《泵與泵站》課程設計—取水泵站的設計(共14頁)

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 一、設計說明書 <一>工程概述 (一) 工程概括 市因發(fā)展需要，原有的第一水廠已不能滿足居民的用水要求，因此，規(guī)劃設計日產(chǎn)水能力為9.5萬m3的第二水廠，給水管線設計已經(jīng)完成，現(xiàn)需設計該水廠取水泵房。 (二) 設計資料 市新建第二水廠工程近期設計水量為85000m3/d，要求遠期發(fā)展到95000m3/d，采用固定取水泵房用兩條直徑為800mm的自流管從江中取水。水源洪水位標高為38.00m，枯水位標高為24.60m。凈水構筑物前配水井的水面標高為57.20m，自流取水管全長280m，泵站到凈化場的輸水干管全長1500m。自用水系數(shù)α=1.05~1

2、.1，取水頭部到泵房吸水間的全部水頭損失為10kPa，泵房底板高度取1~1.5m。 二、設計概要 取水泵站在水廠中也稱一級泵站.在地面水水源中,取水泵站一般由吸水井、泵房及閘閥井三部分組成。取水泵站由于它靠江臨水的確良特點，所以河道的水文、水運、地質(zhì)以及航道的變化等都會影響到取水泵上本身的埋深、結(jié)構形式以及工程造價等。其從水源中吸進所需處理的水量,經(jīng)泵站輸送到水處理工藝流程進行凈化處理。本次課程設計僅以取水泵房為例進行設計，設計中通過粗估流量以及揚程的方法粗略的選取水泵；作水泵并聯(lián)工況點判斷各水泵是否在各自的高效段工作，以此來評估經(jīng)濟合理性以及各泵的利用情況。取水泵房布置采用圓形鋼

3、筋混凝土結(jié)構，以此節(jié)約用地，根據(jù)布置原則確定各尺寸間距及長度，選取吸水管路和壓水管路的管路配件，各輔助設備之后，繪制得取水泵站平面圖及取水泵站立體剖面圖各一張。設計取水泵房時，在土建結(jié)構方面應考慮到河岸的穩(wěn)定性，在泵房的抗浮、抗裂、抗傾覆、防滑波等方面均應有周詳?shù)挠嬎?。在施工過程中，應考慮到爭取在河道枯水位時施工，要搶季節(jié)，要有比較周全的施工組織計劃。在泵房投產(chǎn)后，在運行管理方面必須很好地使用通風、采光、起重、排水以及水錘防護等設施。此外，取水泵站由于其擴建比較困難，所以在新建給水工程時，可以采取近遠期結(jié)合，對于本例中，對于機組的基礎、吸壓水管的穿插嵌管，以及電氣容量等我們應該考慮到遠期擴建的

4、可能性，所以用遠期的容量及揚程計算。對于機組的配置，我們可以暫時只布置三臺500S59A型水泵（一臺備用，兩臺工作），遠期需要擴建時，再增加一臺同型號的水泵。 三、設計計算 <一> 設計流量的確定和設計揚程估算： (1) 設計流量Q 為了減小取水構筑物、輸水管道各凈水構筑物的尺寸，節(jié)約基建投資，在這種情況下，我們要求一級泵站中的泵晝夜不均勻工作。因此，泵站的設計流量應為： 式中 Qr——一級泵站中水泵所供給的流量(m3／h)； Qd——供水對象最高日用水量(m3／d)； α——為計及輸水管漏損和凈水構筑物自身用水而加的系數(shù)，一般取α=1.05-1.1 T——

5、為一級泵站在一晝夜內(nèi)工作小時數(shù)。 考慮到輸水干管漏損和凈化廠本身用水，取水自用系數(shù)α=1.05,則 近期設計流量為 Q=1.05× =3718.75m3/h=1.033 m3/s 遠期設計流量為 Q=1.05×=4156.25m3/h=1.155 m3/s (2)設計揚程HST ①靜揚程HST的計算 通過取水部分的計算已知在最不利情況下（即一條自流管道檢修，另一條自流管道通過75%的設計流量時），從取水頭部到泵房吸水間的全部水頭損失為1m，則吸水間中水面標高為38.00-1.00=37.00m,最低水面標高為24.60-1.00=23.60m,所以泵所需靜

