灌溉泵站设计说明书.doc

目录一、基本设计资料11.1基本情况11.2地质及水文地质资料11.3气象资料11.4水源11.5其它21.6根据规划21.7设计内容21.8提供成果2二、枢纽中心线及泵房位置的选择32.1泵房地址选择32.2泵房地址比较选择4三、设计流量和设计扬程的计算43.1设计流量计算43.2设计扬程计算6四、初选水泵及配套动力机设备74.1水泵选型要求74.2水泵机组数选择7五、拟定机组的基础尺寸85.1水泵外形尺寸85.2电动机外形尺寸9六、选择进出水管道96.1进出水管道管径、管厚确定9七、确定泵房类型107.1泵房类型比较选择10八、确定机组及管路布置形式108.1机组布置形式108.2 出水管道数目118.3出水管道铺设方法11九、选择泵房辅助设备119.1充水设备119.2起重设备119.3排水设备129.4配电设备12十、泵房尺寸设计1310.1泵房宽度1310.2泵房长度14十一、进出水建筑物的布置及设计1411.1进水建筑物1411.2明渠引水水渠水利计算1411.3前池设计1611.4进水池设计1711.5出水池设计18十二、水泵安装高程的确定2012.1安装高程计算20十三、水泵工况点的校核2013.1 600S-32型水泵性能曲线2013.2水泵装置需要扬程计算21十四、终选水泵及动力机22十五、投资概算22一、基本设计资料1.1基本情况本区地势较高，历年旱情比较严重，粮食产量低。根据规划，拟从附近河流中扬水灌溉该区的6.3（5.3+倒数第二位*0.5 学号1143063024）万亩农田，使之达到高产稳产的目的。机电扬水灌区内主要作物有小麦、玉米，其中小麦占灌区面积70%，玉米占30%。灌区缺少灌溉制度，现参考附近老灌区的灌水经验，拟定出本灌区灌溉保证率为95%的灌溉制度。其设计灌水率如表1所示设计灌水率作物灌水定额（m3hm2）灌水时间（日月）灌水延续时间（d）灌水率（m3s100hm2）始终中间日小麦750175275225100.061900127217167100.073玉米10501810858100.0361.2地质及水文地质资料根据可能选择的站址，布置6个钻孔。由地质柱状图明显的看出，3米以内表土主要是粘壤土，经土工试验，得到的有关物理指标为粘壤土的内摩擦角=35，承载力为200kN/m2，地下水埋深3.5m左右。1.3气象资料夏季多年平均旬最高气温34，春、秋季干旱少雨，年平均降雨量为524mm，降雨年内分配极不均匀，每年7、8、9月的降雨量占全年降雨量的80以上。年平均无霜期为200天左右，多年平均最低气温为-8，最大冻土深度为0.44m。平均年地面温度为15，平均年日照时数为2600.4h。累积年平均辐射总量为527.4lkJcm，平均日照百分率为59。热量和积温都比较丰富，能满足一年两熟作物生长的需要。1.4水源灌区南有一河流，是规划灌区的水源，其水量充沛。灌溉保证率为95时的河流月平均水位如表2所示。月平均水位月123456天数312831303130水位（m)503.8503.8503.9504.6504.8504.8月789101112天数313130313031水位（m)504.4504.3504.5504.1503.9503.81.5其它站址东北角有10kV高压电力线通过，已经有关部门批准，可供泵站使用。该地区劳动力充足，交通方便。除水泥、金属材料以及泵站建设中所需的特殊材料外，当地可提供砖、石、砂、瓦、木材等建筑用材。土石方开挖单价为33元/m3，电费为0.3元/度，钢板容重7.85T/m3，单价5000元/T。根据机电设备的运行特性。