水泵与水泵站课程设计-送水泵站（二级泵站）设计.doc

水泵与水泵站水泵与水泵站 课程设计课程设计 姓 名： 刘金鹏 学 号： 201250537 专业班级： 水利水电工程二班 学 院： 农业与水利工程学院 指导教师： 孔凡丹 目目 录录 目目 录录 .I 第第 1 章章 绪论绪论.1 1.1 设计要求1 1.1.1 设计题目：送水泵站（二级泵站）设计.1 1.2 二级泵站设计资料2 第第 2 章章 计算说明书计算说明书.3 2.1 水泵和电机的初步选择.3 2.1.1 二级泵站的组成及特点.3 2.1.2 泵站设计参数的确定.4 2.1.3 选择水泵4 2.2 水泵机组的基础设计7 2.3 水泵吸水管路和压水管路设计9 2.3.1 吸水管路9 2.3.2 压水管路.10 2.3.3 管路附件选配.10 2.4 布置机组和管道.11 2.5 泵房形式的选择12 2.5.1 泵的布置形势12 2.6 吸水井的设计.13 2.7 各工艺标高的设计14 2.8 复核水泵和电机.15 2.9 消防校核.15 2.10 设备的选择15 2.10.1 引水设备15 2.10.2 计量设备16 2.10.3 起重设备16 2.10.4 泵房的高度17 2.10.5 排水设备17 2.10.6 防水锤设备.18 2.11 泵房建筑高度和平面尺寸的确定18 2.12 设计二级泵站平面图及剖面图.19 0 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 设计要求设计要求 1.1.1 设计题目：送水泵站（二级泵站）设计 1.1.2 泵站设计水量：4.75 万 m3/d。 1.1.3 设计任务 城市送水泵站技术设计的工艺部分。 根据水量、水压变化情况选泵，工作泵和备用泵型号和台数。 泵房型式的选择 机组基础设计；平面尺寸及高度 计算水泵吸水管和压水管力直径：选用各种配件和阀件的型号、规格种及安 装尺寸（说明特点） 。 吸水井设计：尺寸和水位 布置机组和管道 泵房中各标高的确定：室内地面、基础顶面、水泵安装高度、泵房建筑高度 等。 复核水泵及电机：计算吸水管及泵站内压水管损关、求出总扬程、校核所选 水泵，如不合适，则重选水泵及电机。重新确定泵站的各级供水量。 进行消防和转输校核. 计算和选择附属设备 设备的选择和布置 计量设备 起重设备 排水泵及水锤消除器等 确定泵站平面尺寸、初步规划泵站总平面 泵房的长度和宽度，总平面布置包括：配电室、机器间、值班室、修理间等。 1 1.1.4 图纸要求 泵站平面及剖面图（机器间） ，应绘出主要设备、管路、配件及辅助设备的位置、 尺寸、标高，列出主要设备表和村料表（比例尺 1：100） 。 1.2 二级泵站设计资料二级泵站设计资料 1.2.1 泵站设计水量为 4.75 万 m3/d 1.2.2 管网设计的部分成果： 根据用水曲线确定的二级泵站工作制度，分（2）级工作。 第一级，从（22）时到（5）时，每小时占全天用水量的（2.5）%； 第二级，从（5）时到（22）时，每小时占全天用水量的（4.85 ）%。 城市的设计最不利点的地面标高（ 135）米，建筑层数（ 7 ）层，自由水压 （35）米。 管网平差得出的泵站至最不利点的输水管和管网的总水头损失为（21）米； 消防流量为（200 ）m3/h，消防扬程为（ 15）米。 清水池所在地面标高为（ 120 ）米；清水地最低水位在地面以下（ 5 ）米。 1.2.3.城市冰冻线为（1.5）米，最高温度为（ 30 ），最低温度为（ -25 ） 1.2.4.泵站所在地土壤良好，地下水位为（ 25 ）米。 1.2.5.泵站为双电源。 