水力机械电气及金属结构设计范本doc 38页.docx

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水力机械电气及金属结构设计范本doc38页

6水力机械、机电及金属结构

水力机械

泵站工程概况

×××水库的工程任务为以烤烟灌溉为主、兼顾农村人畜饮水供水。

只有提灌区需要修建泵站提水，提灌区采用坝后取水+重力输水+提水后重力输水方案。

泵房位于水库大坝下游黄溪河村民组对面坡脚。

闸阀室后DN300提水灌区干管采用重力输水至泵房，再由泵站提水至高位水池，高位水池引出输水干管至杜麻村、白岩坪村受水点。

泵站设两台水泵（一用一备，互为备用）。

DN300提水灌区干管道经坝后闸阀室O点（桩号提干0+000）引出后，提水灌区干管沿黄溪河河谷右岸铺设，后在桩号提干0+297处跨河至左岸，穿过田地铺设至黄溪河寨对面坡脚B点（桩号提干0+638）防洪高程以上设置泵站（安装高程：

、设计净扬程，上水铸铁管长390m），提水至C点（桩号提干1+020）进入标高600m³高位水池。

再由高位水池自流输出，至供水节点D点（桩号提干1+452）处设置分水点，向杜麻村2#供水区供水；再至供水节点E点（桩号提干4+175）处进入高程的600m³白岩坪调节水池，最后由水池自流输出至（桩号提干5+651）处到达主管输水终点白岩坪出水点，为白岩坪村供水区供水。

提水灌区干管平面全长5651m，实际管长5790m。

泵站工程布置详见设计图（岑巩×××水库—初设—水工—供水—01）。

水泵及附属设备选择

泵站特征参数

（1）库内特征水位

水库校核洪水位：

m

正常蓄水位：

水库死水位：

（2）高位水池

水池容积：

总容积1200m³（2个，每个600m³）

设计水位：

最高运行水位：

最低运行水位：

（3）提水流量：

³/s（195m³/h）

（4）泵站特征扬程：

最高净扬程：

最低净扬程：

设计净扬程为出水池正常水位与取水源保证率95%的水位之差，×××水库来水多年平均流量为³/s，取水流量为m³/s，经计算，取水源保证率95%的水位为。

设计净扬程：

=

（5）上水管

管长：

390m；

管材：

铸铁管

管径：

DN250

水泵型式

泵站至高位水池扬程较高，流量较大。

经初步分析，水泵泵型可选择离心泵或者潜水泵。

方案比较：

本工程取水方案为坝后管道取水，若选用水泵泵型潜水泵，不便于管道中直接取水，需要在坝后修筑取水池或者取水塔。

若在坝后修筑取水池，则增加了工程水工工程量，而同等扬程同等流量的潜水泵与离心泵价格相差不大，配套电机功率相同，故坝后取水选用潜水泵提水不经济。

本提水泵站选取离心泵较为合理。

泵型选择

1、泵站扬程计算

（1）泵站进水管中心线高程

取水口进口中心线高程，取水口后设DN1200钢管至闸阀室，在闸阀室内渐变为DN600钢管。

闸阀室内DN600钢管一分为四：

DN600放空管、DN100生态放水管、DN300提水灌区干管、DN300自流灌区干管；DN300提水灌区干管在0+638桩号引至泵房，泵站提水至高程600m³高位水池。