6、揚程HST 為： 洪水位時，HST=57.20-37.00=20.20m 枯水位時，HST=57.20-23.60=33.60m ②輸水干管中的水頭損失∑h 設采用兩條DN800的鑄鐵管并聯(lián)作為原水輸水干管，當一條輸水管檢修，另一條輸水管應通過75%的設計流量（按遠期考慮），即Q=0.75×4156.25=3117.2m3/h=0.866m3/s,查水力計算表得管內(nèi)流速 v=1.72m/s,i=4.25‰,所以 輸水管路水頭損失；=1.1×0.00425×1500=7.0125m (式中1.1包括局部損失而加大的系數(shù)) ③泵站內(nèi)管路中的水頭損失∑h 粗估1.8m

7、，安全水頭2m， 則泵設計揚程為： 枯水位時：Hmax=33.60+7.0125+1.8+2=44.4125m 洪水位時：Hmin=20.20+7.0125+1.8+2=31.0125m <二>、初選泵和電機 (1) 管道特性曲線的繪制 管道特性曲線的方程為 H=HST+=HST+SQ2 式中 HST ——最高時水泵的凈揚程，m; ———水頭損失總數(shù)，m; S——沿程摩阻與局部阻力之和的系數(shù)； Q——最高時水泵流量，m3/s HST=33.60m ,把Q=4156.25m3/h,H=44.41m,代入上

8、式得:S=8.10 所以管路特性曲線即為:H= HST+8.10Q2=33.60+8.10Q2 可由此方程繪制出管路特性曲線,見圖1 表1 管路特性曲線Q-H關系表 Q(m3/h) 0 600 1000 1700 2000 ∑h(m) 0.00 0.23 0.63 1.81 2.50 H(m0 33.60 32.83 33.23 34.41 35.10 Q(m3/h) 2500 2800 3400 3900 4200 ∑h(m) 3.91 4.90 7.23 10.80 12.10 H(m) 36.51

9、 37.50 39.83 44.41 44.70 (2） 水泵選擇 選泵的主要依據(jù)：流量、揚程以及其變化規(guī)律 ①大小兼顧，調(diào)配靈活 ②型號整齊，互為備用 ③合理地用盡各水泵的高效段 ④要近遠期相結(jié)合?！靶”么蠡A ” ⑤大中型泵站需作選泵方案比較。 根據(jù)上述選泵要點以及離心泵性能曲線型譜圖(圖2)和選泵參考書綜合考慮初步擬定以下： 近期選擇三臺500S59A型泵，兩臺工作一臺備用，單泵工況點為（1980，44.5），滿足近期工況的要求。 遠期增加一臺500S59A型泵，三臺工作一臺備用。遠期三臺水泵并聯(lián)時單泵工

10、況點為(1860,50.06),此時三臺泵均工作在高效段工作。 圖1 水泵并聯(lián)工況點的求解圖 500S59A型泵基本參數(shù) 專心---專注---專業(yè) 圖2 離心泵性能曲線圖 (3) 水泵參數(shù) 500S59A型單能雙吸式離心式水泵性能參數(shù)如下： 流量Q=1500～2170m3/s，揚程H=57～39m，轉(zhuǎn)數(shù)n=970r/min,泵軸額定功率：N=333kW，電動機型號為Y400-54-6型異步電動機，配電機功率為400 kw，效率為72%～74%，氣蝕余量：Hs=6m 表2 500S59A型水泵外型尺寸（不帶底座）（單位：m） L