2 第第 2 章章 计算说明书计算说明书 2.1 水泵和电机的初步选择水泵和电机的初步选择 2.1.1 二级泵站的组成及特点二级泵站的组成及特点 2.1.1.1 二级泵站的组成 (1)水泵机组 包括水泵和电动机，是泵站中最重要的组成部分； (2)吸压管路 指水泵的吸水(进水)管路和压水(出水)管路，水泵通过吸水管从吸水 井(池)中吸水，经水泵加压后通过压水管路送至用户； (3)引水设备 指真空引水设备(如真空泵、引水罐等)和灌水设备。当水泵工作为吸 入式启动时，需引水设备； (4)起重设备 指泵站内设备及管道安装，检修用的吊车、电动葫芦等设备； (5)排水设备 指排水泵、排水沟、集水坑等，用以排除泵站地面污水； (6)计量设备 指流量计、压力计、真空泵、温度计等； (7)采暖及通风设备 指采暖用的散热器、电热器、火炉及通风机等设备； (8)电气设备 指变、配电设备； (9)防水锤设备 指水锤消除器等； (10)其他设备 包括照明、通信、安全与防水设施等。 在泵站中除设有机器间(安装水泵机组的房间)外，还设有高低压配电室、控制 室、值班室、修理间等辅助房间。 2.1.1.2 二级泵站的特点： 二级泵站通常设在净水厂内，经水厂净化后的水进入清水池储存，清水池中水 经管道自流入吸水井，水泵从吸水井吸水，经加压后送入城市输配水管网。其工艺 流程如：清水池吸水井送水泵站输配水管网用户。 基本特点：泵站埋深较浅，通常建成地面式或半地面式，为了适应用户水量、 水质的变化，需要设置多台水泵机组，因而，泵房面积较大，泵房一般为矩形形状， 砖混结构。 3 2.1.2 泵站设计参数的确定泵站设计参数的确定 设计流量的确定 泵站一级工作时的设计流量： Q1=47500m3/h2.5%=1187.5m3/h=329.861L/s 泵站二级工作时的设计流量：35 Q1=47500m3/h4.85%=2303.75m3/h=639.931L/s 设计扬程的确定 H=ZC + H0 +H + h +H安=（135-120+5）+35+21+2+1.5=79.5m 其中:H 泵站所需扬程（m） 地形高差(m) c Z 自由水压(m)； 0 H 总水头损失(m)； H 泵站内损失（初步估计为 2m） h Hc安全水头 1.5m 2.1.3 选择水泵选择水泵 2.1.3.1 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）依据所选水泵建造的泵站的造价低。 （3）水泵机组长期在高效率下工作，运行及管理费用低。 （4）水泵性能好，使用寿命长，便于安装和检修。 （5）在水泵供水能力上应考虑近、远期结合，留有发展余地。 2.1. 3.2 初选水泵 4 图 2-1 sh 型离心泵性能曲线型谱图 根据 Q=639.931L/s 和 H=79.5m，在泵的综合性能图上作出该点。当时 ,30 /QL s 输水管和配水管网中水头损失很小，假定此时总水头损失之和为 2 米，所需泵的扬 程为 H=15+35+2+2=54m，在图上作出这点。两点连接成参考管道特性曲线，选取与 参考管道特性曲线相交的水泵并联,其泵型分别为 12sh-6B 型、14sh-9 型、14sh-9A 型，性能参数如表 2-1 所示。 其中 12sh-6B 型、14sh-9A 型的杨程显然不满足设计要求，所以三个方案中只 5 有方案二比较合适，即选用 14sh-9 型单级双吸离心泵。 