表2 水头损失估算取值表H净（m）直径D（mm）200250300350占H净的%1030502040102510302040153051530103010203101.6根据规划泵站出水池接灌区干渠，底坡i=1/4000，干渠长3500m，渠尾处渠底高程524（518+尾数1.5 学号1143063024），边坡系数m=1.25，糙率n=0.025，干渠平均水深0.3m，设有过水隧洞1座，渡槽2座，水头损失分别为（=0.15m, =0.1m）水温20。（提示：出水水位参考农田水利工程规划设计手册）1.7设计内容1、枢纽中心线及泵房位置的选择（要求选出至少两条中心线，进行比较后确定选择最优一条作为设计方案）2、设计流量和设计扬程的计算3、初选水泵及配套动力机设备4、拟定机组的基础尺寸5、选择进出水管道6、确定泵房类型7、确定机组及管路布置型式8、选择泵房辅助设备（包括充水设备、起重设备、排水设备等）9、泵房尺寸设计10、进出水建筑物的布置及设计11、水泵安装高程的确定12、水泵工况点的校核13、终选水泵及动力机14、设备及材料总表，工程量的计算，投资概预算，经过技术经济比较，选择最终方案。1.8提供成果1、在所给地形上绘出整个枢纽布置（从取水建筑物到出水建筑物的所有构筑物）。2、在A2图纸上绘出泵房的平面图和剖面图，并列表说明所用的主要设备及材料。3、20页（5000字）以上的计算书一份，要涵盖到上述涉及的14点内容。二、枢纽中心线及泵房位置的选择2.1泵房地址选择初选两处（A、B地址）作为泵房地址如下图所示2.2泵房地址比较选择 A地址B地址a地势较为平坦施工开挖量较少，便于施工。b接近公路建筑材料运输较为方便，修建道路较短，道路工程量省，投资少。c泵房后地势坡度较为一致，修建压力输水管道时施工较便捷。d由资料可知站址东北角有10kV高压电力线通过。A地接近电力线路，在施工、运行、检修等过程用电较为便利a地势相对A地址较陡，不便于施工。b离公路较远，材料运输不便，修建道路较长，道路工程量大，投资大。c泵房后地势为山体山脊，修建压力输水管道时施工困难且稳定安全性较差。d距离电力线路较远、用电不便。架设输电线路较长增加工程投资。综上所述A地址较为经济合理且施工运行便利。所以最终以A地址作为泵房位置。三、设计流量和设计扬程的计算3.1设计流量计算灌区农田6.3万亩.灌区内主要作物有小麦、玉米，其中小麦占灌区面积70%，玉米占30%。灌区缺少灌溉制度，现参考附近老灌区的灌水经验，拟定出本灌区灌溉保证率为95%的灌溉制度。其设计灌水率如表1所示表一 设计灌水率作物灌水定额（m3hm2）灌水时间（日月）灌水延续时间（d）灌水率（m3s100hm2）始终中间日小麦750175275225100.061900127217167100.073玉米10501810858100.036原始灌水率图灌水率图修正修正原则1、修正后的灌水率图应与供水条件相适应。2、尽量保证作物需水期的灌水不变。提前灌水和退后灌水不得超过三天。3、修正后应比较均匀，使得渠道水位和流量不发生剧烈变化。短期峰值不应大于设计灌水率120%，最小灌水率不应小于设计灌水率的40%。4、避免小于15天的短期停水，保证渠道安全运行。修正后灌水率如下设计灌水率作物灌水定额（m3hm2）灌水时间（日月）灌水延续时间（d）灌水率（m3s100hm2）始终中间日小麦750175285235110.05590057187117130.056玉米1050581288870.052灌水率图如下经修改灌水率图得出最终设计灌水率取=0.056 m3s100hm2灌溉设计流量 Q=q*A/=0.056*42/0.65=3.62m/s (取灌溉水利用系数为0.65)3.2设计扬程计算泵站进水池设计水位高程取河流最低水位作为设计水位 503.8m泵站出水池接灌区干渠，底坡i=1/4000，干渠长3500m，渠尾处渠底高程524，边坡系数m=1.25，糙率n=0.025，干渠平均水深0.3m，设有过水隧洞1座，渡槽2座，水头损失分别为（=0.15m, =0.1m）水温20。