11、 L1 L2 L3 B B1 3510 1860 1167 580 1000 810 B3 A H H1 H2 H3 800 710 400 800 370 480 E h W水泵 W電機 n—φd 800 1200 2235 N 3000 N 4—35 表3 進口法蘭尺寸 表4 出口法蘭尺寸 DN1 D01 D1 n1-d1 500 620 670 20-26 DN2 D02 D2 n2-d2 350 460 5

12、05 16-22 500S59A型泵工作曲線圖 500S59A型泵安裝尺寸 <三>、吸水管路的設計 (1) 流量Q Q1==1385.52 m3/h = 0.385 m3/s (2)吸水管路的要求 ① 不漏氣 管材及接逢 ② 不積氣 管路安裝 ③ 不吸氣 吸水管進口位置 ④ 設計流速： 管徑小于250㎜時，V取1.0～1.2 m/s 管徑等于或大于250㎜時，V取1.2～1.6 m/s (3) 吸水管路直徑 采用DN600×8鋼管，

13、則V=1.32m/s ，i=3.56‰ (4) 吸水管路的管件布置 <1>喇叭口設計 喇叭口擴大直徑 D≥(1.3～1.5)d=1.4×600=840㎜ 取800㎜ 喇叭口高度 4（D-DN）=4×（800-600）=800㎜ 喇叭口距墻壁的距離 a>(0.75～1.0)D 取a=0.9×800=720㎜ 取700㎜ 喇叭口距室底的距離 h1≥(0.6～0.8)D=0.75×800=1200㎜ 喇叭口之間距離 l1≥（1.5～2.0）D=1.5×800=1200㎜ 喇叭口淹沒深度 h2≥（1.0

14、～1.25）D=1.25×800=1200㎜ 喇叭口中心線與后墻的距離C=（0.8～1.0）D=0。9×800=720 取700㎜ 喇叭口與進水室的距離 l≥3D=2400 ㎜ <2.>手動閘閥 采用Z45T—10正齒輪轉(zhuǎn)動暗桿楔式閘閥，其規(guī)格為： 500S59A： DM=700㎜，L=660㎜ 〈3〉偏心漸縮管 為了防止吸水管積有空氣，所以采用偏心漸縮管，查表得： 500S59A： DN700 500，L=600㎜,ζ=0.20 <4>90°彎頭 500S59A: DN600, T=700㎜, ζ=1.06 <四>、壓水管路

15、的設計 (1) 流量Q Q1==1385.52 m3/h = 0.385 m3/s (2)壓水管路要求 ①要求堅固而不漏水,通常采用鋼管,并盡量焊接口,為便于拆裝與檢修,在適當?shù)攸c可高法蘭接口。為了防止不倒流，應在泵壓水管路上設置止回閥。 ②壓水管的設計流速：管徑小于250㎜時，為1.5～2.0 m/s 管徑等于或大于250㎜時，為2.0～2.5 m/s ③壓水管的選取 采用DN450×6鋼管，則V=2.34 m/s，i=16.2‰ (3)、壓水管路配件 ① 止回閥 采用HH44－10微阻緩閉式止回閥，其規(guī)格為

16、 500S59A： DN600，L=1180㎜，ζ=0.39 ② 電動閘閥 采用Z945T－10電動暗桿楔式閘閥，其規(guī)格為： 500S59A： DN600, L=600㎜,W=1018 kg , ζ=0.06 ③手動閘閥 設置在水管路上的常開閥門，采用Z45T－25暗桿閘閥， 其規(guī)格為： 500S59A： DN600,L=600㎜,W=1540 kg , ζ=0.06 ④同心漸擴管 壓水管路上的漸擴管規(guī)格如下： 500S59A，DN500 600, L=600㎜, ζ=0.11 ⑤設在聯(lián)絡管上的漸擴管規(guī)格:

17、 DN600 800,L=800㎜, ζ=0.34 DN500 800,L=800㎜. ζ=0.31 ⑥ 三通管 DN500 800,L=1200, ζ=0.78 <五>、水泵間布置 (1)基礎尺寸確定 機組基礎的作用是支撐和固定機組，便其運行不致發(fā)生劇烈震動，更不允許產(chǎn)生基礎沉陷。因此對基礎的要求如下： a) 堅實牢固，除能承受機組的靜荷載外，還能承受機械振動荷載。 b) 要澆在較堅實的地基上，不宜澆在松軟的地基或新填土上，以免 發(fā)生基礎下沉或不均勻沉陷。 結(jié)合以上要點及所選泵的類型，本次設計選用混凝土塊式

18、基礎。由于所選泵均不帶底座，所以基礎尺寸的確定如下： 基礎長：L=水泵地腳螺釘間距（長度方向）+（400～500） 基礎寬：B=水泵地腳螺釘間距（寬方向）+（400～500） 基礎高：H=（2.5～4.0）×（W水泵+W電機）/(Lβρ) 因此，500S59A型泵： L=B+L2+L3+（400～500）=1000+1167+580+453=3200㎜ B=A+450=710+450〈B+450=1250 取1250㎜ H=3.0×（3000+2235）÷（3.2×1.25×2400）=1630 取1700㎜ 電機基礎高H0=1700+800

19、-400=2100 ㎜ (2) 基礎布置 基礎布置情況見取水泵站祥圖。 泵機組布置原則：在不妨礙操作和維修的需要下，盡量減少泵房建筑面積的大小，以節(jié)約成本。 <1>機組的排列方式 采用機組橫向排列方式，這種布置的優(yōu)點是：布置緊湊，泵房跨度小，適用于雙吸式泵，不僅管路布置簡單，且水力條件好。同時因各機組軸線在同一直線上，便于選擇起重設備。 <2>機組與管道布置 本取水泵房采用圓形鋼筋混凝土結(jié)構，此類泵房平面面積相對較小，可以減少工程造價。為了盡可能地充分利用泵房內(nèi)的面積將四臺機組交錯并列成兩排，兩臺為正常轉(zhuǎn)向，兩臺為反向轉(zhuǎn)向，在訂貨時應予以說明

20、。每臺泵有單獨的吸水管、壓水管引出泵房后兩兩連接起來。對于房內(nèi)機組的配置，我們可以采用近期購買安裝三臺500S59A型水泵，兩臺工作，一臺備用。遠期需擴建時，再添加一臺500S59A型水泵，三臺工作，一臺備用。 <3>水泵間平面尺寸的確定 水泵機組采用四臺交錯并列布置成兩排,泵房采用圓形鋼筋混凝土結(jié)構。 橫向排列各個部分尺寸應滿足下列要求： ①D1:進水側(cè)泵與墻壁的凈距 D1≥1000，取D1=1200㎜ ②B1:出水側(cè)泵基礎與墻壁的凈距 B1≥3000,取B1=3000㎜ ③A1:泵凸出部分到墻壁的凈距 A1=最大設備寬度+0.5m=

21、1250+1000=2250㎜取2700㎜ ④C1:電機凸出部分與配電設備的凈距 C1=電機軸長+0.5m。所以C1=1860+500=2360㎜但是,低壓配電設備應C1≥1.5m; 高壓配電設備應C1≥2m,C1取2360㎜應該是滿足的。 ⑤E1:泵基礎之間的凈E1值與C1要求相同,即E1=C1=2360㎜ ⑥B:管與管之間的凈距 B≥0.7m ⑦F:管外壁與機組突出部分的距離 對于功率大于50KW的電機，F(xiàn)要求大于1000㎜，取F=1225㎜ ⑧A2:泵及電機突出部分長度 A2=200～250㎜ ⑨D1:壓水管路管徑 D1=450㎜ ⑩L:機組

22、基礎長度 L=3200㎜ 所以，可得R=B1+F+D1+L+E1=3000+225+1225+3200+1350=9000㎜ <六>水泵房安裝高度 (1) 水泵安裝高度 Hss=－Hsv－∑hs－h(huán)va 式中 Hss——安裝高度,泵軸至最低水位的幾何高度； Pa—— 水面上的絕對大氣壓； Hsv——水泵的氣蝕余量； ∑hs——吸水管路總水頭損失；

