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泵与泵站工艺设计提升泵房

四川理工学院

课程设计说明书

课程设计名称:

《泵站工艺设计》

姓名:

系别：

建筑工程系

专业：

2011级给水排水工程

学号：

指导教师：

完成任务日期：

2013年3月2日

四川理工学院

建筑工程学院课程设计任务书

1．前言…………………………………………………………………………1

1.1设计题目……………………………………………………………………………1

1.2设计任务……………………………………………………………………………1

2.设计计算说明………………………………………………………………2

2.1水泵设计流量及扬程………………………………………………………………2

2.2水泵的选择…………………………………………………………………………3

2.3泵站类型的选择及基础设计………………………………………………………4

2.4吸、压水管的设计…………………………………………………………………6

2.5吸压水管路的布置…………………………………………………………………7

2.6泵总扬程的校核……………………………………………………………………9

2.7集水池尺寸的确定…………………………………………………………………10

2.8格栅的确定…………………………………………………………………………10

2.9辅助设备选择与布置………………………………………………………………12

2.10泵站各部分的标高确定…………………………………………………………14

2.11泵站平面尺寸的确定………………………………………………………………14

2.12参考文献…………………………………………………………………………15

2.13图纸目录…………………………………………………………………………15

1.前言

设计题目：

《某污水提升泵站工艺设计》3

专业：

给排水工程班级：

2011学号：

11101050117

学生：

吴波指导教师：

董建威

接受任务时间:

2012.11.23

教研室主任:

（签名）　　

1．课程设计的主要内容及基本要求

一.课程设计内容：

（A）项目简介

根据有关部门批准的建设任务书，拟在某镇修建污水管网工程，由于地势原因，污水需在进入污水厂之前设置污水提升泵站一座，根据本集镇可行性研究报告，泵站提升高度为20米，规模3万吨/日，试进行污水泵房工艺设计。

（B）设计资料

建筑给水排水设计规范

建筑防火设计规范

水泵及水泵站设计规范

自动喷水灭火设计规范

电气设计规范

（C）设计内容

要求完成课程设计指导教师提供的课程设计任务书中污水泵站涉及给排水专业的施工图设计所需的全部内容，并提供其它相关专业相应的条件图等。

二.设计要求

设计结束时，要求提交如下设计成果：

（一）所有图纸均采用A3工程图，且不少于4张，并采用计算机出图；并对所需设备等参数进行相关计算，形成计算书，并装订成册。

要求说明书内容完整、条理分明、计算参数选择合理、计算正确。

要求图纸内容能完整、正确地表达设计的内容，制图符合给水排水工程制图标准，给水排水管线与建筑线分明，图面整洁。

（二）提供纸质成果一式两份（按四川理工学院课程设计（论文）规范编撰）；同时，提供电子文件一份（通过电子邮件发给课程设计指导教师）。

三.其他要求

1、未注明事项，严格按四川理工学院课程设计（论文）管理要求完成，并注意图纸、论文题目名称要与课程设计（论文）任务书的设计（论文）题目一致。

2、课程设计任务书纸质文件最迟在提交课程设计成果前到指导教师处领取，并按要求装入课程设计论文中。

2.设计计算说明

2.1泵站的设计流量及设计扬程

2.1.1设计流量：

污水泵站的设计流量按最高日最高时的污水流量计算.有设计任务可知规模为3万吨每天，则设计流量的计算如下：

利用经验公式

求得污水总量变化系数：

，所以得到设计流量:

。

2.1.2设计扬程的估算：

根据《水泵及水泵站》中的内容，供水扬程可用如下公式计算：

式中H――总扬程，mH2O；

hST――水泵静扬程，mH2O；

∑h——总损失，包括局部水头损失、管路损失和泵站损失；

h安全——安全水头，本设计取为2mH2O。

根据设计流量

，根据压水干管管路的流水范围不小于1.5m/s，钢管与铸铁管水力计算可知选用：

DN350-V2.52-1000i16.8。

由已知压水干管管长为20m，DN350铸铁管管的比阻A=0.4529m5/s2修正系数K=1.由《建筑给排水规范》局部损失按沿程损失的30%来计算，则：

，取安全水头为2m，则初步估算设计扬程

=20+2.86+2=24.86m

2.2水泵的选择

2.2.1选泵的主要依据

选泵的主要依据是所需的流量、扬程及其变化规律。

2.2.2选泵要点

1）大小兼顾，调配灵活，合理使用水泵的高效段；

2）型号整齐，互为备用；

3）考虑泵站的发展，实行近期和远期建设相结合；

4）大中型泵站需作方案比较；

5）合理选择水泵的构造形式；

6）保证吸水条件，照顾基础平齐，减少泵站埋深；

7）大小兼顾，合理调配的原则下，尽量选大泵；

8）考虑必要的备用泵；

9）选泵后应进行校核；

10）因地制宜，尽量选用当地成批生产的水泵型号。

2.2.3选泵的基本原则

1）选泵首先要满足最高时供水工况的流量和扬程要求；在平均流量时，水泵应在高效段运行；在最高与最低流量时，水泵应能安全、稳定运行。

所选水泵特性曲线的高效区尽量平缓，以适应各种工况的流量和扬程要求。

对于特殊的工况，必要时可另设专用水泵来满足其要求（例如不设专用消防管道的高压消防制系统，为满足消防时的压力一般可另设消防专用泵），本设计不设消防专用泵。

2）尽可能选用同型号水泵，互为备用；或扬程相近、流量大小搭配的泵。

3）水泵选择必须考虑节约能源，除了选用高效率泵外，还可考虑运行工况的调节；应考虑近远期结合，一般可考虑远期增加水泵台数或换装大泵。

对于埋深较大的水源泵房，远期可采用更换水泵的方式，减少泵房面积。

4）应在保证水泵的正常吸水条件，在不发生气蚀的前提下，尽可能选用允许吸上真空度值大或必需汽蚀余量值小的泵，应充分利用水泵的允许吸上真空高度，以提高水泵安装高度，减少泵房埋深，降低造价。