表 2-1 sh 型单级双吸离心泵的性能表 流量 Q(m3/h) 型号 3 /mh/L s 扬程 H(m) 转速 n(r/min) 泵轴功 率 N(kW) 效率 () 允许吸 上真空 高度 Hs(m) 泵重 (kg) 12Sh-6B 5409001502507257147015120070735.63.8857 14Sh-9 97211402704008056147027532377803.51200 14Sh-9A 90013322503707056147022025778843.51200 求出管路特性曲线方程中的参数，因为： HST=20+35=55m S=(H +h)/Q2=(21+2)/0.6392=56.33s2/m5 所以：H=HST + SQ2=55+56.33Q2 根据上表泵的性能参数以及泵的特性曲线，可确设计方案为：三台 14Sh-9 泵 并联，其中有一台为备用泵。 6 图 22 14sh9 单击双吸离心泵性能特性曲线 一级供水（一台泵工作），工况点如 kWPmHSLQ287,75,68,/400内内 内 二级供水时(两台水泵并联工作)，工况点（见 M 点） kWPmHSLQ350,82, 5 . 79,/650内内 H 0 Q 1台2台 Q (400) Q (650) 图 2-3 两台 14sh-9 型号泵并联工作曲线 2.2 水泵机组的基础设计水泵机组的基础设计 7 表 2-2 14sh-9 型单级双吸离心泵安装(mm)（不带底座） 泵外型尺寸(mm) 型号 电动机型 号 1 L 2 L 4 LB 1 B 3 B 15338224401300650720 H 1 H 3 H 4 H4d 110656026036034 安装尺寸(mm) L 6 L 7 L 8 L 9 L b 30841053875860500790 5 H 8 H C1 4d 14sh-9JS-138-4 1110500632 图 2-4 14sh-9 型单级双吸离心泵(不带底座)安装尺寸图 8 14sh-9 型水泵不带底座，所以选定其基础为混凝土块式基础，则 基础长度 468 (400 500)(400 500) 440 1053860(400 500)23524502803mm LLLL 地脚螺栓间距 基础宽度 400 500) 400 500)7904501240 B bmm 地脚螺栓间距（宽度方向）+（ （ 基础高度 H=地脚螺栓长度+（0.150.2）=24d+（0.150.2）m =2434+200=1016mm 按基础重量校核基础高度 (2.5 4.0)()3.5 (12002100) 1.38m 2400 2.803 1.240 PJ H WW H LB 经比较取基础高度为 1.4m 最终确定水泵占地 LBH=2.8031.2401.061=2.74m 。 其中：水泵重量（kg） ；Wp 电机重量（kg） ； J W 基础长度（m） ；L 基础宽度（m） ；B 基础密度（kg/m3）(混凝土密度 2400 kg/m3)。 H 2.3 水泵吸水管路和压水管路设计水泵吸水管路和压水管路设计 当泵站为一级供水时，一台 14sh-9 型单级双吸离心泵工作，其流量 Q=329.861L/s，单台泵出水量 Q=329.861 L/s。 当泵站为二级供水时，两台 14sh-9 型单级双吸离心泵并联工作，其流量 Q=639.931L/s，单台水泵出水量 Q=319.966L/s； 9 水泵吸、压水管所通过的流量应按 Q=319.966L/s(最大)设计，管材采用钢管。 2.3.1 吸水管路吸水管路 2.3.1.1 吸水管路布置要求 吸水管路通常处在高压状态下工作，所以对吸水管路的基本要求是不漏气、不 积气、不吸气，否则会使水泵的工作产生故障。为此常采取一下措施： (1) 为保证吸水管路不漏气，要求管材必须严格。 (2) 为使水泵及时排走吸水管路中的气体，吸水管应有沿水流方向连续上升的坡度。 (3) 吸水管的安装与敷设应避免在管道内形成气囊。 (4) 吸水管安装在吸水井内，吸水井有效容积应不小于最大一台泵 5min 的抽水量。 (5) 吸入式工作的水泵，每台水泵应设单独的吸水管。 (6) 当吸水池水位高于水泵轴线时，吸水管上应设闸阀，以利于水泵检修。 (7) 当水中有大量杂质时，喇叭口下面应设置滤网。 (8) 吸水管设计流速一般为：DN250mm 时，v=1.01.2m/s；DN2501000mm 时， v=1.21.6m/s；DN1000mm 时，v=1.52.0m/s. 2.3.1.2 吸水管管径 当 Q=319.966L/s 时，由钢管水力计算表查得管径 d=500mm，流速 V=1.57m/s， 单位管段的水头损失 i=6.37mm/m。 2.3.2 压水管路压水管路 2.3.2.1 压水管路布置要求 对压水管路的基本要求是耐高压、不漏水、供水安全、安装及检修方便。 (1) 压水管路常采用钢管，采用焊接接口，与设备连接处或需要经常检修处采用法 兰接口。 (2) 为了避免管路上的应力传至水泵，以及安装和拆卸方便，可在压水管路适当位 置上设补偿接头或可挠性接头。 (3) 离心泵必须要关闸启动。 10 (4) 当不允许水倒流时，需设止回阀。 (5) 压水管设计流速为：DN250mm 时，v=1.52.0m/s；DN250mm 时， v=2.02.5m/s； 2.3.2.2 压水管管径 当 Q=319.966L/s 时，由钢管水力计算表查得管径 D=400mm，流速 V=2.47m/s， 阻力系数 i=21.10mm/m 2.3.3 管路附件选配管路附件选配 每台水泵都单独设有吸水管，并设有闸阀，型号为 Z41T-10，DN500mm， L540mm，W681Kg。 压水管设有止回阀，型号为 H44T(X)-10，DN400mm，L900mm，W508kg。 水泵控制阀，型号 D371X(H、F)，DN400mm，L102mm，W128kg。具体管路附件 选配如下： 表 2-3 14Sh-9 型水泵进出口尺寸 进口法兰尺寸 mm出口法兰尺寸 mm 型 号 DN1D11D1n1-d1DN2D12D2n2-d2 14Sh-9A35046050516-2225035039512-22 表 2-4 管路附件选配表 名称型号规格单位数量 喇叭口 DN700 500 个 4 90 度弯头 DN500 个 4 蝶阀D371X（H、F）型DN400，L102个 6 闸阀 Z41T-10 DN500，L=540个 4 十字管 DN500 500 个 2 止回阀 H44T(X)-10 DN400 L900个 4 偏心渐缩管 DN700 400 个 4 11 偏心渐扩管 DN350 500 个 4 2.4 布置机组和管道布置机组和管道 水泵机组布置的基本要求是：供水安全可靠、管道布置简短、安装与维护方便、 机组排列整齐、起重设备简单并留有扩建余地。 常见的布置形式有： 1、纵向排列 适用于 IS 型单级单吸悬臂式离心泵。采用这种排列形式可以使吸水管保持顺直， 机组布置较为紧凑整齐，检修方便，泵房长度较小但宽度较大(IS 型水泵轻，可以 用移动式吊装设备)。 2、横向排列(泵轴线呈一直线布置) 横向排列这种布置形式适用于侧向进水、侧向出水的 Sh 型双吸式水泵，进出水 管顺直，水力条件好，这种布置形式虽然泵房长度大些但跨度小，吊装设备采用单 轨吊车即可。 3、横向双行排列 横向双行排列这种排列更为紧凑，节省建筑面积。泵房跨度大、起重设备需考 虑采用桥式行车。适用于泵房中机组较多的圆形取水泵站。但这种布置形式两行泵 的转向从电机方向看去是彼此相反的，因此，在泵订货时应向水泵厂特别说明，以 便水泵厂配置不同转向的轴套止锁装置。 根据比较机组采用横向排列。横向排列的各部尺寸应符合下列要求： （1）泵凸出部分到墙壁的净距 A1等于最大设备的宽度加 1m，但不得小于 2m。=b+1000=790+1000=1790mm,取=5000mm。 1 A 1 A （2）出水侧泵基础与墙壁的净距应按水管配件安装的需要确定。