《泵與泵站》課程設(shè)計(jì)-某城市新建水源工程取水泵房設(shè)計(jì)

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1、 全套圖紙加扣 3346389411或3012250582 總述 本次設(shè)計(jì)是取水泵站（一級(jí)泵站）的設(shè)計(jì)。包括了取水頭部和取水泵站兩部分，根據(jù)設(shè)計(jì)資料，設(shè)計(jì)取水頭部的尺寸為10000×4000（如圖所示），自流管管徑定為DN900，管材為鋼管。 在本次設(shè)計(jì)中，給水泵站采用圓形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，泵房設(shè)計(jì)直徑為15m，泵房上設(shè)操作平臺(tái)，建筑總高為24.00m。自流管采用DN920×10，吸水管DN720×10，壓水管DN520×10，輸水管DN920×10。筒體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，管材為鋼材，所有管路配件均為鋼制零件。水泵機(jī)組采用20sh—13型水泵，JS—137—6型異

2、步電動(dòng)機(jī)，近期二用一備，遠(yuǎn)期三用一備。起重機(jī)選用DL型電動(dòng)單梁橋式，起重機(jī)設(shè)備選用電動(dòng)機(jī)型ZDR12 – 4，排水設(shè)備選用WQ20-15型潛水泵，通風(fēng)設(shè)備選用T30-7型軸流風(fēng)機(jī)兩臺(tái)。機(jī)組及管路布置如圖所示。 一、 設(shè)計(jì)流量的確定 考慮到輸水干管漏損和凈化場本身用水，取自用水系數(shù)α＝1.05，則： 近期：Q＝1.05×80000/24＝3500m3/h＝0.972m3/s 遠(yuǎn)期：Q’＝1.05×120000/24＝5250m3/h＝1.458m3/s 二、 取水頭部的設(shè)計(jì)和計(jì)算 格柵面積公式 F0＝Q/（v0×K1×K2） （m2） 式中：Q — 設(shè)計(jì)流量（m3/s

3、）； k1 — 堵塞系數(shù)，采用0.75； k2 — 柵條引起的面積減小系數(shù)為 k2＝b/（b+s） 其中：b — 柵條凈間距（mm），取50mm； S — 柵條厚度（mm），取10mm； V0 — 過柵允許流速（m/s），取0.5m/s。 則：k2＝50/（50+10）＝5/6 F ＝1.46/（0.5×0.75×5/6）m2＝4.67m2 取水頭部兩面進(jìn)水，采用4個(gè)柵格，單個(gè)柵格的面積為F0/4＝4.67/4＝1.17m2 查《給水排水設(shè)計(jì)手冊》第3冊表4-23，選用柵格尺寸為：B×H＝1500mm×1100mm。進(jìn)水口尺寸：B1×H1＝1400×1400，有效面積為1.

4、18m2，標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào)為S321-1，型號(hào)為12。 三、 自流管設(shè)計(jì) 1）確定管徑 設(shè)計(jì)時(shí)我們以遠(yuǎn)期考慮，采用兩條鋼管作為自流管。 設(shè)計(jì)流量Q1＝1/2·Q’＝0.729m3/s，進(jìn)水管設(shè)計(jì)流速一般采用1.0~1.5m/s，取經(jīng)濟(jì)流速 V1＝1.3m/s，由公式D＝[4Q/（π·V）]0.5，得 D＝[4×0.729/（π×1.3）]0.5＝0.845m＝845mm 采用兩條DN920×10鋼管并聯(lián)作為自流管，當(dāng)一天輸水管檢修時(shí)，另一條輸水管應(yīng)通過75%的設(shè)計(jì)流量，即：Q2＝0.75Q’＝0.75×1.458m3/s＝1.094 m3/s。一條自流管沖洗或檢修時(shí)，另一條管中流速允許

5、達(dá)到1.5～2.0m/s。查《給水排水設(shè)計(jì)手冊》第1冊，采用DN900的管徑時(shí)： 當(dāng)Q＝1.08 m3/s時(shí)，V＝1.70m/s，1000i＝3.54； 當(dāng)Q＝1.10 m3/s時(shí)，V＝1.73m/s，1000i＝3.67。 由內(nèi)差法求得，Q2＝1.094 m3/s時(shí)，V2＝1.72m/s<2m/s，1000i＝3.63，符合要求。 四、 水泵設(shè)計(jì)流量及揚(yáng)程 1） 從取水頭部到泵房吸水間的水頭損失 自流管水頭損失，以最不利情況時(shí)，即當(dāng)一條自流管檢修時(shí)，另一條自流管應(yīng)通過75%設(shè)計(jì)流量計(jì)算，即：Q2＝75%×Q’＝1.094m3/s，V=1.72 m/s，1000i=3.63。自

