《泵与泵站》课程设计—取水泵站的设计说明

1、专业专注 、设计说明书 工程概述 （一） 工程概括 市因发展需要，原有的第一水厂已不能满足居民的用水要求 ，因此，规划设计日产 水能力为 9.5 万 m3的第二水厂，给水管线设计已经完成，现需设计该水厂取水泵 房。 （二） 设计资料 市新建第二水厂工程近期设计水量为 85000m 3/d，要求远期发展到 95000m 3/d，采 用固定取水泵房用两条直径为 800mm 的自流管从江中取水 。水源洪水位标高为 38.00m，枯水位标高为 24.60m。净水构筑物前配水井的水面标高为 57.20m，自流 取水管全长 280m ,泵站到净化场的输水干管全长 1500m。自用水系数a =1.051.1

2、 ,取水头部到泵房吸水间的全部水头损失为 10kPa ,泵房底板高度取 11.5m 。 、设计概要 取水泵站在水厂中也称一级泵站 在地面水水源中，取水泵站一般由吸水井、泵房及闸阀 井三部分组成。取水泵站由于它靠江临水的确良特点 ，所以河道的水文、水运、地质以及 航道的变化等都会影响到取水泵上本身的埋深 、结构形式以及工程造价等 。其从水源中吸 进所需处理的水量，经泵站输送到水处理工艺流程进行净化处理 。本次课程设计仅以取水泵 房为例进行设计，设计中通过粗估流量以及扬程的方法粗略的选取水泵 ；作水泵并联工况 点判断各水泵是否在各自的高效段工作 ，以此来评估经济合理性以及各泵的利用情况 。取 水泵

3、房布置采用圆形钢筋混凝土结构 ，以此节约用地，根据布置原则确定各尺寸间距及长 度，选取吸水管路和压水管路的管路配件 ，各辅助设备之后，绘制得取水泵站平面图及取 水泵站立体剖面图各一张。设计取水泵房时，在土建结构方面应考虑到河岸的稳定性 ，在 泵房的抗浮、抗裂、抗倾覆、防滑波等方面均应有周详的计算 。在施工过程中，应考虑到 争取在河道枯水位时施工 ，要抢季节，要有比较周全的施工组织计划 。在泵房投产后，在 运行管理方面必须很好地使用通风 、采光、起重、排水以及水锤防护等设施 。此外，取水 泵站由于其扩建比较困难 ，所以在新建给水工程时，可以采取近远期结合，对于本例中， 对于机组的基础、吸压水管的

4、穿插嵌管，以及电气容量等我们应该考虑到远期扩建的可能 性，所以用远期的容量及扬程计算。对于机组的配置，我们可以暂时只布置三台 500S59A 型水泵（一台备用，两台工作），远期需要扩建时，再增加一台同型号的水泵。 三、设计计算专业专注 设计流量的确定和设计扬程估算 （1）设计流量 Q 为了减小取水构筑物、输水管道各净水构筑物的尺寸，节约基建投资，在这种情况下， 我们要求一级泵站中的泵昼夜不均匀工作 。因此，泵站的设计流量应为： Qa Qd T 式中 Qr 一级泵站中水泵所供给的流量 （m3 / h）; 供水对象最高日用水量（m3 / d）; 为计及输水管漏损和净水构筑物自身用水而加的系数，一般

5、取a =1.05-1.1 T为一级泵站在一昼夜内工作小时数 。 考虑到输水干管漏损和净化厂本身用水 ，取水自用系数a=1.05,则 近期设计流量为 Q=1.05 X85000 =3718.75m 3/h=1.033 m 3/s 24 95000 远期设计流量为 Q=1.05 X =4156.25m 3/h=1.155 m 3/s 24 （2）设计扬程 HST 静扬程 HST的计算 通过取水部分的计算已知在最不利情况下 （即一条自流管道检修，另一条自流管道 通过 75%的设计流量时），从取水头部到泵房吸水间的全部水头损失为 1m ,则吸水间中 水面标高为 38.00-1.00=37.00m,最低

