水泵与水泵站课程设计计算说明书.docx

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水泵与水泵站课程设计计算说明书

《水泵与水泵站》

课程设计说明与计算说明书

学院：

水利电力学院

专业班级：

农业水利水电工程2010级

***************************************

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学号：

**********

日期：

2013年12月10日

绪论………………………………………………………………………2

《水泵与水泵站》课程设计说明书……………………………………2

设计原始资料，设计标准概要…………………………………………2

设计流程…………………………………………………………………3

水泵机组的初步选择……………………………………………………4

管道水利计算……………………………………………………………9

泵房设计………………………………………………………………11

工艺高程设计…………………………………………………………14

其他设计………………………………………………………………15

水泵房安装高度………………………………………………………17

参考文献…………………………………………………………………18

设计说明书

一、设计原始资料，设计概要，设计标准

1、设计资料

（一）工程概括

市因发展需要，原有的第一水厂已不能满足居民的用水要求，因此，规划设计日产水能力为9.5万m3的第二水厂，给水管线设计已经完成，现需设计该水厂取水泵房。

（二）设计资料

市新建第二水厂工程近期设计水量为85000m3/d，要求远期发展到95000m3/d，采用固定取水泵房用两条直径为800mm的自流管从江中取水。

水源洪水位标高为38.00m，枯水位标高为24.60m。

净水构筑物前配水井的水面标高为57.20m，自流取水管全长280m，泵站到净化场的输水干管全长1500m。

自用水系数α=1.05~1.1，取水头部到泵房吸水间的全部水头损失为10kPa，泵房底板高度取1~1.5m。

2、设计概要

取水泵站在水厂中也称一级泵站.在地面水水源中,取水泵站一般由吸水井、泵房及闸阀井三部分组成。

取水泵站由于它靠江临水的确良特点，所以河道的水文、水运、地质以及航道的变化等都会影响到取水泵上本身的埋深、结构形式以及工程造价等。

其从水源中吸进所需处理的水量,经泵站输送到水处理工艺流程进行净化处理。

本次课程设计仅以取水泵房为例进行设计，设计中通过粗估流量以及扬程的方法粗略的选取水泵；作水泵并联工况点判断各水泵是否在各自的高效段工作，以此来评估经济合理性以及各泵的利用情况。

取水泵房布置采用圆形钢筋混凝土结构，以此节约用地，根据布置原则确定各尺寸间距及长度，选取吸水管路和压水管路的管路配件，各辅助设备之后，绘制得取水泵站平面图及取水泵站立体剖面图各一张。

设计取水泵房时，在土建结构方面应考虑到河岸的稳定性，在泵房的抗浮、抗裂、抗倾覆、防滑波等方面均应有周详的计算。

在施工过程中，应考虑到争取在河道枯水位时施工，要抢季节，要有比较周全的施工组织计划。

在泵房投产后，在运行管理方面必须很好地使用通风、采光、起重、排水以及水锤防护等设施。

此外，取水泵站由于其扩建比较困难，所以在新建给水工程时，可以采取近远期结合，对于本例中，对于机组的基础、吸压水管的穿插嵌管，以及电气容量等我们应该考虑到远期扩建的可能性，所以用远期的容量及扬程计算。

