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泵与泵站课程设计

给水排水工程专业

《泵与泵站》课程设计

指导老师:

班级：

姓名：

学号：

设计日期：

第一章概述……………………………………2

第二章设计流量计算…………………………3

第三章选泵……………………………………7

第四章泵站辅助设备的选择…………………9

第五章泵房及基础设计………………………11

第六章校核水泵………………………………15

第一章概述

一、建站目的和设计任务

建站目的：

熟悉泵站设计过程，增强节水意识，提高实践能力。

设计任务：

徽城地区二级泵站设计。

二、资料分析

1.基本情况：

徽城地处华东平原，城区建筑多为三层，最高五层。

为满足城市生活及生产用水需要，拟建徽城地区给水工程。

此工程主要包括取水工程、净水工程及输水工程三个分工程。

一、二级泵站是取水工程和输水工程中的一部分。

徽城地区水资源丰富，有沿河地表水及地下水可利用。

附微城总平面图一张。

2.地质及水文资料：

在拟建一级泵站的河流断面及净水厂的空地布置有钻孔。

由地质柱状图可看出，0～2m深为砂粘土，以下是页岩。

沿河徽城段百年一遇最高水位40.36m，最低水位32.26m,正常水位36.51m。

徽城地下水位多年平均在38.5m左右（系黄海高程）。

3.气象资料：

年平均气温15.6℃，最高气温39.5℃，最低气温－8.6℃，最大冻土深度0.44m。

主导风向，夏季为东南风，冬季为东北风。

4.用水量资料：

该地区最大日用水量近期为10万吨/日，远期为13万吨/日。

最大日用水量变化情况详见附表。

5.净水厂设计资料：

净水厂布置情况见附图。

净水厂内沉淀池进水口设计水位42.50m，清水池最高水位40.3m，清水池最低水位38.2m.。

清水池容积须本次设计确定。

6.输水管网设计资料：

由于城区距水源较远，管网布置成网前水塔形式，净水厂至水塔输水管道长度为2500m。

其他情况详见总平面图。

根据管网计算结果确定出水塔最高水位为68.3m，水塔最低水位为65.8m。

水塔容积尚须本次设计确定，水塔调节容积建议设计在最高日用水量的5﹪～8﹪。

7.其他资料

地震等级：

五级；地基承载力2.5Kg/cm2；可保证二级负荷供电。

三、设计参考资料

1.《水泵及水泵站》中国建筑工业出版社姜乃昌主编。

2.《给水工程》中国建筑工业出版社严煦世范瑾初主编。

3.《给排水设计手册》第1、3、9、10、11册。

4.《泵站设计规范》GB/T50265—97

5.《地表水取水》中国建筑工业出版社周金全主编。

第二章设计流量计算

第一节：

水量计算

根据实际情况，现将二泵站进行分级供水，分为两级，6-22点为夜间供水，22-6点为白天供水。

夜间供水为最高日最高时用水量的3.5%。

白天供水为最高日最高时用水量的4.5%。

该地区最高日用水量近期：

10万吨/日，远期为13万吨/日.

计算：

一级为22点至第二天6点，供水量为3.5%，二级为6点至22点，供水量为4.5%：

考虑到近期的流量要求，则有

Q1=100000×3.5%/3.6=972.11（L/S）

Q2=100000×4.5%/3.6=1250（L/S）

考虑到远期的流量要求，则有：

Q1=130000×3.5%/3.6=1263.89（L/S）

Q2=130000×4.5%/3.6=1625（L/S）

第二节：

输水管径确定

根据界限流量表：

界限流量表

管径（mm）

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

界限流量（L/S）

9-15

15-28.5

28.5-45

45-68

68-96

96130

130-168

168-237

237-355

据上表输水管管径取800m（采用两根输水管）。

根据经济流速校核：

经济流速：

选定流速时，应考虑技术和经济两方面的要求。

从技术上考虑，为了防止输水管因水锤现象而出现事故，最大设计流速不应超过2.5~3.5m/s;输送原水时，为了避免水中杂质在管内沉积，最低流速不得低于0.6m/s。

