水泵设计计算说明书.doc

给水排水专业泵与泵站课程设计 目 录第一章 绪论111 设计要求112 二级泵站设计资料2第二章 初选水泵和电机32.1 水泵的初步选择32.1.1 二级泵站的组成及特点32.1.2 泵站设计参数的确定42.1.3选择水泵42.2 水泵机组的基础设计82.3水泵吸水管路和压水管路设计102.3.1 吸水管路102.3.2 压水管路112.3.3 管路附件选配112.4 布置机组和管道122.5 泵房型式的选择132.6 吸水井的设计142.7各工艺标高的设计152.8 复核水泵和电机16第三章 校核和辅助设备选择.163.1消防校核163.2 辅助设备的选择163.2.1引水163.2.2 计量设备173.2.3 起重设备173.2.4 排水设备183.2.5防水锤设备193.3 泵房的建筑高度和平面尺寸的确定223.4 设计二级泵站平面图及剖面图22参考文献23 结束语.2424第一章 绪论1.1 设计要求1. 设计题目：送水泵站（二级泵站）设计2. 泵站设计水量：7.6万m3/d。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。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1：50）。1.2 二级泵站设计材料1. 泵站的设计水量为（7.6）万m3/d。2. 管网设计的部分成果：（1） 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）%。（2） 城市的设计最不利点的地面标高（110）米，建筑层数（6）层，自由水压（32） 米。（3）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。（4）消防流量为（200）m3/h，消防扬程为（10）米。（5）清水池所在地面标高为（100）米；清水地最低水位在地面以下（4.5）米。3. 城市冰冻线为（1.5）米，最高温度为（35），最低温度为（-25）。4. 泵站所在地土壤良好，地下水位为（20)米。5. 泵站为双电源。 第二章 初选水泵和电机2.1水泵的初步选择2.1.1 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，决定了泵房建筑 面积的大小；(2) 吸、压水管路 指水泵的吸水(进水)管路和压水(出水)管路，水泵通过吸水管路从吸水井(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，需设引水设备；(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，又称清水泵站，通常设在给水厂内，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。其工艺流程如图所示： 图2-1 送水泵站工艺流程图1-清水池； 2-吸水井； 3-送水泵站； 4-管网； 5-高地水站（水塔）这种泵站的基本特点是：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。2.1.2 泵站设计参数的确定2.1.2.1 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则可得最大日用水量曲线：图2-2 最大日用水量曲线2.1.2.2 扬程的确定H = = （110-100+4.5）+32+21+2.0+2.0=71.5 m其中: H 泵站所需扬程（m）； 地形高差(m)； 自由水压(m)；总水头损失(m)； 泵站内水头损失（m）； Hc安全水头 2.0m；2.1.3 选择水泵2.1.3.1 水泵选择的基本原则水泵的选择是指确定泵站中水泵的型号、规格和台数。正确的选用水泵机组，对于节省泵站投资，降低运行管理费用、节省能源、保证泵站供水的安全可靠性具有重要的作用。选择水泵机组应遵循以下原则：（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） 依据所选水泵的泵站造价低。（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，便于安装与检修。（5） 在水泵供水能力上应考虑近、远期结合，留有发展余地。 选泵要点：（1）大小兼顾，调配灵活 在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 一般希望能选择同型号的泵并联工作，这样无论是电机、电器设备的配套与贮备，管道配件的安装与制作均会带来很大的方便。（3）合理地用尽各泵的高效段单级双式吸式离心泵是给水工程中常用的一种离心泵（如Sh型、SA型）。它们的经济工作范围（即高效段），一般在0.85Qp1.05Qp之间（Qp为泵铭牌上的额定流量值）。选泵时应充分利用各泵的高效段。 可按以下方式选泵：（1） 按最大日平均小时流量的70%选泵，经济工作范围为2.46%Q日3.38%Q日。（2） 按最大日平均小时流量的100%选泵，经济工作范围为3.54%Q日4.6%Q日。