对于机组的配置，我们可以暂时只布置三台500S59A型水泵（一台备用，两台工作），远期需要扩建时，再增加一台同型号的水泵。

3、设计标准

1.贯彻执行国家有关环境保护的政策，按照国家颁布的有关法规，规范及标准设计

2.充分利用已有的工程条件，使新建部分与已有工程紧密衔接。

3.根据设计要求，选用工艺技术先进，处理效果好，操作管理简单，运行稳定可靠，占地面积少，工程投资省和运行费用低的方案。

4.选用性能可靠，效果好，能耗低的国内先进设备。

5.设计充分考虑第二次污染的防治，力求噪声低，基本无异味，不影响周围环境。

6.自动化控制程度高，降低劳动强度。

二、设计流程

1、确定设计流量和扬程。

2、近期选择三台500S59A型泵，两台工作一台备用，单泵工况点为（1980，44.5），满足近期工况的要求。

远期增加一台500S59A型泵，三台工作一台备用。

远期三台水泵并联时单泵工况点为（1860,50.06）,此时三台泵均工作在高效段工作。

3、设计机组的基础。

4、根据流量计算水泵吸水管和压水管的直径。

采用DN450×6钢管，则V=2.34m/s，i=16.2‰

5、根据当地的地形，流量以及水泵特点，布置机组和管道。

详细布图以及尺寸见图。

6、精选水泵和电动机。

计算出吸水管和泵站范围内压水管中的水头损失，然后求出泵站的扬程。

发现初选的水泵合适。

7、确定泵房建筑高度。

泵房和建筑高度，取决于泵的安装高度以及起重设备的型号。

8、初步规划泵站总平面。

机组的平面布置确定以后，泵房（机器间）的最小长度L也就确定，配件的型号、大小尺寸，按规定将水泵机组的基础和吸水，压水管道上的管配件、闸阀、止加阀等画在册一张图上，逐一标出尺寸，集资相加，就可以得机组间的最小宽度。

L确定后，再考虑到维修场地等因素，便可最后确定泵站机器间的平面尺寸大小。

泵站的总两面布置包括变压器室、配电室、机器间、值班室等单元。

总现面的布置的原则：

运行管理安全可靠，检修及运输方便，经济合理，并且考虑到有发展余地。

配电室内高有各种受配电柜，因此应便于电源进线，且应紧靠机给，以节省电线，便于操作。

配电室与机器间应能通视，否则，应分别安装登记表及按钮（切断装置），以便当发生故障时，在两个房间内，均能及时切断主电路。

值班室与机器间及配电室应相通，而且一定要靠近机器间，且能很好的通视。

修理间的布置应便于重物（如设备）的内部吊动及向外运输，因此，往往在修理间的外墙上开有大门。

三、水泵机组的初步选择

（1）管道特性曲线的绘制

管道特性曲线的方程为

H=HST+

=HST+SQ2

式中HST——最高时水泵的净扬程，m;

———水头损失总数，m;

S——沿程摩阻与局部阻力之和的系数；

Q——最高时水泵流量，m3/s

HST=33.60m,把Q=4156.25m3/h,H=44.41m,代入上式得:

S=8.10

所以管路特性曲线即为:

H=HST+8.10Q2=33.60+8.10Q2

可由此方程绘制出管路特性曲线,见图1

表1管路特性曲线Q-H关系表

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

37.50

39.83

44.41

44.70

（2）水泵选择

选泵的主要依据：

流量、扬程以及其变化规律

①大小兼顾，调配灵活

②型号整齐，互为备用

③合理地用尽各水泵的高效段

④要近远期相结合。

“小泵大基础”