从经济上考虑，流量一定时与流速的平方根成正比。

如果流速取得小，管径增大，相应造价增加。

若管径大些，管段水头损失减小，水泵所需扬程将降低，日常电费可以节省。

相反，流速取得大，管径虽小，造价有所下降，但因水头损失增大，所需养成必须提高，所耗电费用必然增加。

因此，一般按一定年限T内（投资偿还期）造价和年经营管理费（主要为电费）为最经济的流速（称为经济流速）来确定管径。

根据《给排水设计手册》

管径D（mm）

<250

250～1000

1000～1600

>1600

吸水管（m/s）

1～1.2

1.2～1.6

1.5～2.0

出水管（m/s）

1.5～2.0

2.0～2.5

2.0～3.0

=（4×1250）/3.14×0.8×0.8=1.24m/s在经济流速范围内），故确定输水管管径：

800mm

第三节：

水泵扬程初计算

净水厂设计资料：

净水厂布置情况见附图。

净水厂内沉淀池进水口设计水位42.50m，清水池最高水位40.3m，清水池最低水位38.2m。

输水管网设计资料：

净水厂至水塔输水管道长度为2500m。

水塔最高水位为68.3m，水塔最低水位为65.8m。

水塔调节容积设计在最高日用水量的5﹪～8﹪。

水泵扬程：

H=Hst+∑h

静扬程为水塔最高水位（68.3m）与清水池（吸水井设为池内式）最低水位（38.2）之差。

所以Hst=68.3-38.2=30.1m

∑h包括泵站内部的损失h1，吸水管路的损失h2以及压水管的损失h3，由于泵房内不管路尚未布置所以先假设h1=2m，h2=3m，为了确保供水的可靠性，采用两根输水管，材料取铸铁的，管径取为800mm（考虑到远期），则最大供水时）（即第二级供水时）：

