张村泵站设计水利水电专科文档格式.docx

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9/3-

21/3

7/4-

13/4

2/5-

13/5

18/5-11/6

18/6-

30/6

6/7-

28/7

9/10-

21/10

表2

6、附近有电网通过，电压25kv。

当地建筑材料由块石、碎石、红砖、红瓦及木材等，水泥及钢筋可以由外地运来。

管区交通方便，有公路通过。

二、基本资料：

1.地质及土壤情况。

2.地下水位：

316.00m。

3.根据灌区需要，控制出水池水位为340.00m。

4.附近有电网，电压为35kv。

5水泵及电动机，根据需要从参数资料中选择。

6.灌溉期间水源最低的日平均水位为315.20m，最高日平均水位为316.80m，夏季最高日平均水温为34℃。

三、泵站设计参数的确定

（一）泵站流量的确定

根据灌区时段灌水率表绘制初步灌水率图。

如图2所示。

图2张村灌区初步灌水率图

由图可知，各阶段的灌水率相差悬殊。

泵站将出现频繁的开停机，渠道输水断断续续的情况，给管理带来不便。

如按其中最大灌水率来泵站和渠道流量，势必造成泵站装机容量和渠道断面过大，增加工程投资。

因此，必须对初步灌水率图进行必要的修正。

对18/6-30/6延长2天，则灌水率由35降到30。

对6/7-28/7缩短2天，则灌水率由37升高到约40。

修正后的灌水率图如图3所示

因在修正后的灌水率图上6/7-26/7连续灌水时间最长且灌水率最大为40，所以取此灌水率为设计灌水率。

如图3所示。

假定来水过程能满足有水过程，按原定灌水面积进行灌区规划设计，渠系安全衬砌，η采用0.90，t取22h，则设计流量为

Q设=24q设ω/（tη）=1454.55≈1455L/s

其中ω取30

则Qmax=1.2Q设=1746L/s

Qmin=24qminω/（tη）=727.3L/s

（二）、泵站设计扬程的确定

（Ⅰ）静扬程的确定

图3张村灌区灌水率修正图

1.设计静扬程

用运行期间出现的几率最多，运行历时最长的静扬程（即加权平均扬程）代表设计扬程。

用加权平均法求得

H静=∑QitiHi静/∑Qiti

=∑Qiti（▽出-▽进i）/∑Qiti

=∑Qiti（340-▽进i）/∑Qiti

水源水位线如图4所示

图4水源水位线图

H静i=∑Qiti（340-▽出i）/∑Qiti

=24ω∑qi（340-▽进i）/∑qi

=

40（340-316.565）+30（340-316.543）+40（340-316.44）

+30（340-316.38）+30（340-316）+40（340-315.74）+20（340-316.26）

40+30+40+30+30+40+20

=23.73m

则H设静=23.73m

考虑引渠、闸损0.31m。

所以H设静=24.04m

2.最大静扬程

这是泵站正常运行的上限扬程。

应按泵站出水池最高运行水位与进水池最低运行水位之差计算。

H静max=▽出-▽进min

=340-315.12+hf=25.10m

3.最小静扬程

这是泵站运行的下限扬程。

最低扬程应按出水池的水位和静水池的最高水位之差计算。

即H静min=▽出-▽进max

=340-316.8+hf=23.51m

（Ⅱ）设计扬程（H静+H损）

泵站的设计扬程包括泵站的设计静扬程和设计总扬程。

为了确定设计扬程，需要先估计管道损失，进而求的设计扬程

H设=（1+K）H静

其中K——管道损失率查表得K=0.3

则H设=（1+0.3）×

24.04=31.25m

设计最大扬程H设max=（1+0.3）×

25.11=32.6m

H设min=（1+0.3）×

23.51=30.56m

四、水泵机组选型及配套

根据计算的扬程计算范围为30.56m-32.64m，和供水图初选14sh19离心泵6台（其中一台备用），查14sh19型泵性能表，得其转数为1450rpm，轴功率99.7KW，电机功率1254KW，效率为85%，允许吸上真空高度Hs=3.5m，叶轮直径D=350mm，重量为878kg，因张村有35KV的电网通过，所以选用电动机。