所以 m 取525.5（m）设计扬程是水泵型式选择的主要根据。在设计扬程工况下，泵站必须满足设计流量的要求，设计扬程应按泵站进出水池水位差，并计入进、出水管道或管道沿程和局部水力损失来确定。由表2水头损失估算取值表H净（m）直径D（mm）200250300350占H净的%103050204010251030204015305153010301020310水头损失取为15%则设计扬程：=（525.5-503.8）*1.15=24.955（m ）取25（m）四、初选水泵及配套动力机设备4.1水泵选型要求应满足设计流量、设计扬程及不同时期供水需求，同时要求在整个运行期间机组安全、稳定，并且具有较高效率。2、在平均扬程时，水泵在高效区运行；在最高和最低扬程时水泵能安全、稳定运行。3、具有多种泵型供选择时，应综合分析水力性能、考虑运行调度的灵活性、可靠性、机组及辅导设备造价、工程投资和运行费用以及主机组事故可能造成的损失等因素。因站址的东北角有高压输电线通过，电力问题容易解决，选择采用电动机。25m水泵宜选择单级双吸离心泵。4.2水泵机组数选择总流量13032m/h选择水泵台数23456单机所需流量m/h6516434432582606.42172初步选用五台工作泵另配置一台备用泵共六台机组，工作泵单泵流量为2606.4 m/h. 25（m）根据中国灌排设备手册满足设计扬程、流量的两种S型单级双吸离心泵性能参数如下型号流量Q（m/h）转速n（r/min）扬程H（m）功率N（kw）效率（%）吸上高度（m）重量（kg）轴功率电动机功率600S-32252097037295380862.524003168323108939602227985600S-47250097056460520832.53800316847.44658835003842680根据扬程、效率、功率和流量间关系，确定使用型号为600S32泵。电动机选用JS-147-6型电动机参数如下表型号额定功率KW额定电压V额定电流A额定转速r/min外形尺寸mm重量kg长宽高JS-147-63803000899801680139512702900五、拟定机组的基础尺寸5.1水泵外形尺寸水泵外形尺寸如下图型号外形尺寸mmLL1L2L3BB1B2B3HH1H2H3600S-3220291085110090018008001300100017069505326634-41型号进口法兰尺寸mm出口法兰尺寸mm600S-3260072578020-3040051556516-255.2电动机外形尺寸如下表型号额定功率KW额定电压V额定电流A额定转速r/min外形尺寸mm重量kg长宽高JS-147-63803000899801680139512702900所以机组基本尺寸如下机组长度机组宽度机组高度3920mm1800mm1706mm六、选择进出水管道6.1进出水管道管径、管厚确定进出水管道选用钢管，根据经验公式当Q120m/h时 Q129m/h时 所以根据此泵站流量Q=2606.4 m/h D=587mm 根据中国灌排设备手册选择管径D=600mm的钢管。流速=2.56（m/s） 2.5V=2.563.5符合经济流速钢管最小厚度由经验公式 得=4.6mm 由中国灌排设备手册选用厚度为=9mm 钢管重量131.17kg/m七、确定泵房类型7.1泵房类型比较选择 改泵房由河流取水，泵房条件宜采用固定式泵房。固定式泵房又分为：分基型、干室型、湿室型、块基型4种。选择初选分基型和干室型。两种类型比较分基型干室型特点：没有水下结构和每套水泵机组均有各自单独的基础，并且与泵房墙基础分离。