水泵与水泵站课程设计

1、水泵与水泵站课程设计说明书姓 名： 雷 政 锋学 号： 2014158105班 级： 20141581班指导老师： 何 军日 期：2017年9月9日目录1.设计目的及任务31.1设计目的31.2设计任务32.基本资料42.1地质条件42.2水位特征值43.设计内容43.1设计参数43.1.1计算设计流量43.1.2确定特征扬程53.1.3 确定工程设计等级73.2机组选型93.2.1水泵台数确定93.2.2电机选型103.3进水布置及进出水建筑物103.3.1前池设计103.3.2进水池设计123.3.3出水池设计153.3.4 出水池的结构173.4泵房设计173.4.1泵房布置173.4.

2、2泵房尺寸183.4.3泵房各部分高程193.4.4起重设备选配203.5出水管路设计213.5.1出水管路管径的确定213.5.2出水管路的材料213.5.3管路的布置213.5.4管路的管长213.5.5出水管中心的高程223.5.6管路阻力系数S的计算223.5.7管路特性曲线的确定231.设计目的及任务1.1设计目的（1）初步运用所学课本知识，进行实际的水泵泵站设计，从中学习泵站设计中的基本知识，设计原则，步骤及注意事项等。（2）掌握泵站设计中水泵的选型，泵房设计等设计方法。对水泵的工作原理、构造、运行工况、给水泵站和排水泵站等内容有深刻的了解与认知，具体掌握水泵的计算、选型、校核、方

3、案比较等基本设计原理和方法。（3）通过中小型泵站的设计，了解大型泵站的初步规划、设计的基本原则和方法，掌握水泵的基本理论和基本性能，熟悉水泵选型的基本原则和方法，了解泵站工程规划应遵循的一般原则，掌握泵站建筑物的设计方法，奠定泵站工程的设计、施工和科学管理的基础，提高应用所学知识解决实际工程问题的能力。（4）培养自己动手能力，文档处理能力，制图能力，提高自身综合水平，学会应用规范、手册与文献资料，掌握设计原则、方法等步骤；培养和提高计算能力、设计和绘图水平。（5）从专业技能与专业素质的角度，综合考虑实际工程应用，将理论知识的系统性与实践能力培养相结合、课堂教学与实践教学相结合重要性，更是着力培

4、养勇于探索的创新精神和善于解决问题的实践能力1.2设计任务为满足某农业区排涝需要，拟修建一排水泵站，根据基本资料完成该泵站的设计任务。2.基本资料2.1地质条件地面以下土质均为中粉质壤土，夹铁锰质结核，贯入击数26击，地基允许承载力180KPa，内摩擦角24°，凝聚力26Kpa。2.2水位特征值下游水位（m）上游水位（m）设计运行水位最低运行水位最高洪水位设计运行水位最低运行水位防洪水位26.025.030.031.030.531.8下游引水河道上游引水河道河底高程（m）河底宽（m）边坡堤顶宽（m）河底高程（m）河底宽（m）边坡堤顶宽（m）24.0812.5628.5812.56泵房

5、形式采用墩墙式湿室型泵房，地面高程低于下游引水河道堤顶高程0.5m。3.设计内容3.1设计参数3.1.1计算设计流量农田排水包括排涝和排渍两部分，所谓排涝即排除因降雨而引起的农田积水，以减少淹水时间和深度。确定排涝泵站设计流量前，需要首先明确排涝设计标准；排涝设计标准是指设计暴雨情况下，为避免洪涝所允许的最长排水历时，一般包括设计暴雨频率、降雨历时、排水天数、设计外江水位频率等；目前我国各地都制订了自己的排涝设计标准，大多为5-10年一遇的设计暴雨3d排完。排水泵站排涝设计流量及其过程线，可根据排涝标准、排涝方式、排涝面积及调蓄容积等综合分析计算确定，排涝模数法在国内应用较多，基本原理是根据经