配套电机为35KV，查表电机型号选用JR116-4。

14sh-19型泵的工作特性曲线如图5所示。

水泵Q—H工作特性曲线和管路特性曲的交点A，A点即为水泵的运行工况点，水泵在该点工作时的参数可由图上查得：

Q=270L/sH=32.70m

η=86％功率N=99.7kw

上述参数能够说明流量与扬程均能满足要求。

而且水泵也在高效率情况下工作，因此，所选的14sh-19型水泵在性能上是满足的。

其具体的外形尺寸如图6所示

五、确定水泵的安装高程

1.对Hs进行高程和水温的修正

工厂所给的水泵允许吸水高度[Hs]=3.5是在标准大气压（10.33H2O）和水温20℃（相应得汽化压力为0.24mH2O）时的数据，与当地的实际条件不符合，须对Hs进行修正。

水泵安装地海拔为318.00m，当地最高水温34℃，查表（水在各种温度下的气化压力表）知：

30℃时PB/Υ=0.43；

当T=40℃时PB/Υ=0.75。

利用差分法得34℃时PB/Υ=0.558，修正后的允许吸水高度用[Hs]’表示。

即

[Hs]’=[Hs]-▽/900-（PB/Υ-0.24）

=3.5-318/900-（0.558-0.24）

=2.83m

2.安装高程的确定

水泵吸水管设置水平长3.0m，垂直高4.0m，进口设一喇叭管，一个90°

弯头。

直径400mm。

（1）吸水管阻力计算

流道中的流速V1=Q1/A1=2.1497m/s

沿程损失

当T=30℃时运动粘滞系数Υ=0.800×

10-6m2/s

当T=40℃时运动粘滞系数Υ=0.658×

采用差分法知T=34℃时，运动粘滞系数Υ=0.7432×

则雷诺系数Re=vd/Υ=2.1479×

0.4/0.7432×

10-6=1.157×

106m2/s>

2000

所以为紊流

根据管壁面的情况取△=0.1

查图得λ=0.0018

则沿程损失HL=λlv2/2gd=0.018×

7×

2.14972/0.4×

2×

9.81=0.074268m

局部水头损失

a.因采用90°

弯头则ξ=[0.131+0.1632×

（0.4）7/2]×

（θ/90°

）1/2

=0.1376

则hj1=ξv2/2g=0.1376×

2.14972/2×

9.81=0.01509m

b.进口喇叭管

设与进口相接的管径为350mm，取α=10°

查表得r=0.16

则ξ=r（1-A2/A1）2=0.0375

所以hj2=ξv2/2g=0.0375×

9.81=0.0041m

所以hf=HL+hj1+hj2=0.09346m

安装高度Hz=[Hs]’-▽/900-v2/2g-hf-（PB/Υ-0.24）

=2.83-318/900-2.14972/2×

9.81-0.09346-（0.558-0.24）

=1.83m

所以安装高程Za=Hz+318=319.83m

六、站址选择

站址选择的原则：

（1）应选在就近水源，水位稳定，水质良好的地方。

（2）泵站应建在地形开阔，岸边适宜的地方，开挖量少，适宜布置管道，注意避开山沟。

（3）泵站主要建筑物应建在坚实完整、承载力强的岩石地基上，避开大的活动性构造地带。

（4）泵站应选在就近电源，交通方便的地方。

根据以上原则选择站址，拟定泵站枢纽纵向中心线如张村泵站总体布置图所示。

根据地形图和地质资料No.1孔地面下4.5m即为砾石。

预计泵站厂房基地高程为319.83-0.56-0.25-0.6=318.42m。

由图可得水平距50m范围地面高程322.00m为泵列中心线。

七、泵房设计及辅助设备选择

（一）泵房结构型式

选用泵为卧式。

进水池水位变化范围较大，吸程较低，故可采用干室型泵房。

为了便于设备布置和维护管理，也便于进出水管路和进水池的布置，采用矩形干室型泵房。

（二）泵房的布置

泵站的厂房一般由三部分组成，即主厂房——主要布置主机组;

