水泵课程设计-某给水厂二级泵站设计.doc

吉林师范大学环境科学与工程学院11级水泵及水泵站 某给水厂二级泵站设计摘要：泵站是安装泵机组和辅助设备的场所，其主要作用是为机电设备的运行、检修、拆装等提供良好的工作条件和场地。合理的选择泵站类型，确定泵站尺寸，对保证设备安全高效运行、降低运行成本、减少工程造价，都具有十分重要的意义。关键字：泵站 机组 目录1.水泵站课程设计任务书11.1设计题目11.2原始资料11.3设计任务11.4计算说明书内容11.5图纸要求22.水泵和电机的初步选择32.1二级泵站的组成及特点32.1.1二级泵站的组成32.1.2二级泵站的特点32.2泵站设计参数的确定32.2.1 流量的确定32.2.2扬程的确定42.3水泵选择42.3.1水泵选择的基本原则42.3.2初选水泵52.3.3确定电机83.水泵机组的基础设计83.1水泵机组的尺寸83.2水泵机组的基础计算103.3水泵吸水管和压水管系统的计算103.3.1吸水管路113.3.2压水管路113.3.3管路附件选配123.3.4布置机组和管道134.泵房形式的选择134.1泵的布置形式134.2吸水井的设计144.3各工艺标高的设计154.4 复核水泵和电机164.5消防校核164.6设备的选择174.6.1引水设备174.6.2计量设备184.6.3起重设备184.6.4泵房高度184.6.6防水锤设备195.泵房的建筑高度和平面尺寸的确定195.1泵站平面、高程布置及尺寸的决定19结论22参考文献23231.水泵站课程设计任务书1.1设计题目送水泵站（二级泵站）设计1.2原始资料1、泵站的设计水量为。2、给水管网设计的部分成果：（1）根据用水曲线确定二泵站工作制度，分两级工作。第一级，每小时占全天用水量的。第二级，每小时占全天用水量的。（2）城市设计最不利点的地面标高，建筑层数7层，自由水压为。（3）给水管网平差得出的二泵站至最不利点的输水管和配水管网的总水头损失为。（4）清水池所在地地面标高为，清水池最低水位在地面以下。3 、城市冰冻线为，城市的最高温度为，最低温度为。4 、站所在地土壤良好，地下水位为。5 、电源满足用电要求，电价。1.3设计任务城市送水泵站的技术设计的工艺部分1.4计算说明书内容1.绪论2.初选水泵和电机根据水量、水压变化情况选泵，工作泵和备用泵型号和台数。3.泵房形式的选择4.机组基础设计、平面尺寸及高度5.计算水泵吸水管和压力管直径选用各种配件的型号、规格种类及安装尺寸（说明特点）。吸水井设计（尺寸和水位）6.布置管道和机组7.泵房中个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。8. 复合水泵电机计算吸水管机泵站内压水管损失、求出总扬程、校核所选水泵。如不合适，则重选水泵和电机。重新确定泵站的各级供水量。9.进行消防和传输校核10.计算和选择附属设备（1）设备的选择和布置（2）计量设备（3）起重设备（4）排水泵及水锤消除器等11.确定泵站平面尺寸、初步规划泵房总面积泵房的长度和宽度，总平面布置包括：配电室、机器间、值班室、修理间等。1.5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，列出主要设备表和材料表（比例尺1:100）。2.水泵和电机的初步选择2.1二级泵站的组成及特点2.1.1二级泵站的组成（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，水泵通过吸水管从水井中吸水，经水泵加压后通过压水管路送至用户；（3）饮水设备 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 指泵站内的设备及管道安装，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、用以排除地面污水；（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、火炉及通风设备；（8）电气设备 指变电设备、配电设备；（9）防水锤设备 指水锤消除器；（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。2.1.2二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贮存，清水池中的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。