灌溉泵站设计

1、水泵及水泵站课程设计四川大学课程设计报告题 目灌溉泵站设计专 业班 级学 号姓 名指导教师水利水电学院二一四年十二月目录一、 工程概况21.1基本情况21.2地质及水文地质资料21.3气象资料21.4水源31.5干渠参数31.6其它3二、泵站规划42.1泵房位置的初步选择42.2泵房位置初步选择的对比4三、泵站设计参数确定53.1设计流量的计算53.2设计扬程的计算6四、水泵初选74.1单泵流量计算74.2初选水泵8五、选择进出水管道9六、确定泵房类型10七、机组布置形式及泵房尺寸确定117.1机组布置形式117.2泵房尺寸确定11八、 出水管道布置11九、选择泵房辅助设备12起重设备示意13

2、十、进出水建筑物的布置及设计1410.1进水建筑物1410.2出水建筑物14十一、水泵安装高程的确定15十二、水泵工况点的校核16十三、终选水泵及动力机18十四、投资概算20十五、参考文献21一、 工程概况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（5.3+4）5.7万亩农田，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：表1 设计灌水率作物灌水定额（m3/hm2）灌水时间（日

3、/月）灌水延续时间（d）灌水率（m3/s·100hm2）始终中间日小麦75017/527/522/5100.060890012/721/716/7100.0729玉米10501/810/85/8100.03651.2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

4、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527.4l kJ/cm，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。 表2 月平均水位月123456天数312831303130水位（m）503.8503.8503.9504.6504.8504.8月789101112天数313130313

5、031水位（m）504.4504.3504.5504.1503.9503.81.5干渠参数根据规划，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530m，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。1.6其它 站址东北角有10 kV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/

6、m3，电费为0.3元/度，钢板容重7.85T/m3，单价5000元/T。表3 水头损失估算取值表H净（m）直径D（mm）<200250300>350占H净的%<10305020401025103020401530515>3010301020310二、泵站规划2.1泵房位置的初步选择对于站址的选择要考虑的因素主要有地形、输水距离、输电线路长度，材料设备运输距离，以及是否设置专门建筑物等。从地形图可以看出，干渠位置与河流走向基本平行且河流顺直，西边等高线密集且分布不均，地形坡度变化大，泵房填挖方量大，镇墩和支墩设置复杂，出水管线布置相对困难，边坡稳定性也最差；中部和东边等高

7、线分布相对均匀，且公路在靠近东边，水流方向自东向西。此外，西边干渠与河流水平距离最远，出水管线相对其他位置都长，会增加管线投资；同时其距离公路较远，施工困难，占地较多，材料运输成本较多。2.2泵房位置初步选择的对比对于泵房位置的选择初拟2种方案，如附图1（泵房及管线位置示意图）所示。2种设计方案的比较如下：泵房位置方案比较比较因素泵房1泵房2等高线分布密集且分布不均稀疏、均匀输电线路长度远近距公路距离远近站址坡度（填挖方量）大小施工难度总体比较难度大难度小 表格可以看出，案2更适合，故方案2作为设计方案。三、泵站设计参数确定计参数确定之前，应该确定灌溉面积。其中由工程概况可知总的灌溉面积为.5

8、.7万亩=38 （100 hm2），其中小麦占灌区面积70%，玉米占30%。小麦：38*70%=26.6（100 hm2）；玉米：38 *30%=11.4（100 hm2）。3.1设计流量的计算给定的设计灌水率如下表：设计灌水率作物灌水定额（m3/hm2）灌水时间（日/月）灌水延续时间（d）灌水率（m3/s·100hm2）始终中间日小麦75017/527/522/5100.060890012/721/716/7100.0729玉米10501/810/85/8100.0365根据该表绘出初步灌水率图经过修正后得到修正后的灌水率（需要满足灌水率图修正应遵循的原则）如下：修正后的灌水率如下