副厂房——布置电气设备包括中央控制室；

检修间——检修机组及电气设备等。

为了电气设备的防潮、防尘，并且能给运行管理人员由一个良好的运行管理环境，一般都专设高压开关室和中控室，而且设专用场地检修。

这三部分相对位置主要根据泵站的地形、地质条件，高压线路的来向，进场公路的位置等加以确定。

泵房的检修间不仅平时供机组检修之用，而且建站时，运送机组及其电气设备的汽车要进入其中，所以其位置主要是根据进厂公路的来向加以确定。

此次设计中，将检修间布置在厂房的右端。

为了缩短泵房的长度，便于运行管理人员监视主机组的运行，同时也可缩短通向主机组的电缆，将副厂房布置在主厂房出水侧。

（三）泵房内部布置

泵房内部布置主要是主厂房内的机组、排水沟、交通道、充水系统、技术供水的布设。

1.主机组的布置：

为了使开挖量小，布设整齐，主厂房的跨度小，采用一列式布置。

2.排水沟和集水井

为了排出水泵、水封用废水和管阀漏水等，主厂房内要设排水干、支沟。

支沟一般沿机组基础四周和厂房的横向布置，干沟沿厂房纵向布置，与电缆沟分开。

3.电缆沟：

从配电室引伸至电动机的电缆，直接架在泵房箱型基础的前墙和后墙上。

（四）泵房尺寸的确定

确定泵房尺寸，主要是根据设备的合理布置，并满足设备的安全运行要求和泵房的稳定条件定出其跨度和长度，根据机组及其起吊设备等条件决定除泵房的高度。

1.泵房长度（主厂房）的确定

泵房的长度主要根据机组的长度（轴向），机组之间间距和检修间长度加以确定。

泵房长度L=nL0+（n-1）L1+2L2+L3

其中L0——机组的长度

L1——机组之间间距（查泵房内设备之间的间距）

L2——机组顶端到检修间和墙的距离

L3——检修间的长度

n——机组台数

则L’=nL0+（n-1）L1+2L2

=6×

2.56+5×

1.4+2×

1.5

=25.36m

另外检修间的长度为3.6m

所以L=25.36+3.6=28.96≈29m

泵站的主厂房一般按工业单层厂房标准设计。

柱距为6m，但泵房长度L不是6的倍数，所以将检修间长度L3调整为4.6m，使泵房长度为30m。

2.泵房的跨度

泵房跨度系指两侧墙定位轴线之间的距离。

它是根据泵房内出水管路、阀件、水泵横向长度及安装检修必须的距离而定。

泵吸管长度尽量缩短，争取吸程。

跨度B=B1+B2

其中B1=泵前长度+阀门+水平管长=600+550+1000=2150mm

B2=泵后长度+锥管长度+逆止阀长+阀门+人行道

=500+300+800+550+2700

=4850mm

厂房跨度B=B1+B2=2.15+4.85=7m

3.泵房内各部分高程

水泵的安装高程确定之后，泵房内各部分高程在此基础之上就相应的定出。

（1）泵房地面高程▽地

▽地=▽泵-h1-h2

式中▽泵——水泵安装高程

h1——泵轴线至泵底座的距离，可从泵产品样本中查知

h2——机组基础顶面至地坪的距离，一般为0.2-0.3m

所以▽地=▽泵-h1-h2

=319.83-0.56-0.3

=318.97m

（2）检修间高程D1

应高于泵房底板，其高程一般和配电间地板高程一致，为了防洪安全以及便于

汽车运输设备，检修间地板高程应高出最高洪水位及泵房外地面0.5m左右。

取▽1=320m

（3）副厂房和交通道高程：

其高程与检修间相同

4.泵房高度的确定

（1）吊车轨面高程▽轨的确定：

▽轨应保证载重汽车进入检修间装卸设备，所以吊车轨面高程应根据这个起吊基点

由下式确定：

▽轨=▽地+h1+h2+h3+h4+h5+h6

式中：

▽地——检修间地板高程（m）

h1——汽车车厢底板离地面高度（m）

h2——垫块高（m）

h3——最高设备或部件的高度（m）

h4——捆扎长度（m）

h5——吊车吊钩到轨道面的距离（m）

h6——起吊物吊离车厢底板的必要高度（m）

因为h1=1.6mh2=0.3mh3=1.1m

h4=3.5mh5=1.2mh6=0.7m

所以▽轨=320+1.6+0.3+1.1+3.5+1.2+0.7=328.4m

（2）屋顶高程▽鼎由吊车轨面高程▽轨加上轨面高度而定，轨道采用工字梁

取▽定=330.00m

（四）搬入、通风及起吊设备的选择

搬入方式主要采用卡车搬入。