但是考虑到泵 1 B 出水侧是管理操作的主要通道，故3 m。取 B1=4500mm。 1 B （3）进水侧泵基础与墙壁的净距，也应根据管道配件的安装要求决定，但不小 1 D 于 1 m.。取=2000mm。 1 D （4）电机凸出部分与配电设备的净距，应保证电机转子在检修时能拆卸，并保 1 C 12 持一定安全距离，其值要求：=电机轴长+0.5m。但是，低压配电设备应 1 C 1.5 m.；高压配电设备2.0 m。=L+500=1545+500=2045mm，取 1 C 1 C 1 C =2200mm。 1 C （5）泵基础之间的净距 E1值与要求相同，即 E1=。如果电机和泵凸出基础， 1 C 1 C E1值表示为凸出部分的净距。取 E1=2200mm。 （6）控制室和配电室长度别取 3000mm。 2.5 泵房形式的选择泵房形式的选择 根据清水池最低水位标高和水泵的条件，确定泵房为矩形mH115mHs5 . 3 半地下式。泵房右侧设有设备出入的大门、检修平台，左侧设配电室、值班室等。 2.5.1 泵的布置形势泵的布置形势 （一）纵向排列 此种排列方式适用于如 IS 型单级单吸悬臂式离心泵。因为悬臂式系顶端进水， 采用纵向排列能使吸水管保持顺直状态，如果泵房中兼有侧向进水和侧向出水的离 心 泵，则才纵向排列的方案就值得商榷。如果 Sh 型泵占多数时，纵向排列方案就不可取。 （二）横向排列 侧向进、出水的泵，如单级双吸卧式离心泵 Sh 型、SA 型采用横向排列比较好。 根据以上要点和实际情况，本泵站采用横向布置， A1 B1 C 1 D1 E 1 13 泵房总长度 L= +2+3L安装+( L控制+ L配电） 1 A 1 E 1 C =5000+22200+2200+33084+3000=23852mm （其中 L控制+ L配电 取 3000mm ，最后调整为 30000mm） 泵房总宽度 B= 11 DBB 基础 =2000+1240+4500=7740mm(最后调整为 11000mm) 2.6 吸水井的设计吸水井的设计 吸水井最低水位清水池最低水位清水池至吸水井水头损失 （120-5）-0.2114.8m； 喇叭口淹没深度 取0.5 1.0hm1.2hm 水泵吸水管进口喇叭口大头直径D(1.31.5)d=1.4 500=700mm 水泵吸水管进口喇叭口长度H(3.57.0)(D-d)=5.5 (700-500)=1100mm 喇叭口距吸水井井壁距离 1 L =(0.751.0) D=0.8 700=560mm 喇叭口之间距离 2 L =(1.52.0) D=1.8 700=1260mm 喇叭口距吸水井井底距离（取 1000m） 1 0.80.8 700560hDmm 所以，吸水井长度 L=5602+12603+7004=7700mm，但考虑水泵机组之间距， 将吸水井长度确定为 20000mm； 宽度 B=5602+700=1820mm （最终调整为 2500m） 吸水井有效容积应不小于最大一台泵 5min 的抽水量，取吸水井高度为 6000mm， （其中超高 300mm） ，吸水量显然满足要求。 2.7 各工艺标高的设计各工艺标高的设计 14sh-9 型水泵允许吸上真空高度为 3.5m。 水泵允许安装高度： sSss h g v HH 2 2 吸水管长度暂按 10m 估算，其沿程水头损失：iL= 6.37mm/m10m=0.0637m 局部水头损失： 14 m g V g V g v 211 . 0 8 . 92 6 . 1 20 . 0 8 . 92 57 . 1 )07 . 0 60 . 0 8 . 