6、流管長度為L＝100m。 h1＝1.1·i·L＝1.1×3.64×100/1000＝0.40m （1.1為局部水頭損失系數(shù)） 取水頭部的水頭損失取h2＝0.4m； 從取水頭部到吸水井水頭損失h0= h1+ h2＝0.8m。 2）水泵所需靜揚(yáng)程Hst 取水頭部到泵房吸水間的全部水頭損失為h0＝0.80m，則吸水間中： 最高水位標(biāo)高為：73.2-0.8=72.4m； 最低水位標(biāo)高為：65.5-0.8=64.7m。 所以所需靜揚(yáng)程Hst為； 洪水位時(shí)： Hst＝95.20－72.40＝22.80m； 枯水位時(shí)： Hst＝95.20－64.70＝30.50m。 3）輸水干管

7、中的水頭損失Σh （按遠(yuǎn)期考慮） 采用兩條DN900鋼管并聯(lián)作為原水輸水干管，當(dāng)一條輸水管檢修時(shí)，另一條輸水管應(yīng)通過75%的設(shè)計(jì)流量，即：Q3＝75%×Q’＝1.094m3/s，查設(shè)計(jì)手冊第一冊得：V=1.72 m/s,1000i=3.63。輸水干管長度L輸＝380m 所以，Σh＝1.1·i·L輸＝1.1×3.63/1000×380＝1.52 m（1.1為局部水頭損失系數(shù)）。 4）水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程 泵站內(nèi)管路中的水頭損失hp ，粗估為2m，則水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程為 設(shè)計(jì)枯水位時(shí)，Hmax＝30.50+1.52+2+2＝36.02 m 設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，Hmin＝22.80+1.52+2+2＝2

8、8.32 m 五、 初選水泵和電機(jī) 1）水泵設(shè)計(jì)流量 近期：Q＝0.97m3/s＝970L/s 遠(yuǎn)期：Q’＝1.46m3/s＝1460L/s 揚(yáng)程范圍：28.32m - 36.02m。 2）選泵和電機(jī)，查《給水排水設(shè)計(jì)手冊》第11冊： 近期：三臺(tái)20Sh-13型水泵（Q＝430-670L/s，揚(yáng)程H＝40～30m，泵軸功率N＝206～246.5kw，允許吸上真空高度Hs＝4m，重量Wp＝2340kg），兩臺(tái)工作，一臺(tái)備用。 遠(yuǎn)期：增加一臺(tái)同型號(hào)水泵，三臺(tái)工作一臺(tái)備用。 根據(jù)20sh－13型水泵的要求選用JS-137-6電動(dòng)機(jī)（功率為280kw，工作電壓380V，水冷

9、式，重量Wm＝1900kg）。 3）機(jī)組基礎(chǔ)尺寸的確定 查水泵與電機(jī)樣本，計(jì)算出JS-137-6型水泵機(jī)組基礎(chǔ)平面尺寸為2800×1200，機(jī)組總重量W＝Wp＋Wm＝2340+1900＝4240kg 基礎(chǔ)深度H可按下式計(jì)算： H＝3.0·W·9.8/（L·B·γ） 式中 L—基礎(chǔ)長度，L=2.8m； B—基礎(chǔ)寬度，B=1.2m； γ—基礎(chǔ)所用材料的容重，對于混凝土基礎(chǔ)來說，γ＝23520N/m3 故 H＝3.0×4240×9.8/（2.8×1.2×23520）＝1.58m，該機(jī)組的基礎(chǔ)大樣圖為： 六、吸水管路與壓水管路的設(shè)計(jì)計(jì)算 每臺(tái)水泵

10、有單獨(dú)的吸水管與壓水管， 1） 吸水管 已知Q4＝Q’/3＝1.458/3＝0.486m3/s 根據(jù)DN≥250mm吸水管流速要求1.2～1.6m/s，采用DN720×10鋼管，查《給水排水設(shè)計(jì)手冊》第1冊，DN700鋼管有：V＝1.26m/s，1000i＝2.70 2） 壓水管 根據(jù)DN≥250mm壓水管流速要求2.00～2.50m/s采用DN520×10鋼管，查《給水排水設(shè)計(jì)手冊》第1冊，DN500鋼管有：V＝2.38m/s，1000i＝14.60 七、機(jī)組及管路布置 為了布置緊湊，充分利用建筑面積，機(jī)組采用橫向排列方式，將四臺(tái)機(jī)組交錯(cuò)并列布置成兩排，兩臺(tái)為正常轉(zhuǎn)向，