6、验先确定排涝模数，在乘以排水面积，得出排涝设计流量。经验公式： Q=q*F 式中：q-设计排涝模数； F-排水面积泵站抽排面积按如下方式选取：（60+个人学号倒数第三位）km2排水模数（排水率）按如下方式选取：（+）m3/s/km2选取泵站抽排面积为：60+1=61km2；排水模数为：（3+0）/10+5/100=0.35m3/s/km2设计流量=排水面积*排水模数=61*0.35=21.35 m3/s。3.1.2确定特征扬程3.1.2.1特征水位水位特征值下水位（m）上水位（m）设计运行水位最低运行水位最高洪水位设计运行水位最低运行水位防洪水位26.025.030.031.030.531.8

7、（1）泵站进水池水位设计水位：下水位设计运行水位26.0m。平均水位：取与设计水位相同的水位26.0m。最高运行水位：下水位最高洪水位30.0m。最低运行水位：下水位最低运行水位25.0m。（2）泵站出水池水位设计水位：上水位设计水位31.0m。平均水位：最低运行水位与防洪水位的和的平均值31.15m。最高运行水位：上水位防洪水位31.8m。最低运行水位：上水位最低运行水位30.5m。表3-1 排水泵站进水池水位特征水位设计水位平均水位最高运行水位最低运行水位深度（m）26.026.030.025.0表3-2 排水泵站出水池水位特征水位设计水位平均水位最高运行水位最低运行水位水位（m）31.0

8、31.1531.830.53.1.2.2 特征扬程在水泵尚未选型，管道尚未配套的情况下，难以准确计算出管道的沿程和局部水力损失；因此，在已知设计流量和净扬程的前提下，可根据可能选用的水泵的流量、净扬程和拟采用的管路布置方式，凭经验或参考相似泵站估计水力损失；故本设计中，拟定整个水力损失在0.7m左右。 设计扬程：应按泵站进、出水池设计水位差，并计入水头损失确定31.0-26.0+0.7=5.7本设计值为5.7m。 平均扬程：按泵站进、出水池平均水位差，并计入水头损失确定31.15-26.0+0.7=5.85本设计值为5.85m。 高扬程：按泵站出水池最高运行水位与进水池最低运行水位之差，并计入

9、水头损失确定31.8-25.0+0.7=7.5。本设计值为7.5m。 最低扬程：应按泵站进水池最高水位与出水池最低运行水位之差，并计入水头损失确定30.5-30.0+0.7=1.2。本设计值为1.2m。表3-3 排水泵站特征扬程特征扬程设计扬程平均扬程最高运行扬程最低运行扬程深度（m）5.75.857.51.23.1.3 确定工程设计等级排水泵站应根据装机流量与装机容量分等。表3-4 排水泵站分等指泵站等级泵站规模分等指标装机流量(m3/s)装机功率(万kW)大(1)型2003小(2)型2005031中型501010.1小(1)型1020.10.01小(2)型20.01泵站的设计流量为27.2

10、8m3/s，因此确定泵站的等别为等。泵站规模中型。根据表3-5泵站建筑物级别划分确定该泵站建筑物的级别，及永久性建筑物和临时建筑物的建筑物级别；表3-5泵站建筑物级别划分泵站等级永久性建筑物级别 临时性建筑物级别主要建筑物次要建筑物13423434545555-据上表可知该排水泵站的永久性建筑物中主要建筑物级别为3级，永久性建筑物中次要建筑物级别为4级，临时性建筑物的级别为5级。根据表3-6泵站建筑物的级别可以查出该排水泵站的泵站建筑物的防洪标准。表3-6 泵站建筑物的防洪标准泵站建筑物级别洪水重现期（年）设计校核11003002502003301004205051020据上表可知该排水泵站的

11、主要建筑物的防洪标准按30年一遇的洪水设计，100年一遇的洪水校核；次要建筑物的防洪标准按20年一遇的洪水设计，50年一遇的洪水校核；临时性建筑物的防洪标准按10年一遇的洪水设计，20年一遇的洪水校核。一般情况下，设计扬程小于10m，宜选轴流泵；520m时选混流泵较好；20100m时应首选单级离心泵；大于100m时，可选多级离心泵。水泵类型通常根据地区特点和泵站性质来选择；对于排水泵站，一般扬程较低时，常选用混流泵和轴流泵，当扬程低于10m时，常选用轴流泵；本设计的设计扬程为5.0m，故选用轴流泵，且多用于立式或卧式。根据泵站的特征扬程，从水泵综合型谱图上选择符合要求的水泵。按照泵站的设计流量

