魏村东抽水站总体施工设计毕业论文.doc

魏村东抽水站毕业设计魏村东抽水站总体施工设计毕业论文第一篇 土建部分1综合说明1.1兴建缘由根据太湖治理规划，拟常州市境内魏村兴建水利工程枢纽，包括泵站工程、节制闸、船闸各一座，共同组成具有防洪、灌溉、供水、航运、水环境保护等多功能综合利用工程系统。1.2工程位置、规模、作用根据太湖治理规划，拟于常州市境内魏村兴建水利工程枢纽，包括泵站工程、节制闸、船闸各一座，共同组成具有防洪、灌溉、供水、航运、水环境保护等多功能综合利用工程系统。其中泵站、节制闸、船闸平行布置，泵站、节制闸引河。引河系人工开挖，上下游联接天然河道德胜河，并分别直通太湖和长江。1.3基本资料及工程设计标准1.3.1自然条件该项工程位于北亚热带南部气候区，年平均气温15.5，年平均降雨量1067.8mm。工程处于长江冲积平原，地势平坦，地下水埋深一般1.5m。1.3.2水位特征值长江侧：百年一遇最高高潮位 7.45 m 50%频率高潮平均值 4.94 m 97%保证率最低低潮位 2.31 m 71年410月最低旬平均低潮位 1.65 m内河侧：解放后出现的最高涝水位 5.76 m 泵站开机灌溉时，站前高水位 4.31 m 泵站开机排涝时，站前水位 3.04 m 最低通航水位 2.50 m1.3.3设计参数泵站具有双向抽水要求，其抽水能力均为60m3/s，其水位情况见表1-1，表1-2，站上并附设汽-10，挂-80单车道公路桥一座。表1-1 站身稳定计算水位组合工况计算工况长江内河（m)水位差（m)正向校核7.452.504.95设计7.453.044.41反向校核1.655.764.11设计1.894.312.42表1-2 泵站灌排净扬程工况计算工况长江内河（m)水位差（m)抽排涝水校核4.943.041.90设计7.453.943.51灌溉补水校核2.314.312.00设计1.894.312.421.3.4地质条件根据江苏省水利勘测总队常州市魏村水利枢纽工程地质勘察报告（施工图阶段），站址处土层自上而下分布情况如表1-3。土壤物理力学指标采用值： =15C=23 kPa R=150 kPa f =0.3 砌墙后，回填土的物理指标选用值： =15C=1.15 kPa Td15 kN/m2 抗滑安全系数： 正常运用期：1.3校核运用期：1.1附注：高程系吴淞零点为基准表1-3 土层分布情况N635(击)土层项高天然湿容重孔隙比含水量(%)(kPa)度压缩系数MPa容许承载力kPa灰黄、褐黄色重中粉质壤土，上部为耕植土，下部夹薄层砂壤土35.81.901.870.830.9627.834.71814黄灰及灰褐色淤泥质中重粉质壤土，夹薄层粉砂，局部呈现互层状，含有机质13.01.821.1141.179灰黄及黄色中、重粉质壤土，粉质粘土，81.01.910.8932.7231511.0150灰黄色中、重粉质壤土，下部夹薄层粉砂，局部呈现互层状12-5.01.880.9434.6291710.5180灰黄及灰色轻粉质砂壤土，夹薄层重粉质壤土，局部呈现互层状，含白色云母片24 -9.51.860.9634.9172113.61801.3.5设计标准魏村泵站为二等大（2）型建筑物，工程级别为二级水工建筑物长江侧及内河侧引河河底高程0.0m。附注：节制闸闸孔净宽6+12+6=24m；边墩、中墩厚度1.54=6m，闸室长18m，公路桥桥面高9.50m，泵站、节制闸间以导流墩相隔。余见枢纽示意图。地震：按6度考虑1.3.6气象资料风力：设计按8级风考虑，校核按10级风计算。最大风速度： 5m/s ；基本风压：W=373N/m2；1.4工程布置和主要建筑物1.4.1站房形式及主要尺寸站房采用块基型站房，站房高度10.8m(楼面至屋顶大梁)，水泵房高度11.02m，底板尺寸：28.525 m2。