给水泵站设计Word格式文档下载.docx
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1前言
1.1泵
1.1.1泵的定义和作用
从能量的观点来看，泵是一种能量转换机械，它将动力机的机械能量转给液体。
使液体获得能量而得到提升、增压、输送，压送水的泵称水泵。
泵一般是用来将液体从地势较低的地方抽吸上来，沿管路输送到地势较高的地方去。
例如，我们日常见到的，用泵把河流，池塘中的水抽上来往农田里灌溉；
又如把地下深井里的水抽吸上来并送到水塔上去等。
由于液体经过泵后压力可以提高，所以泵的作用也可以用来将液体从压力较低的容器中抽吸出来，并克服沿途的阻力输送到压力较高的容器中或其他需要的地方，例如，锅炉给水泵从低压水箱中抽吸水往压力较高的锅炉汽包内给水[1]。
1.1.2泵的分类
（1）水泵按原理分：
叶片式水泵、容积式水泵、其他类型泵。
其中：
叶片式水泵包括：
离心泵、轴流泵、混流泵。
离心泵按叶轮工作数目分为单级泵，多级泵；
按叶轮结构分为单吸泵，双吸泵；
按工作用途分为油泵，水泵，凝结水泵，蒸汽泵，排灰泵；
按工作压力分为低压泵，中压泵，高压泵。
轴流泵按轴的安装方式分为立式泵，卧式泵，斜式泵。
容积式水泵包括：
往复泵和转子泵。
（2）按使用部门分：
农业用泵、工业用泵和特殊用泵等。
（3）水泵按用途分：
水泵、沙泵、泥沙泵、污水泵、污物泵、井用泵、潜水电泵等。
（4）水泵按动力类型分：
手动泵、畜力泵、风力泵、太阳能泵、电动泵、机动泵[2]。
1.2泵站
1.2.1泵站的定义
泵装置及辅助设备和相应的建筑物组成了泵站。
能够提供有一定压力和流量的液压动力和气压动力装置[3]。
1.2.2泵站的分类
（1）给水泵站：
①按照水泵机组设置的位置与地面的相对标高关系，可分为地面式泵站、地下式泵站与半地下式泵站。
②按照操作条件及方式，可分为人工手动控制、半自动化、全自动化和遥控泵站等。
③按泵房位置变动与否可分为固定式泵房和移动式泵房。
④按基础及水下结构的特点可分为分基型、块基型、干室型和湿室型等形式。
⑤按水泵类型，可分为卧式泵泵房、立式泵泵房和深井泵房。
⑥按泵站供水情况，可分为均匀供水泵站和分级供水泵站。
⑦按泵房外形可分为矩形泵房、圆形泵房和半圆形泵房。
⑧在给水工程中，常见的分类是按泵站在给水系统中的作用可分为取水泵站，送水泵站、加压泵站及循环水泵站。
（2）排水泵站：
①排水泵站按其排水的性质，一般可分为污水（生活污水、生产污水）泵站、雨水泵站、合流泵站和污泥泵站。
②按其在排水系统中的作用，可分为中途泵站（或叫区域泵站）和终点泵站（又叫总泵站）。
③按泵启动前能否自流充水分为自灌式泵站和非自灌式泵站。
按泵房的平面形状，可以分为圆形泵站和矩形泵站。
④按集水池与机器间的组合情况，可分为合建式泵站和分建式泵站。
⑤按照控制的方式又分为人工控制、自动控制和遥控三类[4]。
1.2.3我国泵和泵站的发展状况
随着国民经济及工农业的发展，给水排水工程的兴建与改建规模日益扩大，泵行业在设计制造和应用技术方面也在不断提高。
近年来，随着CAD优化设计、可靠性设计和微机测试技术的推广应用，从设计开发、材料选用、加工工艺、调式、检测等生产全过程都建立了较完整的ISO质量认证保证体系，并不断引进国际先进技术，逐步建立了机泵网系统和实行了广泛的技术合作体系。
目前，国内可以生产多种型号、规格、多品种、不同材质的多种系列泵，最大的水泵叶轮直径达5.7m，而小型微型泵如同纽扣般大小，在材质上研制了氟塑合金泵、陶瓷泵、玻璃钢泵、无泄漏节能型的磁力驱动泵，以及体积小投资省多种材料的潜水泵。
[5]
