一套完整的泵站施工图设计计算算例Word文件下载.docx
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（kpa）
凝聚力
C
内摩擦角
φ（°
）
Qml
①
素填土
105
26
9
Qal
②
粉质粘土
160
35
22
18
Qdl+el
③
碎石土
450
32
Zc
④-1
强风化粉砂岩
600
60
50
40
④-2
中风化变质砂岩
1500
④-3
微风化变质砂岩
3200
1.2.3其它资料
①设计招标文件及合同书
②与业主及上级主管部门的沟通意见
③其它与本工程有关的资料
1.3设计标准
1.3.1治涝标准
《农田排水工程技术规范》（SL／T4－1999）中规定，排涝标准的确定应符合下列规定：
设计暴雨重现期可采用5～10年；
设计暴雨的历时和排出时间，应根据治理取得的暴雨特性、汇流条件、河网湖泊调蓄能力、农作物耐淹水深和耐淹历时及对农作物减产率的相关分析等条件确定。
《广东省防洪（潮）标准和治涝标准》（试行）（广东省水利厅粤水电总字（1995）4号文）：
治涝设计标准按涝区十年一遇24小时暴雨所产生的径流量；
城镇及菜地按一天排干设计；
农田按三天排干设计。
由于鹅公冲电排站主要以农田排涝为主，所以本工程设计标准为10年一遇最大24小时设计暴雨产生的径流量3天排干。
1.3.2工程等别、建筑物级别及相应洪水标准
鹅公冲电排站位于都城大堤鹅公冲堤段上，与鹅公冲水闸形成一座集防潮、排涝为一体的水利工程。
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）、《郁南县鹅公冲电排站改建扩建工程可行性研究报告》、省水利厅粤水规[2007]66号文“关于郁南县鹅公冲电排站改建扩建工程可行性研究报告的审查意见”，鹅公冲电排站总设计排水流量为28.53m3／s（新站17.65m3／s），在10—50m3／s之间，应为Ⅲ等中型工程，其主要建筑物级别为3级，次要建筑物为4级。
按泵站的建筑物级别，其设计洪水标准应为30年一遇，校核洪水标准应为100年一遇；
但根据《堤防工程设计规范》（GB50286—98）第5.1.5条，“堤防工程上的闸、涵、泵站等建筑物的设计防洪标准，不应低于堤防工程的防洪标准，并应留有适当的安全裕度。
”的规定，由于鹅公冲堤防的设计洪水标准为50年一遇，故经省厅审查确定电排站设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为100年一遇。
2工程规模
2.1设计流量的确定
排涝泵站设计流量的计算，一般有“平均排除法”和“调蓄演算法”两种。
平均排除法：
对于平原区，可根据排涝标准、排涝面积由水文专业计算求出排涝区的设计洪水总量，然后由该洪水总量除以设计排涝历时，从而计算出设计排涝流量（堤围渗漏流量、污水流量较大时也要另外计入）。
该种方法在排涝期内的部分时段将使排区在一定程度上受淹，但这对于一般的农田区是允许的。
调蓄演算法：
以下两种情况可采用此法，①如果排涝区内有较大的蓄涝容积（也可理解为站前有较大的低洼地带），其位置较低而又集中，可调蓄全部排涝面积上设计暴雨产生的径流量；
②排涝区内要求控制排涝上限水位的情况（此种情况当站前用来作调蓄的容积不很大时也应按调蓄演算法进行，这样也就是设计流量将会较大）。
鹅公冲电排站站前及河涌不能形成较大的调蓄池，排区又以农田排涝为主，故采用“平均排除法”进行排涝流量的计算。
平均排除法计算公式如下：
Q=Q雨+Q污+Q渗
Q雨=W雨/3600T
Q污=W污/3600T
Q渗—堤围渗漏流量，按经验取值为0.01m3/s·
km；
经量测，鹅公冲电排站堤围长度0.3km，其流量为0.003m3/s，故忽略不计。
W污—污水总量，m3；
据调查，鹅公冲电排站排区污水量很小，故不考虑。
T—排涝时间（h），在我院设计的工程实例中，一天排干标准时的排涝开机时间取24小时的居多（中山市水利电排总站在工程管理上一天排干的开机时间按24小时控制，但也有部分工程在设计上为安全起见取22小时）；
当两天以上排干时，每天排涝开机时间一般取22小时；
本工程为3天排干，排涝开机时间按3×
22小时计算。
根据以上计算公式及水文专业提供的鹅公冲电排站排涝区10年一遇设计洪量677.9万m3，可以计算得鹅公冲电排站总设计排涝流量为28.53m3／s。