1.4.2进出水流道流道采用平面蜗壳式双向进出水流道，流道长20m，宽5.6m，中间设0.6m宽的隔墩。1.4.3进出水建筑物（1）上下游引河长江侧、内河侧引河均为底宽33.4米，高程0.00，边坡1：3（2）前池前池长26m，其中斜坡段16m，斜坡i=0.2。1.4.4西岸上下游连接建筑物上下游连接建筑物选用反翼墙及扶壁式挡土墙1.5机电和金属结构1.5.1 抽水站一座（1）主机泵安装2000ZLQ152.8轴流泵配套TDL215/2124 800kW电动机四台套，总装机容量3200kW，抽水能力60m3/s。（2）变配电工程（包括套闸、节制闸和枢纽管理处用电）1、主变 35/6.3kV 3150kVA一台2、站变 35/0.4 kV 160kVA一台、6/0.4kV 160kVA各一台3、高低压开关等电气设备1.5.2金属结构设备上下游进出水流道均采用快速闸门，共16扇，进水流道选用QPPY2328型液压启闭机8台。出水流道选用QPPY2258型液压启闭机8台。在泵站上下游各设单轨悬挂式清污机二台，栅体倾角90o。2 设计参数的确定2.1设计流量的确定由给定的基本资料，该泵站具有双向抽水要求，其抽水能力均为60m3/s，因此设计流量为60m3/s。2.2水位分析及特征扬程的确定该泵站具有抽排涝水和灌溉补水的任务，但其中主要任务为抽排涝水，因此以抽排涝水时的水位分析水泵所需扬程，由基本资料，正常时期净扬程H=1.90m，最大扬程Hmax=3.51m。2.3工程设计等级魏村泵站为二等大(2)型建筑物，工程级别为二等水工建筑物。3 机组选型3.1 水泵选型 由m，考虑0.6 m水头损失，取m由Hd泵=2.50m，Q站=60m3/s，假设以下两种方案选择泵型方案一：初选四台泵，单泵流量Q单=60/4=15 m3/s初定原型泵n=187.5 r/min， D=2.05 m则比转速ns=3.65n /H3/4=3.6187.515/2.503/4=1333选定2000ZLQ-2.8型立式轴流泵，其性能曲线如图31所示图3-1 2000ZLQ2.8型立式轴流泵性能曲线由性能曲线图可得，当H=2.50 m时，叶片安装角为，Q=15 m3/s，=86%，轴功率N=420 kW。方案二:初选五台泵，单泵流量Q单=60/5=12 m3/s 初定泵n=250 r/min，D=1.74 m 则ns=3.65n/H3/4=3.6525012/2.53/4=1589 由n=1589，选定TJ04-ZL-0.9 型模型泵，其性能曲线如图3-2图3-2 南水北调工程水泵模型同台测试轴流泵泵段综合特性曲线由np=250r/min，Dp=1.74m， nm=1450r/min，Dm=0.3m及公式 ， Qp=，可得原形泵性能曲线如图3-3所示图3-3 原形泵性能曲线查图3-3得，当Hp=2.5m，Qp=12m3/s时，叶片安装角为-，=75.3%在高效区范围由上述两种方案可得泵型比较表3-1表3-1泵型比较表型号台数设计扬程（m）设计流量（m3/s）效率（%）叶轮直径（m）2000ZLQ2.842.5015862.05TJ04-ZL-0.952.501275.31.74由于水泵选型的原则是：（1）以现行国家或行业规程、规范为依据（2）广泛收集适合本站特点的泵型资料，在选用新的水力模型时，力争达到同行业领先水平。（3）设备技术先进，运行安全可靠，装置效率高，有较好的抗汽蚀性能，（4）在泵站平均扬程时，水泵运行在高效区；在设计扬程时，满足泵站设计流量，水泵运行在高效区；在最高或最低扬程时，水泵能够安全、稳定地运行，配套电动机不超载。（5）机组安装、检修方便，便于维护和管理。