6、水面标高为 24.60-1.00=23.60m,所以泵所需静扬程 HST 为： 洪水位时，HsT=57.20-37.00=20.20m 枯水位时,HsT=57.20-23.60=33.60m 输水干管中的水头损失 Bi 设采用两条 DN800 的铸铁管并联作为原水输水干管 ，当一条输水管检修，另一条输水 管应通过 75%的设计流量（按远期考虑），即 Q=0.75 X4156.25=3117.2m 3/h=0.866m 3/s, 查水力计算表得管内流速 v=1.72m/s,i=4.25 %。，所以 输水管路水头损失 ;、 h=1.1 X0.00425 X1500=7.0125m （式中 1.1

7、包括局部损失而加大的系数 ） 泵站内管路中的水头损失 Bn 粗估 1.8m ,安全水头 2m , 则泵设计扬程为： 枯水位时：Hmax=33.60+7.0125+1.8+2=44.4125m Qd a 专业专注 洪水位时：Hmin=20.20+7.0125+1.8+2=31.0125m 二、初选泵和电机 (1)管道特性曲线的绘制 管道特性曲线的方程为 H=H sh a h=HsT+SQ2 式中 HST - 最高时水泵的净扬程，m; h - 水头损失总数，m; S沿程摩阻与局部阻力之和的系数 ； Q 最高时水泵流量，m3/s HsT=33.60m ,把 Q=4156.25m 3/h,H=44.4

8、1m,代入上式得：S=8.10 所以管路特性曲线即为：H= H ST+8.10Q 2=33.60+8.10Q 2 可由此方程绘制出管路特性曲线 ，见图 1 表 1 管路特性曲线 Q-H 关系表 Q(m 3/h) 0 600 1000 1700 2000 Zh(m) 0.00 0.23 0.63 1.81 2.50 H(m0 33.60 32.83 33.23 34.41 35.10 Q(m 3/h) 2500 2800 3400 3900 4200 Zh(m) 3.91 4.90 7.23 10.80 12.10 H(m) 36.51 37.50 39.83 44.41 44.70 (2)水泵

9、选择 选泵的主要依据：流量、扬程以及其变化规律 大小兼顾，调配灵活 型号整齐，互为备用 合理地用尽各水泵的高效段 要近远期相结合。小泵大基础” 大中型泵站需作选泵方案比较 。 根据上述选泵要点以及离心泵性能曲线型谱图 (图 2)和选泵参考书综合考虑初步拟定以下 ： 近期选择三台 500S59A 型泵，两台工作一台备用，单泵工况点为 (1980，44.5)，满足近 期工况的要求。 远期增加一台 500S59A 型泵，三台工作一台备用。远期三台水泵并联时单泵工况点为 (1860,50.06)，此时三台泵均工作在高效段工作 。专业专注 Q(m3/s) 图 1 水泵并联工况点的求解图 500S59A

10、型泵基本参数 3 50 S 78 A 一叶矽傕第一次切刘 I - 单鏡双吸离心冢 I -遴口直擡 5 耐 外形图 jrt + U a _ 水異尼称：500S59A转速： 97 097 0 r/ftin 流量：41罠桶-&忆 扬稗 tn 蝕率： 60-47 U 轴功率： 311.75 W 电机功率： 40D kr M数； 汽樣余童； 2 2 Bl 屯机型号： 电劭机电压: 330 V 叶轮直径; 125 nn 遊直径： 昇空高度 : m 出直轻： 3232 HF泵吏愛； 32.5 基座重量； 比 电机重量 : 吸程： PI 叶片安装角度3 允许適过舖就丸曲料尺寸i nn 生产厂家； 专业

11、专注 专业专注 图 2 离心泵性能曲线图 1S a 5 S 2sh13 14-Sh I 13 + 14竽 -S 00 -00 S +-7C0 90Q QU2 专业专注 （3）水泵参数 500S59A 型单能双吸式离心式水泵性能参数如下 ： 流量 Q=15002170m 3/s ,扬程 H=5739m ,转数 n=970r/min,泵轴额定功率： N=333kW ,电动机型号为 Y400-54-6 型异步电动机，配电机功率为 400 kw ,效率为 72%74% ,气蚀余量：Hs=6m 表 2 500S59A 型水泵外型尺寸 （不带底座）（单位：m ） L L1 L2 L3 B B1 3510

12、1860 1167 580 1000 810 B3 A H H1 H2 H3 800 710 400 800 370 480 E h W水泵 W电机 n $ d 800 1200 2235 N 3000 N 4 35 500S59ADN1 D01 D1 n 1-d 1 500 620 670 20-26 500S59A 线图 DN2 D02 D2 n 2-d 2 型泵工作曲 350 460 505 16-22 I 安装尺寸閱 I 安装信息 表 3 进口法兰尺寸 表 4 出口法兰尺寸 330 326 3ZZ 3IS 3M 特性貳数 图例 专业专注 三、吸水管路的设计 (1) 流量 Q 4156.

