、防滑波等方面均应有周详的计算。在施工过程中，应考虑到争取在河道枯水位时施工，要抢季节，要有比较周全的施工组织计划。在泵房投产后，在运行管理方面必须很好地使用通风、采光、起重、排水以及水锤防护等设施。此外，取水泵站由于其扩建比较困难，所以在新建给水工程时，可以采取近远期结合，对于本例中，对于机组的基础、吸压水管的穿插嵌管，以及电气容量等我们应该考虑到远期扩建的可能性，所以用远期的容量及扬程计算。对于机组的配置，我们可以暂时只布置三台800S76BJ型水泵（一台备用，两台工作），远期需要扩建时，再增加一台同型号的水泵。第二节 设计流量的确定和设计扬程估算1.设计流量Q考虑输水干管漏损和净化场本身用水，取自用水系数=1.051.1，本设计取=1.05。则近期设计流量为Q=1.05155000/24=6781.25m3/h=1.884m3/s远期设计流量为Q=1.05185000/24=8093.75m3/h=2.248m3/s2.设计扬程H（1）水泵所需净扬程Hst在最不利情况下（即一条自流管检修，另一条自流管通过75%的设计流量），依据设计资料，从取水头部到吸水井的水头损失为1.10m，则吸水间中最高水面标高为40.001.10=38.90m，最低水面标高为29.00-1.10=27.90m，常年平均水位标高为34.50-1.10=33.40净化场混合井水面标高为56.00m，故水泵所需净扬程Hst为：洪水位时，HST=h(56.0038.90)=17.10m=171kPa枯水位时，HST=h(56.0027.90)=28.10m=281kPa常年平均水位时，HST=h(56.0033.40)=22.6m=226kPa（2）输水干管中的水头损失hp设计采用两条DN70010铸铁管并联作为原水输水干管，当一条输水管检修时，另一条输水管应通过75%的设计流量，即Q=0.756781.25m3/h= 5085.94m3/h =1.413m3/s，查常用资料（第二版）P384铸铁管水力计算表得管内流速v=1.840m/s，i=0.005790。 所以h=1.10.05790800=50.952kPa（1.1系包括局部损失而加大的系数）。（3）泵站内管路中的水头损失hp ，粗估为20kPa，安全工作水头hp，其值粗估为2m。则水泵设计扬程为设计枯水位时，Hmax=281+50.952+20+20=371.952kPa设计洪水位时，Hmin=171+50.952+20+20=261.925kPa常年平均水位时，H=226+50.952+20+20=316.925kPa第三节 初选水泵和电机1一级泵站具有以下工艺及土建特点（1） 泵房结构应满足抗腐蚀、抗滑、抗渗等要求（2） 泵房结构布置应紧促，尽可能采用圆筒形泵房（3） 尽可能采用沉井法施工（4） 泵房内应设有排水系统（5） 应有良好的通风、起吊设备和人行通道（6） 留有良好的发展余地2水泵选择的基本原则（1） 所选水泵机组应满足用户最高日各个时刻（含最大的）流量和扬程的要求，保证供水的安全可靠性（2） 在满足设计流量设计扬程的情况下，应适应工况变化，即工况变化时，扬程浪费最小。（3） 在长期运行中平均工作效率高，即是选用效率较高的泵，运行时能使工况点落在高效段。（4） 水泵气蚀性能良好，即选用允许吸上真空高度Hs较大，必须余量较小的泵。（5） 所配电动机总装机容量小，避免“大马拉小车”。（6） 结构合理，便于安装，维护和管理。（7） 泵站投资较小，即依据所选水泵建造的泵站的造价低。（8） 在水泵供水能力上应考虑近、远期结合，留有发展余地。3水泵和电机的选择根据给水排水设计手册（第十一册常用设备）选择，近期三台800S76BJ型水泵，两台工作（800S76BJ型），一台备用（800S76BJ型）。远期增加一台800S76BJ型水泵，三台工作（800S76BJ型），一台备用（800S76BJ型）。参数见下表：性能参数：泵流量(m3/h)扬程(m)转速(r/min)轴功率(kW)电动机功率(kW)效率汽蚀余量(m)泵重量(kg)800S76BJ25203960372297029527938085892.52220375035425.584450030459.680尺寸参数：泵型号A0A1B0B1B2B3HH1H2H3L1L2Kn-Ld5800S76BJ2330127023501150130010001985120057074512001000704-488848电动机型号功率(kW)电压(v)ABhh1N-d4Y500-10500600900125050011004-42电动机技术数据：型号额定功率(KW)同步转速(r/min)定子电流(A)效率(%)功率因数(cos)最大转矩堵转电流堵转转矩重量(kg)额定转矩额定电流额定转矩YYKSY500-1028060023.092.40.741.85.50.74100460031525.892.64150470035529.192.80.754250475040032.793.044004900进出口法兰尺寸表：泵进口法兰泵出口法兰800S76BJDg1Do1D1n-d1Dg2Do2D2n-d2800950101524-3360072578020-30800S76BJ型水泵，800进口直径800mm ，S单级双吸离心泵，76水泵扬程为76米，B叶轮经二档车削。