旧鹅公冲电排站设计排涝流量为10.88m3／s，故本次扩建工程的设计排涝流量为17.65m3／s。
2.2特征水位、扬程的确定
2.2.1特征水位的确定
1、内河特征水位
（1）设计运行内水位
设计运行内水位根据《泵站设计规范》（GB/T50265-97）中第3.3.3.2条及条文说明，在调蓄容积不大的排涝区，一般以排水区内部耕作区90％以上的耕地不受涝的高程作为排水渠道的设计水位，根据调查鹅公冲电排站控制排水区田面高程在11.4～13.4m。
据统计90%的田面高程为12.65m（珠基，下同）左右，则排水渠道的设计水位按12.65m考虑。
泵站进水池设计水位取由排水渠道设计涝水位推算到站前的水位。
①估算渠道沿程水头损失：
排水渠道总长1.25km左右，渠道断面底宽20m，边坡1：
0.15。
渠道沿程水头损失计算按均匀流沿程能量损失计算公式进行：
h沿=Lν2n2/R4/3
L---流程长度，取1250m；
R---水力半径，R=A/χ=57.18/25.66=2.23m；
v---断面平均流速，v=Q/A=28.53/57.18=0.50m/s；
n---渠床糙率，取0.03。
经计算h沿=1250*0.502*0.032/2.234/3=0.097m
②估算拦污栅水头损失：
按《水工设计手册》第七卷公式（31—4—2）进行
h拦污栅=K[β1（t/b）4/3+β2（t1/b1）4/3]ν2/（2g）sinθ
K—污物附着影响系数，人工清污时K=1.5～2.0，机械清污时K=1.1～1.3；
鹅公冲电排站拦污栅为人工清污，污物数量一般，K按1.5考虑。
β1、β2、---栅条、栅柱形状系数，查《水工设计手册》第七卷图31—4—1，取β1=1.83，β2=1.67
θ---拦污栅的倾斜角度，取75°
；
t---栅条厚度，取8mm；
b---栅条间的净距；
根据《泵站设计规范》（GB/T50265-97）中第11.2.4条，对于混流泵，拦污栅栅条净距可取D0/30（D0为叶轮直径），最小净距不得小于50mm；
鹅公冲电排站泵型为混流泵，叶轮直径为1200mm，则1200/30=40mm，综合考虑取栅条净距为60mm；
t1---栅柱厚度，为600mm；
b1---栅柱间的净距，为4770mm；
ν---通过拦污栅的流速，根据《泵站设计规范》（GB/T50265-97）中第11.2.1条，人工清污时过栅流速宜取0.6～0.8m/s，本工程取0.75m/s。
则h拦污栅=1.5[1.83（0.008/0.06）4/3+1.67（0.6/4.77）4/3]0.752/2gsin750
=0.01m（可见拦污栅的水头损失是很小的）
综上，总水头损失:
h=h沿+h局
=0.097+0.01
=0.107m
则进水池计算水位为12.65-0.107=12.543m，考虑到渠道断面不规则等因素造成的局部水头损失未计算，故鹅公冲电排站进水池设计水位取12.5m。
（2）最高运行内水位
最高运行内水位根据《泵站设计规范》（GB/T50265-97）中3.3.3.3条及条文说明，取按排水区允许最高涝水位的要求推算到站前的水位，根据排区内地物性质及地面高程，调查了解排水区允许最高涝水位为14.3m左右（以村庄不受淹控制），参考设计水位中水头损失计算，取总水头损失0.2m，故鹅公冲电排站进水池最高运行水位取14.1m（中山许多工程由于排涝区地势很平坦，村庄或城镇的地势与其周边相比也基本差不多，故也常常取90％以上的耕地不受涝的高程作为最高运行内水位）。
（3）最低运行内水位
最低运行内水位根据《泵站设计规范》（GB/T50265-97）中3.3.3.4条及条文说明,按满足作物对降低地下水位的要求确定，“一般按大部分耕地的平均高程减去作物适宜的地下水埋深（本工程取90%田面高程），再减0.2～0.3m”。
该地区作物适宜的地下水埋深为0.4～0.7m,鹅公冲电排站最低运行内水位取12.65-0.85=11.8m。
2、外河特征水位
（1）设计外水位
泵站设计外水位根据《泵站设计规范》（GB/T50265-97）中3.3.3.4条及条文说明,取承泄区5～10年一遇3～5日平均水位。
