泵与泵站课程设计

1、 泵 与 泵 站 课程设计学 院：土木工程与建筑学院 专 业：给水排水工程 学 号：100607134 姓 名： 蔡振刚 指导教师： 覃晶晶 完成日期： 2013年1月7日 目录1. 用水量计算.32. 泵站设计控制值出水量及扬程的确定.33. 动力设备的配置.84. 水泵机组的基础计算.85. 泵站机组的布置.116. 吸水管和压水管的设计.127. 水泵安装高度的计算.158. 泵站平面、高程布置及尺寸的决定.179. 泵站内主要附属设备的选择.1810. 泵房建筑高度和平面尺寸.2011. 二级泵站平面图及剖面图.20给水泵站课程设计任务书一、设计题目武汉市某净水厂给水泵站设计。二、原始

2、资料该水泵站为武汉市开发区净水厂的二级泵站，用以满足武汉市开发区的生产、生活、消防用水需求。1.用水量资料用水部门平均日用水量(t/d)用水时间(h)时变化系数( kh)日变化系数 (kd)最高日最高时用水量(l/s)工厂甲19002400241.71.3工厂乙44004000241.61.2居住区甲20001500181.51.3居住区乙45005500181.41.22.扬程计算资料供水区域内各处标高（m）为：工厂甲 44.2； 工厂乙 46.0（46.5）； 小区甲 42；小区乙 43.4；水泵房处设计地面标高 42。水厂内吸水池最高水位 41；吸水池最低水位37（38）；最高日最高时管

3、网水头损失为21（16）米，管网最不利点的自由水头为16米。3.消防用水量消防时，按两处同时着火计，qf =60l/s。城市给水系统采用低压消防，即城市管网最不利点的自由水头为10米。消防时管网水头损失为40米。三、给水泵站设计内容及步骤1设计流量的确定和设计扬程估算；2初选水泵和电机；3机组基础尺寸的确定；4吸水管路与压水管路计算；5机组与管道布置；6吸水管路与压水管路中水头损失的计算；7水泵安装高度的确定和泵房筒体高度计算；8附属设备的选择；9泵房建筑高度的确定；10泵房平面尺寸的确定。四、绘图：根据以上设计计算及选出的各种设备进行给水泵房设备布置。应绘制如下图1给水泵站平面图。（1号图纸

4、一张，比例为1：50）。2给水泵站剖面图。（1号图纸一张，比例为1：50）3绘图要求1）平面图和剖面图上应注明水泵机组位置，管路系统，管件尺寸，位置，各设备之间，设备与建筑维护之间相对位置尺寸及标高，并应附有主要设备明细表。2）图纸尺寸、标题栏等均应按国家标准绘制。五、设计说明书设计完成时应进行设计说明书的整理，说明书应包括下列内容：1计算部分，列出计算次序、项目、计算公式、符号、单位及结果数据，中间的演算过程从略。吸压水管路水头损失计算画出线路图。2对于选定的水泵型号，泵房土建设计应简要说明确定该方案时的依据及其优点、缺点。3本水泵房在设计上的特点。4在必要的计算及说明部分，为表达清楚应附有

5、草图。5附有主要设备材料表。说明书应使用的符号要通用，计算中必须写清单位，且单位的写法及其文字要前后一致，重要的公式要注明出处，后面应有参考资料目录，写完应连同任务书一起用封面装订成册。武汉市某净水厂给水泵站设计 该水泵站为武汉市开发区净水厂的二级泵站，用以满足武汉市开发区的生产、生活、消防用水需求。1.用水量计算用水部门平均日用水量(t/d)用水时间(h)时变化系数( kh)日变化系数 (kd)最高日最高时用水量(l/s)工厂甲 2400241.71.3 61.39工厂乙4400241.61.2 97.78居住区甲 2000181.51.3 60.18居住区乙 5500181.41.2 14

6、2.59Qh=Q×kh×kd×1000/(h*3600)Q工厂甲=2400×1.7×1.3/(24×3.6)=61.39 l/sQ工厂乙=4400×1.6×1.2/(24×3.6)=97.79 l/sQ居住区甲=2000×1.5×1.3/(18×3.6)=60.18 l/sQ居住区乙=5500×1.4×1.2/(18×3.6)=142.59 l/sQmax=Q工厂甲+Q工厂乙+Q居住区甲+Q居住区乙=361.95l/s2. 泵站设计控制值出水量及