（3） 按最大日平均小时流量的130%选泵，经济工作范围为4.58%Q日6.25%Q日。（4） 近远相结合的观点在选泵过程应给予相当的重视。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， 近期发展采用换大泵轮以增大水量，远期采用换大泵的措施。（5）大中型泵站需作选泵方案比较。2.1.3.2 初选水泵当Q=1023.89L/s时,所需泵的扬程为H=71.5m。由给水排水设计手册 第1册选泵参考特性曲线（如下图2-3所示）可得，当流量很小，即Q=30L/s时 ,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，则所需泵的扬程为H=（110-100+4.5）+32+2+2=50.5m。在水泵综合性能图上做出a点(1024,71.5)和b点(30,50.5)，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,可得适合的泵型有14sh-9型、14Sh-6B型两种。求出管路特性曲线方程中的参数，因为： 所以：表2-1 管路特性曲线关系表 Q()100200300400500600700800900H(m)48.7449.4550.6452.3154.4557.0760.1663.7367.78图2-3 选泵参考特性曲线查给水排水设计手册Sh型单级双吸离心泵的性能表可知：表2-2 Sh型单级双吸离心泵的性能表型号流量（L/s)扬程(m)转速(r/min)泵轴功率(kW)14Sh-92704008065147027532314Sh-6B207405108771470317470配电动机效率(%)允许吸上真空高度(m)叶轮直径(mm)泵重(kg)功率（kW）电机（V）410300077803.55001200500300069743.55751580根据上述分析反复比较水泵特性曲线，有两种方案如下：方案一：选择14Sh-9型水泵，共选四台，三用一备(图2-4) 一级供水时(两台泵并联供水)，工况点处：二级供水时(三台水泵并联工作)，工况点处：图2-4 14Sh-9型泵特性曲线方案二：选择14Sh-6B型水泵，共选四台，三用一备(图2-5) 一级供水时(两台泵并联供水)，工况点处：二级供水时(三台水泵并联工作)，工况点处： 图2-5 14Sh-6B特性曲线两种方案的比较：图2-6 2台和3台同型号14Sh-9泵并联 图2-7 2台和3台同型号14Sh-6B泵并联在两者轴功率相同及相差不大的前提下，显然14Sh-9型水泵的效率更高，最终确定选择14Sh-9型水泵四台，三用一备，一级供水两台水泵单独工作，二级供水三台水泵并联工作，工况点见上述。1.3.3 确定电机根据水泵样本提供的配套可选电机，选定JR-138-4电机，其参数如下：V=6000V,W=2200kg。2.2 水泵机组的基础设计 表2-3 14Sh-9型单级双吸离心泵外形尺寸(mm)型号电动机型号泵外型尺寸(mm)14Sh-9JR-138-41470720440130065072096356026036034安装尺寸(mm)b3454999875860500790C1125500432进口法兰尺寸(mm)DN1D11D1b1n-d013504605053016-22出口法兰尺寸(mm)DN2D12D2b2n-d0225035039512-22吐出锥管出口法兰和长度(mm)DN3D13D3b3L3n-d033504605053050016-22图2-8 Sh型泵外形及安装尺寸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L水泵和电机最外端螺孔间距+(400500) L4 + L6 + L8 = 440 + 999 + 860 + 491 2790 mm基础宽度B水泵和电机最外端螺孔间距(宽度方向，取大者)+（400500） A+(400 500)=790 + 490=1280 mm基础高度H地脚螺栓长度+（150 200） 24d + 2002434+2001016 mm按基础重量校核基础高度：基础高度H其中： 水泵重量,1200kg 电机重量,2200kgL基础长度（m） B基础宽度（m） 基础密度（kg/m3）(混凝土密度2400 kg/m3)经比较取地基高度H为1.3m。最终确定水泵占地LBH=2.79m1.28m1.3m4.64 m3。2.3 水泵吸水管路和压水管路设计当泵站为一级供水时，两台14Sh-9型单级双吸离心泵并联工作，泵站出水流量 Q =535L/s，单台水泵的出水量是Q=267.5L/s。当泵站为二级供水时，三台14Sh-9型单级双吸离心泵并联工作，泵站出水流量Q=1032L/s，单台水泵出水量Q=344L/s。则单台水泵吸、压水管所通过的流量应按Q=344L/s(最大)设计。管材采用钢管。2.3.1 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=0.91.4m/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=344L/s时，由给水排水设计手册 第一册钢管水力计算表P365查得管径D=600mm，流速V吸=1.18m/s，单位管段的水头损失i=2.84 mm/m。