（1）系列化、标准化程度日趋完善的同时，向专业化、特殊用泵化发展。
自1958年以来，在统一型号系列分类定型尺寸等方面做了大量工作。
自1975年以来，我国陆续生产了ISO国际标准系列泵，适应排污排渍以及给水用的大中型不同材质的轴流式、离心式潜水泵。
为了满足高层建筑给水的需要，引进了日本先进技术只在的双蜗壳单吸多级离心泵MS型系列、原国家经委、原机电部联合推广的节能产品DG型锅炉给水泵系列，适用于航空、冶金、化工、轻工、食品有关防腐、有毒、易燃、贵重液体，无泄漏节能型磁力驱动泵，抽送高压液体用的高速泵正在引进与研制之中。
（2）向大型化、高速化发展。
我国目前生产最大的轴流泵单机容量6000KW、混流泵7000KW、离心泵8000KW；
高压锅炉给水泵单机容量60000KW；
新型离心潜水泵抽送流量已达500L∕s。
相应扬程110m，最大出水量达8m3∕s，并有再扩大的趋势。
大型化必然导致高速化，在20世纪80年代，国际水平的多级分段式离心泵转速7500r∕min，现已增至10000r∕min。
我国目前使用的进口同类产品转速4600r∕min。
高速泵产品转速30000r∕min，相应扬程H=2000m以上。
仅此还不能完全满足高压液体的输送，因此大型化的同时必然高速化。
（3）泵站自动化水平逐步提高。
我国泵站自动化装备还不够完善，技术水平还不够高，但自动化管理模式正在被人们所接受，并努力去实现。
从机组起动、监视运行、停机全过程以及多级抽水泵站系统的调节、优化调度，在逐步实现自动化的过程中计算机技术及网络系统的应用日趋广泛，管理水平也在逐步提高[6-7]。
随着经济的发展与计算机技术的进步，我国泵站泵站自动化技术逐渐发展起来，泵站监测系统自70年代至目前为止，已发展到一定水平，可分为一下三个阶段：
起步阶段：
至1969年，江都一、二、三站先后投产。
1972年在江都站进行自动化试验，在站上建一总控室，对整个枢纽进行遥测、遥控，但由于元件质量问题，无法正常使用。
完善阶段：
80年代以来，监测系统不断提高与完善，泵站中陆续使用自动化设备。
江苏皂河站及淮阴站，投产时未设监控装置，至80年代，皂河站配置微机，淮阴站进行就地监控，用无线传送进行遥测，但两个站均由于元件质量问题，未达到监控目的。
1983年投入运行的我国西北地区最大的新疆博斯腾湖泵站，该站采用当时比较先进的DJK-F-T型集中控制装置，在机组运行中发挥了一定的作用。
又如1986年投入运行的湖北汉川二站，采用自动监测系统，利用JYT-850型综合调度端，对站内运行参数自动巡检。
应用阶段：
进入90年代，计算机技术飞速发展，自动化技术在泵站中得到了很大的发展和应用。
江苏省在大型泵站中，已全部采用微机监控，如1993年竣工的徐州沙集站，1996年建成的淮安三站，及1997年进行节能改造的江都一、二站等项目均采用自动监测系统[8-9]。
1.2.4国外泵站的发展状况
泵站与其它水利建筑物不同，它无需修建挡水和引水建筑物，对资源和环境无影响，受水源、地形、地质等条件的影响较小，且具有投资省、成本低、工期短、见效快、灵活机动等优点。
但是，泵站运行要耗能，设备维护和更新费用高。
尽管如此，许多国家还是把泵站工程建设列为优先考虑的重点。
尤其是荷兰、日本和美国等国家，他们的发展速度较快，技术更先进、管理更完善，有许多东西值得我们借鉴和学习[10]。
（1）荷兰泵站工程发展状况：
荷兰是一个地势低洼的国家，约有四分之一的国土面积低于海平面，历史上即以筑堤、排水、围海造田而著称，再加上部分地区开垦沼泽地等，其排水问题十分突出。
为了解决这些矛盾，荷兰政府兴建了众多的大型排水泵站，迄今已从围海造田中增加土地面积约60万公顷。