7、扬程的确定相关资料：供水区域内各处标高（m）为：工厂甲 44.2； 工厂乙 46.0（46.5）； 小区甲 42；小区乙 43.4；水泵房处设计地面标高 42。水厂内吸水池最高水位 41；吸水池最低水位37（38）；最高日最高时管网水头损失为21（16）米，管网最不利点的自由水头为16米。消防时，按两处同时着火计，qf =60l/s。城市给水系统采用低压消防，即城市管网最不利点的自由水头为10米。消防时管网水头损失为40米。（1）设计工况点的确定Qmax采用城市最高日最高时用水量，（升/秒）Qmax=361.94 l/sHp=(Z0-Zp+H0 +h管网+h输水+h站内)×1.05（

8、米）式中 Z0管网最不利点的标高； Zp泵站吸水池最低水面标高； H0管网最不利点的自由水头； h管网最高日最高时管网水头损失； h输水最高日最高时输水管水头损失；有时输水管很短，这部分常包括h管网在内； h站内泵站内吸、压水管管路系统水头损失，估算为22.5米； 1.05安全系数； Hp泵站按Qmax供水时的扬程Hp=(46-37+16+21+2.5) ×1.05=50.925 m（2）校核工况点的确定Q=Qmax+Q消（升/秒）=361.95+60×2=481.95L/sHp=(Z0-Zp+H0 +10+h管网+h输水+h站内)×1.05（米）式中 Q消城市消

9、防用水量；Q消防时泵站总供水量；h管网消防时管网的水头损失；h输水消防时输水管水头损失；10低压制消防时应保证的最不利点自由水头；Hp消防时泵站的扬程。Hp=(Z0-Zp+H0 +10+h管网+h输水+h站内)×1.05（米） =(46.0-38+10+40+0+2.0)×1.05=63m3. 水泵的选取1，水泵选择的基本原则：（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）依据所选水泵建造的泵站的造价低。（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，便于安装和检修。（5）在水泵供

10、水能力上应考虑近、远期结合，留有发展余地2.初选水泵：泵站中工作泵的最大供水量和扬程应满足Qmax和Hp，同时要使水泵的效率较高。Q=0， H=Z0-Zp+H0=46-37+16=24 mQ=Qmax=361.95 l/s ， H=(Z0-Zp+H+h管网+h输水+h站内)×1.05=49.35 mQ=30 l/s 时，H=Z0-Zp+H0+2+2=28 m以选泵参考曲线（ab线）求算两端点分别为：a点（30，28） b点（361.95,49.35）进行方案比较（列表比较）选定方案 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,其泵型分别为12sh-9A型、12s

11、h-9B型、14sh-9B型、10sh-9型、10sh-9A型、8sh-13A型方案编号用水变化范围（L/s）运行泵及其台数泵扬程（m）所需扬程（m）扬程利用率（%）第一方案选用两台12sh-9 一台10sh-9300-500两台12sh-955-5049-5086-100260-300一台12sh-9和一台10sh-949-4748-4792-100150-260一台12sh-9A55-4546-4581-100<150一台10sh-9>33<33第二方案选用一台14sh-9B 一台12sh-9A一台10sh-9240-360一台14sh-9B60-5049-5079-10

12、0150-240一台12sh-9B46-4343-4288-95<150一台10sh-9>33<33由上表跟图通过以下几个方面进行比较:(1) 从运行费用方面：1方案的水泵效率较高，且扬程利用率相差不大。2方案水泵的效率不太高，且扬程利用率相差较大。(2) 从基建造价方面：两个方案均为三用一备，对泵房的面积要求相同。(3) 从管理维护方面：1方案中只用到两种型号的水泵，管道附件变化少，便于施工维护。(4) 从发展方面看：2方案富余水头比较大，但在大多数情况下扬程利用率不大。1方案在流量最大时满足要求，在后期发展中可以进行换轮，有很大的发展空间。(5) 消防时，流量为481.9

13、5L/s,扬程为63 m, 两台12sh-9A一台12sh-9并联，画出并联曲线，（Q,H）位于并联曲线之下，符合消防校核。(6) 综合方面考虑，最后选用第一套方案。 sh型单级双吸离心泵的性能表型号流量Q(m3/h)扬程H(m)转速n(r/min)泵轴功率N(kW)效率()允许吸上真空高度Hs(m)泵重(kg)12sh-9A529-893147-24855-42147099.2-13178-834.577310sh-9360-612100-170147055.5-6875-81642812sh-9576-972160-27065-50147079-834.57733.动力设备的配置水泵型号轴