由泵型比较表可知，所选的泵型均能满足扬程和流量的要求，运行期水泵在高效区运行，如采用四台2000ZLQ-2.8型立式轴流泵，则土建投资省，水泵运行效率高，管理方便；而五台TJ04-ZL-0.9型模型泵，水泵运行效率太低，水力损失大，且土建投资多，因此选择四台2000ZLQ-2.8型立式轴流泵。3.2 电机选型由图3-1可得，当Hmax=4.11 m时，Q=12.2 m3/s，=83%，由直联传动=1.0，四台泵的总配套功率N配= Kn=1.05 =2480.5 kW故选用TDL215/21-24型电机，其主要技术参数见表3-2表3-2 TDL215/2124型电机技术参数型号容量（kW）额定电压（kV）额定电流（A）启动电流倍数额定转速(r/min)TDL215/212448006935.5187.5励磁电压（V）励磁电流（A）负荷系数（K1）0.41.11.8903000.6364 枢纽布置及进出水建筑物设计4.1 枢纽布置及站房结构型式根据太湖治理规划，拟于常州市境内魏村兴建水利工程枢纽，包括泵站工程、节制闸、船闸各一座，共同组成具有防洪、灌溉、供水、航运、水环境保护等多功能综合利用工程系统。泵站布置在枢纽的西侧，东邻节制闸，站房呈东西向河床布置，闸站共用一条引河，中间用导流墩隔开，站中心线距闸中心线38.7m，导流墩长214.6m，泵房北侧设汽10级，单车道交通桥，与节制闸交通桥布置在同一条轴线上。站房的东岸墙与导流墩相连，西岸墙用扶壁式挡土墙与上下游河岸衔接，考虑结合站房东侧的节制闸的防渗，在站房的上下游均设浆砌块石护坦。 该泵站为一大型泵站，机组对进水条件要求高，因此采用专门设计的有压进水流道，为加强站房的整体性，把流道的上盖板、站墩和底板整体浇筑，从而形成块状基础，因此采用的形式是块基型站房。4.2 引河及前池设计布置4.2.1前池设计根据地形条件，采用正向进水前池，为使进入进水流道的水流较为平顺，在靠近进水流道的前池底坡采用长度为10 m平坡，底高程-3.22 m，然后是长度为16 m底坡为1：5纵坡，前池总长26m。上下游翼墙选用的是反翼墙形式，上游翼墙的收缩角，下游翼墙的扩散角都采用8，其具体尺寸见图4-1。. 图4-1 前池尺寸图(单位：cm)则引渠宽度，即为前池首端宽度 B=2L前池tan8o+L进水=226+26.1=33.4 m (其中L进水为前池末端即进水流道入口宽度)4.3 进水流道设计该泵站采用平面蜗壳式双向进水流道，见图4-2图4-2 进水流道单线图（单位：cm）4.3.1主要尺寸的确定（1）流道高度H(即叶轮中心线到进水流道底板的距离)H=h0+h1+h2其中h0为叶轮中心的淹没深度，由所选水泵叶轮直径D=2.05 m，h0= 1.41 m由经验得，喇叭管高度h1/D=0.50.65，取h1/D=0.52，h1=0.522.05=1.07 m;由经验得，喇叭管悬空高度h2/D=0.400.6 ，取h1/D=0.45，h1=0.45 2.05=0.93 m ，H=1.41+1.07+0.93=3.41 m（2）喇叭管进口直径D1的确定由经验得，D1/D=1.411.5，取D1/D=1.46，D1=1.462.05=3.00 m （3）导水锥导水锥的线型采用1/4椭圆弧，取导水锥的下部直径与喇叭管进口直径相同即为3m ，上部直径与水泵的轮毂直径相同即为0.65m。（4）流道的宽度按环形柱壮面流速分布均匀条件确定流道的宽度蜗壳断面的高度hk/D=0.81.0，取hk/D=0.92。