生产厂家为兰州水泵厂、南京制泵集团股份有限公司。选用电动机Y500-10（500kW，6kV，IP44水冷式），生产厂为湘潭，重庆，兰州，沈阳，西安，内蒙古电机厂，北京重型电机厂。其安装尺寸见下图：4管道特性曲线的绘制H=Hst+h= Hst+SQ2式中Hst用水最高时水泵静扬程，m；h管路水头损失，m；S管路阻力系数，s2/m5；Q用水最高时水泵流量，m3/s。数值代入得：37.195=28.1+S1.8842，得S=2.562。所以管道特性曲线H=Hst+h= 28.1+0.913Q2管道特性曲线Q-H关系表Q(m3/h)09001800270036004500h(m)0.00 0.16 0.64 1.44 2.56 4.00 H(m)28.10 28.26 28.74 29.54 30.66 32.10 Q(m3/h)540063007200810090009900h(m)5.76 7.85 10.25 12.97 16.01 19.38 H(m)33.86 35.95 38.35 41.07 44.11 47.48 管道特性曲线见图：第四节 机组基础尺寸的确定机组基础的作用是支撑和固定机组，便其运行不致发生剧烈震动，更不允许产生基础沉陷。因此对基础的要求如下：a.坚实牢固，除能承受机组的静荷载外，还能承受机械振动荷载。b.要浇在较坚实的地基上，不宜浇在松软的地基或新填土上，以免发生基础下沉或不均匀沉陷。结合以上要点及所选泵的类型，本次设计选用混凝土块式基础。由于所选泵均不带底座，所以基础尺寸的确定如下：查给水排水设计手册水泵与电机样本，计算出800S76BJ型水泵机组基础平面尺寸为48881300mm，机组总重量W=Wp+Wm=(7762+4500) 9.8=120167.6N。基础深度H=3.0W/(LB)式中：L基础长度，L=4.89m；B基础宽度，B=1.30m；基础所用材料的容重，对于混凝土基础，=24000N/ m3故H= 3.0120267.6/(4.891.3024000)=2.36 m800S76BJ型水泵机组基础实际深度连同泵房底板在内，应为3.50m。第五节 吸水管路与压水管路计算每台水泵有单独的吸水管与压水管。已知Q1=6781.25/3=2260.42m3/h=0.63 m3/s吸水管路的要求：不漏气，管材及接逢；不积气，管路安装； 不吸气，吸水管进口位置。压水管路的要求：要求坚固而不漏水,通常采用钢管,并尽量焊接口,为便于拆装与检修,在适当地点可高法兰接口。为了防止不倒流，应在泵压水管路上设置止回阀。根据室外给水设计规范GB50013-2006第6.3.1条查得,水泵吸水管及出水管的流速，宜采用下列数值： 1.吸水管： 直径小于250mm 时，为 1.01.2m/s ； 直径在2501000mm 时，为 1.21.6 m/s ； 直径大于1000mm 时，为 1.52.0 m/s 。 2.出水管： 直径小于250mm 时，为 1.52.0 m/s ； 直径在2501000mm 时，为 2.02.5 m/s 。按照规范，查给水排水设计手册常用资料（第二版）P336钢管水力计算表得,1.吸水管采用四根DN70010钢管，则v=1.64m/s，i=0.046kPa/m2.压水管采用四根DN70010钢管，则v=2.26m/s，i=0.103kPa/m第六节 机组与管道布置为了布置紧凑，充分利用建筑面积，将四台机组交错并列布置成两排，两台800S76BJ型水泵两台为正常转向，两台为反常转向，在订货时予以说明。每台水泵由单独的吸水管、压水管引出泵房后两两连接起来。水泵出水管上设有D971X(H、F)型电动对夹式蝶阀（DN=600mm，L=154mm），吸水管上设有Z941T-10型电动明杆楔式闸阀（DN=700mm，L=660mm）。为了减少泵房建筑面积，闸阀切换并设在泵房外面，两条DN700的输水干管用DN700的D971X(H、F)型电动对夹式蝶阀（DN=700mm，L=165mm）蝶阀连接起来，每条输水管上各设切换用的D971X(H、F)型电动对夹式蝶阀一个。每台水泵有单独的吸水管，压水管引出泵房后两两连接起来。水泵出水管上设有电动蝶阀和液动蝶阀，吸水管设闸阀。由于管径较大，相应的连接配件（如三通，大小头等）没有全国通用的标准系列产品，本设计中便采用了一些自制的配件，在其它设计中，以选用全国通用标准产品为宜。基础布置情况见取水泵站平面布置草图。泵机组布置原则：在不妨碍操作和维修的需要下，尽量减少泵房建筑面积的大小，以节约成本。机组的排列方式采用机组横向排列方式，这种布置的优点是：布置紧凑，泵房跨度小，适用于双吸式泵，不仅管路布置简单，且水力条件好。同时因各机组轴线在同一直线上，便于选择起重设备。机组与管道布置本取水泵房采用圆形钢筋混凝土结构，此类泵房平面面积相对较小，可以减少工程造价。