14、功率N(千瓦)转数n(转/分)电动机型号功率 (千瓦)转数n(转/分)电压(v)是否带底座12sh-9A99.2-1311470JS-116-41551475380不带底座10sh-955.5-681470JO2-92-4751470380带底座12sh-91470JS-117-41801480380不带底座4水泵机组的基础计算12sh-9A型单级双吸离心泵安装(mm)（不带底座）型号电动机型号泵外型尺寸(mm)12sh-9AJS-116-411446393201020500 52089052026530425安装尺寸(mm)B2884944755590500620C87537552612sh

15、-9型单级双吸离心泵安装(mm)（不带底座）型号电动机型号泵外型尺寸(mm)12sh-9JS-117-411446393201020500 52089052026530425安装尺寸(mm)B2934944780640 500620C87537552610sh-9型单级双吸离心泵安装(mm)（带底座）型号电动机型号泵外型尺寸(mm)10sh-9JO2-92-4971540360890440 48075044020026027安装尺寸(mm)L10L12L132015539.516652591060300B5B6H5H7C750750630290425以12sh-9型为例单级双吸离心泵(不带底座

16、)安装尺寸图12sh-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=地脚螺栓间距+（400-500）=L4+L6+L8+（400-500）=320+944+640+450=2354 mm基础宽度：B=地脚螺栓间距（宽度方向）+（400-500）=b+(400-500) =620+400=1020 mm基础高度：H=地脚螺栓长度+（0.150.2）=24×(4-d)+（0.150.2）mm=24×25+200=800 mm12sh-9A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=地脚螺栓间距+（400-500）=L4+L6+L8+（4

17、00-500）=320+944+590+400=2304 mm基础宽度：B=地脚螺栓间距（宽度方向）+（400-500）=b+(400-500) =620+400=1020 mm基础高度：H=地脚螺栓长度+（0.150.2）=24×(4-d)+（0.150.2）mm=24×25+200=800 mm10sh-9型水泵带底座，其基础为混凝土块式基础，则基础长度:：L=底座长度L+(150-200)=2015+200=2215mm基础宽度：B=底座螺孔间距（在宽度方向）B5+(150-200)=750+200=950 mm基础高度:H=底座地脚螺钉长度+(150-200)=24

18、×(4-d)+(150-200)=24×27+200=848 mm按基础重量校核基础高度：12sh-9型基础高度校核H=(2.5-4.0) ×(Wp+Wj)/(H×L×B)=3.5×(773+1150)/(2400×2.404×1.12)=1.193mH=1193mm >H=800 mm 因此基础高度取 1193 mm12sh-9A型基础高度校核H=(2.5-4.0) ×(Wp+Wj)/(H× L×B)=3.5×(773+1080)/(2400×2.354&#

19、215;1.12)=1.125mH=1125 mm > H=800 mm 因此基础高度取1125 mm10sh-9型基础高度校核H=(2.5-4.0) ×(Wp+Wj)/(H×L×B)=3.5×(428+625)/(2400×1.856×0.95)=0.578mH=578 mm < H=848 mm 因此基础高度取848 mm其中：水泵重量（kg）； 电机重量（kg）；基础长度（m）；基础宽度（m）；基础密度（kg/m3）(混凝土密度2400 kg/m3)。5.泵站机组的布置纵向排列时，泵宽加上吸压水口的大小头和两个90。

20、弯头长度比横向排列小，但纵排水力条件不好，耗电量大。横向排列虽然稍增长泵房的长度，但跨度可减小，进出管顺直，水力条件好，节省电耗。侧向进、出水的泵，如单级双吸卧式离心泵Sh型、SA型采用横向排列比较好。根据以上要点和实际情况，本泵站采用横向布置，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。=1020+1000=2020mm>2000mm。2）出水侧泵基础与墙壁的净距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3 m。（L-L1）+0.5=2.29 m <3 m 取B1=3000mm。3）进水侧泵

21、基础与墙壁的净距，也应根据管道配件的安装要求决定，但不小于1 m.。取=1500mm。4）电机凸出部分与配电设备的净距，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：=电机轴长+0.5m。但是，低压配电设备应1.5 m.；高压配电设备2.0 m。=(L-L1)+500=2290mm。5）泵基础之间的净距E1值与要求相同，即E1=。如果电机和泵凸出基础，E1值表示为凸出部分的净距。取E1=2290mm。6）控制室和配电室长度别取3000mm。6.吸水管和压水管的设计 （1） 布置图式一般吸水管从专设的吸水池或直接从清水池吸水，一般每台水泵有一条独立的吸水管，吸水管上一般不设闸阀，但