13、25 3 3 Q1= =1385.52 m 3/h = 0.385 m 3/s 3 吸水管路的要求 不漏气 管材及接逢 不积气管路安装 不吸气 吸水管进口位置 设计流速 : 管径小于 250 伽时，V 取 1.01.2 m/s 管径等于或大于 250 伽时，V 取 1.2 1.6 m/s (3)吸水管路直径 采用 DN600 X8 钢管，贝 U V=1.32m/s , i=3.56 %o (4) 吸水管路的管件布置 1喇叭口设计 D(1.3 1.5)d=1.4 X600=840 伽 取 800 伽 4 (D-DN ) =4 X(800-600 ) =800 伽 500S5型泵S型泵外形及安装

14、喇叭口扩大直径 喇叭口图 Dora 专业专注 喇叭口距墙壁的距离 a(0.75 1.0)D 取 a=0.9 X800=720 伽 取 700 伽 喇叭口距室底的距离 h1(0.6 0.8)D=0.75 X800=1200 伽 喇叭口之间距离 丨1(1.5 2.0) D=1.5 X800=1200 伽 喇叭口淹没深度 h2 (1.0 1.25 ) D=1.25 X800=1200 伽 喇叭口中心线与后墙的距离 C= ( 0.81.0) D=0 。 9 X800=720 取 700 伽 喇叭口与进水室的距l 3D=2400 伽 手动闸阀 采用 Z45T 10 正齿轮转动暗杆楔式闸阀，其规格为： 5

15、00S59A : DM=700 伽,L=660 伽 3偏心渐缩管 为了防止吸水管积有空气，所以采用偏心渐缩管，查表得: 500S59A : DN700 500 , L=600 伽，Z=0.20 90。弯头 500S59A: DN600, T=700 伽，Z=1.06 、压水管路的设计 (1) 流量 Q 4156.25 3 3 Q 仁 =1385.52 m 3/h = 0.385 m 3/s 3 (2) 压水管路要求 要求坚固而不漏水，通常采用钢管，并尽量焊接口，为便于拆装与检修，在适当地点可 高法兰接口 。为了防止不倒流，应在泵压水管路上设置止回阀 。 压水管的设计流速：管径小于 250 伽时

16、，为 1.52.0 m/s 管径等于或大于 250 伽时，为 2.02.5 m/s 压水管的选取 采用 DN450 X6 钢管，贝U V=2.34 m/s , i=16.2 %o (3) 、压水管路配件 止回阀 采用 HH44 10 微阻缓闭式止回阀，其规格为 500S59A : DN600 , L=1180 伽，Z=0.39 电动闸阀 采用 Z945T 10 电动暗杆楔式闸阀，其规格为： 500S59A : DN600, L=600 伽,W=1018 kg , Z=0.06 手动闸阀 设置在水管路上的常开阀门，采用 Z45T 25 暗杆闸阀， 其 规格为： 专业专注 DN600,L=600

17、伽,W=1540 kg , Z=0.06 同心渐扩管压水管路上的渐扩管规格如下 500S59A , DN500 600, L=600 伽，Z0.11 设在联络管上的渐扩管规格： DN600 800,L=800 伽，Z0.34 DN500 800,L=800 伽.Z0.31 三通管 DN500 800,L=1200, Z=0.78 五 、水泵间布置 （1）基础尺寸确定 机组基础的作用是支撑和固定机组 ，便其运行不致发生剧烈震动，更不允许产生基础沉陷。 因此对基础的要求如下： a） 坚实牢固，除能承受机组的静荷载外，还能承受机械振动荷载。 b） 要浇在较坚实的地基上，不宜浇在松软的地基或新填土上，