11、兩臺(tái)為反常轉(zhuǎn)向，在訂貨時(shí)應(yīng)予以說明，其中有一虛線部位為遠(yuǎn)期預(yù)留泵基礎(chǔ)。每臺(tái)水泵有單獨(dú)得吸水管，吸水管與壓水管采用直進(jìn)直出方式布置，壓水管引出泵房后兩兩連接起來。水泵吸、壓水管路上設(shè)有電動(dòng)蝶閥（型號(hào)D941X－10），為了減少泵房建筑面積，閘閥切換井設(shè)在泵房外面，兩條DN900輸水干管用DN900電動(dòng)蝶閥（型號(hào)D941X－10）連接起來，每條輸水管上各設(shè)切換用的蝶閥（型號(hào)D941X－10）一個(gè)。具體布置圖見取水泵站工藝圖和取水頭部工藝圖。 由于管徑較大，相應(yīng)的連接配件（如三通、大小頭等）沒有全國通用的標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品，本設(shè)計(jì)中便采用了一些自制的配件，在其他設(shè)計(jì)中以選用全國通用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品為宜。

12、八、泵站內(nèi)管路的水力計(jì)算 取一條最不利線路，從吸水口到輸水干管上切換閘閥止為計(jì)算線路圖（見下草圖）。 1） 吸水管路中水頭損失Σhs Σhs＝Σhfs+Σhls Σhfs＝i·Ls＝2.7×10-3×1.00＝0.0027m Σhls＝(ζ1+ζ2)·V22/2g+ζ3·V12/2g 式中 ζ1 — 吸水管進(jìn)口局部阻力系數(shù)，ζ1＝0.75 ； ζ2 — DN700碟閥局部阻力系數(shù)，按開啟度a/b=1/8考慮，ζ2＝0.52 ； ζ3 — 偏心漸縮管DN700×500，ζ3＝0.20 ； V1 — 偏心漸縮管出口流速，V1＝Q2/A＝0.486×4/（0.5

13、0×π）＝2.48m/s； V2 — 偏心漸縮管進(jìn)口流速，V2＝1.26m/s 則 Σhls＝ (0.75+0.52)×1.262/（2×9.8）+0.20×2.482/（2×9.8）=0.1656m 故 Σhs＝Σhfs+Σhls=0.0027+0.1656=0.168 m 2) 壓水管路水頭損失Σhd Σhd=Σhfd+Σhld Σhfd=（L2+L3+L4+L5+L6）·id1+L7·id2＝（2.455+0.477+4.020+3.440+0.207）×0.0146+1.362× 0.00363=0.160m

14、Σhld=ζ4·V32/2g +（ζ5+2ζ6+ζ7+ζ8+ζ9+2ζ10+ζ11）V42/2g +（ζ12+2ζ13+2ζ14）V52/2g 式中 ζ4 — DN350×500漸放管，ζ4＝0.21； ζ5 — DN500止回閥，ζ5＝1.8； ζ6 — DN500鋼制45°彎頭，ζ6＝0.48; ζ7 — DN500手動(dòng)蝶閥，按1/8開啟度算,ζ7＝0.52； ζ8 — DN500伸縮接頭，ζ8＝0.21； ζ9 — DN500電動(dòng)蝶閥，按1/8開啟度算,ζ9＝0.52； ζ10 — DN500鋼制90°彎頭，ζ10＝1.02； ζ11 — DN500×900漸放

15、管，ζ11＝0.34； ζ12 — DN900鋼制斜三通，ζ12＝0.5； ζ13 — DN900鋼制正三通，ζ13＝1.5； ζ14 — DN900電動(dòng)蝶閥，按1/8開啟度算,ζ14＝0.52。 V3 — 漸放管進(jìn)口流速，V3＝0.486×4/（0.352×π）＝5.05m/s； V4 — 壓水管路DN500流速，V4＝2.38m/s； V5 — 輸水干管，在事故時(shí)流速，V5＝1.72m/s。 則 ∑hld＝0.21×5.052/（2×9.8）+（1.8+2×0.48+0.52+0.21+0.52+2×1.02+0.34）×2.382/（2×9.8）+（0.5+2