荷兰排水泵站的特点是扬程低、流量大。
其泵站的数量和大泵的台数都是我国泵站数量的三倍以上。
荷兰比较注重科研的投入，科研力量很强，研究机构齐全，设施非常完善，对水泵及其进、出水流道均有比较系统的研究[11]。
（2）日本泵站工程发展状况：
日本是一个岛国，国土面积大部分为山地、丘陵，人均拥有的耕地面积较少。
为获得土地面积，日本采用了大规模拦海造地的方法，同时兴建了一批排水泵站，以解决易涝地区的排渍问题。
19世纪前后，围绕大河流域的水田开发取得进展，初步形成现在日本水田面积300万hm2的规模。
1868年明治维新后，近代科学技术和日本传统的水田农业技术结合，日本的灌溉排水设施得到广泛建设，不断发展提高。
1970年前后，日本大米过剩，政府开始推行调整农业产业结构的政策，灌溉排水设施的建设从原来以水田为中心转入以旱地为中心。
进入1990年后，随着灌溉排水设施以新建改良为主的制度逐步完善，以大河下游沼泽为中心，积极推行了旨在提高生产率的排水设施建设[12-13]。
1.2.5泵站存在的问题
（1）设计不合理，建设标准低。
规划设计不合理，工程效益降低，泵站流量减少，机泵效率下降的问题严重。
不少泵站的进出水设计不合要求。
特别是进水设计不规范，造成进水条件恶化，汽蚀、振动、漩涡的产生使水泵效率和工作性能急剧下降。
九十年代以来，我国对大江大河进行了大力度的治理，大幅度地提高了堤防、涵闸、河道的防洪标准，在应对特大洪涝灾害时有了可靠保障。
而与此形成对照的是，许多泵站防洪标准偏低，不少大型泵站一般仅能达到五年一遇到十年一遇的标准。
目前，已达标的灌排面积中由于工程老化灌排标准也在逐年降低[14]。
（2）老化失修严重。
六七十年代兴建的泵站，至今已运行了三十年以上，主机组严重老化，电气设备绝缘性能下降，安全可靠性明显降低。
许多淘汰过时的设备，给泵站的安全生产和经济运行带来巨大威胁。
建筑物工程年久失修，碳化、裂缝、沉陷、破损严重，故障频繁发生，维修周期越来越短；
闸阀、压力管道锈蚀、腐蚀严重，造成爆裂隐患，严重影响了泵站安全运行和效益的发挥。
致使泵站效率不断下降，成本不断上升，管理费用不断增长，不少泵站已到了难以为继的状况，有些泵站的机组已多年不能正常运行。
（3）能源消耗超标。
我国机电灌排年均耗电160亿kW.h，年均耗油200万t。
我国大中型泵站平均装置效率仅40％-50％，距部颁标准电力泵站每台机组要求能源单耗≤5kW.h/（kt.m）相差甚远。
据甘肃省统计，334处大中型电灌工程大部分装置效率在30-40％之间，能源单耗在9-6.8kW.h／kt.m。
浙江省全省的泵站平均装置效率为32％，年耗电4亿kW.h，按部标准每年浪费用电1亿kW.h。
（4）效益衰减，抗灾能力减弱。
由于设备损坏严重，泵站的设备完好率和运行可靠性大大降低，抵御自然灾害能力大大减弱。
在应对特大洪涝灾害面前重大事故频发，不少泵站面对滔滔洪水不能开机运行。
江湖演变、泥沙淤积，加之水情和雨情恶化，汛期长江洪水顶托，使外河水位不断抬高，泵站提排扬程增加。
据统计，湖区汛期外河水位普遍提高1.0-2.0m，造成泵站扬程加大，机组超负荷运行，产生剧烈震动，排水流量减少，效率急剧下降，有的泵站在高洪水位时被迫停机。
技术落后，自动化程度不高。
泵站普遍缺少自动化监控设施和基本的信息化手段，泵站机组不匹配，不能实现优化运行，优化调度。
泵站管理技术落后，加上后期管理设施改造经费不足，投资匮乏，淘汰的管理设施得不到及时的更新。
从整体而言，泵站相对我国水电、电力等行业，泵站管理手段更为落后和滞后，西部地区与我国东南部省份的泵站相比，甚至在东南一些省的不同地区，管理手段差距明显，与现代化管理的要求相差甚远。