主副厂房不挡水各层，大都有条件开窗户，应尽量采用自然通风。

其中设备采用电动单梁起重机，一步法起吊。

起重机的工作制应采用轻级、慢速。

制动器和电气设备的工作制应采用中级。

八、整体稳定校核

（一）泵房整体稳定校核

干室型泵房整体稳定校核一般应包括抗滑、抗浮两种工况。

根据干室型泵房的结构特点，干室三面都回填土，因受力比较均匀，通常不必进行抗滑稳定计算。

但是，由于干室内不允许进水，在高水位时浮力很大，必须进行抗浮稳定校核。

抗浮稳定校核可选择泵房土建完毕，机组未安装，未回填土，但泵房四周达设计最高水位时，此时抗浮力为泵房土建部分的自重，包括屋面系统、砖墙、水下墙及底板等。

设其为W（方向朝下），浮托力为泵房淹没于水下同体积德水重，设其为W浮（方向朝上）。

浮托稳定程度以安全数K浮表示。

K浮抗浮力与浮托力的比值

即K浮=W/W浮

K浮必须大于或等于允许的抗浮安全系数[K浮]，一般应大于1.1。

如果计算的尺寸不满足抗浮稳定的要求，可考虑增加泵房的自重或将底板适当的伸出并回填土，以利用其上的水重及土重，从而加大泵房的抗浮力。

计算工况应以最不利的工况为准。

（二）地基应力的校核

干室型地基应力的校核工况，取泵房土建施工完毕，机组已经安装及进水池为设计最低水位。

取一台机组与相邻另一台机组的中心线所夹的范围作为计算单元，地基应力安下式计算：

=∑N/BL（1±

6e/B）

e=B/2-∑Ma/∑N

式中为基础底面边缘最大（最小）地基应力KPa/m2

∑N为计算单元内所有垂直力之和KN

B为计算底板厚度m

L为计算单元长度m

e为偏心距m

∑Ma为计算单元内所有外力（包括水平力和垂直力）对A点的力矩之和KNM

根据《工业与民用建筑地基基础设计规范》有关规定，按允许承载力计算地基应符合下式要求

P≤R

式中P——地基底面处的平均地基应力KPa/m2

R——修正后地基土的允许承载力KPa/m2

受偏心荷载作用时，除符合e=B/2-∑Ma/∑N要求外，尚应符合下式要求：

Pmax≤1.2R

九、进水池与前池设计

（一）进水池

1.边壁形式与后墙距T

进水池的边壁形式采用矩形。

如图7所示

图7

进水喇叭口直径D进=（1.3-1.5）D1

=1.3×

0.4=0.52M

D1——卧式泵的进水管直径

为了改善流态，进水管应仅靠后墙，即T=0.5D进=0.5×

0.52=0.26m

2.进水池宽度B

进水池宽度B对池中漩涡、回流和水头损失都有影响。

宽度B=机组间距×

机组数

=1.4×

6=8.4m

3.进水管口至池底的距离即悬空高度P

该高度在满足水利条件良好和防止泥沙淤积管口的情况下，应尽量减小为宜，以降低工程造价。

P=（0.5——0.6）P进=0.6×

0.52=0.312m取P=0.4m

4.进水管口淹没深度hs的确定

淹没深度hs对表面漩涡的形成和发展有决定性的影响。

通常采用以下公式计算h临淹，h临淹＝KsD进

Ks=0.64（Fr+0.65T/D进+0.75）

其中Fr为弗劳德数Fr=v进2/gD进在0.3——1.8范围内取值。

则Ks=0.64（1+0.65×

0.26÷

0.52+0.75）

=0.64×

2.075

=1.328

所以h临淹=KsD进=1.328×

0.52=0.69m

取hs=1m

5.进水池的长度Lg如图8所示

图8

进水池必须有足够的有效容积，否则在启动过程中，可能由于涞水较慢，进水池中水位急剧下降，致使淹没深度不足而造成启动困难，甚至使水泵无法抽水。

Lg=KQ/hB

式中Lg——进水池的最小长度m

Q——泵站总流量m3/s

K——秒换水系数

因为Q=1.62m3/s>

0.5m3/s

所以取K=20

Lg=20×

1.62/1×

8.4=3.86m

6.进水池的安全超高△h如图8所示

留有一定的安全超高△h，除考虑风浪影响因素外，还应考虑停泵时所形成的涌浪。

取△h=0.8m

7.进水池底高程：

▽进=314.0m

为了保证良好的进水条件，进水池和机组增设隔墩。

（二）前池

此设计采用正向进水前池。

设引水渠末端嘴下水深为0.6m，渠底高程为315.2-0.6=314.6m，渠底宽为2m，前池扩散角取30°

。