23、 hva——實際水溫下的飽和蒸汽壓力。 500S59A: Hss=－6－0.51－0.43=3.16 m 吸水間最低水位=24.60-280×4.25‰=23.41 m 泵軸標高=吸水間最低水位+Hss=23.41+3.26=26.67m （2）泵房中各標高確定 ①泵房內(nèi)底地面標高=泵軸標高－h(huán)1－0.4 =26.67－1.3－0.4 =24.97m（0.4為基礎突出地面高） ②水泵基礎頂標高=泵軸

24、標高+H1=26.67+0.5=27.17m ③水泵基礎底標高=26.67－0.8=25.87m ④電機基礎頂標高=27.17+1.2=28.37m ⑤水泵進水口中心標高=泵軸標高－ H2=26.67－0.37=26.30m ⑥水泵出水口中心標高=泵軸標高- H4 =26.67－0.47=26.20m ⑦地下部分筒體高度=室外地面高度－泵房內(nèi)底標高 =34.60-24.97=9.63 m 泵房筒體高度=操作平臺標高－泵房內(nèi)底標高

25、 =（洪水位標高+1m浪高）－泵房內(nèi)底標高 =（38.00+1）-24.97 =14.03m ⑧泵房上層建筑高度 根據(jù)起吊高度和采光，通風要求，從操作平臺到房頂樓板間距離設計為 操作平臺標高=洪水位標高+1m浪高 =38.00+1=39.00m ⑨泵房頂標高=操作平臺標高+泵房地上部分高度 =39.00+5.8=44.80m ⑩總的筒體高度=泵房頂標高－泵房內(nèi)底

26、標高 =44.80－24.97=19.83m <七> 吸水管與壓水管的水損計算中心 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算線路圖 ①吸水管路中水頭損失∑h s: ∑h s=∑h fs+∑h ls 1、吸水管路沿程水頭損失: ∑h fs=l1×is=3.56‰×6.870=0.024m 2、局部水頭損失: ∑h ls=(ζ1+ζ2) + ζ3 式中 ζ1———吸水管進口局部阻力系數(shù)，ζ1=0.075 ζ2 ———DN600×8鋼管閘閥局部阻力系數(shù)，按開啟度=0.125考慮，

27、ζ2=0.45；1.905 ζ3 ———偏心漸縮管DN700×500 ,ζ3=0.80 則 ∑h ls=（0.75+0.45）×+0.2×=1.934m 所以吸水管路總水頭損失為:∑h s=∑h fs+∑h ls=1.934+0.024=1.96m ②壓水管路水頭損失∑h d: ∑h d=∑h fd+∑h ld 1、壓水管路沿程水頭損失: ∑h fd=il=0.0039×4+0.00323×10+0.00843×5=0.08m 2、局部水頭損失: ∑h ld=（ζ1+ζ2+ζ3+ζ4+ζ5+ζ6+ζ7）·

28、式中 ζ1———止回閥局部阻力系數(shù):0.41； ζ2———手動閘閥局部阻力系數(shù):0.06； ζ3———壓水管上的電動閘閥局部阻力系數(shù):0.06； ζ4———同心漸擴管局部阻力系數(shù):0.21 ζ5———連接三通的同心漸擴管局部阻力系數(shù):0.31； ζ6———出水管上的電動機閘閥局部阻力系數(shù):0.06; ζ7———三通局部阻力系數(shù):1.02； v2———壓水管的流速:1.81m/s。 ∑h ld=（0.41+0.06×3+0.21+0.31+1.02）×=0.63m 所以壓水管路總水頭損失為∑h d=∑h fd+∑h ld=0.08+0.63=0.71m 則泵站內(nèi)水