（5）站区生态环境破坏严重。
长期以来泵站更新改造资金投入严重不足，维修资金缺乏，运行费用无保障，泵站生产生活设施落后，周围荒山坡地，水质污染，站区生态环境破坏严重。
很多泵站没有与外界相连的站区标准道路,交通不便；
基层站效益差，职工生活困难，住房简陋，无法满足工程正常运转的需求[15-16]。
1.3送水泵站
设在水厂内，直接向用户送水，因此水泵运行工况直接受用户用水情况的影响，其流量与水压在一天内是逐时变化的，尤其是在无水塔管网系统中工作，供水的不均匀性更突出。
要使泵站经济有相应的调节措施，如设调节构筑物，采用分级供水方式，合理的选择水泵型号及台数，有条件时可采用变速调节运行，以及制定相应的运行管理制度[17]。
常用的分级供水方式是用不同的开机台数，以及大小机组配合运行，来适应流量的变化。
对有调节构筑物的情况一般分两级供水，无调节构筑物的时，一般采用三级供水，即水泵总出水量满足最大时管网用水要求，各个供水时段采用不同的水泵配合并联运行供水。
对于有条件的泵站，可采用定速与调速泵并联运行方式，在调速泵的调节下，不仅流量满足要求，减少扬程浪费，还可能使水泵在高效段运行[18]。
二级泵站集水井水位比较稳定，变幅比较小3-4m，中小型离心泵吸水扬程较高，常采用地面式或半地下式泵房，地面式常采用分基型泵房，半地下式常采用干室型泵房，但结构埋深不大，施工较方便。
泵房内采光通风条件较好，只有在机组容量较大或台数较多时才考虑机械通风。
检修运行废水再不能自流时才设排水泵抽排，室内交通方便，吊运设备简单，辅助设备较少。
此外，站内要设计量设备与水位仪表。
流量计传感器装于现场，显示仪装于控制室。
最好选用既能指示清水池水位，又能给出高低水位信号的水位计，泵房的隔音与减振在今后的设计中叶应予以考虑[19-20]。
2设计内容
2.1设计资料
某市送水泵站日最大设计水58000t/d，泵站分两级工作。
泵站第一级工作从6时到22时，每小时水量占全天用水量的4.90%；
第二级工作从22时到次日6时，每小时水量占全天用水量的2.8%。
该市最不利点建筑层数6层，自由水压为28m,输水管和给水管网总水头损失为9.32m，泵站地面标高为650m，泵站地面至设计最不利点地面高差为15.60m,吸水井最低水位在地面以下4.0m消防水量100m3/h，消防时，输水管和给水管网总水头损失为20m。
2.2工艺流程：
图2.1送水泵站流程图
Figure2.1Thepumpingstationflowchart
图中1为清水池；
2为吸水井；
3为送水泵站；
4为管网；
5为高地水池（水塔）
2.3设计内容：
2.3.1设计流量的确定和设计扬程的估算
（1）设计扬程估算：
H1=Zc+H0+∑h+∑h泵站内+Hc（2.1）
（2）设计流量的确定:
Q=最大设计水量×
每小时水量占全天用水量（2.2）
2.3.2初选水泵和电机：
（1）选泵原则
水泵选型是根据所需的设计流量与设计扬程选泵
（2）电机选择
根据水泵样本提供的配套可选电机，根据电源容量的大小、电压等级、水泵运行可能出现的最大轴功率和转速以及传动方式等条件确定电动机类型、容量、电压等。
常用的电动机有异步电动机和同步电动机两种。
2.3.3吸水管路与压水管路计算
（1）吸水管路:
吸水管路通常处在高压状态下工作，所以对吸水管路的基本要求是不漏气、不积气、不吸气，否则会使水泵的工作产生故障。
吸水管管径，由确定的流量，由钢管水力计算表查得管径,流速,单位管段的水头损失。
（2）压水管路:
对压水管路的基本要求是耐高压、不漏水、供水安全、安装及检修方便。