同时应避免泵站内各泵安装高度相差太大，致使各泵的基础埋深参差不齐或整个泵站埋深增加。

5）水泵的构造形式对泵房的大小、结构形式和泵房内部布置、泵站造价等有影响，因此要合理选择水泵的构造形式。

6）选泵时应尽量结合地区条件优先选择当地制造的成系列生产的、比较定型的和性能良好的产品。

2.2.4水泵的选择

根据设计流量和扬程要求，本次设计选用的是200WLI600-25型的水泵，采用三用一备的方案布置。

表2-1水泵的设计参数

200WLI600-25

流量m3/h

扬程m

转速r/min

轴功率kw

电动机功率kw

效率

汽蚀余量m

重量kg

参数

600

980

55.1

74%

4.3

1200

2.3泵站类型的选择及基础设计

2.3.1基础设计要求

根据《给排水手册》第三册：

基础的作用是支撑并固定机组，使它运行平稳，不致发生剧烈振动，更不允许基础沉陷。

因此，对基础的要求是：

①坚实牢固，除能承受机组的静荷载外，还能承受机械震动荷载；

②要浇制在较坚实的地基上，不易浇制在松软地基或新填土上，以免发生基础下沉或不均匀沉陷。

基础尺寸可采用以下计算公式计算：

基础长度L=底座长度（L1）+15~20cm

基础宽度B=底部螺孔间距（在宽度方向上）+15~20cm

基础高度H=底部地脚螺栓长度+15~20cm

螺栓埋入深度＝20~30×螺栓直径＋30~50mm

2.3.2基础设计计算

根据选泵的尺寸可知：

水泵基础长度：

L=1100+200=1300mm，水泵基础宽度：

B=750+200=950mm，水泵基础高度：

H=20×40+40+200=1040mm。

基础采用混凝土浇筑，混凝土的容重比经查可知为2600kg/m3

基础的校核：

M基础=ρ×L×B×H=2600×1.3×0.95×1.04

=3340kg>M水泵=1200kg

满足设计要求

2.3.3最大安装高度的计算

相关的计算公式如下：

式中

――修正后采用的允许吸上真空高度（m）；

――水泵厂给定的允许吸上真空高度（m）；

――安装地点的大气压（即

），mH2O，

海拔高度与大气压（

）关系见表2-2；

－－实际水温下的饱和蒸汽压力，mH2O，

水温与饱和蒸汽压力（

）的关系见表2-3。

表2-2海拔高度与大气压的关系

海拔（m）

-600

100

200

300

400

500

600

700

大气压

（mH2O）

11.3

10.33

10.2

10.1

10.0

9.8

9.7

9.6

9.5

海拔（m）

800

900

1000

1500

2000

3000

4000

5000

大气压

（mH2O）

9.4

9.3

9.2

8.6

8.4

7.3

6.3

5.5

表2-3水温与饱和蒸汽压力（

）

水温℃

100

饱和蒸汽压（mH2O）

0.06

0.09

0.12

0.24

0.43

0.75

1.25

2.02

3.17

4.82

7.14

10.33

式中

――最大安装高度（m）；

――修正后采用的允许吸上真空高度（m）；

――吸水管从喇叭口到泵进水口的水头损失（m）。

取经验值

=0.5m所以最大安装高度

2.4吸、压水管的设计

2.4.1吸水管的确定

吸水管路有三条，故单泵设计供水流量Q单泵=0.164m3/s

表2-4吸水管路的设计流速

管径

流速

1m/s～1.2m/s

1.2m/s～1.6m/s

假设取v=1.4m/s根据管路流速计算公式：

可算出吸水管直径

故可取吸水管直径为400mm。

2.4.2压水管的确定

表2-5压水管路的设计流速

管径

流速

1.5m/s～2.0m/s

2.0m/s～2.5m/s

假设取v=2.5m/s根据管路流速计算：

可算出压水管直径

故可取压水管直径为300mm。

2.4.3管道尺寸的汇总

表2-6管道设计参数汇总表

管道种类

管径（mm）

流量（m3/s）

流速（m/s）

吸水管道

400

0.493

1.4

压水管道

300

0.493

2.5

2.5吸压水管路的布置

2.5.1吸压水管路的布置要求

根据《水泵与水泵站》相关记载：

吸水管路布置要求：

不漏气：

吸水管路是不允许漏气的，否则会使泵的工作发生严重故障。

不积气：

为了使泵能及时排走吸水管内的空气，吸水管应有沿水流方向连续上升的坡度i，一般大于0.005，以免形成气囊，影响过水能力，严重时会破坏真空吸水。

为了避免产生气囊，应使沿吸水管线的最高点在泵吸入口的顶端。

不吸气：

吸水管进口在最低水位下的淹没深度h不应小于0.5～1.0m。

不吸入池底沉渣，并且有良好的水力条件；注意底阀的设置；设计流速的限制。

压水管路布置要求：

承压要求；避免管路应力传至水泵，设置伸缩节和橡胶接头；注意止回阀的设置；注意设计流速的要求。

吸压水管路在泵房内的布置原则：

安全性；节能；考虑泵房的形状面积的影响。

2.5.2吸水管路的布置

根据《给水排水设计手册》和《水泵与水泵站》：

（1）每台水泵宜设置单独的吸水管直接向吸水井或清水池中吸水。

（2）吸水管路应尽可能短，减少配件，一般采用钢管或铸铁管，并应该注意避免接口漏气。

吸水管路是不允许漏气的，否则会使水泵的工作发生严重故障。

由于本设计为污水，钢管易被腐蚀，故吸水管路采用铸铁管。

（3）为了使水泵能及时排走吸水管路内的空气，吸水管应有沿水流方向，即向水泵连续上升的坡度（i

0.005），以免形成气囊。