12、和单泵流量，确定不同原型号水泵台数，使它们满足： Q设=Qini 依据上述要求，对泵型进行确定，选择1200ZLB85型立式轴流泵。泵的各种参数如下表所示：1000ZLB7型立式轴流泵参数水泵参数叶轮角度（°）6叶轮直径（mm）870出口直径（mm）1000转速（rmin）490设计工况设计扬程（m）6.90相应流量（m3s）2.866相应效率（%）87.7相应轴功率（kW）228.13.2机组选型3.2.1水泵台数确定排水泵站因其设计流量及变化过程具有大而快的特点，因此应采用多台数的方式，一般当流量小于4m3/s时，可采用2台；当流量大于4m3/s，选用不少于3台较好。排水泵站设计

13、流量为21.35 m3/s，所选1000ZLB7型立式轴流泵的单泵流量为2.866 m3/s，可选择水泵台数为8台，则最大流量为22.928m3/s。（注：水泵并联布置，需要选择9台水泵，一台备用）3.2.2电机选型 当功率介于100300kW之间，可采用新型Y系列异步电动机或YR系列异步电动机。结合所选轴流泵的参数，主要是功率满足要求，已知1000ZLB7型立式轴流泵轴功率为228.1kw，因此选择Y355M2-2型电机型电机，电动机功率为315kw，一台水泵对应一台电动机，满足要求，其参数如下表所示：Y355M2-2 型电机参数Y355M2-2 型电机参数功率（kW）2

14、50效率（%）94.5转速（rmin）2980电压（V）380重量（kg）17703.3进水布置及进出水建筑物3.3.1前池设计根据水流方向，前池分为正向进水前池和侧向进水前池两大类。正向进水前池的主要特点是形状简单，施工方便，池中水流比较平稳。因此当地形条件允许时应尽量采用正向进水前池。本设计采用正向进水前池。1 池扩散角前池扩散角是影响前池流态及尺寸大小的主要因素；正向进水的前池，扩散角不应大于40°，由于引渠和前池中水流一般为缓流，所以其边壁扩散角可大于20°正向进水的前池，根据有关试验和实际经验，前池扩散角可取=20°40°。本设计取值为30&#

15、176;2 前池池长当引渠末端底宽b和进水池宽度B已知且前池边壁为直线形时，根据已选定的前池扩散角用下式计算前池长度L：L=B-b2tan2 （3-4）设引渠末端底宽b=8m，进水池宽度B=15.47m。前池边壁为直线形，按照公式计算可得L= 13.94m。3 底纵向坡度引渠末端高程一般比进水池底高，前池除了平面扩散外，池底往往做成向进水池方向倾斜的纵坡。综合水力和工程经济条件，池底坡度应采用i=1/31/5。因此取值为i=1/4。4 池翼墙形式前池与进水池连接的边墙称翼墙,翼墙的形式有直立式、斜立式、圆弧式、扭曲面等形式。翼墙多建成和前池中心线成45°夹角的直立式翼墙，其平面图如右

16、图（图3-1）图3-1 翼墙平面图前池的整体结构前池的边坡和池底一般用水泥砂浆块石护砌，护砌厚度为0.3-0.5m。对于排涝泵站，地基多为粉砂质土壤，在外河与出水池高水位作用下，水可能会在前池渗出，水流可能带出土壤颗粒，造成管涌，甚至引起流土影响泵站安全；故应注意进行基础渗透计算和防渗处理。3.3.2进水池设计进水池的形状进水池有矩形、多边形、半圆形和平面对称蜗形。多边形和半圆形边壁有利于消除拐角处的漩涡，但同时也容易形成周向回流流动；矩形边壁便于施工，在中小型泵站中运用较多，这种形式的进水池在拐角处和水泵的后壁容易产生漩涡，也容易受前池流态的影响，在池中产生回流或圆周运动；多边形和半圆形边壁