（2）泵站吸水管及出水管管径计算

根据《室外给水设计规范》（GB50013-2006）节：

水泵吸水管及出水管的流速宜按下列数值：

①吸水管：

直径小于250mm时，为～s；

直径在250～1000mm时，为～s；

直径大于1000mm时，为～s。

②出水管：

直径小于250mm时，为～s；

直径在250～1000mm时，为～s；

直径大于1000mm时，为～s。

根据《泵站设计规范》（GB/50265-2010）第条：

离心泵或小口径轴流泵、混流泵的金属管道设计流速宜取～s，出口管道设计流速宜取～s。

管道直径采用公式：

计算。

式中：

Q—水泵的设计流量（m³/s），工作水泵1台，备用水泵1台，设计供水流量Q=³/s；

ν—管道设计流速（m/s），吸水管流速取～s试算，出水管流速取～s试算。

本工程泵站提水流量Q=³/s，拟采用球墨铸铁管。

（a）吸水管管径计算：

吸水管试算流速取～s，对应管径为～，查钢管管径规格，有DN250mm钢管满足要求。

因此本工程吸水管（15m）选取DN250mm钢管对应过水流速为s；

（b）出水管管径计算：

出水管试算流速取～s，对应管径为～，查铸铁管管径规格，只有DN200或者DN250mm铸铁管，不在计算结果范围内。

经计算，如果选择DN200mm球墨铸铁管（外径222mm，K9级，壁厚）作为出水管，管道过水流速为s；若出水管选取DN250mm球墨铸铁管（外径274mm，K9级，壁厚），管道过水流速为s。

选择DN200球墨铸铁管作为出水管水头比DN250球墨铸铁管作为出水管水头损失增加，总扬程增加太大，因此考虑到经济合理等因素选择DN250球墨铸铁管作为出水管，又考虑水泵出水管并联段的连接问题，选取并联段为DN250钢管（长度为15m）。

（3）泵站最高扬程计算

最高扬程为最高净扬程加上水库至高位水池管道水头损失

计算管道水头损失分两段计算：

1、闸阀室——泵站

2、泵站——高位水池

根据《村镇供水工程设计规范》（SL687-2014）及《室外给水设计规范》（GB50013-2014），管道总水头损失按下列公式计算：

hz=hl+hj

式中hz—管（渠）道总水头损失（m）；

hl—管（渠）道沿程水头损失（m）；

hj—管（渠）道局部水头损失（m），（根据以往设计经验，对于长管道，按沿程水头损失的10%进行框算）。

管道沿程水头损失按下式计算：

式中：

hl—管道沿程水头损失（m）；

i—单位管长水头损失；

L—管道长度（m）

计算管段长度（m）。

1）闸阀室至泵站段管道水头损失按下式计算：

i=式中：

Q—管道流量（m³/s）；

d—管道内经（m）；

C—海曾威廉系数，取125。

2）泵站至高位水池段管道水头损失按下式计算：

当V＜s时

i=（1+V）；

当V≥s时，

i=

式中：

ν—管道断面水流平均流速（m/s）；

d—管道内径（m）；

经计算，管道水力计算结果见下表。

表6-1-1管道水力计算成果表

管段

管道长度（m）

采用管道型号

管道流量（m³/s）

实际内径管径（m）

流速（m/s）

起点标高

终点标高

单位长度水损i

沿程水头损失

局部水头损失

总水头损失

闸阀室—泵站

700

DN300铸铁管

泵站—高位水池

390

DN250铸铁管

由上表可以看出，管道有闸阀室至泵站管段水头总损失为，泵站至高位水池管段水头总损失为，则泵站最高扬程为：

++=，最低扬程为：

++=，设计扬程：

++=。

因此选择水泵型号时需按照此扬程来选择。

2、水泵型号的选择

本泵站对白岩坪村、杜麻村受水区供水。

由水文计算知，×××水库供水和灌溉全部考虑采用管道输水。

根据拟定的灌溉制度和灌溉面积、灌溉水利用系数，计算灌溉的年内需水过程，再从计算成果中查找出P=80%的最大旬用水量万m³，灌区分三轮轮灌（灌区分为三个片区，每个片区灌溉4天），每日最大预计每天提水时间16h，折算成流量为54L/s。

据生活需水预测成果，农村人畜用水量为699m³/d，根据《村镇供水工程技术规范》（SL310-2004）和《室外给水设计规范》（GB50013-2006）的相关要求，供水日不均匀变化系数取，则计算最大日供水量为³/d，折算成流量为s。