2.3.2 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，与设备连接处需要经常检修处采用法兰接口。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。(2) 离心泵必须要关闸启动。当不允许水倒流时，需设置止回阀。(3) 压水管设计流速为：DN250mm时，v=0.91.4m/s；DN250mm时，v=2.02.5m/s；2.3.2.2 压水管管径当Q=344L/s时，由给水排水设计手册 第一册钢管水力计算表P365表查得管径D=450mm，流速V压=2.09m/s，阻力系数i=12.9 mm/m。2.3.3 管路附件选配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D371X（H、F），DN600mm，L154m，W350Kg。压水管设有止回阀，型号为HBH41H-10，DN450mm，L222mm，W276kg；水泵控制阀，型号D971X-10，DN450mm，L114mm，W184kg。喇叭口等附件如下文所示。具体管路附件选配如下：表2-4 管路附件选配表 名称型号规格阻力系数单位数量喇叭口DN800 6000.4个4900弯头DN6001.01个4900弯头DN4501.01个2检修阀D371X（HF）型DN600，L1540.06个4水泵控制阀D971X-10DN450，L=1140.77个4止回阀HBH41H-10DN450 L2221.8个4偏心渐缩管DN450 3500.18个4同心渐扩管DN350 4500.18个4十字管DN450 4500.2个22.4 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。常见的布置形式有：表2-5 机组布置比较 布置形式优点缺点适用情况纵向排列(平行单排）1. 水泵的吸水管保持顺直状态2. 布置紧凑整齐3. 检修方便1. 泵房宽度较大2. 管道配件较多3. 水力条件较差1. 一般是用于小泵房2. 适用于IS型单级单吸悬臂式离心泵横向排列（直线单排）1. 泵房跨度校小2. 进出水管顺直，水力条件好，可减少水头损失和电耗3. 泵房上方只需要采用单轨葫芦做起重设备1. 泵房长度较大2. 管道配件拆转 不方便3. 操作管理线路较长1. 广泛用于中、小型水厂2. 常用于侧向进、出水的Sh型单级双吸式卧式水泵3. 水泵台数不宜超过56台横向双行排列1. 布置紧凑泵房面小2. 配管件简单3. 水力条件好1. 泵房跨度大2. 检修麻烦3. 检修空间小1. 适用于大型双吸卧式离 心泵地下室泵房2. 水泵要求6台以上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。 A1=泵基础宽B+1000=1280+1000=2280mm，取A1=4000mm。（2） 出水侧泵基础与墙壁的净距B1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B13 m。取B1=4500mm。（3）进水侧泵基础与墙壁的净距D1，也应根据管道配件的安装要求决定，但不小于1 m。取D1=2000mm。（4）电机凸出部分与配电设备的净距C1，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：C1=电机轴长+0.5 m。但是，低压配电设备应 C11.5 m；高压配电设备C12.5 m。故C1=（L-L1-c)+500=(3454-1470-4)+500=2480mm，取C1 =3000mm。（5）泵基础之间的净距E1值与C1要求相同，即E1=C1。如果电机和泵凸出基础，E1值表示为凸出部分的净距。取E1=3000mm。（6）控制室和配电室长度取3000mm。2.5 泵房形式的选择1.泵房的长和宽根据清水池最低水位标高H=100-4.5=95.5m和水泵Hs=3.5m的条件，确定泵房为矩形半地下式。泵房右侧设有设备出入的大门，左侧设有控制室，配电室等。根据机组和管道布置经反复比较，综上可得：水泵距大门口A1=4000mm水泵距出水管侧墙B1=4500mm水泵与配电设备间距C1=3000mm水泵距吸水管侧墙D1=2000mm最终取水泵间距E1=3000mm故泵房总长度L= A1+L安装4+E13+C1+L控制、配电 =4000+34544+30003+3000+3000=32816mm（最后调整为33000mm）泵房总宽度B= D1+B基础+ B1=2000+1280+4500=7780mm(最后调整为8000mm)图2-9 水泵机组横向排列布置图2. 泵房的高度 H1=（a+b+c+d+e+f+g)-H2 H1泵房平台以上高度a 单轨吊车梁高度，一般不小于0.32m , 取0.32mb 滑车高度，0.231mc 起重葫芦钢丝绳绕紧状态长度，0.5md 起重绳的垂直长度，JR-138-4电机总宽x=0.79m，则取 d=1.2x=0.948m1m e 最大一台设备高度，1.125mf+g 起吊钩在平台上的超高，2m H2 泵房地下部分高度，1.67m所以泵房的高度为H=3.45m，为了以后的发展需要，取H1=8.33m，及泵方总高H=10m。