该泵房结构简单，施工方便容易，造价低廉，它适用于下列场合：1、泵站流量不大（Q300L/S）的中小型卧式水泵机组。2、泵站工作期间，水源或进水池变幅小于水泵的有效吸上高度。3、建站处地基比较稳定。对于流量较大的水泵，由于水泵机组的重量较大，为了减小作用于地基单位面积上的重量，避免单位面积地基上所承受的重量超过其承重能力，就需要扩大机组基础面积，使各水泵机组的基础及泵房墙基础连成一个整体。特点：工艺布置比较方便，建筑面积能合理运用。适用条件1、 于外部水位变化不大。2、 平面面积较大。3、 地下埋深较浅场合。在该泵站中流量Q=724L/S，流量较大。不适合选分基型泵房。故可选择干室型泵房或湿室型泵房。综合考虑选择干室型比较适合。在干室型泵房中又有矩形、圆形等泵房型式。该地区水位变化不大，平面面积较大，地下埋深较浅，故该泵站选择矩形干室型泵房，工艺布置比较方便，建筑面积能合理利用以及便于利用标准的建筑结构和起重设备。八、确定机组及管路布置形式8.1机组布置形式 一列式双列式由已知初选机组尺寸，泵房长度约为30米，宽度约为6由已知初选机组尺寸，泵房长度约为21米，宽度约为8m由于30米长度过长，所以选择机组布置选择双列式8.2 出水管道数目泵房外出水管的布置，应根据泵站总体布置要求，结合地形、地质条件确定由地形图可以看出，从水源到出水池距离不超过100m，根据技术经济原则，当管道长度小于100m时，宜采用单机单管出水方式。8.3出水管道铺设方法水管的铺设方式通常分为明式铺设和暗式埋设两种。明式铺设便于检修、养护，但造价高，管内无水期间管壁受温度影响较大。一般管径大于1400mm。而暗式埋设分为有垫层和无垫层两种，常应用于石棉水泥管、钢筋混凝土管及直径小于1400mm的连续焊接钢管的铺设，其优点是铺设费用省，但检修困难。该泵站由于扬程较小故选择明式铺设。明管设计时，转折处设置镇墩，间距不易小于100m。两镇墩间设置伸缩节，支墩。 九、选择泵房辅助设备（包括充水设备、起重设备、排水设备、配电设备等）9.1充水设备 当泵的安装高度高于进水池水位时，即为吸上时，泵启动前必须排气充水。考虑到管理方便，本设计采用真空泵充水。9.2起重设备 泵房中，水泵、电动机、阀门及管道等设备的安装和检修，都需要用到起重设备。该泵站水泵有2400kg，电机2900kg。故可选择电动单轨吊车。起重重量大于3000kg。起重机层高度计算。如图h1为汽车车厢离地板高度1.2mh2为垫块高0.2mh3为最高设备高度1.8mh4为捆扎长度采用刚性吊具取0.3mh5为吊钩到轨道面距离1.1m由上起重机层高度为1.2+0.2+1.8+0.3+1.2=4.7m取9.3排水设备 在水泵运行过程中，难免有水渗出，另外在出现故障的时候，也有可能导致大量的水从管道连接处或者设备中大量渗出，如果没有采用相应的排水设施，地板积水可能导致整个泵站系统陷入瘫痪，因此，泵房排水非常重要。泵房采取沟道排水。将主机组地板设置为一定的坡度，一般选取2%的倾斜程度，并且向进水池方向倾斜，地板上设支沟、干沟。支沟延泵房倾斜方向平行，坡度和地板坡度相当；干沟与泵房长度方向平行，由两边向泵房中部倾斜，坡度也为2%，最后汇集到一起，抽出排到进水池里面。9.4配电设备 配电设备的布置型式，通常分为一端式和一侧式。一端式布置：是在泵房进线一端建配电间或副厂房。这种布置形式适用于机组台数较少的泵站。这种布置形式的优点是泵房跨度小，进、出水侧都可以开窗，有利用通风采光。一侧式布置是在泵房一侧建配电间或副厂房。这种布置形式的优点是当机组台数较多时，有利于监视机组的运行。该泵房跨度较大，配电设备不易再使用一侧式布置，因为泵址处地势较平坦，故采用一端式布置。