22、当吸水池中水位有可能比水泵安装位置高时才设闸阀。压水管彼此连通，经连通后的压水管的根数等于管网输水管数，一般至少为两根（中、小型泵站多为两根，大型泵站两根以上）。为了减少泵站面积，连通管及不常开关的闸阀可设在泵站外，在每台水泵的压水管上应该有逆止阀和闸阀，此外，在连通管上应设闸阀，闸阀的数量应该根据事故时必须保证的供水安全程度决定，在任一管道、机组、闸阀或逆止阀发生事故时泵站不允许断水，但供水量可有适当的降低，应与管网的供水保证率相一致。（2）管径计算2台12sh-9A承担361.95 L/s1台12sh-9A承担180.98 L/s消防时：2台12sh-9A，1台12sh-9 共承担481.

23、95 L/s 1台12sh-9A承担160.65 L/s所以12sh-9A最大出水量为180.98 L/s若一台12sh-9A损坏，备用泵12sh-9承担180.98 L/s消防时：12sh-9承担160.65 L/s所以12sh-9最大出水量为180.98 L/s10sh-9最大出水量即为单独工作时为150 L/s选取设计流速，利用公式D=,吸水管：12sh-912sh-9A10sh-9流量（L/s）180.98180.98150经济流速（m/s）1.31.31.3计算管径（mm）421421383设计管径（mm）400400400压水管：12sh-912sh-9A10sh-9流量（L/s）

24、180.98180.98150经济流速（m/s）2.22.22.2计算管径（mm）323323295设计管径（mm）300300300正常工作下，连通管管径同压水管为DN300校核事故用水时，基于安全程度，供水保证率取70%，设计流速取 2.5m/s计算管径D=0.359 m 设计管径D=300mm. 因此DN300 符合要求。（3）管材及配件规格管道采用焊接钢管(用钢带或钢板弯曲变形为圆形，再焊接成的，表面有接缝的钢管) DN300，DN400压水管:类型型号口径长度（mm）重量（Kg）个数闸阀Z41T-10DN3004202408止回阀H44X-10DN3006202144一般吸水管和连通

25、管上不常开的闸阀采用手动，直径大于300毫米以上的闸阀可用电动，每台泵出水管上的闸阀因开关频繁采用电动.故12sh-9型水泵为备用泵，所以与该泵连通的压水管上的闸阀不常开，采用手动；而其他的闸阀因开关频繁，故采用电动。具体管路附件选配如下：水泵进出口尺寸型号进口法兰尺寸mm出口法兰尺寸mmDD0Dgn1-d1DD0Dgn2-d212Sh-944540030012-233402952008-2312sh-9A44540030012-233402952008-2310sh-937533525012-183202802008-18管路附件选配表名称型号规格数量大小头DN200 300DN300 40

26、0DN250 400431闸阀Z41T-10DN3008止回阀H44X-10DN3004三通DN300 300 3004喇叭口DN4004(4)管道敷设地点水泵房处设计地面标高为42米大于最高水位41米，所以泵站为地面式。站内管道直径分别为300mm,400mm,均小于500mm，所以管道设在管沟中。地沟上应该设于活动盖板，为了便于安装和检修，从沟底到管壁的距离不应小于350mm，从管壁到沟的顶盖的距离不应小于100-200mm,管壁到沟壁的距离，在一侧不应小于350mm,而另一侧不应小于450mm.沟底应有相集水坑或排水口倾斜的坡度I,一般为0.01. 管埋于砖、混凝土或钢筋混凝土的地沟中。

27、管沟高h=350+200+400=950 mm ,宽b=350+450+400=1200 mm7.水泵安装高度的计算以水泵安装地点的气压为10.33米水柱，水温为20.C 型号 10sh-9 12sh-9 12sh-9A允许吸上真空高度Hs(米) 6.0 4.5 4.5最大吸上真空高度取几台泵中较小的，即以12Sh-9的为依据，取Hs=4.5 mHSS= HS-hS-V12/2g式中hS吸水管中水头损失；V12/2g安装真空表处的水头损失；吸水管长度暂按10m估算，其沿程水头损失：iL= 0.01×10m=0.1m型号最大流量（L/s）流速(m/s)12Sh-9180.981.441

28、2sh-9A180.981.4410sh-91501.20局部水头损失：沿程水头损失未知，但水平的长度L已知，可近似地令：HSS=XXLHSS0真空表对于12sh-9A及12sh-9管件名局部阻力系数最大流量最大流速v2/2g水头损失喇叭口0.3180.981.440.1060.0317大小头0.2180.981.440.1060.021290°弯头0.5180.981.440.1060.0529h局部=v2/2g=（0.3+0.5+0.2）×1.442/(2×9.8)=0.106 mHss=Hs-(Hss+10) ××Hss=4.14m对于1