=（4×1250）/3.14×0.8×0.8=1.24m/s（在经济流速范围内）

曼宁公式：

H3=（10.29×n^2×q^2×L）/D^5.333（n去0.013）

压水管损失：

h3=（10.29×0.013^2×（1250/1000/2）^2×L）/0.8^5.333

=5.93m

∑h=h1+h2+h3=2+3+5.93=10.93m

水泵扬程：

H=Hst+∑h=30.1+10.93=41.03m

第四节：

水塔和清水池容积的计算

水塔和清水池的容积，由二级泵站供水量和用水量变化曲线确定。

水塔和清水池的调节容积计算，通常采用两种方法：

一种是根据供水量和用水量变化曲线推算，一种是凭经验估算。

前者要知道24小时的用水量变化规律，并拟定泵站的供水线，后者采用最高日最高时用水量的百分数。

本设计采用第一种方式来确定清水池和水塔的调节容积。

水塔和清水池的调节容积计算见表。

清水池中除储存调节用水外，还应包括消防用水和水厂内冲洗滤池、排泥等用水，因此清水池有效容积应为：

W=W1+W2+W3（m3）

式中：

W1—调节容积；

W2—消防用水，居民区和工厂可按24h火灾延续时间的消防用水总量计算；

W3—水厂生产用水，等于最高日用水5%-10%。

清水池应有两只，每只容积为W/2（m3）。

若仅有一只，则应采取分格或采取适当措施，以便清洗检修时的不间断供水。

水塔总容积为：

W=W1+W2（m3）

式中：

W1—水塔调节容积；

W2—室内消防储水量，按10min的室内消防用水量计算。

计算表如下：

水塔与清水池调节容积计算表

时段（钟点）

用水量（%）

二级泵站供水量（%）

一级泵站供水量（%）

清水池调节量（%）

清水池存水量（%）

水塔调节量（%）

水塔存水量（%）

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

（7）

（8）

0-1

2.3

3.5

4.16

0.66

1.2

1-2

2.3

3.5

4.16

0.66

1.32

1.2

2.4

2-3

2.2

3.5

4.16

0.66

1.98

1.3

3.7

3-4

2.2

3.5

4.17

0.67

2.65

1.3

4-5

2.3

3.5

4.17

0.67

3.32

1.2

6.2

5-6

3.5

4.17

0.67

3.99

6.2

6-7

4.6

4.5

4.17

-0.33

3.66

-0.1

6.1

7-8

5.2

4.5

4.17

-0.33

3.33

-0.7

5.4

8-9

5.3

4.5

4.17

-0.33

-0.8

4.6

9-10

5.2

4.5

4.17

-0.33

2.67

-0.7

3.9

10-11

4.9

4.5

4.17

-0.33

2.34

-0.4

3.5

11-12

4.8

4.5

4.16

-0.34

-0.3

3.2

12-13

4.7

4.5

4.17

-0.33

1.67

-0.2

13-14

4.6

4.5

4.17

-0.33

1.34

-0.1

2.9

14-15

4.8

4.5

4.16

-0.34

-0.3

2.6

15-16

5.2

4.5

4.17

-0.33

0.67

-0.7

1.9

16-17

5.6

4.5

4.17

-0.33

0.34

-1.1

0.8

17-18

5.5

4.5

4.16

-0.34

-1

-0.2

18-19

5.4

4.5

4.17

-0.33

-0.9

-1.1

19-20

4.8

4.5

4.17

-0.33

-0.66

-0.3

-1.4

20-21

4.3

4.5

4.17

-0.33

-0.99

0.2

-1.2

21-22

3.8

4.5

4.17

-0.33

-1.32

0.7

-0.5

22-23

3.5

4.16

0.66

-0.66

-0.5

23-24

3.5

4.16

0.66

0.5

∑

100

最大调节量：

5.31

最大调节量：

7.6

清水池容积为5.31%×100000=5310m3；

单个清水池容积为2655m3；

水塔容积为7600m3；

第三章选泵

第一节：

选泵原则

如果所选的水泵时以经常单独运行为主，那么，并联工作时，要考虑到个单泵的流量时会减少的，扬程时会增大的，如果选泵时是着眼于个泵经常并联运行，则应考虑到，各泵单独运行时，相应的流量会增大，轴功率也会增大。

单泵工作时的功率大于并联工作时各泵的功率。

选泵就是要确定泵的型号和台数。

对于各种不同功能的泵站、选泵时考虑问题的侧重点也有所不同，根据选泵要点：

1.大小兼顾，调配灵活

2.型号配齐，互为备用

3.合理的用尽各泵的高效段

4.近远期项结合的观点在选泵过程应给予相当重视

5.大中型泵站需做选泵方案比较

第二节：

选泵方案：

方案编号

运行水泵

台数及型号

水泵扬程

（m）

流量Q

（L/S）

允许吸上真空高度（m）

泵重（t）

效率

（%）

第一方案

四台14sh-13

（白天）

三台14sh-13

（夜间）

（一台备用）

37-50

270-410

6.5

0.97

81%

第二方案

四台20sh-9B（白天）

三台14sh-13

（夜间）

（一台备用）

35-55

300-500

3.5

1.2

70%

根据实际用水量、扬程和上表，可以看出第一种方案能量利用好于第二种方案，能量浪费少，能适应用水变化范围，且流量接近设计流量，且效率高，考虑远期要求，异能较好得满足要求.了考虑远期要求，以及安全，故选用一台14sh—13作为备用。