16、×1.5+2×0.52）×1.722/（2×9.8）＝2.805m 故 Σhd=0.160+2.805=2.965m 從水泵吸水口到輸水干管上切換閘閥間的全部水頭損失為： Σh＝Σhs+Σhd＝0.168+2.965＝3.13m 因此，水泵的實(shí)際揚(yáng)程為： 設(shè)計(jì)枯水位時(shí)，Hmax＝30.50+1.52+3.13+2＝37.15m 設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，Hmin＝22.80+1.52+3.13+2＝29.45m 由此可見，初選水泵機(jī)組符合要求。 九、泵站各部分標(biāo)高的確定 1） 水泵安裝高度的確定和泵房筒體高度計(jì)算 為了便于用沉井法施

17、工，將泵房機(jī)器間底板放在與吸水間底板同一標(biāo)高，因而水泵為自灌式工作，所以水泵的安裝高度小于其允許吸上真空高度，無須計(jì)算。 已知吸水間最低動(dòng)水位標(biāo)高為64.70m，為保證吸水管吸水，取吸水管的中心標(biāo)高為63.35m（吸水管上緣的淹沒深度為64.70－63.35－D/2＝1.00m）。取吸水管下緣距吸水間底板0.65m，則吸水間底板標(biāo)高為63.35-（D/2+0.65）＝62.35m。 洪水位標(biāo)高為73.20m，考慮1.0m的浪高，則操作平臺(tái)標(biāo)高為73.20+1.0＝74.20m。故泵房筒體高度為： H＝74.50－62.35＝12.15 m 十、輔助設(shè)備的選擇和布置 1) 起

18、重設(shè)備 最大起重為JS-137-6型電動(dòng)機(jī)重量Wm＝2340kg，最大起重高度為11.99+2.0＝12.99m（其中2.0m是考慮操作平臺(tái)上汽車高度）。選用DL型電動(dòng)單梁橋式起重機(jī)（定制，起重量為3t，跨度19.5m，起重高度18m） 2） 引水設(shè)備 水泵是自灌式工作，不需要引水設(shè)備。 3） 排水設(shè)備 由于泵房較深，故采用電動(dòng)水泵排水。沿泵房內(nèi)壁設(shè)排水溝，將水匯集到集水坑內(nèi)，然后抽回到吸水間去。 取水泵房的排水量一般按20～40m3/h考慮，排水泵的凈揚(yáng)程15m考慮，水頭損失大約5m，故總揚(yáng)程在20m左右，可選用WQ20-15型排水潛污泵兩臺(tái)，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，配電

19、機(jī)Y112M-2（380v, 2900 r/min ,8.2A, 4000W ,η＝75% ）。 4） 通風(fēng)設(shè)備 由于與水泵配套的電機(jī)為水冷式，無需專用通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行空－空冷卻，但由于泵房筒體較深，仍選用風(fēng)機(jī)進(jìn)行換氣通風(fēng)。按泵房每小時(shí)換8～10次所需要風(fēng)量計(jì)算，排量為8～10V≈23615m3/h，選用兩臺(tái)T30－7型軸流風(fēng)機(jī)（葉輪直徑700mm，轉(zhuǎn)速960r/min，風(fēng)量12000m3/h，葉片角25°，配套電機(jī)JO2-21，N＝0.8kw）。 5） 計(jì)量設(shè)備 在凈化場的送水泵站內(nèi)安裝電磁流量計(jì)統(tǒng)一計(jì)量，故本泵站內(nèi)不再設(shè)計(jì)量設(shè)備。 6） 泵房建筑高度的確定 泵房筒體高度已知為12.15m，操作平臺(tái)以上的建筑高度，根據(jù)平臺(tái)上汽車高度2m，設(shè)備中最高的高度水泵1.29m，取1.3m，電動(dòng)葫蘆的高度1.291m，起重機(jī)梁0.9m，起重繩垂直長度d＝0.85χ（χ為起重部件寬度，此泵機(jī)組寬度最大者為水泵，χ＝1.450m），d＝1.23m。所以，平臺(tái)到吊車梁底板距離為5.69m。 十一、泵房平面尺寸確定 根據(jù)水泵機(jī)組、吸水與壓水管道的布置條件以及排水泵機(jī)組和通風(fēng)機(jī)等附屬設(shè)備的設(shè)置情況，從給水排水設(shè)計(jì)手冊中查出有關(guān)設(shè)備和管道配件的尺寸，通過計(jì)算，求得泵房內(nèi)徑為15m。