泵站总体布置平面图如下：十、泵房尺寸设计10.1泵房宽度设备间距表 单位cm设备状况流量（m/s）0.50.51.51.5设备顶端与墙70100120设备与设备顶端80100100120120150设备与墙100120150平行设备间100120120150150200高压电动机组间150150-175200泵房宽度，又称为泵房跨度应根据水泵、阀门和所配置的其他管件的数量和尺寸以及水泵机组的布置型式，并满足设备安装、检修以及运行维护通道或交通通道布置的要求确定。根据主机组布置形式、泵体大小、进出水管路上阀件长度、通道尺寸而定。其计算式为公式为泵体宽度1.8*2+泵间距离1m=4.2m为混凝土边台宽度0.5m为水泵出水口处渐变接管长度0.5m为水泵出水管与闸阀间的短管，0.4m为出水管闸阀体长度（两个阀）0.6m为进水管闸阀体长度（一个阀）0.3m为出水管侧闸阀到墙的距离2m为进水管侧闸阀到混凝土边台1.5m进水管闸阀与泵进口处短管0.4m则 B=10.4m 取B=10.5m10.2泵房长度设备间距表 单位cm设备状况流量（m/s）0.50.51.51.5设备顶端与墙70100120设备与设备顶端80100100120120150设备与墙100120150平行设备间100120120150150200高压电动机组间150150-175200根据主机组布置形式、主机组轴心线长度、机组间或机组与墙壁间净距和配电间与检修间等尺寸而定。机组的长度为5.74m，机组间的间距取设备组间的间距1m，机组和墙的间距取2mL=5.74*3+1*2+2*2=23.22m 取L=23.5m 综上所得泵房尺寸如下表泵房长度m泵房宽度m23.510.5十一、进出水建筑物的布置及设计11.1进水建筑物泵站与水源间常常设置引水建筑物，水从水源引至泵站的前池和进水池或者直接引向水泵进口，以保证水泵的正常安全运行等方面都有密切关系。引水建筑物的主要结构形式有：管式、涵洞式、和明渠式。该泵站的地形条件比较适合用明渠引水。11.2明渠引水水渠水利计算引水建筑物采用的是有自动调节能力的明渠式引水建筑物。明渠从河道中引水，汇集到前池。渠道断面尺寸是根据渠道的设计流量并通过水力计算加以确定的，一般可用均匀流公式进行计算。 (1) (2)式中系数意义如下Q为渠道设计流量 3.62m/sw为渠道过水断面面积；R为水力半径mi为渠道比降C为谢才系数n为渠床糙率渠道采用混凝土渠道 底坡i=1/2000，边坡系数m=1.25，糙率n=0.025，渠道断面宽深比=b/h,其中b为渠底宽度,h为渠中设计水位.按输水能力最大原则选择,渠道采用梯形断面,最优断面宽深比 =0.7 (3) 边坡系数m=B/H 由1-3式得 h=0.935（m）取h=0.94（m） b=0.650（m）取b=0.65（m）由于水位变化 安全超高取0.3m所以最终所得渠道高 H=h+=0.94+1+0.3=2.24（m） 引水渠道最终尺寸图如下：渠道不冲不淤流速校核最大水位时流速=3.62/5.9655=0.6m/s最低水位时流速=3.62/1.7155=2.11m/s由灌溉排水工程学护面渠道允许不冲流速表护面类型允许不冲流速m/s混凝土现场浇筑预制铺砌喷射法施工8.05.010.0不淤流速由经验公式 渠道流量和宽深比C0Q10m/s0.2Q510m/sb/h2.0b/h2.00.20.4Q5m/s0.4 取0.2则=0.2*3.620.5=0.38m/s渠道最大最小流速满足不冲不淤流速。11.3前池设计前池扩散角确定前池使用正向进水池。前池扩散角选择。据有关实验和经验为使边壁不发生脱流、工程量相对较少情况下=20- 40选用扩散角=40前池长度确定 长度计算公式 B为进水池宽度20.6m b为引水渠底宽度0.65m L=27.4m取L=27.5m前池纵向坡度此泵站采用i=1/15前池最终设计尺寸如下11.4进水池设计后墙距T=（0.30.5）Din。