18、以免 发生基础下沉或不均匀沉陷 。 结合以上要点及所选泵的类型 ，本次设计选用混凝土块式基础 。由于所选泵均不带底座，所以 基础尺寸的确定如下： 基础长:L=水泵地脚螺钉间距 （长度方向）+ （400500 ） 基础宽：B=水泵地脚螺钉间距 （宽方向）+ （400500 ） 基础咼：H= （2.5 4.0） X（ W 7水泵+W 电机）/（L 3 P 因此，500S59A 型泵： L=B+L2+L3+ （400 500 ） =1000+1167+580+453=3200 伽 B=A+450=710+450 B+450=1250 取 1250 伽 H=3.0 X（3000+2235 ）-（3.2

19、 X1.25 X2400 ） =1630 取 1700 伽 电机基础高 H0=1700+800-400=2100 伽 （2）基础布置 基础布置情况见取水泵站祥图 。 泵机组布置原则：在不妨碍操作和维修的需要下，尽量减少泵房建筑面积的大小，以节 约成本。 1机组的排列方式 500S59A : 专业专注 采用机组横向排列方式 ，这种布置的优点是：布置紧凑，泵房跨度小，适用于双吸式专业专注 泵，不仅管路布置简单，且水力条件好。同时因各机组轴线在同一直线上 ，便于选择起重 设备。 机组与管道布置 本取水泵房采用圆形钢筋混凝土结构 ，此类泵房平面面积相对较小，可以减少工程造价。 为了尽可能地充分利用泵房

20、内的面积将四台机组交错并列成两排 ，两台为正常转向，两台为反 向转向，在订货时应予以说明。每台泵有单独的吸水管、压水管引出泵房后两两连接起来 。对 于房内机组的配置，我们可以采用近期购买安装三台 500S59A 型水泵，两台工作，一台备用。 远期需扩建时，再添加一台 500S59A 型水泵，三台工作，一台备用。 水泵间平面尺寸的确定 水泵机组采用四台交错并列布置成两排 ，泵房采用圆形钢筋混凝土结构 。 横向排列各个部分尺寸应满足下列要求 D1:进水侧泵与墙壁的净距 D1 1000 ,取 D 仁 1200 m B1:出水侧泵基础与墙壁的净距 B1 3000,取 B1=3000 m A1:泵凸出部

21、分到墙壁的净距 A1=最大设备宽度 +0.5m-1250+1000-2250 m 取 2700 伽 C1:电机凸出部分与配电设备的净距 6=电机轴长+0.5m。所以 C1=1860+500=2360 伽但是，低压配电设备应 C1 1.5m;高压配电设备应 C1 2m,C1 取 2360 mm 应该是满足的。 E1:泵基础之间的净 E1 值与 C1 要求相同,即 E 仁 C1=2360 m B:管与管之间的净距 B .7m 专业专注 F:管外壁与机组突出部分的距离 对于功率大于 50KW 的电机， F要求大于 1000 mm. 取 F=1225 mm A2:泵及电机突出部分长度 A2=20025

22、0 m D1:压水管路管径 D1=450 m L:机组基础长度 L=3200 m 1 1 所以，可得 R=B1+F+ D1+L+ E 仁 3000+225+1225+3200+1350=9000 2 2 六水泵房安装高度 (1)水泵安装高度 式中 Hss安装高度，泵轴至最低水位的几何高度 Pa 水面上的绝对大气压 Hsv 水泵的气蚀余量； 百s吸水管路总水头损失； hva 实际水温下的饱和蒸汽压力 。 5 1.01 疋10 500S59A: Hss= 4 6 0.51 0.43=3.16 m 1.10 吸水间最低水位=24.60-280 X4.25%。=23.41 m 泵轴标高=吸水间最低水位

23、+Hss=23.41+3.26=26.67m (2)泵房中各标高确定 泵房内底地面标高=泵轴标高h1 0.4 =26.67 1.3 0.4 =24.97m (0.4 为基础突出地面高) 水泵基础顶标高=泵轴标高+H 1=26.67+0.5=27.17m 水泵基础底标高=26.67 0.8=25.87m 电机基础顶标高 =27.17+1.2=28.37m 水泵进水口中心标高 =泵轴标高 出=26.67 0.37=26.30m 水泵出水口中心标高 =泵轴标高-H4 =26.67 0.47=26.20m 地下部分筒体高度=室外地面高度-泵房内底标高 =34.60-24.97=9.63 m 泵房筒体高