⑤大中型泵站需作选泵方案比较。

根据上述选泵要点以及离心泵性能曲线型谱图（图2）和选泵参考书综合考虑初步拟定以下：

近期选择三台500S59A型泵，两台工作一台备用，单泵工况点为（1980，44.5），满足近期工况的要求。

远期增加一台500S59A型泵，三台工作一台备用。

远期三台水泵并联时单泵工况点为（1860,50.06）,此时三台泵均工作在高效段工作。

图1水泵并联工况点的求解图

500S59A型泵基本参数

品牌/型号：

中沃/500S59A20SH-9A

性能：

耐磨

泵轴位置：

卧式

叶轮结构：

敞开式叶轮

叶轮吸入方式：

双吸式

流量：

1404-1908-2268（m3/h）

叶轮数目：

1

扬程：

58-50-42（m）

汽蚀余量：

4（m）

轴功率：

300-347-360（kW）

吸入口径：

1（mm）

排出口径：

1（mm）

结构原理：

中开泵

材质：

铸铁

用途：

双吸泵

图2离心泵性能曲线图

（3）水泵参数

500S59A型单能双吸式离心式水泵性能参数如下：

流量Q=1500～2170m3/s，扬程H=57～39m，转数n=970r/min,泵轴额定功率：

N=333kW，电动机型号为Y400-54-6型异步电动机，配电机功率为400kw，效率为72%～74%，气蚀余量：

Hs=6m

表2500S59A型水泵外型尺寸（不带底座）（单位：

m）

L

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电机

n—φd

800

1200

2235N

3000N

4—35

表3进口法兰尺寸表4出口法兰尺寸

DN2

D02

D2

n2-d2

350

460

505

16-22

DN1

D01

D1

n1-d1

500

620

670

20-26

500S59A型泵工作曲线图

500S59A型泵安装尺寸

四、管道水力计算

吸水管路的设计

（1）流量Q

Q1=

=1385.52m3/h=0.385m3/s

（2）吸水管路的要求

①不漏气管材及接逢②不积气管路安装

③不吸气吸水管进口位置

④设计流速：

管径小于250㎜时，V取1.0～1.2m/s

管径等于或大于250㎜时，V取1.2～1.6m/s

（3）吸水管路直径

采用DN600×8钢管，则V=1.32m/s，i=3.56‰

（4）吸水管路的管件布置

<1>喇叭口设计

喇叭口扩大直径D≥（1.3～1.5）d=1.4×600=840㎜取800㎜

喇叭口高度4（D-DN）=4×（800-600）=800㎜

喇叭口距墙壁的距离a>（0.75～1.0）D取a=0.9×800=720㎜取700㎜

喇叭口距室底的距离h1≥（0.6～0.8）D=0.75×800=1200㎜

喇叭口之间距离l1≥（1.5～2.0）D=1.5×800=1200㎜

喇叭口淹没深度h2≥（1.0～1.25）D=1.25×800=1200㎜

喇叭口中心线与后墙的距离C=（0.8～1.0）D=0。

9×800=720取700㎜

喇叭口与进水室的距离l≥3D=2400㎜

<2.>手动闸阀采用Z45T—10正齿轮转动暗杆楔式闸阀，其规格为：

500S59A：

DM=700㎜，L=660㎜

〈3〉偏心渐缩管为了防止吸水管积有空气，所以采用偏心渐缩管，查表得：

500S59A：

DN700500，L=600㎜,ζ=0.20

<4>90°弯头

500S59A:

DN600,T=700㎜,ζ=1.06

压水管路的设计

（1）流量Q

Q1=

=1385.52m3/h=0.385m3/s

（2）压水管路要求

①要求坚固而不漏水,通常采用钢管,并尽量焊接口,为便于拆装与检修,在适当地点可高法兰接口。

为了防止不倒流，应在泵压水管路上设置止回阀。

②压水管的设计流速：

管径小于250㎜时，为1.5～2.0m/s

管径等于或大于250㎜时，为2.0～2.5m/s

③压水管的选取

采用DN450×6钢管，则V=2.34m/s，i=16.2‰

（3）、压水管路配件

①止回阀采用HH44－10微阻缓闭式止回阀，其规格为

500S59A：

DN600，L=1180㎜，ζ=0.39

②电动闸阀采用Z945T－10电动暗杆楔式闸阀，其规格为：

500S59A：

DN600,L=600㎜,W=1018kg,ζ=0.06

③手动闸阀设置在水管路上的常开阀门，采用Z45T－25暗杆闸阀，其规格为：

500S59A：

DN600,L=600㎜,W=1540kg,ζ=0.06

④同心渐扩管压水管路上的渐扩管规格如下：

500S59A，DN500600,L=600㎜,ζ=0.11

⑤设在联络管上的渐扩管规格:

DN600800,L=800㎜,ζ=0.34

DN500800,L=800㎜.ζ=0.31

⑥三通管

DN500800,L=1200,ζ=0.78

五、泵房设计

1）基础尺寸确定

机组基础的作用是支撑和固定机组，便其运行不致发生剧烈震动，更不允许产生基础沉陷。

因此对基础的要求如下：

a）坚实牢固，除能承受机组的静荷载外，还能承受机械振动荷载。

b）要浇在较坚实的地基上，不宜浇在松软的地基或新填土上，以免

发生基础下沉或不均匀沉陷。

结合以上要点及所选泵的类型，本次设计选用混凝土块式基础。

由于所选泵均不带底座，所以基础尺寸的确定如下：

基础长：

L=水泵地脚螺钉间距（长度方向）+（400～500）

基础宽：

B=水泵地脚螺钉间距（宽方向）+（400～500）

基础高：

H=（2.5～4.0）×（W水泵+W电机）/（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㎜

电机基础高H0=1700+800-400=2100㎜

2）基础布置

基础布置情况见取水泵站祥图。

泵机组布置原则：

在不妨碍操作和维修的需要下，尽量减少泵房建筑面积的大小，以节约成本。

<1>机组的排列方式

采用机组横向排列方式，这种布置的优点是：

布置紧凑，泵房跨度小，适用于双吸式泵，不仅管路布置简单，且水力条件好。

同时因各机组轴线在同一直线上，便于选择起重设备。

<2>机组与管道布置

本取水泵房采用圆形钢筋混凝土结构，此类泵房平面面积相对较小，可以减少工程造价。

为了尽可能地充分利用泵房内的面积将四台机组交错并列成两排，两台为正常转向，两台为反向转向，在订货时应予以说明。

每台泵有单独的吸水管、压水管引出泵房后两两连接起来。

对于房内机组的配置，我们可以采用近期购买安装三台500S59A型水泵，两台工作，一台备用。

远期需扩建时，再添加一台500S59A型水泵，三台工作，一台备用。

水泵机组采用单排顺列式布置。

水泵机组的布置应保证供水安全可靠，管道布置简短，安装与维护方便，机组排列整齐，起重设备简单，并应留有扩建余地。

采用横向排列布置，便于吸、压管路直进直出布置，减少水力损失，同时也可简化起吊设备。

为了保证泵站机组的工作可靠，运行安全和管理方便，在布置机组时，应按照以下规定：

1.泵房大门口要有足够的面积。

要能容纳最大设备，并由检修操作余地。

一般要求管道外壁与墙面的净距为最大设备的宽度加1米，但不得小于2.0米。

2.净距应按管道配件的安装要求确定。

一般水泵出水侧为泵房操作主通道，因此，不宜小于3.0米。

3.进水侧水泵基础与墙壁的净距也应据管道配件的安装学要确定，但不宜小于1.0米。

4.配电设备与电机之间的净距原则上为电机轴长假0.5米，但距低压配电设备不小于1.5米；距高压配电设备不小于2.5米。

5.水泵基础之间的净距应满足水泵或电机检修要求，对于非中开式水泵一般为水泵轴长（或电机转子长）加0.5米。

如果电机或水泵突出基础，则水泵之间净距表示突出部分的净距。

<3>水泵间平面尺寸的确定

水泵机组采用四台交错并列布置成两排,泵房采用圆形钢筋混凝土结构。

横向排列各个部分尺寸应满足下列要求：

①D1:

进水侧泵与墙壁的净距D1≥1000，取D1=1200㎜

②B1:

出水侧泵基础与墙壁的净距B1≥3000,取B1=3000㎜

③A1:

泵凸出部分到墙壁的净距A1=最大设备宽度+0.5m=1250+1000=2250㎜取2700㎜

④C1:

电机凸出部分与配电设备的净距C1=电机轴长+0.5m。

所以C1=1860+500=2360㎜但是,低压配电设备应C1≥1.5m;高压配电设备应C1≥2m,C1取2360㎜应该是满足的。

⑤E1:

泵基础之间的净E1值与C1要求相同,即E1=C1=2360㎜

⑥B:

管与管之间的净距B≥0.7m

⑦F:

管外壁与机组突出部分的距离对于功率大于50KW的电机，F要求大于1000㎜，取F=1225㎜

⑧A2:

泵及电机突出部分长度A2=200～250㎜

⑨D1:

压水管路管径D1=450㎜

⑩L:

机组基础长度L=3200㎜

所以，可得R=B1+F+

D1+L+

E1=3000+225+1225+3200+1350=9000㎜

六、工艺高程设计

泵轴安装高度

式中HS——吸水管中水头损失；

V12/2g——安装真空表处的水头损失；

Hss——泵轴安装高度；

查得水泵吸水管路阻力系数

0（喇叭口局部阻力系数）；

（90度弯头局部阻力系数）；

（阀门局部阻力系数）；

（偏心减缩管局部阻力系数）；

（三通）；

（同心渐扩管局部阻力系数）；

（同心渐扩管局部阻力系数）；

（偏心减缩管局部阻力系数）。

经计算

，但考虑长期运行后，水泵性能下降和管路阻力增加等，所以取

。

。

泵轴标高＝吸水井最低水位+Hss＝49.39+2.21=51.6m，

基础顶面标高＝泵轴标高-泵轴至基础顶面高度＝51.6-0.62＝50.98m。

泵房地面标高＝基础顶面标高-0.20＝50.98-0.25=0.78m。

七、其他设计

1.引水设备

选用真空泵作为引水设备，其特点是水泵引水快，运行可靠，易于实现自动化控制，真空泵的排气量计算：

Qv=

式中Qv———真空泵排气量，单位为m3/min;

Wp———泵站内最大一台水泵泵壳内的空气容积，相当于泵吸入口到出水闸阀

的距离乘以吸入口面积，单位为m3;

k———漏气系数，取k=1.05;