17、有利于消除拐角处的漩涡，但同时也容易形成周向回流流动；上述这三种形式都需要控制后壁墙。马鞍形和蜗壳型边壁对防止漩涡和周向回流都有好处，但因设计和施工比较麻烦上述这三种形式都需要控制后壁墙。马鞍形和蜗壳型边壁对防止漩涡和周向回流都有好处，但设计和施工比较麻烦。因此本设计采用矩形。进水池的布置形式进水池是水泵进水管直接从中取水的水工建筑物，一般布置在前池与泵房之间或泵房之下（对湿室型泵房）。它的作用是为水泵提供良好的进水条件，在检修水泵或进水管路时截断水流，并在水泵运行时起拦污作用。进水池的布置形式有开敞式、半开敞式和全隔墩式三种。设计要求泵房形式为墩墙式湿室型泵房。泵房和进水池合建，因此进水池的

18、形式采用全隔墩式。进水池的尺寸本设计所选水泵的叶轮直径为970mm，且为立式安装，故进水池中的水流进入水泵时必须转90°的弯。水流在转弯时，由于惯性力的作用，迫使弯道内外侧的流速和压力产生差值。这个差值随着水泵进水管直径的增加而增大，从而恶化了水泵的进水条件，降低了水泵的工作效率和抗汽蚀性能。因此，对于如此类型的泵站，需设置进水流道，以将水流平顺地引向泵的进口。本设计所选水泵叶轮直径近似等于进水管，故进水管直径取叶轮直径，D0=970mm；按泵站设计规范，进水管进口应设喇叭管，喇叭口流速宜取1.01.5m/s，喇叭口直径宜大于或等于1.25倍进水管直径，D喇叭口=1.25D0=121

19、2.5mm。 淹没深度h淹：淹没深度可根据进水管进口布置形式确定，泵站设计规范规定： .进水管口垂直布置时： h淹（1.01.25）D进.进水管口倾斜布置时： h淹（1.51.8）D进.进水管口垂直布置时： h淹（1.82.0）D进D进=（1.31.5）D D=970mm，D进=1.4D=1358mm进水管口采用垂直布置，h淹=1.1D进=1.1×1358=1493.8mm。 悬空高度P:悬空高度可根据进水管进口布置形式确定，泵站设计规范规定：.进水管口垂直布置时：P（0.60.8）D进.进水管口倾斜布置时：P（0.81.0）D进.进水管口水平布置时：P（1.01.25）D进进水管口

20、采用垂直布置P=0.7D进=0.7×1358=950.6mm。 后墙距：后墙距一般取L=（0.81.0）D进，同时满足喇叭口的安装要求。取系数0.9，L=0.9D进=1222.2mm。 侧墙距：有关试验及分析表明，符合水流条件的侧墙距为C=1.5D进。因此侧墙距为C=1.5D进=2037mm。 进水喇叭口直径的确定进水管口应设喇叭口，喇叭口流速宜取1.01.5m/s，喇叭口直径宜等于或大于1.25D进。结合前面设计，D喇叭口=1.4D0=1358mm。 进水池尺寸长度的确定进水池必须有足够的有效容积，否则，水泵在启动前，可能由于来水流量小于水泵进水流量造成进水池中水位急剧下降，导致进

21、水管口淹没深度不足，而引起水泵启动，使水泵无法正常启动，即轴流泵不能在关死点启动；故需要设置适宜的进水池长度来保证池中水流稳定。进水池长度Lg一般根据秒换水系数（即进水池的水下容积与共用该池的水泵设计流量的比值）确定，进水池的水下容积可按共用该进水池的水泵3050倍设计流量确定。通常情况下，应保证从进水管中心至进水池进口至少有4D进距离。本设计取值为4D进=5432mm。 进水池宽度的确定 如果泵站只有一台机组或机组之间有隔墩，则取B=D进，或取其整数3D进=4074mm。而对多管入流的进水池，（D进=1358mm）其最小池宽为B=n-1+n（D进+2b）取隔墩的厚度为0.5m，进水管数目n=