泵站提水流量计算本工程设计每天提水时间16h，灌区分三轮轮灌（灌区分为三个片区，每个片区灌溉4天），则提水流量为：

÷16÷3600=m³/s，即195m³/h。

水泵型号选择根据提水最大扬程（含水头损失），最低扬程为，设计扬程为，及水泵供水流量195m³/h确定。

由以上参数选择水泵两种方案运行方式进行比较：

方案一：

两台离心泵型式（一备一用）

型号：

D200-43*2型多级卧式离心泵

台数：

2台（一用一备）

额定流量：

190m³/h

扬程：

86m

额定转速：

1480r/min

效率：

77%

必须汽蚀余量：

3m

重量：

860kg

配套电机型号：

YE2-315S-4-110KW

配套电机功率：

110KW

重量：

953kg

由下图D200-43×2型多级离心泵性能曲线线可知，当水库在最低水位（）与最高水位（）运行时，提水扬程在之间，D200-43×2型多级离心泵在高效区运行，运行效率均大于75%。

图D200-43×2型多级离心泵性能曲线

方案二：

三台离心泵型式（两备一用）

型号：

ISW80-315C型单级单吸卧式离心泵

台数：

3台（两用一备）

额定流量：

100m³/h

扬程：

额定转速：

2900r/min

效率：

62%

必须汽蚀余量：

5m

重量：

631kg

配套电机型号：

Y200L2-2

配套电机功率：

75KW

重量：

550kg

由下图ISW80-315C型单级单吸离心泵性能曲线线可知，当水库在最低水位（）与最高水位（）运行时，提水扬程在之间，ISW80-315C型单级单吸离心泵在高效区运行，运行效率均大于60%。

图ISW80-315C型单级单吸离心泵性能曲线

方案一与方案二进行比较，由上图可知实际运行中方案一D200-43*2型多级卧式离心泵运行效率要高于方案二；且方案一中一台D200-43*2型多级卧式离心泵价格为万左右，方案二中一台ISW80-315C型单级单吸卧式离心泵价格为万元，方案一设备投资要比方案二优化万元，且泵房占地面积也要比方案二少，节约了泵房工程量。

且方案一运行功率为110kw，方案二运行功率为2*75=150kw，泵站运行费用比较方案一少于方案二。

故方案一比方案二优。

装机台数

根据《泵站设计规范》（GB/T50265-2010），泵站装机台数与泵站的设计流量及流量和扬程的变化幅度和年运行小时数有关，流量变化幅度大和年运行小时数高的泵站，台数宜多，流量比较稳定和年运行小时数低的泵站，台数宜少，主泵台数最少可为1~2台，年运行小时数高的泵站，至少设有一台备用；年运行小时数低的泵站，可不设备用。

根据以上原则，本泵站到高位水池设计流量为³/s，设计扬程为；，计算过程见泵站水力计算。

该泵站为中等扬程、小流量泵站，本水库的任务为以烤烟灌溉为主、兼顾农村人畜饮水供水，泵站年利用小时数较高，可靠性要求较高。

根据泵站运行的灵活性和机组运行的稳定性及重要性，结合水泵型号选择比较方案的结果，本泵站选两台泵装机方案，一台作为工作泵，另外一台作为备用泵。

泵房布置

经设计，泵房尺寸为×，泵房内设两台水泵，一组电器柜，两台水泵净间距为，水泵距泵房边墙最小距离为。

泵房水泵安装轴线方位角为西北方向，泵房东北面设变压器，西北面为进场公路，与泵站外侧公路相连。

泵站安装高程

根据本工程泵站级别为4级，其设计洪水标准为20年一遇（P=5%），校核洪水标准为50年一遇（P=2%）。

根据规范规定，泵房挡水部位顶部安全超高加高值为：

（设计工况）、（校核工况）。

根据泵站选址地形泵站的底板高程为，满足防洪要求。

2台水泵安装高程均为。

泵站进水管采用厚K9级球墨铸铁管，水泵厂家提供的水泵必需汽蚀余量△hc为，根据我国原机械工业部部颁标准JB1040-67规定，在此基础上再加上的安全余量，[△h]=△hc+=，允许吸上真空高度：

[Hs]=－[△h]+

由于提灌站所在地海拔为1200～1300m之间，需对计算得的[Hs]进行修正：

[Hs]〃=[Hs]－+

依据《泵站设计规范》（GB/T50265-2010），计算参数及成果如下表:

泵站地坪海拔高程

750

m

进水管流量

271

m3/h

进水管外径

274

mm

进水管长度L=

10

m

进水管壁厚

mm