hk=0.922.05=1.90 m蜗壳上壁面倾斜角=4060，取=60由经验得，平面蜗壳式双向进水流道B=（2.583.0）D，取B=5.6 m，从进水流态，结构和闸门考虑，宜在进水流道中设置600 mm隔墩，流道净宽为5000mm；由图4-3得，a=（B-D1）/2=（5.6-3）/2=1.3 m图4-3流道宽度示意图（5）进口段进口段流道盖板直线渐缩上翘角=1030，设计中选取应与出水流道扩散角，流道进口断面等综合考虑，角太大易使流道长度过短，站房结构布置困难，取=10，进水流道长度根据土建设计和金属结构布置确定，取为10.0 m，进口段靠近叶轮部分采用平直段，平直段长度根据泵体部件最宽长度考虑，取为4.8 m。由进水流道的进口经济流速v=0.81.0 m/s，取为0.9m/s，则进口高度m，取为3.0 m 则有4.3.2导水锥和喇叭管的线性设计（1）喇叭管的线型设计如图4-2所示，取泵座中心点o为原点，泵座为x轴，泵轴中心线为y轴，向下为正设喇叭管椭圆中心位于泵座法兰面，喇叭管椭圆曲线长轴轴线过喇叭管外缘，由此得喇叭管椭圆母线方程： （1）式中，a，b分别为椭圆曲线短半轴和长半轴，其中b=h1=1.07 m；D1为喇叭管直径，D1=3.0 m。平面蜗壳式双向进水流道喇叭管椭圆曲线与泵座直锥相切，由几何关系可得直锥方程为y=-ctan60(x-D0/2) （2） 其中D0=2.2 m将（2）代入（1）得， （3）由椭圆母线与泵座直锥相切关系得(3)式中=0，得a=0.383m则有椭圆方程为 根据椭圆方程可作1/4圆弧，即为喇叭管曲线，（2）导水锥的线型设计导水锥圆柱段直径同泵轮毂直径d0，其下为1/4椭圆曲线段，椭圆曲线至流道底板，且底部直径同喇叭口直径D1。导水锥圆柱母线与椭圆曲线段相切，由此得导水锥椭圆曲线方程为 ，其中 D1=3.0 m， d0=0.6 5m， h1=1.07 m， h2=0.93 m， hk=1.90 m则有椭圆的方程为 由椭圆方程可作导水锥的曲线。4.4 出水流道设计该泵站采用平面蜗壳式双向出水流道，其形状类似倒置平面蜗壳式双向进水流道，如图4-4所示图4-4 出水流道单线图（单位：mm）4.4.1主要尺寸的确定（1）喇叭管进口直径D1的确定由经验得，D1/D=1.41 hs=(12)V02/2g 1.5，取D1/D=1.46，D1=1.462.05=3.00 m（2）导水锥导水锥的线型采用1/4椭圆弧，取导水锥的下部直径与喇叭管进口直径相同即为3m ，上部直径与水泵的轮毂直径相同即为0.65 m。（3）流道宽度由于平面蜗壳式双向出水流形状类似倒置平面蜗壳式双向进水流道，因此其宽度取与进水流到相同，为5.6 m，其中设置600 mm隔墩，流道净宽为5000 mm。蜗壳下壁面倾角k=4060，取=45（4）流道高度由出水流道的出水段流速v1.5 m/s，则流道高度m，取为1.8 m由图4-4，根据水流情况，1-1段环形柱面流速应大于2-2段面流速则11断面面积应小于22段断面面积，即D1h2H出 B，其中h2为喇叭管悬空高度则h271.12 m2。 图5-8 泵房窗户设计示意图5.5 水泵工况点校核5.5.1进出水流道损失计算（流道计算图如图5-9）图5-9进出水流道损失计算图该流道为双向流道，计算时考虑正向进水时的损失即从内河侧进水流道进口到长江侧出水流道出口。由于该流道比较短，沿程损失在总损失中比重较小，故忽略不计，仅计算各段的局部损失，流道宽5.6 m，中间设0.6 m宽的隔墩，进水流道隔墩止于33段面，出水流道隔墩止于66断面，以下是对各段局部损失的计算，为计算简便，在计算中对含隔墩的断面按隔墩一侧计算：进口段：查水力学上册第二版得，=0.15进口流速V进口=m/s进口水头损失hj进=m拦污栅：由所选的拦污栅 t=18 mm，b=50 mm，=1.60，=，查水力学上册第二版得V=V进口=0.94 m/s拦污栅损失hj拦=m闸门槽：由泵站特性检测，=0.150.20，取=0.15V=V进口=0.94 