9、作物灌水定额（m3/hm2）灌水时间（日/月）灌水延续时间（d）灌水率（m3/s·100hm2）始终中间日小麦75017/525/521/5100.060590012/724/718/7120.0605玉米10501/87/84/860.0605 确定了设计灌水率后，可按下式计算灌溉设计流量：Q=qA/式中，Q为灌溉设计流量，m3/s；q为设计灌水率，（m3/s）/100hm2；A为泵站控制的灌溉面积，100hm2；为灌溉水利用系数，为渠系水利用系数和田间水利用系数的乘积。根据灌溉与排水工程设计规范：当灌溉面积为5.7万亩时渠系水利用系数要大于0.65；旱作灌区田间水利用系数设计值不

10、应低于0.90；水稻灌区田间水利用系数设计值不应低于0.95。该泵站灌溉面积为5.3万亩，渠系水利用系数应大于0.65。计算时，渠系水利用系数取0.7，田间水利用系数取0.95。计算结果如下：因此，Q设=3.46 m3/s3.2设计扬程的计算根据规划，泵站出水池接灌区干渠，干渠长3500m，渠尾处渠底高程（518+尾数*1.5）m，底坡i=1/4000，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。渠尾处渠底高程：H=518+8*1.5=530m出水池高程：H出水池=530+i*3500+0.1

11、5+0.1*2=522.8+1/4000*3500=531.225m因为干渠平均水深0.3m，考虑出水池水力损失，取H出水池值 为532.3m。灌区的水源河流月平均水位如表所示：月123456天数312831303130水位（m）503.8503.8503.9504.6504.8504.8月789101112天数313130313031水位（m）504.4504.3504.5504.1503.9503.8在灌溉进行的5月、7月和8月这三个月中，河流最低水位为504.3m，即进水口水面高程为设计水位：H进=504.3mH静= H出- H进=28mH净（m）直径D（mm）<200250300

12、>350占H净的%<10305020401025103020401530515>3010301020310 由水头损失估算取值表可得，在泵站设计流量较大，管径应该在350mm以上，H静在1030m之间，取H静得15%进行计算。设计扬程为：H设=（H出- H进）*（1+15%）=28*1.15=32.2m四、水泵初选4.1单泵流量计算泵站设计流量为：Q=3.46 m3/s=12456 m3/h，设计扬程为：H设=32.2m。考虑安装35台水泵，则安装台数和单泵流量关系如下图所示：4.2初选水泵根据中国灌排设备手册，在扬程和流量大致满足的情况下，初步选取了三种泵型，分别是3台DH

13、800-5500-32，4台600S32，5台24sh-13。三种泵型参数如下表所示：经过比较，当选择4台时，流量和扬程更接近水泵工作效率最高时的流量和扬程。选择600S32型的水泵进行计算。另外还应该设置一台备用泵，总共需要5台600S32型泵，600S32型单级双吸离心泵的外形及其尺寸如下： 相配套的动力机选择如下：整台机组尺寸如下： 机组长度mm机组宽度mm机组高度mm392018001710五、选择进出水管道由经验公式可知：当Q129m³/h时 此处的流量为3114m³/h，所以D=641 mm经过公式验算符合经济流速。所以根据中国灌排设备手册取D=700 mm计算

14、。钢管最小厚度由经验公式 =700/130=5.4mm中国灌排设备手册选用厚度为=10.8mm 钢管重量173.9kg/m.六、确定泵房类型 根据工程的概况可知泵房由河流取水，泵房条件宜采用固定式泵房。然而固定式泵房又有分基型、干室型、湿室型、块基型4种。根据初步比较选分基型和干室型两种类型。对两者泵房的比较如下：分基型的特点如下：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：泵站流量不大（Q<300L/S）的中小型卧式水泵机组；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；建站处地基比较稳定。干室型的特点如

15、下：适用于于流量较大的水泵，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。其工艺布置比较方便，建筑面积能合理运用。适用于于外部水位变化不大；平面面积较大；地下埋深较浅场合。 按照两种泵房的特点及其使用条件，该泵站流量较大，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。七、机组布置形式及泵房尺寸确定7.1机组

16、布置形式由工程概况可知，对于泵房的面积并没有什么特别的要求，而且根据设计总共只需要5台水泵（连同备用水泵）就可以满足要求，所以可以把机组设置为一列式。布置形式如下所示：7.2泵房尺寸确定已知初选机组尺寸（机组长度3920mm，取值为4m长，机组宽度1800mm，取2m长），在两个机组直接设置1m宽的间隔，在横向上设置1.5m宽的走道，上下再设1.5m的管道安装空间，则泵房的为27m长，8m宽。但对于泵房来说一般要求布置检修间，用于存放一些常用的工具或者杂物，设置3m宽，同时设置3m长的配电间，因此最终泵房的尺寸为：长30m，宽8m。八、 出水管道布置泵房外出水管的布置，应根据泵站总体布置要求，