22、9，进水管边缘到池壁或隔墩的距离b=0.75m；取值为：B=29722mm 进水池厚度的确定进水池的深度除了应满足水泵吸水要求外，应还留有一定的超高h,防止前池和进水池漫顶。 进水池的整体构造进水池多为浆砌块石圬工结构，池壁一般为立式箱形，池底采用不小于10cm厚的水泥浆砂浆抹面。以防止冲刷破坏和便于清淤；进水池的侧墙和后墙，除了采用立式结构外，还可采用斜坡式或直斜混合式；多机组泵站的进水池之间一般应设隔墩，隔墩厚度为30-50cm的浆砌石。3.3.3出水池设计出水池类型出水池分为正向、侧向和多向出水池。正向出水池是指水泵出水管口出流方向和池中水流方向一致，此种出水池出水流畅,本设计采用正向出

23、水池。正向出水池尺寸确定 管口下缘至池底的距离一般取P=0.10.3m，因此P=0.2m。 管口上缘最小淹没深度h淹最小=（12）v022g h淹最小=1.5v022g=1.5×222×9.81=0.31m 出水池的宽度从施工及水力条件考虑，多管出流的出水池，其最小池宽为 B=n-1+n(D+2b)取隔墩的厚度为0.5m，出水管数目n=9，b=1.0m。 B=n-1+n(D+2b)=(9-1)*0.5+9*(1.2+2*1)=32.8m 出水池底板高程 底=低-（h淹最小+D+P）按干渠的最低水位为30.5m。底=低-(h淹最小+D+P)=30.5-（0.31+1.2+0.

24、2）=28.79m 出水池长度的确定假定出水池长度等于漩滚长度且台坎高度为0，计算方法如下：L=Kh淹0.5K=7-（hpD-0.5)2.41+0.5m2m=hpLp代入数据：h淹=31.0-28.79-1-0.2=1.01m，m=0K=7，L= Kh淹0.5=7×1.010.57.03m说明：出水池的设计水深为31.0m，出水池地板高程为28.79m，出水管管径为1.2m。 出水池池顶高程根位加上安全超高确定，即顶=高+h当Q<1m3s时，h为0.4m；当Q>1m3s时，h为0.5m。本设计出水池的最高水位为31.8m，且Q>1m3s时，h为0.5m。顶=高+h=

25、31.8+0.5=32.3m 出水池与干渠的衔接出水池一般都比干渠宽，因此在二者之间有一收缩段。收缩角不宜大于40°。过渡段的长度可根据池宽B和渠底宽b计算:Lg=B-b2tan2取B=32.8m，b=9m，=35°，Lg=37.7m紧靠过渡段的干渠由于水流紊乱，可能被冲刷，因此该段应进行护砌，其长度为Lh=（45）h渠h渠取值为31.0-28.79=2.21m。Lh=4.5h渠=4.5×2.21=9.945m3.3.4 出水池的结构出水池周壁可采用浆砌石圬工结构，按重力式或圬工挡土墙设计，池底和边坡通常为40-50cm厚的浆砌块石；池后渠首段，可用混凝土板或块石

26、护；出水池应尽可能修建在挖方地段上；对渗透性较大的地基，要注意基础的防渗和侧向绕渗的处理3.4泵房设计按照设计要求，泵房形式是墩墙式湿室型（如下图）；同时，采用的是1000ZLB7型半调节立式轴流泵；墩墙式湿室型泵房3.4.1泵房布置 （1）主机组布置：按水泵的类型和数量，可分为一列式布置，双列交错式布置和平行一列式布置，本设计用采用一列式布置。这种布置有相应的优缺点：优点：简单、整体、泵房跨度小，既适用于卧式机组，也适用于立式机组；缺点：当机组数目太多时会增加泵房长度，前池及进水池也会相应加宽。（2） 配电间布置：分为一端式布置或一侧式布置，本设计采用一端式布置。（3）吊物孔布置：泵房层楼板

27、上设置吊物孔，进行设备的垂直运输。3.4.2泵房尺寸本设计选用的是1000ZLB7型立式轴流泵，因此按照立式机组泵房计算。泵房长度泵房的主机组一般为一列式布置，泵房长度可按照下式计算：L=nB+(n-1)a+2ca为两台机组间隔墩的厚度，一般为0.81.0m；c为边墩厚度，一般为1.01.2m；n为机组台数为9台；B为进水流道进口宽度，取值为B=（2.0-2.5）D，D为水泵叶轮直径D=970mm同时要满足高压电机间净距不小于1.5m，且水泵层每一台水泵两侧的净距应能满足拆装叶轮等工作所需求的操作场地；YR400-4型电机宽度D=0.71，并满足B+a-D1.5m取n=9，a=0.9m，c=1