并应该防止由于施工允许误差，和泵房与管道的不均匀沉降而引起吸水管的倒坡，必要时采用较大的上升坡度。

（4）如水泵位于最高检修水位以上，吸水管可以不装阀门；反之，吸水管上应该安装阀门，以便使水泵检修，阀门一般采取手动。

（5）水泵吸入端的渐缩管必须采用偏心渐缩管，保持渐缩管的上边水平，以防止在吸水管道的某段（或某处）上出现积气，形成气囊，影响过水能力。

（6）为了避免吸水井（池）水面产生漩涡使水泵吸水时吸入空气，水泵进口在最低水位下的淹没深度h不应小于0.5~1.0m，如图2-1所示。

若淹没深度不能满足要求时，则应在管子末端装置水平隔板。

（7）为了防止水泵吸入井底的沉渣，并使水泵工作时有良好的水力条件，应遵循以下规定：

①吸水管的进口高于井底不小于0.8D，如图2-1所示。

D为吸水管喇叭口（或底阀）扩大部分的直径，取D为吸水管直径的1.3~1.5倍。

②吸水管喇叭口边缘距离井壁不小于（0.75~1.0）D。

③在同一井中安装有几根吸水管时，吸水喇叭口之间的距离不小于（1.5~2.0）D。

④当水泵采用抽气设备充水或能自灌充水时，为了减少吸水管进口处的水头损失，吸水管进口采用喇叭口形式。

如水中有较大悬游杂质时，喇叭口外面还需加设滤网，以防止水中杂质进入水泵。

图2-1吸水管在吸水井中的位置示意图

2.5.3压水管路的布置

根据《给水排水设计手册》和《水泵与水泵站》：

（1）出水管上应该设置阀门，一般出水管管径

300mm时，采用电动阀门。

（2）水泵的启、停泵程序以及防止水锤措施应根据泵房地形，出水管敷设高差，线路长短，水泵的工作压力及工作条件进行水锤计算后确定。

（3）较大直径的转换阀门，止回阀及横跨管等宜设在泵房外的阀门室内。

对于较深的地下式泵房、为了避免止回阀等裂管事故和减少泵房布置面积，更宜将闸阀转移到室内。

（4）对于出水输水管线较长，直径较大时，为了尽快排出水管内空气，可考虑在泵后出水管上安装泄气阀。

（5）泵站内的压水管路经常承受高压（尤其当发生水锤时），所以要求坚固而不漏水，因此本设计采用钢管，并尽量采用焊接接口，但为了便于拆装和检修，在适当的地点设法兰接口。

（6）考虑供水安全性，在布置压水管路时，必须满足：

①能使任何一台水泵及闸阀停用检修而不影响其他水泵的工作；

②每台水泵能输水至任何一条输水管。

2.6泵总扬程的校核

2.6.1流速的确定

吸压水管路的流速，由上可知v吸=1.31m/s、v压=2.32m/s，喇叭口管径的确定及流速的计算，按照《水泵设计规范要求》，吸水管喇叭口管径D

1.5D进水，

所以喇叭口的直径D=600mm，根据管路流速计算公式：

。

2.6.2吸水管路水头损失的计算

（1）沿程水头损失的计算：

吸水管管径400mm，查《给水排水设计手册》第一册，铸铁管的比阻A=0.2232m5/s2,对于流速大于1.2m/s的铸铁管的修正系数k1=1，取吸水管管长6m.根据管路沿程水头损失的计算公式：

hf1=Ak1LQ2=0.2232×1×6×0.1642=0.03m

（2）局部水头损失的计算：

对于喇叭口D=500m,v喇=0.836m/s的阻力系数为ζ1=0.2，90°弯头的局部阻力系数为ζ2=0.67，对夹式蜗杆传动蝶阀的局部阻力系数为ζ3=0.15，通过前面的计算可以知道吸水管流速v吸=1.31m/s，所以根据局部水头损失计算公式可得:

。

综上所述，吸水管的总水头损失h1=0.03+0.20=0.23m

2.6.3压水管路水头损失的计算

（1）沿程水头损失的计算：

已知压水管的管径为300mm,查《给水排水手册手册》第一册，可知管径300mm的铸铁管的比阻A=1.025m5/s2,对于流速大于1.2m/s的铸铁管的修正系数k1=1，压水管长17m.根据管路沿程水头损失的计算公式：

hf2=Ak1LQ2=1.025×1×17×0.1642=0.46m。

（2）局部水头损失的计算:

弯头的局部阻力系数ζ1=0.67止回阀的局部阻力系数ζ2=3.5，对夹式蜗杆传动蝶阀的局部阻力系数为ζ3=0.15，根据局部水头损失计算公式:

。

综上所述，压水管的总水头损失为:

h2=0.46+1.10=1.56m,总的水头损失∑h=h1+h2=0.23+1.56=1.79m,总的扬程H=HST+∑h=20+1.79+2=23.79m。

2.7集水池尺寸的确定

集水池容积及标高的计算:

根据工作泵组停车时启动备用机组所需的时间来计算，一般可采用不小于泵站中一台泵5min的出水量。

即：

V=0.164m3/s×5×60=49.8m3,设集水池有效深2m,则集水池的底面积

所以集水池的长度可取L=10m，宽度B=2.5m，高度h=2.5m。

2.8格栅的确定

2.8.1确定栅前水深

根据最优水力断面公式

，

污水在栅前的流速一般控制在0.4—0.8m/s,V1=0.8m/s，所以栅前槽宽

，取布置角度

=600，则:

。

2.8.2确定栅条的间隙条数n

有公式:

式中Qmax——最大设计流量，m3/s；

——格栅倾角，度，取

=600；

h——栅前水深，m，取h=0.4m；

b——栅条间隙，m，取b=0.02m；

n——栅条间隙数，个；

v——过栅流速，m/s，取v=1.0m/s。

格栅设两组，按两组同时工作设计，一格停用，一格工作校核，则:

。

2.8.3确定栅槽宽度

栅槽宽度一般比格栅宽0.2-0.3米，取0.2米。

设栅条宽度S=10mm，则栅槽宽度：

。

2.8.4进水渠道渐宽部分长度:

2.8.5栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度:

。

2.8.6格栅的水头损失

根据公式：

，

式中

——过栅水头损失，m；

——计算水头损失，m；

g——重力加速度，9.8

；

k——系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大的倍数，一般采用k=3；

——阻力系数，与栅条断面形状有关，

，当为矩形断面时，

=2.42。

则：

。

2.8.7栅后槽总高度

取栅前渠道超高

，栅前高度H1=h+h2=0.56+0.3=0.86m。

则栅后槽总高度：

。

2.8.8格栅槽总长度:

=2.22m。

2.8.9确定每日栅渣量

其计算公式

式中

——每日栅渣量

；

——栅渣量（

污水）取0.1-0.01，粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值；

——生活污水流量总变化系数。

故每日栅渣量

，

所以宜采用机械格栅清渣。

2.9辅助设备的选择与布置

2.9.1计量设备：

为了有效地调度泵站的工作，并进行经济核算，泵站内必须设置计量设施。

本设计采用LWCB型插入式涡轮流量计（DN400）。

该流量计具有水头损失小、节能、易于远传、显示以及可不断流即可在管道上安装和拆卸等优点，因此可以将其直接安装在管道中，而无须安装旁通管道。

2.9.2水环式真空充水泵：

为保证工作可靠，一般设置两套机组，一台使用，一台备用。

真空泵用于离心泵引水时，选泵依据主要根据泵和吸水管所需的抽气量和振动值的大小而定。

抽气量按下式计算：

Qv—真空泵抽气量（m³/min），K—漏气系数，取1.05；

—泵站内最大泵泵壳容积，相当于泵吸水口面积乘以水泵进口至泵出口压水管第一个阀门距离，此处距离取1m，

—吸水管内容积；

T—引水时间，取5min，Vp=1×3.14×0.32=0.283m3

表2-7不同管径每米管长空气容积

D（mm）

200

250

300

350

400

V（

）

0.031

0.071

0.092

0.096

0.12

Vs=6×0.12=0.72m3，带入公式可得：

再根据

，

Ha-当地大气压，一般取10mH2O。

则Hss=7.03m，最大真空值：

，查《给水排水设计手册》可选用SZ-4J的水环式真空泵，电动机Y315S-18。

2.9.3排水设备：

泵房为地下式干室型，泵房压水管路一侧设置排水槽，尺寸为：

10000mm×200mm×50mm,泵房地板坡度为0.1%向排水槽倾斜，汇集到集水处由排水泵抽出。

2.9.4通风设备：

由于泵房为地下式，所以需要专用的通风设备进行冷却，选用轴流通风机进行通风换气。

30K4－11型轴流通风机属低压通风机，具有结构简单、噪音较小等优点，适用于厂房、仓库、办公室等。

本次设计选用2台30K4－11型轴流通风机，根据泵房窗户尺寸选用其中的8号风机，其性能表如下：

表2-8风机性能

风机型号

叶轮直径

（mm）

叶片数

转数

（r/min）

叶片角度

风量

（

）

空气效率（%）

理论

功率（kw）

电机

型号

电机功率

（kw）

800

1450

27400

5.0

JO－51

5.5

2.9.5起吊设备：

根据水泵和所配电动机的重量分别为1200kg、990kg，因此最大起重为：

1200kg+990kg=2190kg，最大起吊高度为：

20-3+1.937=18.937m，则选用起重量为3t，高度为24m的CD13-24D,自重为405kg。

2.10泵站各部分的标高确定

以地面为基准，则地面标高为±0.000m，出水管轴线标高为-8.400m，机房基础标高为-9.300m，水泵基础标高为-8.800m，集水池顶标高为-9.700m，集水池底标高为-12.200m，集水池最低水位标高为-11.400m，栅槽底标高为-10.580m，引水管轴线的标高为-9.860m，楼梯平台标高为-7.200m，集水池上面的地面部分房屋的房梁标高为+3.000m，机房上的地面部分的房屋各部位的标高分别为+1.300m、+2.800m、+4.320m、+5.820m、+8.130m，起重设备的标高为+6.750m。

根据各个因素的考虑情况，可取泵站的总高度为21m。

2.11泵站平面尺寸的确定

2.11.1泵房布置一般要求

根据《水泵及水泵站》可知：

1.相邻主机组之间的净距不小于1.0～2.0m，采用高压电动机时应取大值,取2m。

2.主机组与辅助设备之间，主机组与墙距均不应小于0.7m,取1m.

3.管件、阀件接头与墙距不小于0.3～0.5,取0.5m.

4.辅助设备距墙不小于0.5m，取1m.

5.贯穿泵房的主交通道

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