2.2泵站设计参数的确定2.2.1 流量的确定泵站一级工作时的设计工作流量泵站二级工作时的设计工作流量2.2.2扬程的确定其中：最不利点的地面标高和清水池最低水位的高程差m；自由水压m；总水头损失m；泵站内损失（初步估计为2m）；安全水头1.5m。2.3水泵选择2.3.1水泵选择的基本原则选泵要点： （1）大小兼顾，调配灵活 再用水量和所需的水压变化较大的情况下，选用性能不同的泵的台数越多，越能适应用水量变化的要求，浪费的能量越少。（2）型号齐全，互为备用希望能选择同型号的泵并联工作，这样无论是电机、电气设备的配套与设备管道配件的安装与制作均会带来很大的方便。（3）合理的用尽各泵的高效段单级双吸是离心泵是给水工程中常见的一种离心泵（如SH型、SA型）。他们的经济工作范围（即高效段），一般在之间（为泵铭牌上的额流量值）。（4）近远相结合的观点在选泵的过程中应给予相当的重视，特别是在经济发展活跃的地区和年代，以及扩建比较困难的取水泵站中，可考虑近期用小泵大基础的办法，近 期发展采用还大泵轮以增大水量，远期采用换大泵得办法。（5）大中型泵站需要选泵方案比较。考虑因素：（1）泵的构造形式对泵房的大小、结构形式和泵房内部布置等有影响，因而对泵站的造价很有关系。（2）应保证泵的正常吸水条件，在保证不发生汽蚀的前提是下，应充分利用泵的允许席上真空高度，以减少泵的埋深，降低工程造价。（3）应选择效率较高的泵，劲量选用大泵，因为一般而言大泵比小泵要要效率高，（4）根据供水对象对供水可靠性的不同要求，选用一定数量的备用泵，以满足在事故情况下的用水要求：1.再不允许减少供水量的情况下，应有两套备用机组。2.允许短时间内减少供水量的情况下，备用泵只保证事故用水量。3.允许短时间内中断供水时，可只设一台备用泵，城市给水系统中的泵站，一般也只设一台备用泵，通常备用泵的型号可以和泵站中最大的工作泵相同。4.当管网中无水塔且泵站内机组较多时，也可考虑增设一台备用泵，它的型号和最长运行的工作泵相同。（5）如果给水系统中就有足够大容积的高的水池或水塔时，可以部分或全部代替泵站进行短时间供水，则泵站中可不设备用泵，仅在仓库中贮存一套备用机组即可。2.3.2初选水泵(1)在型谱图上绘制一条参考管道系统特性曲线ab。其中a点坐标为式中：管网最不利点的地面标高和清水池最低水位的高程差（m）自由水头（m）、输水管和管网中的水头损失（m）b点坐标为（2）过a点绘制一条的水平线。（3）在ab和都相交的高效方框图中，选4台进行并联组合，即在等扬程下流量相加求出并联组合的组合方案，所选得各泵的高效段与ab线的交点，以及两两并联水泵并联曲线与ab线的交点，就是分级界限工况点。（4）所选出的水泵经管路布置、确定管径后，在验算初步确定的值是否合适，即精选水泵。在泵综合性能图上作出b点。在图1中，同时与ab线及水平线相交的方框有：6sh6、8sh9、12sh6、14sh6B、14sh9等五种水泵。从中选出三种在等扬程下并联综合流量的组合：方案1：四台14sh9组合，流量为：L/s方案2：四台14sh6B组合，流量为：方案3：四台12sh6组合，流量为：还有许多的组合方案，但均不如上述三个个方案，就不再列出。方案1、方案2和方案三列表进行详细比较，如表1所示，主要比较养成利用率 ，重点比较平均日平均时附近的扬程利用率，因出现的几率很低，一年中绝大部分时间在平均日平均是附近流量运行。平均日平均用水量为。表1选泵方案比较方案编号水泵扬程/m所需扬程/m扬程利用率/%水泵效率/%方案一4台12sh-69054-6460-72方案二4台14sh-6B9654-6456-67方案三4台14sh-97554-6472-86查给水排水设计手册sh型单级双吸离心泵的性能如表2：表2 sh型单级双吸离心泵的性能表泵型号流量Q扬程H（m）转速n（r/min）功率N（KW）效率（%）最大允许席上真空高度（m）L/s轴功率Pa配套功率12sh-6590164981450213300745.479222090245804.593626082279753.514sh-6B7452071081470313500703.511003059637372.51146045774227014sh-9972270801470268400793.51260350753068414404006531980从表2、表3可以看出，方案1能量略好于方案2和方案3，能量浪费较少，而且水泵台数三个方案均相等。并选择其中功率最大的一台为备用泵，由于四台泵属同一型号，所以选用12sh-6做备用泵即可。可用管路特性曲线进行选泵。