T取0.5Din进水喇叭口直径Din=（1.31.5）D1，D1为进水管直径600mm。取Din=1.5D1进水口至池底距离，即悬空度P=(0.50.8)Din.取P=0.8Din淹没深度Hsub。当喇叭口垂直布置时Hsub（1.01.25）Din，当喇叭口倾斜布置时Hsub（1.51.8）Din，当喇叭口水平布置时Hsub（1.82.0）Din.此泵站喇叭口使用垂直布置，取Hsub=1.25Din由上所选得Din=900mmT=450mm 取0.45mP=720mm 取0.8mHsub=1125mm 取1.2m进水池长度LL=KQ/BhK为进水池秒换水系数，矩形取40Q为泵站设计流量3.62m/sB为进水池宽度20600mmh为进水池水深，h= Hsub+ P=2.0m所以L=3.51m 取L=3.6m进水池池底高程计算设计水位为503.8m。设计水位运行。引水渠道渠首渠底高程为503.8-0.94=502.86m。因引水明渠坡降i=1/2000.较小渠道高程降低忽略不计。前池纵向坡降采用i=1/15.池长20.6m。降落1.37米。则进水池池底高程为502.86-1.37=501.49m池顶与引水明渠顶高程相同为503.8+1.3=505.1m。安全超高取0.7m。则进水池高度H=505.1-501.49+0.7=4.31m。池底高程为501.49-0.7=500.79m综上计算进水池尺寸如下 池深H=4.31m 池长L= 20.6m 池宽B=3.6m进水池高程11.5出水池设计此泵站采用侧向出水池。淹没式出流。对于多管侧向出流，B1=（45）D，B2=B1+D,B3=B1+2D,B4=B1+3D,B5=B1+4D,B6=B1+5D取B1=4D=2.4m, B2=3.0m. B3=3.6m. B4=4.2m .B5=4.8m. B6=5.4m.L出=12D+5S=12*0.6+5*2.97*3+2.57*2=27.2mL2=D=0.6m L=5D=3m L1=23.6m管口下缘至池底距离P=1020cm。此泵站取0.15m。管口上缘最小淹没深度Hmin=（12）V02/(2g)取h1=0.33m干渠渠底高程525-0.3=524.7m。干渠内最低水位低=525m。最高水位高取525.3m。安全超高h取0.3m。则得出水池池底高程为525-hmin-D-P=523.92m池顶高程为525.3+0.3=525.6m出水池池深为H=525.3+0.3-523.92=1.68m 取H=1.7m十二、水泵安装高程的确定12.1安装高程计算600S-32型水泵吸上高度，因为进出水池均与大气相接。所以 （1）因进水管较短，沿程损失忽略不计，以局部损失为主。（1）进水口局部损失系数为0.31；（2）弯曲段损失系数为取0.29。管内流速为v=Q/A=2.56m/s，0.33m，水头损失hw=(0.31+0.29)*0.33=0.2m由（1）式得出2.5-0.33-0.2=1.97m水流从引水渠经前池进入进水池水位下降值故取为0.2m。在最低水位（503.8m）时水泵基准面安装高程为503.8-0.2+1.97=505.57m。由于泵房为干室型，机组安装在第一层，故水泵基准面取与最低水位以齐平，即503.8m。十三、水泵工况点的校核13.1 600S-32型水泵性能曲线由性能曲线图取泵叶轮直径D=500mm。得流量扬程关系如下表流量Q（m/s）05001000150020002500300035004000扬程H（m）363635343228242112叶轮直径D=540mm。流量扬程关系如下表流量Q（m/s）05001000150020002500300035004000