24、度=操作平台标高-泵房内底标高 H ss= Pa Hsv va 专业专注 =(洪水位标高+1m 浪高)泵房内底标高 =(38.00+1 ) -24.97专业专注 =14.03m 泵房上层建筑高度 根据起吊高度和采光，通风要求，从操作平台到房顶楼板间距离设计为 操作平台标高=洪水位标高+1m 浪高 =38.00+ 仁 39.00m 泵房顶标高=操作平台标高+泵房地上部分高度 =39.00+5.8=44.80m Zh s= Zh fs+ Zh is 1、吸水管路沿程水头损失： 2、局部水头损失： a DN600 X8 钢管闸阀局部阻力系数，按开启度一=0.125 考虑， d Z=0.45 ; 1.

25、905 Z - 偏心渐缩管 DN700 X500 , Z=0.80 2 2 Zh fs=l i xis=3.56 %oX 6.870=0.024m 式中 Z 2 v2 Zh ls=( Z+ Z) - + 2g 吸水管进口局部阻力系数 i Vi 2g ,Zi=0.075 总的筒体高度=泵房顶标高-泵房内专业专注 1.26 1.81 则 Zh ls= (0.75+0.45 )X +0.2 X =1.934m2 9.8 2 9.8 所以吸水管路总水头损失为 ：刀! s= Di fs+ Uh is=1.934+0.024=1.96m . 专业专注 压水管路水头损失Uh d： Dl d = Dl fd

26、+ Dl Id 1、 压水管路沿程水头损失： Uh fd=il=0.0039 X4+0.00323 X10+0.00843 X5=0.08m 2、 局部水头损失： 2 v2 Uh id = (Zi+ Z+ Z+ Z+ Z+ Z+ Z) 2g 系数:0.31 ; 手动闸阀局部阻力系数：0.06 ; 出水管上的电动机闸阀局部阻力 三通局部阻力系数：1.02; 压水管的流速：1.81m/s。 1 812 Di id= (0.41+0.06 X3+0.21+0.31+1.02 )x =0.63m 2 汉 9.8 所以压水管路总水头损失为 Di d= Di fd+ Di id =0.08+0.63=0.

27、71m 则泵站内水头损失：D1= D+ Dd=1.96+0.71=2.67m ，符合假设的实际水头损失 。 七辅助设备设计 （1）引水设备 选用真空泵作为引水设备，其特点是水泵引水快，运行可靠，易于实现自动化控制 真空泵的排气量计算： 一 k（Wp Ws）H a Q v= T（Ha HSS） 式中 Qv-真空泵排气量，单位为 m3/min; Wp -泵站内最大一台水泵泵壳内的空气容积 ，相当于泵吸入口到出水闸阀 的距离乘以吸入口面积，单位为 m3; k - 漏气系数，取 k=1.05; Ws -吸水井最低水位算起到吸水管中空气容积 ，单位为 m3; Ha -大气压的水柱高度，取 10.33m;

28、 Hss -离心泵安装高度，单位为 m; T - 水泵充水时间，取 5 min 。 500S59A 型水泵的各部分参数: 兀 2 止回阀局部阻力系 连接三通的同心渐扩管局部阻力 压水管上的电动闸阀局部阻力系 系数:0.06; 数:0.41 ; 数：0.06 同心渐扩管局部阻力系数：0.21 V2 专业专注 Wp= xo.72 X10=3.85 m2 4 Ws= - X0.52 x(0.6+1.18+0.267)=0.40 m 4 心 1.05x(3.85 +0.40) x 10.33 3 贝 U Qv= =1.27 m 3/min 5 汉(10.333.03) 最大真空值： Hsmax =Hs

29、sX73.6=3.206 X73.6=235.96 mm Hg 因此选择 2 台 SZ 2 型水环真空泵(一台备用)，其性能如下： 抽气量 1.36 m 3/min,极限真空度-88.5Kpa,耗水量 10 L/min ，重量 W=140kg,配套电机:Y112M-4，功 率 4Kw，转速 n=1450 r/min. 69 SZ-2 型真空泵外形尺寸 (带底座)：(单位：mm) L L1 L2 L3 L4 B1 1001 809 590 527 190 495 B2 B3 B4 H1 H2 H3 445 393 343 472 282 82 基础尺寸： 基础长度=809+ (150 200 ) =809+200=1009 ,取 1000 m 基础宽度=445+155=600 m