先求出管路特性曲线方程中的参数，因为：所以：表3 管路特性曲线关系表0.10.20.30.40.50.60.70.80.929.0732.2937.6545.1554.866.5980.5396.61124.482.3.3确定电机根据水泵样本提供的配套可选电机，选定Y3552-4电机，其参数如下：。3.水泵机组的基础设计3.1水泵机组的尺寸如表4所示，查的12sh-6型水泵的安装尺寸。表4 12sh-6型单级双吸是离心泵（不带底座）安装尺寸（mm）型号电动机尺寸12sh-615703559056306104-28500型号 出口锥管法兰尺寸12sh-62743.584830040044012-23图1 12sh-6型单级双吸是离心泵（不带底座）安装尺寸图如表5所示，查的12sh-6型水泵的外观尺寸。表5 12sh-6型单级双吸是离心泵外形尺寸（mm）型号电动机型号泵外型尺寸(mm)12sh-6Y3552-46445204504706004505102683258981168.51246安装尺寸(mm)进法兰30040044012-234-27出法兰2002953358-23图2 12sh-6型单级双吸是离心泵（不带底座）外观尺寸图3.2水泵机组的基础计算因为12sh-6 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L水泵和电机最外端螺孔间距+（400500）基础宽度B地角螺钉间距+（400500）基础高度H其中：水泵重量kg； 电机重量kg；基础长度m；基础宽度m；基础密度(混凝土密度)。最终确定水泵占地。3.3水泵吸水管和压水管系统的计算当水泵为二级供水时，四台12sh-6单级双吸是离心泵并联工作，其流量，其单台出水泵最大流量为，水泵吸水管和压水管所通过的流量应按最大流量设计，管材采用钢管。 3.3.1吸水管路（1）吸水管路的布置要求：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时不漏气、不积气、不吸气，否则会使水泵的工作产生故障，为此常采用以下措施：1.为保证吸水管路不漏气，要求管材必须严格。2.为使水泵能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.吸水管的安装与铺设应该避免管道内形成气囊。4.吸水管安装在吸水井内，吸水井的有效容积不应小于最大一台泵5min的抽水量。5.吸入式的水泵，每台水泵都应单独设立吸水管。6.当吸水池的水位高于水泵的轴线时，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，喇叭口下应设置滤网。吸水管路设计的流速一般为：时，；时，；时，（2）吸水管径当时，由钢管水力计算表查的管径，流速， 单位管短的损失每台水泵都单独设有吸水管，并设有手动常开检修阀门，型号为D371J-10，DN600mm，L154mm，W380kg3.3.2压水管路（1）压水管路的布置1.对压水管路的基本要求就是耐高压，不漏水，供水安全，安装及检修方便。2.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的地方采用法兰连接。3.为了避免管路上的应力传至水泵，以及安装和拆卸的方便，可在压水管路适当的位置上设补偿接头或可绕性接头。4.离心泵必须要关阀启动。5.当不允许水倒流时，需设置止回阀。压水管路设计流速：时，；时，；（2）压水管径当时，由钢管水力计算表查的管径，流速， 单位管短的损失，压水管设有多功能水泵控制阀，型号JD745X-25，DN500mm，L1100mm，W1200kg。并设有联络管（DN600mm），由两条输水干管（DN600mm）送往城市管网。3.3.3管路附件选配表6 零件尺寸和规格 名称型号规格单位数量喇叭口DN800 600个390度弯头DN600个3蝶阀D371J-10DN600 L154个7三通DN600 600个3多功能阀JD745X-25DN500 L1100个3同心渐扩管DN350 500个3同心渐扩管DN500 600个3吸水管、压水管连同泵一起安装在机器间的地板上，管道直进直出，弯头少，可节约电耗。在选择配件时，选择的是全国通用的产品。3.3.4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：（1）纵向排列适用于IS型单级单吸挂壁式离心泵。采用这种排列形式的可以保持吸水管顺直，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）横向排列这种排列形式适用于侧向进水、侧向出水的SH型双吸式水泵，进出水管道顺直，水利条件好，这种布置形式虽然泵房长度大胆跨度小，吊装设备采用单轨电车即可。