29、頭損失:∑h=∑s+∑d=1.96+0.71=2.67m，符合假設的實際水頭損失。 <七>輔助設備設計 (1)引水設備 選用真空泵作為引水設備，其特點是水泵引水快，運行可靠，易于實現(xiàn)自動化控制，真空泵的排氣量計算： Qv= 式中 Qv———真空泵排氣量，單位為m3/min; Wp———泵站內(nèi)最大一臺水泵泵殼內(nèi)的空氣容積，相當于泵吸入口到出水閘閥 的距離乘以吸入口面積，單位為m3; k———漏氣系數(shù)，取k=1.05; Ws——— 吸水井最低水位算起到吸水管中空氣容積，單位

30、為m3; Ha——— 大氣壓的水柱高度，取10.33m; Hss——— 離心泵安裝高度，單位為m; T——— 水泵充水時間，取5 min。 500S59A型水泵的各部分參數(shù)： Wp=×0.72×10=3.85㎡ Ws=×0.52×(0.6+1.18+0.267)=0.40㎡ 則 Qv= =1.27 m3/min 最大真空值： Hsmax=Hss×73.6=3.206×73.6=235.96㎜Hg 因此選擇2臺S

31、Z—2型水環(huán)真空泵（一臺備用），其性能如下： 抽氣量1.36 m3/min,極限真空度-88.5Kpa,耗水量10 L/min，重量W=140kg,配套電機:Y112M-4，功率4Kw，轉(zhuǎn)速n=1450 r/min. 6—9 SZ-2型真空泵外形尺寸（帶底座）：（單位：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 基礎尺寸： 基礎長度=809+（150～200）=809+200=100

32、9，取1000㎜ 基礎寬度=445+155=600㎜ 基礎高=82+（150～200）=82+200=282㎜，取300㎜ (2)起重設備的選擇 ①選型 由前面設計可知，最大設備的重量為Y400–54–6型電動機，其重量為3000㎏，泵房寬18000㎜,據(jù)此選用LDT3.2S–型電動雙梁式起重機，最大起重量為3200㎏，配電葫蘆型號為AS416–162/1，配UE小車，起升速度8m/min工字鋼630㎜。 其安裝尺寸: W=2500㎜, E=476㎜, H=687㎜, L1=1131㎜, L2=1790㎜, b1=1125㎜ ① 泵房高度確定 泵房

33、高度: H1=a+c+d+e+h 式中 a———雙軌吊車高度，0.687m； c———行車軌道底至起重機鉤中心的距離，1.125m； d———起重繩的垂直長度（電動機1.2x，x為起重機部件長度，1.86m）； e———電機高度，1.2m； h———起吊物與平臺距離，取0.5m。 則泵房地上部分高度H1=0.687+1.125+1.86×2+1.2+0.5=5.744m,為了安全起見取5.8m 所以泵房總高度=17.94+5.8=23.74m (3)排水設備 由于泵房較深，故

34、采用電動泵排水。沿泵房內(nèi)壁設排水溝，將水匯集到集水坑內(nèi)，然后用泵抽回到吸水間去。 取水泵房的排水量一般按20～40 m3/h考慮，排水泵的靜揚程按17.5m計，水頭損失大約5m，故總揚程在17.5+5=22.5m左右，可選用IS65–50–160A型離心泵（Q=15～28m3/h, H=27～22m, N=3kW, n=2900 r/min）兩臺，一臺工作一臺備用，配套電機為Y100L–2。 (4)通風設備 由于與泵配套的電機為水冷式，無需專用通風設備進行空–––––空冷卻，但由于泵房筒體較深，仍選用風機進行換氣通風。選用兩臺T35–11型軸流風機（葉輪直徑700㎜，轉(zhuǎn)速960 r/min，葉片角度15°，風量10127m3/h，風壓90Pa，配套電機YSF–8026, N=0.37 kW）。 (5)計量設備 由于在凈化場的送水泵站內(nèi)安裝電磁流量計統(tǒng)一計量，故本泵站內(nèi)不再設計量設備。