29、0sh-9管件名局部阻力系数最大流量最大流速v2/2g水头损失喇叭口0.3150120.07350.0220大小头0.2150120.07350.014890°弯头0.5150120.07350.0367h局部=v2/2g=（0.3+0.5+0.2）×1.22/(2×9.8)=0.0735 mHss=Hs-(Hss+10) ×0.01-0.0735 -0.0735Hss=6-0.01×Hss-0.1-0.0735 -0.0735Hss=5.7 m在选定水泵的安装高度时可以比HSS小，而不能大，泵站中各泵计算的HSS是不一样的，而泵站地面是一样高

30、的。因而按最小的HSS为最不利情况，以此为标准（该台泵泵轴标高起控制作用）来确定其余各泵和管道的安装高度。所以取Hss=4.14 m水泵房处设计地面标高 42m ，吸水池最低水位38m,因为38+4.15=42.14m>42 m , 最小HSS值从最低吸水位算起比泵站所在地地面高，泵站地面取大致和地平面齐，以此可决定水泵的安装高度，4.14m。12sh-9同12sh-9A1、泵轴标高吸水井最低水位+Hss4.15+38=42.15 m 2、基础顶面标高泵轴标高-泵轴至基础顶面高度(H1)42.15-0.52=41.63 m3、泵房地面标高基础顶面标高-0.2041.63-0.2=41.4

31、3 m4、水泵进口中心标高=泵轴标高-=42.15-0.265=41.885 m5、水泵出口中心标高=泵轴标高-=42.15-0.304=41.846 m10sh-91、 泵轴标高吸水井最低水位+Hss4.15+38=42.15 m2、 基础顶面标高泵轴标高-泵轴至基础顶面高度(H1)=42.15-0.44=41.71 m3、 泵房地面标高基础顶面标高-0.2041.51 m4、 水泵进口中心标高=泵轴标高-=42.15-0.2=41.95 m5、 水泵出口中心标高=泵轴标高-=42.15-0.26=41.89 m8.泵站平面、高程布置及尺寸的决定（1）吸水井的设计吸水管进口淹没水深h>

32、0.5-1.0m，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），取h=1.5m。吸水井最低水位=38 m；喇叭口淹没深度 取h=1200 mm水泵吸水管进口喇叭口大头直径D=1.4d=560 mm水泵吸水管进口喇叭口长度L(3.5-7.0)(D-d)=3.5×(560-400)=560mm喇叭口距吸水井井壁距离L1=(0.75-1.0)D=1.0×560=560 mm喇叭口之间距离L2=(1.5-2.0)D=1.8×560=1008 mm喇叭口距吸水井井底距离h10.8D=0.8×560=448mm所以，吸水井长度L=560×

33、2+1008×3+560×4=6384mm，但考虑水泵机组之间距，将吸水井长度确定为20000mm；吸水井宽度B=5602+560=1680mm （调整为3米）吸水井高度H=5500mm (包括超高300).经计算吸水井有效容积为231m3,大于泵站内最大一台泵5min的抽水量，故满足要求。（2）泵房尺寸泵房总长度L= +3×+L安装+( L控制+ L配电）=2.02+3×2.29+2.29+2.304×2+2.354+2.215+3.0=23.357m（其中L控制+ L配电 取3000mm ）最后调整24 m.泵房总宽度B= =1.50+1.

34、20+3.00=5.7m考虑到吸、压水管在泵房内的长度，闸阀(0.42m)，止回阀(0.62m)，三通(0.508m)，大小头(0.356+0.203=0.559m)等附件，宽度调整为11米.9.泵站内主要附属设备的选择（1）引水设备当吸水井水位低于泵轴线时，水泵需要采用真空泵引水。真空泵应按起动最大的一台水泵计算，真空泵的抽气量在不同的真空度下是不同的，真空泵在抽气时，实际所抽取空气的压力是变化的，为了简化起见可以取水泵安装高度作为计算真空度（这是偏于安全的）。泵壳可按圆柱体计算抽气量 =1.10×=0.4773m3/min真空度 = 4.14m=4.14×760/10.33=305mm汞柱根据和选取SZ-2型水环式真空泵2台，一备一用，布置在泵房靠墙边处。（2） 计量设备流量计：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0760mmHg。（3） 起重