为了远期考虑，在预留一台14sh-13泵，为远期发展使用，

泵/电机型号

转速（转/分）

Hs（m）

重量（t）

参考价格（元）

24sh-13

1470

6.5

0.97

2761

JR-136-4

1470

8400

共五台泵（四台白天用，三台晚上用）。

第四章泵站辅助设备的选择

泵站的附属设备，主要是水泵的引水设备、积水设备和起重设备。

这些设备的选择，必须同水泵和其他设备相匹配。

第一节水泵引水设备的选择

离心泵工作是建立在水流连续的基础上的，因此，水泵在启动前必须把泵壳和吸水管灌满水，否则，即使开动水泵也不能将水抽上来。

饮水设备主要是底阀灌水、高架水箱自动灌水、真空泵引水装置、水射器引水装置和密封水箱引水。

我们选用了真空泵引水装置。

其优点：

水泵启动较快，无底阀引起的局部阻力，运行安全。

缺点是要有一套真空装置，增加投资，管理也较复杂，运行时要注意。

采用离心泵输送液体，当泵中心线高出液面时，须设置引水装置以保证水泵的正常启动。

真空泵引水装置直接应用于真空泵抽吸水泵体内和吸水管中的空气，达到引水的目的。

选用真空泵时，必须掌握两个工作参数：

一是抽气量。

抽气量和真空度是相关的，随着真空度的增加，抽气量逐渐减小。

选用真空泵时，抽气量是以泵站中最大的一台泵为依据，计算公式如下：

Q=（Wp+Ws）×K×Ha/（t×（Ha-Hss））；

式中：

Q---真空泵抽气量，m3/s；

Wp---泵站中最大一台泵壳容积（m3）；相当于泵吸入口面积乘以吸入口到出水闸阀间的距离；

Ws---泵壳内存气容积，m3；查表得；

Hss---泵安装高度；

Ha---大气压水柱高度，去10.33m；

t----水泵吸水时间，一般3~5min；

K----漏气系数，一般采用1.05~1.10；

水管直径与空气容积关系

直径（mm）

100

150

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

空气量（m3/s）

0.008

0.018

0.031

0.092

0.120

0.196

0.282

0.238

0.503

0.636

0.785

Wp=（1/4）×3.14×0.35^2×20=1.92m3

Ws=0.120（400mm管径）

Ha=10.33

Hss=3.816

T=3min=0.05h

K=1.05

综上可得：

Q=18.87L/S

最大真空值：

Hmax=0.0188×13.6=256.632mgHg

第二节水泵起重设备的选择

泵站内的水泵、电动机以及其他附属设备，需要定期检修或者更换，故需要考虑起重设备。

起重设备需能起吊泵站内最重的水泵或电机。

本泵站内的设备室固定设备，起吊次数不多，所以手动桥式吊车就满足了。

泵站起重设备选型依据：

起重量（t）

起重设备形式

<0.5

移动式吊架或设置固定吊钩

0.5～2.0

手动起重设备或电动单轨吊车

2.0～5.0

手动起重设备或电动桥式行吊

查设计手册得：

选用MDi-3-6D单轨电动葫芦，最大起重为3000KG，起重高度为6m。

第三节其它设备的选择

1.水泵排水设备的选择

泵房内由于水泵填料滴水、阀门和管道接口的漏水，拆修设备时泄放的存水以下地沟渗水等常需设备排水设备，以保持泵房环境整洁和安全运行（尤其是电缆沟不用续集水）。

本次设计的半地下式的泵站用沟排水有困难，所以在泵站内设置一定坡度的排水沟，在泵房一角设置一圆形集水井，直径1000mm，井深1.8m，采用QY-3.5型潜水泵抽水

2.风雨采暖

采用一般通风

3，通讯

泵站内通讯十分重要，一般是在值班室内安装电话机，供生产调度和通讯之用，电话间应具有隔音效果，以免噪音干扰。

4，安全设施

泵房中防火主要是防止用电起火与雷击起火两种。

起火的可能试点设备过负荷超载运行、导线接头接触不良电阻过大发热是导线的绝缘物或沉积在电器设备上的粉尘自燃短路的电弧能使冲油设备爆炸等。

泵站中防雷保护设施常用的是霹雷针、霹雷线、以及霹雷器等三种。

本次设计采用第一种。

5，噪声设备

为大消除噪音的目的，可在泵房内设置共振吸音结构，安装水冷式消音电机，且将值班室设置成为隔音室，保证人们正常的工作条件。

6，计量设备

超声波的流量计水头损失小且电耗小，易测量且精确度也很高，而且很适用于600mm的管径管道。

第五章泵房及基础设计

第一节：

基础设计

根据选取的泵和电机型号，查表得

根据设计手册：

对于不带底座的大中型泵的基础尺寸，可根据泵和电机的地脚螺孔的间距加上0.4-0.5m，以确定长度和宽度，基础高度按混凝土重量计算，基础重量应大于泵和电机总重的2.5-4倍；