17、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。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、选择泵房辅助设备首先充水设备当泵的安装高度高于进水池水位时，即

18、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。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。故可选择电动单轨吊车。起重重量大于3000kg。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

19、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。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。起重设备示意其中：h1为车厢离地板高度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

20、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5m。十、进出水建筑物的布置及设计10.1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。前池前池是连接引渠和进水池的建筑物。前池的形状和尺寸，不仅会影响水流流态，而且对泵站工程的投资和运行管理带来很大影响。该工程中前池设置为矩形进口，底宽为8m，。从取水口到进水池的水头损失不计。进水池泵站中专门为水泵或其吸水管

21、道抽水而修建的水池称为进水池。为了保证水泵有良好的吸水条件，要求进水池中水流平稳，即流速分布均匀，无漩涡，也无回流，否则不仅会降低吸水效率，甚至引起水泵汽蚀，机组振动而无法工作。进水池采用沿泵房长度方向的矩形布置，进水池边壁采用矩形型式，同时设置隔墙，改善水流条件。其中进水池宽取24m，进水池长为2m。10.2出水建筑物（1）出水管道出水管道又称压力管道，是组成泵站的重要建筑物之一，为保证泵站安全、经济运行，出水管道必须满足下列条件：管道引起的能量损耗及投资最小；保证管道稳定；保证管道本身及其接头处的强度和密封性能；在向管道内充水或泄空过程中保证空气能自由地排出或进入；能够在检修时放空管道；当

22、管道突然破裂后保证泵房的安全，出水管出流方式为虹吸式出流。 （2）出水池出水池是衔接出水管路与灌溉（或排水）干渠（或容泄区）的建筑物。其主要作用是：消除管中出流的余能，并使之平顺地流入干渠或容泄区；防止机组停止运行或管道破坏后，干渠或容泄区中的水通过水泵和出水管倒流；汇集出水管道的出流或向几条干渠分流。出水池主要起消能稳流作用，因此，出水池的布置应满足下列要求：池内水流顺畅、稳定，水力损失小。出水池池中流速不应超过2.0 m/s，且不允许出现水跃。出水池底宽若大于渠道底宽，应设置渐变段连接，渐变段的收缩角不宜大于40°。由于出水管道和干渠走向垂直，采用侧向出水池。出水管出流方式为虹吸

23、式出流。十一、水泵安装高程的确定安装高程计算，600S-32型水泵吸上高度，因为进出水池均与大气相接，所以 因进水管较短，沿程损失忽略不计，以局部损失为主。进水口局部损失系数为0.31；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所以 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。在最低水位时，水泵基准面安装高程为504.3-0.2+1.97=506.7m。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504.3m。十二、水泵工况点的校

24、核12.1 根据中国灌排设备手册， 性能曲线图取泵叶轮直径。得流量扬程关系如下表流量/扬程Q（m³s）05001000150020002500300035004000D=500mmH（m）363635343228242112D=540mm扬程H（m）44444342403632282012.2水泵装置需要扬程计算531.3-504.3=28m当l取0.2 L为管长取65 m；d为管径0.7m ，A为管道横断面面积0.385，g为重力加速度取9.8进水口局部损失系数为=0.30弯曲段损失系数（管道共三个弯曲段）为取=0.31闸阀局部损失系数（管道共三个闸阀）取为3.0水泵局部损失系数取5.0渐变管损失系数0.08出水口局部损失系数0.5则=28+20.62*Q2得水泵性能曲线Q-H,Q-Hr数据如下流量m³/s00.140.280.420.560.690.830.971.11（D=500mm）363635343228242112（D=540mm）444443424036322820装置需要扬程曲线28.0028.3729.4931.3533.9637.3141.4046.2451.83由实际比较得到若水泵叶轮直径为540mm时在高效区，则水泵满足在两种叶轮直径下都满足要求。因此主要校核D=540mm的情况：查灌排设备手册