0( 22 )( 2 22 2 4 2 321 2 内内 式中：吸水管进口喇叭口局部阻力系数，取 0.8； 1 90弯头局部阻力系数，取 0.60； 2 阀门局部阻力系数，取 0.07； 3 偏心渐缩管局部阻力系数，取 0.20； 4 吸水管中流速，1.57m/s V吸 水泵进口处流速，1.6 m/sV进 吸水管总水头损失为hs=iL+ =0.0637+0.211=0.2747m，但考虑长期运 g v 2 2 行后，水泵性能下降和管路阻力增加等，为安全起见所以取。mhs0 . 1 则 。mh g v HH ssss 9 . 30 . 1 8 . 92 57 . 1 0 . 5 2 22 1、泵轴标高吸水井最低水位+Hss114.8+3.9=118.7m 2、基础顶面标高泵轴标高-泵轴至基础顶面高度(H1) 118.7-0.56118.14m 3、泵房地面标高基础顶面标高-0.20118.14-0.20=117.94m 4、水泵进口中心标高=泵轴标高-=117.59-0.27=117.32m 3 H 5、水泵出口中心标高=泵轴标高-=117.59-0.33=117.2m 4 H 2.8 复核水泵和电机复核水泵和电机 根据已经确定的机组布置和管路情况重新计算泵房内的管路水头损失，复核所 需扬程，然后校核水泵机组。 泵房内管路水头损失mhhh ds 464. 1464 . 0 0 . 1 内内内 其中 ：吸水管总水头损失 mhs0 . 1 压水管总水头损失 =iL=1.121.10mm/m20=0.464m d h （系数 1.1 表示压水管路中局部损失按沿程损失的 10%计算.） 15 泵房内管路水头损失为 1.464m。 所以，水泵泵扬程为 ，与估计964.785 . 1464. 121355120135hHHZH00 内内内内内 扬程基本相同，说明选定的水泵机组合适。 2.9 消防校核消防校核 消防时，泵站的供水量 消防时，泵站的扬程695.487L/s55.556639.931QQQmax内 mhHHZHC464.57464 . 1 2115)5120135(0内内内 所选机组能满足消防时的水量和扬程的要求。 2.10 设备的选择设备的选择 2.10.1 引水设备引水设备 当吸水井水位低于泵轴线时，水泵需要采用真空泵引水。 真空泵的抽气量： V Q L/s 10.34lmin/m63 . 0 5 106 . 0 4 1 6 . 135 . 0 4 1 05 . 1 min/m( )( 3 22 3 p ）（ ） T VVK Q S v 真空泵所需的真空值 max 2.4 1000 177 13.613.6 ss v H HmmHg 其中：真空泵的抽气量 （m3/s） ； v Q 漏气系数（1.051.10） ；K 最大一台水泵泵壳内空气容积（m3） ； p V 吸水管中空气容积；水泵引水时间（min） ，一般应小于 5min，消防泵应不 s VT 大于 3min； 真空泵的最大真空度（mmHg） ； maxV H 离心泵的安装高度（m） ，最好取吸水井最低水位至水泵顶部的高差。 ss H 16 根据和选取 SZB-8 型水环式真空泵 2 台，一备一用，布置在泵房靠墙 V Q maxV H 边处。 2.10.2 计量设备计量设备 在压水管上设超声波流量计，选取 SP-1 型超声波流量计 2 台，安装在泵房外输 水干管上，距离泵房 7m。 在压水管上设压力表，型号为 Y60Z，测量范围为 0.01.0MPa。在吸水管上 设真空表，型号为 Z60Z，测量范围为 0760mmHg。 2.10.3 起重设备起重设备 14sh-9 型水泵的重量 1200Kg ，JS-138-4 型电机的重量是 2100 Kg 根据电机和水泵的重量结合水泵房的高度选择起重机的重量的 型号为 LH 型电动葫芦双梁式起重机 起重量 5t,跨度 16.5m，起升高度 9m