m/s闸门槽水头损失hj= m12段：由于12段断面为矩形，故需要转化为圆管进行损失计算11段面水力半径R1= md1=4R1=40.68=2.72m22段面水力半径R2=md1=4R1=40.54=2.16 m将12段转化为圆管后如图58所示则渐缩管的夹角=2arctan=6.1622，11段圆管面积之比查水力学上册第二版得，水头损失系数=0.001 图510 圆管示意图（单位：cm）22断面流速V2= m/s12段水头损失hj1-2= m23段：该段过水断面没有发生变化，故仅有沿程损失，忽略不计34段：该段过水断面变化较为复杂，取=0.2 m/shj3-4= m进口段：取喇叭管段=0.25m/shj喇=m56段：该段过水断面变化较为复杂，取=0.2 m/shj5-6= m67段：该段过水断面没有发生变化，故仅有沿程损失，忽略不计78段：由于78段断面为矩形，故需要转化为圆管进行损失计算77段面水力半径R7= m d7=4R7=40.52=2.08m88段面水力半径R8=md8=4R8=40.60=2.40 m将7-8段转化为圆管后如图5-11所示 则渐扩管的夹角=2arctan=3.5277，88段圆管面积之比 查水力学上册第二版得，水头损失系数=0.015 图5-11 圆管示意图(单位：cm)77断面流速V2= m/s78段水头损失hj7-8= m出水流道出口：查水力学上册第二版得，=0.13 m/s出口损失hj出口= m综上所述，总的水头损失hj=0.0182+0.00674+0.00132+0.02+0.242+0.022+0.0022+0.007642+0.00672=0.618 m由hj=SQ2， S=hj/Q2=0.618/152=0.0027 s2/m55.5.2工况点校核（1）设计扬程的校核 设计扬程Hd=1.90 m H需=H净+SQ2=1.90+0.0027Q2，由此可得H需Q曲线，与HQ性能曲线相交得设计工况点，如图5-12所示，图5-12 水泵工况点校核由图5-12可知，设计工况点A：扬程H=2.5 m，流量Q=15.1 m3/s， 轴功率N=427 kW效率=86%，在高效区范围内(2) 最高扬程的校核 校核扬程Hmax=3.51 m H需max=H净max+SQ2=3.51+0.0027Q2，由此可得H需maxQ曲线，与HQ性能曲线相交得设计工况点，如图5-12所示，由图5-12可知，在此工况点B下：扬程H=3.94 m，流量Q=12.50 m3/s， 效率=84%轴功率N=580 kW19.8 m，故底板的防渗长度满足要求。5.6.2用改进阻力系数法进行渗流计算（计算见图5-14）图5-14 渗流计算图（1）确定地基计算深度由计算图，地下轮廓线的水平投影长度LO=25.0 m 地下轮廓线的垂直投影长度S0=-4.42-（-5.72）=1.3 mL0/S0=25/1.3=19.235，由于地下无岩基层，故取有效深度Te=0.5L0=0.525.0=12.5 m（2）计算各典型段的水头损失1、T=12.5 m， S=1.3 m， =12.2 m2、T=12.2 m， S=1.0 m0.0833、L=25.0 m，S1=1.0 m， S2=1.0 m， T=12.2 m4、T=12.2 m， S=1.0 m0.0835、T=12.5 m， S=1.3 m， =12.2 m =（3）计算进出口阻力修正系数对于进口：=0.753对于出口：=0.753（4）计算修正前后的水头损失值在正向校核情况下，水头差最大，Hmax=4.95 m，则修正前后的水头损失值见表5-5表5-5 修正前后的水头损失计算表12345i0.4910.0831.9340.0830.491修正前hi(m)0.7890.