Ws———吸水井最低水位算起到吸水管中空气容积，单位为m3;

Ha———大气压的水柱高度，取10.33m;

Hss———离心泵安装高度，单位为m;

T———水泵充水时间，取5min。

350S125A型水泵的各部分参数：

Wp=

×0.332×1.21=0.10㎡

Ws=

×0.442×（1.08+1.21）=0.34㎡

则Qv=

=0.12m3/h

最大真空值：

Hsmax=Hss×101000/10.33=2.21×101000/10.33=21607.94pa

因此选择2台SZB—8型水环真空泵（一台备用），其性能如下：

抽气量1.36m3/min,极限真空度-88.5Kpa,耗水量10L/min，重量W=140kg,配套电机:

Y112M-4，功率4Kw，转速n=1450r/min.

6—9SZ-2型真空泵外形尺寸（带底座）：

（单位：

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

基础尺寸：

基础长度=809+（150～200）=809+200=1009，取1000㎜

基础宽度=445+155=600㎜

基础高=82+（150～200）=82+200=282㎜，取300㎜

2、计量设备的选择

 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Y－60Z，测量范围为0.0～1.0MPa。

在吸水管上设真空表，型号为Z－60Z，测量范围为0～760mmHg。

3、起重设备的选择

选取单梁悬挂式起重机SDQ-2，起重量2t,跨度5.5～8.0m，起升高度3.0～10.0m。

根据起重机的要求计算确定泵房净高度12m。

4、排水设备

设潜水排污泵2台，一用一备，设集水坑一个，容积为2.0×1.0×1.5＝3.0m3

选取50QW15-7-0.75型潜水排污泵，其参数为：

；

；

；

；

5.消防

在泵站中泵选好后，还必须按照发生火灾是的供水情况，校核泵站的流量和扬程是否满足消防是的要求。

一般給水泵站校核有消防校核和事故校核等情况。

而小区加压泵站和高层建筑給水泵站是单设消防泵房，不存在消防校核问题，因而消防校核、转输校核和事故校核为管网系统问题。

就消防用水来说，一级泵站的任务只是在规定的时间内向清水池中补充必要的消防储备用水。

由于供水强度小，一般可以不另设专用的消防泵，而是在补充消防储备用水时间内，开动备用泵以加强泵站的工作。

八、水泵房安装高度

（1）水泵安装高度

Hss=

－Hsv－∑hs－hva

式中Hss——安装高度,泵轴至最低水位的几何高度；

Pa——水面上的绝对大气压；

Hsv——水泵的气蚀余量；

∑hs——吸水管路总水头损失；

hva——实际水温下的饱和蒸汽压力。

500S59A:

Hss=

－6－0.51－0.43=3.16m

吸水间最低水位=24.60-280×4.25‰=23.41m

泵轴标高=吸水间最低水位+Hss=23.41+3.26=26.67m

（2）泵房中各标高确定

①泵房内底地面标高=泵轴标高－h1－0.4

=26.67－1.3－0.4

=24.97m（0.4为基础突出地面高）

②水泵基础顶标高=泵轴标高+H1=26.67+0.5=27.17m

③水泵基础底标高=26.67－0.8=25.87m

④电机基础顶标高=27.17+1.2=28.37m

⑤水泵进水口中心标高=泵轴标高－H2=26.67－0.37=26.30m

⑥水泵出水口中心标高=泵轴标高-H4

=26.67－0.47=26.20m

⑦地下部分筒体高度=室外地面高度－泵房内底标高

=34.60-24.97=9.63m

泵房筒体高度=操作平台标高－泵房内底标高

=（洪水位标高+1m浪高）－泵房内底标高

=（38.00+1）-24.97

=14.03m

⑧泵房上层建筑高度

根据起吊高度和采光，通风要求，从操作平台到房顶楼板间距离设计为

操作平台标高=洪水位标高+1m浪高

=38.00+1=39.00m

⑨泵房顶标高=操作平台标高+泵房地上部分高度

=39.00+5.8=44.80m

⑩总的筒体高度=泵房顶标高－泵房内底标高

=44.80－24.97=19.83m

参考文献

1、上海市政工程设计研究院士.给水排水设计手册（第一、三册）.第二版.中国建筑工业出版社，2003

2、张景成，张立秋.水泵及水泵站.第三版