（3）横向双行排列横向双行排列这总布置形式更为紧凑，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时彼此相反的，因此，在泵订购时应向泵厂特别说明，一边水泵厂配置不同转向的轴套止锁装置。4.泵房形式的选择根据清水池最低水位标高和水泵的条件，确定泵房为形地面式。泵房左侧设有设备出入的大门，右侧设有控制室，配电室等。4.1泵的布置形式（一）纵向排列此种排列方式适用于如IS型单级单吸挂壁式离心泵。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，则纵向排列的方案就值得商量。如果是SH型泵占大多数，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。横向排列虽然稍增长了泵房的长度，胆跨度可减小，进出水顺直，水利条件好，节省电耗故被广泛采用。根据以上药店和实际情况，本泵站采用横向布置，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等于最大设备的宽度加1m，但不得小于2m。,取。（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。但是考虑到泵出水侧是管理操作的主要通道，故。取=4500mm。（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，但不小于1 m.。取=2000mm。（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1.5 m.；高压配电设备2.0 m。，取。（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，E1值表示为凸出部分的净距。取。（6）控制室和配电室长度别取3000mm。根据机组和管道布置经反复比较，最终取水泵间距2.5m，水泵与配电设间距2.5m，水泵距大门口5m，水泵距吸水管侧墙2.0m，水泵距出水管侧墙4.5m。泵房总长度：泵房总宽度：4.2吸水井的设计吸水井尺寸应满足安装水泵吸水管进口喇叭口的要求。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118-0.2117.8m；具体尺寸要求：（1）吸水管进口淹没水深h0.5-0.1m,否则映射水平隔板，水平隔板长为2D或3D（D为喇叭口大头直径，d为吸水管直径），取h=1.2m（2）水泵进水口应设喇叭口，以便吸水管进口水流稳定，减少损失。水泵水管进口喇叭口大头直径D（1.31.5）d=1.4500=700mm，水泵吸水管进口喇叭口长度L（3.07.0）（Dd）=4（700-500）=600mm；喇叭口距吸水井井壁距离（0.751.0）D0.8700560mm；喇叭口之间的距离（1.52.0）D2.07001400mm；喇叭口距吸水井井底距离（0.81.0）D800mm；所以，吸水井长度为10120mm，但考虑水泵机组之间间距，将吸水井长度确定为12000mm，吸水井宽度为1820mm（最终调整为2400），吸水井高度为6000mm(包括超高300)。经计算吸水井有效容积为，大于泵站内最大一台泵5min的抽水量，故满足要求。4.3各工艺标高的设计12sh-6型水泵允许吸上真空高度可在水泵性能曲线上查的，当时， 。泵轴安装高度，查表得5（喇叭口局部阻力系数）；（90度弯头局部阻力系数）；（阀门局部阻力系数）；（偏心减缩管局部阻力系数）；（三通）；（同心渐扩管局部阻力系数）；（同心渐扩管局部阻力系数）；（偏心减缩管局部阻力系数）。吸水管长度暂按10m估算，其沿程水头损失：局部水头损失：式中：吸水管进口喇叭口局部阻力系数，取0.1；90弯头局部阻力系数，取0.67；阀门局部阻力系数，取0.07；偏心渐缩管局部阻力系数，取0.20；吸水管中流速，1.56m/s 水泵进口处流速，1.6 m/s吸水管总水头损失为hs=iL+ ，但考虑长期运行后，水泵性能下降和管路阻力增加等，为安全起见所以取。则 。1、泵轴标高吸水井最低水位+Hss118+2.79=120.79m2、基础顶面标高泵轴标高-泵轴至基础顶面高度(H1)120.79-0.51120.28m3、泵房地面标高基础顶面标高-0.20120.28-0.20=120.08m4、水泵进口中心标高=泵轴标高-=120.79-0.27=120.52m5、水泵出口中心标高=泵轴标高-=120.79-0.33=120.46m4.4 复核水泵和电机根据已经确定得机组布置和管路情况重新计算泵房内得管路水头损失，复核所需扬程，然后校核水泵机组。