28、.1m，D=0.71m，B=2.3×0.97=2.231，B+a-D=2.231+0.9-0.71=2.4211.5m, 满足要求L=9×2.421+8×0.9+2×1.1=31.189m泵房的跨度泵房的跨度根据泵体在泵房宽度方向的尺寸，进出水管路和管路附近附件的长度，以及安装、检修和操作所需的空间，并考虑交通到宽度及吊车跨度确定，计算式为B=b1+b2+b3+b4+b5+b6+b7+2bb1、b6一般不小于0.3m，b7一般不小于1.5m；b为定位轴线到泵房墙内侧的距离；b1b7取值可由样本中查到，本设计取值为0.3，0.5，2.0，1.0，0.5，0

29、.3，1.5，b=0.5m计算得：B=7.1m泵房高度泵房的高度是指从检修间地坪到屋面大梁下缘的垂直距离。计算式为：H=h1+h2+h3+h4+h5h1为屋面梁到起重钩中心的距离,取3mh2为起重绳的垂直长度，取2mh3为电动机高度，取2.025mh4为吊起部件底部和泵房地面的距离，取0.5mh5为运输设备的高度，当汽车可进入泵房时，考虑车厢底板到地面的距离和车厢上的垫块厚度，取1.5m。故H=3+2+2.025+0.5+1.5=9.025m3.4.3泵房各部分高程进水喇叭口高程水泵喇叭口淹没水深应该满足以下三个要求：1、产生空蚀。 2、便于启动和下导轴承的润滑，淹没下导轴承。

30、60;3、不产生进气漩涡进=低-h淹由前边计算可得h淹=1.1D进=1.1×1358=1493.8mm，低为进水池的最低水位25.0m，故进=25-1.4938=23.5062m泵房底板高程底=进-P由前边计算可得，进水管口采用垂直布置P=0.7D进=0.7×1358=950.6mm，故底=23.5062-0.9506=22.5556m电机层楼板高程一般按最高水位加上0.51.0m超高确定电机楼层高程。本设计进水池的最高水位为30.0m。因此电机楼板高程为30.8m。屋面大梁下缘高程屋面大梁下缘高度为电机层楼板高程加上泵房的高度。因此本设计其值为9.025+30.8=39.

31、825m。3.4.4起重设备选配泵房内主机组及管路附件等设备的安装和检修，都需要起重设备；选择起重设备的依据是泵房内最重设备（一般是动力机或水泵）的重量、机组台数和必须的起重高度。1、当设备最大重量在5t以下时，或设备重量虽不超过1t而机组数目较多时，可在泵房内设置手动小车，或手动单梁桥式起重机；2、当大、中型泵站中的最大设备重量超过5t，且泵房的跨度较大时，常采用轻质工作制的电动双梁桥式起重机；本设计中为中型泵站，查阅水泵的重量为3.066t，电机的重量为3.020t，单台机组重量为6.086t，且机组数目为8，因此采用轻质工作制的电动双梁桥式起重机，起重机轨道中心距应尽量采用产品样本中的标

32、准尺寸；当采用标准尺寸使泵房跨度增加过多时，可采用0.5m倍数的非标准尺寸。3.5出水管路设计3.5.1出水管路管径的确定按照经济流速确定经济管径：D=2Qv当扬程小于50m时，取v为1.52.0m/s；当扬程为50100m时，取v为2.02.5m/s。本设计取出管内多年平均流量为2.00m3/s，最高运行扬程为7.5m，小于50m，取v=1.8m/s。因此D=1.20m。3.5.2出水管路的材料根据上述计算结果，出水管路的管径为1.20m，结合各种管材的性能选用钢管。因为钢管适用于管径大于800mm的管路。3.5.3管路的布置管线要尽量垂直于地形等高线，以利于管坡的稳定；对于地形较复杂情况，可考虑变管坡布置，铺设角度应视土体自身的稳定要求而定，通常采用的管坡为1：2.51：3；采用的是墩墙式湿室型泵房，其出水管道是斜坡式布置，故本设计选