压水管管径由确定的流量，由钢管水力计算表查得管径，流速，阻力系数。
2.3.4机组布置
水泵机组布置的基本要求是：
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、起重设备简单并留有扩建余地。
常见的布置形式有：
一行式布置、双行式交叉布置、双行式半交叉布置、平行一行式布置。
2.3.5吸水管路与压水管路中水头损失的计算
吸水管路中的水头损失：
沿程水头损失，局部水头损失
压水管路水头损失：
2.3.6水泵安装高度的确定
（2.3）
式中
——安装高度,泵轴至最低水位的几何高度；
——水面上的绝对大气压；
——水泵的气蚀余量；
——吸水管路总水头损失；
——实际水温下的饱和蒸汽压力。
2.3.7吸水井的设计
（1）吸水井尺寸应满足安装水泵吸水管进口喇叭口的要求。
（2）吸水井最低水位＝清水池最低水位－清水池至吸水井水头损失；
（3）吸水管进口应设喇叭口，以便吸水管进口水流平稳，减少损失。
2.3.9消防校核、辅助设备的选择
消防时，校核泵站的供水量和泵站的扬程；
根据电机和水泵的重量结合水泵房的高度选择起重机；
根据
和
选取真空泵，在压水管上设超声波流量计。
2.3.10泵房形式、建筑高度和平面尺寸的确定
泵房左侧设有设备出入的大门，右侧设有控制室，配电室等。
3．设计计算
3.1水泵机组的选择
3.1.1二级泵站的组成及特点
（1）二级泵站的组成
①水泵机组包括水泵和电动机，是泵站中最重要的组成部分；
②吸压管路指水泵的吸水（进水）管路和压水（出水）管路，水泵通过吸水管从吸水井（池）中吸水，经水泵加压后通过压水管路送至用户；
③引水设备指真空引水设备（如真空泵、引水罐等）和灌水设备。
当水泵工作为吸入式启动时，需引水设备；
④起重设备指泵站内设备及管道安装，检修用的吊车、电动葫芦等设备；
⑤排水设备指排水泵、排水沟、集水坑等，用以排除泵站地面污水；
⑥计量设备指流量计、压力计、真空泵、温度计等；
⑦采暖及通风设备指采暖用的散热器、电热器、火炉及通风机等设备；
⑧电气设备指变、配电设备；
⑨防水锤设备指水锤消除器等；
⑩其他设备包括照明、通信、安全与防水设施等。
在泵站中除设有机器间（安装水泵机组的房间）外，还设有高低压配电室、控制室、值班室、修理间等辅助房间。
（2）二级泵站的特点：
二级泵站通常设在净水厂内，经水厂净化后的水进入清水池储存，清水池中水经管道自流入吸水井，水泵从吸水井吸水，经加压后送入城市输配水管网。
其工艺流程如：
清水池→吸水井→送水泵站→输配水管网→用户。
基本特点：
泵站埋深较浅，通常建成地面式或半地面式，为了适应用户水量、水质的变化，需要设置多台水泵机组，因而，泵房面积较大，泵房一般为矩形形状，砖混结构。
3.2泵站设计参数的确定
3.2.1流量的确定
58000t/d=58000m3/d。
泵站一级工作时的设计工作流量：
Q1=58000*4.90%=2842m3/h=789.44L/S
泵站二级工作时的设计工作流量：
Q2=580000*2.8%=1624m3/h=451.11L/S
3.2.2扬程的确定
H1=
=15.6+4.0+28+9.32+2.0+1.5=60.42m（3.1）
其中:
—最不利点的地面标高和吸水井最低水位的高程差（m）；
—自由水压（m）；
—总水头损失（m）；
∑h—泵站内损失（初步估计为2m）
Hc—安全水头1.5m
3.3选择水泵
3.3.1水泵选择的基本原则
（1）选泵要点：
①大小兼顾，调配灵活
在用水量和所需的水压变化较大的情况下，
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