则前池的长度L=（B-b）/2tg（α/2）=（8.4-2）/2tg（30°

/2）

=11.9≈12m

所以前池坡率降i=（314.6-314）/12=0.05即

i=1：

十、管道设计

1.进水池的布置形式与水泵的结构和类型、进水池水位变化幅度有关。

进水池最低水位经常低于水平管段。

因此，需要有垂直的管段与水平管段连接。

2.出水管道

根据管路布置原则，本站的压力钢管比较短，长度不超过80m。

为了减少管路局部损失，经济运行，本站压力管道不再合并，但机组输水，沿途设支镇墩，保证管道运行稳定。

十一、出水池

如图9所示

选择正向出水的形式。

1.水平出流时出水池长度L

根据水面漩涡法知

L=ah淹0.5

a=7-（hp/Do-0.5）2.4/（1×

0.5/m2）

m=hp/Lp

设h淹=1mhp=1mLp=2m

m=0.5a=5.4

所以L=ah淹0.5=5.4mh淹min=0.3m

如图9淹没出流示意图

2．出水池宽度B

从施工和水力条件考虑，最小单管出流宽度为

B≥（2——3）Do

即B11=2×

0.4=0.8m

所以B=6×

0.8=4.8m取B=5m

2.出水池底板高程如图10所示

它是根据干渠最低水位▽低来确定。

即

▽底=▽低-（hmin+Do+P）

式中hmin——最小淹没深

设▽低=340m则

▽底=340-（0.3+0.4+0.4）=338.9m

3.出水池池顶高程：

如图10所示

根据池中最高水位加上安全超高△h来确定。

▽顶=▽高+△h

=341+0.5

=341.5m

十二、泵站运行工况

泵站运行工况已在泵的选型计算中说明，在此不再阐述。

如图10

十三、结束语

通过此次设计，使我们获得的专业理论知识系统化、整体化。

以便于巩固扩大所学的专业知识。

增强了我们独立分析问题、解决问题的能力；

提高了设计计算技巧和编写说明书及绘图能力。

为适应今后的工作需要打下了坚实的基础。

但是，也发现了不少问题。

一是我们理论联系实际的能力还不够强，解决实际问题的能力还有待提高；

二是对泵站的总体及细部还考虑不够周全，导致此次设计深度欠佳；

三是此设计缺少一些数据，从而在设计说明书中对厂房的稳定分析和应力分析只是理论的阐述。

通过这次设计使我的理论知识更加全面、实践能力更强。

设计中发现的问题，也可能是今后工作中所遇到的，我会加以改正，今后不会再犯第二次。

在设计中存在的缺点、疏漏和不妥，恳请各位老师批评指正。

参考文献

温新丽主编，水电站及泵站，中央广播电视大学出版社，2001。

丘传忻编著，泵站，中国水利水电出版社，2004。

张景成张立秋主编、袁一星李亚峰主审，水泵与水泵站，哈尔滨工业大学出版社，2003。

王涛主编，水泵及水泵站习题实验课程设计指导书，北京：

水利电力出版社，1995。

丁成伟编，离心泵与轴流泵，北京：

机械工业出版社，1985。

一、工程概况…………………………………………………………………

（1）

二、基本资料…………………………………………………………………

（2）

三、泵站设计参数的确定……………………………………………………

（2）

（一）泵站流量的确定…………………………………………………

（2）

（二）泵站设计扬程的确定……………………………………………（3）

四、水泵机组选型及配套……………………………………………………（5）

五、确定水泵的安装高程……………………………………………………（8）

六、站址选择…………………………………………………………………（9）

七、泵站设计及辅助设备选择………………………………………………（9）

八、整体稳定校核……………………………………………………………（13）

九、进水池与前池设计………………………………………………………（14）

十、管道设计…………………………………………………………………（16）

十一、出水池…………………………………………………………………（16）

十二、泵站运行工况…………………………………………………………（17）

十三、结束语…………………………………………………………………（17）

参考文献………………………………………………………………………（19）