为了尽可能地充分利用泵房内的面积将四台机组交错并列成两排，两台为正常转向，两台为反向转向，在订货时应予以说明。每台泵有单独的吸水管、压水管引出泵房后两两连接起来。对于房内机组的配置，我们可以采用近期购买安装三台800S76BJ型水泵，两台工作，一台备用。远期需扩建时，再添加一台800S76BJ型水泵，三台工作，一台备用。水泵间平面尺寸的确定水泵机组采用四台交错并列布置成两排,泵房采用圆形钢筋混凝土结构。横向排列各个部分尺寸应满足下列要求：D1:进水侧泵与墙壁的净距D11000，取D1=1200；B1:出水侧泵基础与墙壁的净距B13000,取B1=3000；A1:泵凸出部分到墙壁的净距A1=最大设备宽度+0.5m=1300+1000=2300取2700；C1:电机凸出部分与配电设备的净距C1=电机轴长+0.5m。所以C1=1860+500=2360但是,低压配电设备应C11.5m; 高压配电设备应C12m,C1取2360应该是满足的；E1:泵基础之间的净E1值与C1要求相同,即E1=C1=2360；B:管与管之间的净距B0.7m；F:管外壁与机组突出部分的距离对于功率大于50KW的电机，F要求大于1000，取F=1225；A2:泵及电机突出部分长度A2=200250；D1:压水管路管径D1=700；L:机组基础长度L=3200。第七节 吸水管路和压水管路中水头损失的计算取一条最不利线路，从吸水口到输水干管上切换闸阀止为计算线路。DN=700L6=1100DN=700L5=5190DN=600L1=1150DN=700L2=4710DN=700L4=5000DN=700L3=1295DN=700L7=18001.吸水管路水头损失hshs=hfs+hlshfs=l1is=1.15045.610-3=0.524kPahls=h 1+2/2g +3/2g式中：1吸水管进口局部阻力系数，1=0.75；2DN700闸阀局部阻力系数，按开启度a/d=1/8考虑，2=0.15；3偏心渐缩管DN800700，3=0.19；则hls=h 0.75+0.151.37/2g +0.191.04/2g= 1.012kPa故hs=hfs+hls=0.052+0.96=1.012kPa2.压水管路水头损失hdhd=hfd+hldhfd=hl2+l3+l4+l5+l6id1+l7id2=h4.710+1.295+5.000+5.190+1.1000.1030+1.80.0579=1.89 kPahld=h4/2g+(25+6+7+8+29+10) /2g+(11+12+13)/2g式中：4DN800700渐放管，4=0.10；5DN600钢制45弯头，5=0.51；6DN600电动蝶阀，6=0.15；7DN600伸缩接头，7=0.21；8DN600电动蝶阀，8=0.15；9DN600钢制90弯头，9=1.02；10DN600700渐放管，10=0.27；11DN700钢制斜三通，11=0.5；12DN700钢制正三通，12=1.5；13DN700蝶阀，13=0.15。则hld=h0.102.652/2g+(20.51+0.15+0.21+0.15+21.02+0.27)2.232/2g+(0.5+1.5+0.15)1.842/2g=h0.36+0.974+0.371=13.81kPa故hd=hfd+hld=1.89+13.81=15.70kPa从水泵吸水口到输水干管上切换闸阀间的全部水头损失为：h=hs+hd=1.01+15.70= 16.71kPa因此，水泵的实际扬程为：设计枯水位时，Hmax=281.00+50.95+16.71+20=368.66kPa设计洪水位时，Hmin=171.00+50.95+16.71+20=258.66kPa常年平均水位时，H=226.00+50.95+16.71+20=313.66kPa由此可见，初选水泵机组符合要求。第八节 水泵安装高度的确定和泵房筒体高度计算为了便于沉井法施工，将泵房机器间底板放在与吸水间底板同一标高，因而水泵为自灌式工作，所以水泵的安装高度小于其允许吸上真空高度，无需计算。已知吸水间最低动水位标高为 29.00m，为了保证吸水管的正常吸水，取吸水管的中心标高为32.80m（吸水管上缘的淹没深度29.0027.40D/2=1.25m）。取吸水管下缘距吸水间底板0.7m，则吸水间底板标高为27.40（D/2+0.7）=26.35m。洪水水位标高为40.00m，考虑1.0m的浪高，则操作平台标高为40.00+1.0=41.00m。故泵房筒体高度为：H=41.0026.35=14.65m第九节 附属设备的选择1.起重设备最大起重量为电机重量Wm=8800kg，最大起吊高度为13.35+2.0=15.35m（其中2.0是考虑操作平台上汽车的高度）。为此，选用环状吊车（定制，起重量10t，双梁，跨度17.5m，CD1电动葫芦，起吊高度20m）。2.引水设备水泵系自灌式工作，不需引水设备。3.排水设备由于泵房较深，故采用电动水泵排水。沿泵房内壁设排水沟，将水汇集到集水坑内，然后用泵抽回到吸水间去。取水