2.6 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Hmin清水池最低水位清水池至吸水井水头损失 （100-4.5）-0.295.3 m具体尺寸要求为：（1） 吸水管进口淹没水深h0.51.0m，否则应设水平隔板，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=1.2 m。（2） 吸水管进口应设喇叭口，以便吸水管进口水流平稳，减少损失。 喇叭口大头直径D0(1.31.5)d，取1.33600=800mm，其中:d为吸水管直径； 喇叭口的长度为L0(3.07.0)(D-d),取4(800-600）=800 mm；喇叭口下缘距吸水井井底距离h1（0.81.0）D，取1.0800=800mm； 喇叭口距吸水井井壁距离L1（0.751.0）D，取1.0800=800mm； 喇叭口之间的距离L2（1.52.0）D，取2.08001600mm。故可计算得： 吸水井长度L=2L1+4D0+3L2=2800+4800+31600=9660mm，但考虑水泵机组之间距，将吸水井长度确定为25000mm。吸水井宽度B=2L1+D0=2800+800=2400mm，最终调整为2500mm吸水井高度H=h+h1+4500+300=1200+800+4500+300=6600(包括超高300)。经计算吸水井有效容积为9.662.506.6=157.6m3，大于泵站一台泵5min的抽水量=344L/s(560)s1000=103.2m3，故满足要求。2.7 各工艺标高的设计14Sh-9型水泵允许吸上真空高度Hs可在水泵性能曲线上查得，当流量是344L/s时，Hs=3.5m。 水泵允许安装高度：吸水管长度暂按L=10m估算，其沿程水头损失：iL= 2.84mm/m10m=0.0284m局部水头损失：式中：吸水管进口喇叭口局部阻力系数，取0.40；90弯头局部阻力系数，取1.01；阀门局部阻力系数，取1.8； 偏心渐缩管局部阻力系数，取0.18；V吸吸水管中流速，1.18m/s ；V1水泵进口处流速，1.62m/s；吸水管总水头损失为hs=iL+ =0.0284+0.252=0.280m，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。因此 1、泵轴标高吸水井最低水位+Hss95.3+2.43=97.73 m2、基础顶面标高泵轴标高-泵轴至基础顶面高度(H1)97.73-0.5697.17 m3、泵房地面标高基础顶面标高-0.2097.17-0.20=96.97 m4、水泵进口中心标高=泵轴标高-H3=97.73-0.26=97.47 m5、水泵出口中心标高=泵轴标高-H4=97.73-0.36=97.37 m2.8 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其中 ：吸水管总水头损失 压水管总水头损失 =iL=1.112.9mm/m20m=0.28m （式中系数1.1表示压水管路中局部损失按管中沿程损失的10%计算）则泵房管路水头损失，可见,小于估算的泵站内水头损失2m，故初选水泵机组符合要求。第三章 校核和辅助设备选择3.1 消防校核消防时泵站供水量Q火： 1086L/s消防时泵站的扬程H火： 76 m其中： HST 泵静扬程，m 总水头损失，m 泵站内损失，mQx 消防流量为200 m3/h在消防时，开启三台14Sh-9水泵，完全能满足火灾时对流量和扬程的要求。3.2 辅助设备的选择3.2.1 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，0.25 m3；吸水管中空气容积，0.282 m3；一个大气压的水柱高度，取10.33；水泵引水时间（h），一般取5min，消防水泵取3min；离心泵的安装高度，2.43m； 真空泵的最大真空度mmHg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。3.2.2 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-760mmHg0mmHg。3.2.3 起重设备14Sh-9型水泵的重量1200Kg ，JR-138-4型电机的重量是2200 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6m。表3-1 LH型电动葫芦双梁桥式起重机外形尺寸BBQBxHH1H2H3S1S2369630001100120041420401689769763.2.4 排水设备选用50QW25-10-1.5型潜水排污泵两台，一用一备；集水坑一个，容积为2.01.01.53.0m3。表3-2 50QW25-10-1.5型潜水排污泵性能参数流量（m3/h）扬程（m）转速（r/min）电动机功率（kw）效率（%）出口直径（mm）重量（kg）251028401.567.55060表3-3 50QW25-10-1.5型潜水排污泵安