泵房内管路水头损失，其中 ：吸水管总水头损失 压水管总水头损失 （系数1.1表示压水管路中局部损失按沿程损失的10%计算.）所以，水泵泵扬程为，与估计扬程基本相同，选定得水泵机组合适。4.5消防校核消防时，泵站的供水量消防时，泵站的程：其中：地形高差(m)；自由水压(低压消防制取20m)；总水头损失(m)；泵站内损失（m）。根据和，在附图上绘制泵站在消防时需要得水泵工况点，见图中得X点，X点在两台水泵并联特性曲线得下方，所以，两台水泵并联工作就能满足消防时的水量和水压要求，说明所选水泵机组能够适应设计小区的消防灭火的要求。4.6设备的选择4.6.1引水设备启动引水设备，选用水环式真空泵，真空泵的最大排气量其中：真空泵的最大排气量（m3/s）；漏气系数（1.051.10）；最大一台水泵泵壳内空气容积（m3）；吸水管中空气容积；一个大气压的水柱高度，取10.33；水泵引水时间（h），一般取5min；离心泵的安装高度（m）； 真空泵的最大真空度其中：真空泵的最大真空度（mmHg）； 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。根据和选取SZB-8型水环式真空泵2台，一备一用，布置在泵房靠墙边处。4.6.2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。4.6.3起重设备12sh-6型水泵的重量857Kg ，Y355L2-4型电机的重量是1600 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22.5m，起升高度9m。 表6 LH型电动葫芦双梁桥式起重机HH1H2H34696400014001250714204018311201120图6 LH型电动葫芦双梁桥式起重机4.6.4泵房高度 其中：泵房平台以上高度； 不小于0.1m，取0.1m； 吊车梁高度0.6m； 吊车梁底至起重机钩中心距离1.25m； 起重绳的垂直长度1.54m； 最大一台设备高度1130mm； 起吊钩在平台上的超高2000mm；所以泵房的高度为H=10m，为了以后的发展需要，取H=11m4.6.5排水设备设潜水排污泵2台，一用一备，设集水坑一个，容积为2.01.01.53.0m3选取50QW15-7-0.75型潜水排污泵，其参数为：；表7 50WZB30-25型污水泵数据流量m3/h扬程m转速r/min轴功率kw功率Kw效率%汽蚀余量302529004.085.5503.7表8 50WZB-25型水泵安装尺寸LL1L2L3A1BB1H2H1H21013718129454225395300433125160图4污水泵尺寸标记4.6.6防水锤设备 采用缓闭阀门来减少水锤的冲击。5.泵房的建筑高度和平面尺寸的确定5.1泵站平面、高程布置及尺寸的决定有关泵站布置的一般要求可参考手册第3册第446449页的有关内容。在机组及管道布置决定之后，可以决定泵站尺寸。二泵站一般为地面或半地下式，平面形状一般采用矩形。房屋面积大小可根据机组及管道布置所必须的间距确定，但考虑到二泵站运转调度较频繁，所以泵站面积应适当宽裕些，站内除机组管道外尚需设置仪表台，配电盘和开关箱以及其他辅助设备。机组设备、管道之间距离应符合规范要求。站内面积应满足小修要求，半地下式泵站可以扎设一走道平台，压水管及连通管如在平台下，则平台部分地板应能揭开，以便安装修理。可用下图的方法初步确定泵站（机器间）的平面尺寸B和L。B机器间acaacbb泵L图中：a机组基础长度；b机组基础间距；c机组句出与墙距离；I5机组基础宽度；I1I4，I6分别为三通、闸阀、逆闸阀以及水泵进、出口异径管的长度。B和L确定后，再考虑修理场地等因素，便可最后确定泵站机器间的平面尺寸（最后的B与L还应考虑到建筑模数的要求）。泵站总平面尺寸还应包括变压器室、配电室、机器间值班室等单元。有关矩形泵房的布置型式与尺寸可参考手册第3册第447页。泵站高度应满足设备起吊要求，当一台水泵机组吊起时应能在已安装好的机组上方通过且距机组顶应不小于0.5米。所以泵房的高度在无起重设备时应不小于3米（指进口处室内地面至内屋顶梁底的距离）。当有起重设备时，其高度通过计算确定，方法详见手册第3册第435437页。 给水二泵站一般不设专门的休息室或生活间，可以附有一个小的储藏室以存放润滑油、小的零件及修理工具等。 泵站的门应能便于机组运入或运出，大小应能通过最大的设备。对大型泵房，还应考虑汽车能进入