根据以上图表得：

基础长度：

L=B+L2+L3+500=860+863+600+500=2823mm=2.8m；

基础宽度：

K=A+500=790+500=1290mm=1.3m；

基础高度：

泵和电机总重：

970+1970=2940Kg=2.9t；

查设计手册得：

混凝土密度：

2500kg/m3；

基础重量应大于泵和电机总重的3倍；

即：

基础高度H=（2940×3×9800）/（2.8×1.3×2500）=949.8mm=1m

混凝土高度应高出室内地面高度的10-20cm。

第二节：

泵机组的布置

根据实际情况和规定：

本泵站采取横向排列，对于单级双吸卧式离心泵采用横向排列方式较好。

横向排列虽然稍增加泵房的长度，但跨度可减小，进出水管顺直，水利条件较好，节省电耗。

第三节泵房设计

根据规定：

（1）：

A等于最大设备加1m，不得小于2m。

（2）：

B按水管配件安装的需要确定，但不小于3m。

（3）：

D也按水管配件安装需要确定，但不小于1m。

（4）：

C为电机轴长加0.5m。

（5）：

E=C

泵房长度：

L1=C+E×5+A+L（基础长度）×6=2.8+1+（2.326+0.5）×5+2.8×6=34.73m

配电室：

3m；值班室：

2.5m

总的泵房长度：

34.73+5.5=40.23m=40m

泵房宽度：

各配件长度：

进出水锥管：

450mm；闸阀：

550mm；止回阀：

200mm

即泵房宽：

450×2+550+200+1300+600=3550mm=4m

考虑到操作的方便和走道、楼梯宽度，现取泵房宽度为9m

a——单轨吊车梁的高度（取0.3m）；

b—一滑车高度（m）；

c—一起重葫芦在钢丝绳绕紧状态下的长度〔m），MD1-3-6D：

b+c最小为985mm；

d一一起重绳的垂直长度（对于水泵为0．85×860=731mm，对于电动机为1.2×600=720mm，取最大731mm，X为起重部件宽度）；

e—一最大一台水泵或电动机的高度（m），（电机为1225mm，泵为1005mm，取1225mm）；

f一一吊起物底部和最高—台机组顶部的距离（—般不小于0.5m），（取2m）；

g一—最高一台水泵或电动机顶至室内地坪的高度（m）。

取20cm

即H=300+985+731+1225+2000+200=5441mm；

考虑实际情况与规范，现取H为6m；

第四节泵的安装高度

泵房内的地坪标高取决于泵的安装高度，正确的计算泵的最大允许安装高度，使泵站既能安全供水，又能节省土建造价，具有重要意义。

Hss=Hv-V^2/2g-∑hf

（1）Hv=Hs-（10.33-Ha）-（Hv,a-0.24）

式中：

Hs为泵的吸上真空高度，本泵为6.5m；

Ha为当地大气压m水柱，本地去取10.33m；

Hv,a为最高水温下的蒸汽饱和压力。

如下表。

水温℃

蒸汽饱和压力（米水柱）

0.06

0.09

0.12

0.24

0.43

0.75

1.25

2.02

3.17

4.82

本地的最高气温为39.5℃，Hv,a取0.75；

故Hv=Hs-（10.33-Ha）-（Hv,a-0.24）

=6.5-（0.75-0.24）

=5.99m

（2）∑hf=Hf1+Hf2+Hf3

式中：

Hf1为吸水管损失；

Hf2为局部损失；

1）局部损失

局部损失包括喇叭口损失，90°弯角损失，渐缩管损失，闸阀损失，止回阀损失。

本泵吸水管管径取400mm，管长取15m。

根据设计手册可查：

1、喇叭口直径为（1.3-1.5）倍吸水管直径，取1.5，可知喇叭口大直径为600mm，进口喇叭口阻力系数ζ1=0.56；喇叭口滤网阻力系数ζ2=3.6；2、90°弯管阻力系数ζ3=0.60；3、止回阀阻力系数ζ4=2.5；4、闸阀阻力系数ζ5=0.07；5、350×400偏心减缩管阻力系数ζ6=0.17；

根据以上资料可得：

V=q/（0.785×D^2）=2.49m/s（q为Q/4=312.5L/S）

Hf2=（ζ1+ζ3+ζ4+ζ6+ζ5+ζ2）×v12/2g

=（0.56+3.6+0.6+2.5+0.07+0.17）×0.32

=2.68

2）吸水管损失：

曼宁公式：

Hf1=（10.29×n^2×q^2×L）/D^5.333（n去0.013）

=0.34m

∑hf=Hf1+Hf2=2.68+0.34=3.02m

根据以上所计算可知Hss=Hv-V^2/2g-∑hf

=5.99-0.32-3.02

=2.65m

清水池最低水位38.2m，喇叭口距水底为0.5m，水进口标高为38.2+0.5+2.65=41.35m；水泵轴线标高为41.35+0.32=41.67m；基础上表面标高为：

41.67-0.62=41.05，基础高出地坪为0.2m；地坪标高为41.05-0.2=40.85m，查图的地面标高为42.63m。

此泵房为半地下式泵房，地下为1.78m，取2.0m。

第六章；校核水泵

第一节事故校核

根据设计手册，事故时一个管供75%的水量，另一个断开。

Q=0.75×1250=937.5L/S；

V=Q/（0.785×D^2）=1.87m/s；（此时，管径为输水管管径）

总损失为：

∑hf=Hf1+Hf2+Hf3

式中：

Hf1为吸水管损失；

Hf2为局部损失；

Hf3为压水管损失；

1）局部损失

局部损失包括喇叭口损失，90°弯角损失，渐缩管损失，闸阀损失，止回阀损失。

本泵吸水管管径取400mm，管长取15m。

根据设计手册可查：

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