本工程为3天排干，一般应取3天平均水位，在可行性研究阶段经过大量分析论证，认为3天平均水位偏高，出现的机率较低，采用西江10年一遇洪水5天的平均水位21.40m较为合适，经过省厅审查同意该值，故本次设计的鹅公冲电排站设计外水位采用21.40m。
（2）最低运行外水位
按《泵站设计规范》（GB/T50265-97）中3.3.4.4条的规定，最低运行水位为承泄区历年排水期最低水位；
按广东省防洪（潮）和治涝标准（试行）[广东省水利厅粤水电总字（1995）4号文]，“以90%受益面积的相应高程作为设计下水位”（在中山此值也经常作为最高运行内水位考虑），故鹅公冲电排站取值采用与设计内水位相同值，即12.50m（在中山此值经常与最高运行内水位相同）。
（3）最高运行外水位
按《泵站设计规范》（GB/T50265-97）应取10～20年一遇3～5日平均水位，鹅公冲电排站最高运行水位直接采用广东省水利厅颁布的《西、北江下游及其三角洲网河河道设计洪潮水面线》成果，鹅公冲处西江20年一遇洪水位23.48m作为最高运行外水位。
2.2.2泵站特征扬程的确定
由以上分析确定的设计内、外水位特征值，在考虑水泵输水水头损失的因素后，即可按各种工况确定泵站设计扬程、最大扬程等值。
1、设计扬程：
H设＝h设外－h设内＋h损
2、最大扬程：
H最大＝h高外－h内低＋h损
h损，水泵输水水头损失m，在初步选型时，一般按净扬程的15～20％计算，鹅公冲电排站按20％考虑。
鹅公冲电排站（新站）特征扬程、流量、水位等特征值见下表。
鹅公冲电排站（新站）设计参数表
泵站设计流量（m3/s）
泵站设计参数
内河水位（m）
外河水位（m）
最大扬程（m）
设计扬程（m）
最低水位
设计水位
最高水位
最高
水位
最大净扬程
损失扬程
最大扬程
设计
净扬程
设计扬程
17.65
11.8
12.5
14.1
21.4
23.48
11.68
2.33
14.01
8.90
1.78
10.68
3水泵选型
3.1水泵选型的原则
⑴在设计扬程时，必须满足泵站排涝设计流量的要求。
⑵在最高与最低扬程时，水泵应能安全、稳定运行。
⑶在平均扬程时水泵应在高效区运行。
⑷应优先选用国家推荐的系列产品和经过鉴定的产品。
3.2水泵类型与装机台数的确定
工程常用的泵型主要有离心泵、混流泵和轴流泵，其适用扬程范围分别为：
10m以上、5～30m、0～10m。
由于混流泵和轴流泵的流量及扬程在很大范围内是重叠的，但混流泵的高效范围宽，轴功率变化平坦，工况变化时，动力机接近额定工况下工作，运行效率高。
加之有些混流泵的尺寸较小，土建投资省，所以在这两种泵型都可选用的情况下，应优先选用混流泵。
水泵的结构形式主要有卧式、立式和斜式。
一般情况下，立式泵的平面尺寸较小，高度较大；
水泵叶轮淹没于水中，水泵启动方便，动力机可安装在最高洪水位以上，通风采光条件较好；
但安装要求较高，检修较麻烦。
因此，立式泵适用于水位变幅较大的场合。
卧式泵的泵房面积较大，但安装检修方便；
泵房荷载分布较均匀，适合于地基应力较弱的泵站；
卧式泵叶轮高于进水池水位时，需要增加充水设备；
因此，卧式泵适用于进水池水位变幅较小的场合。
斜式介于二者之间。
《泵站设计规范》（GB/T50265-97）第9.1.4条，“主泵台数宜为3～9台。
流量变化幅度大的泵站，台数宜多；
流量比较稳定的泵站，台数宜少”。
该条是对规模较大一些的泵站而言，在一些排涝面积较小的泵站，其台数常常少于3台。
在确定水泵台数时，应考虑以下几个问题：
（1）从建站投资上看，一般情况下，流量相同时，台数少，机电设备少，泵房面积小。
因而泵站土建投资和机电投资都会减少。
（2）从运行管理费用上看，台数少，单机容量大，机电设备的效率较高，维修管理较方便，所需的运行管理人员较少，费用较低。
（3）从对排涝流量的适应上看，由于排涝流量随着暴雨强度而变化，且变幅较大。
所以机组台数越多，对流量的适应性越大。
（4）排水泵站由于利用率低，考虑备用机组的较少。
（5）对于机组台数，一般是拟定几个方案，通过综合比较后确定。
鹅公冲电排站的设计流量为17.65m3／s，设计扬程10.68m，最大扬程14.01m，已超出轴流泵的扬程范围。
依据《泵站设计规范》（GB/T50625-1997）第9.1.5条，结合鹅公冲电排站实际情况及规模，装机台数宜为3～4台。
按设计流量18m3/s计，单机流量应在4.5m3/s～6m3/s之间。
根据水泵扬程和单机流量范围，查厂家水泵型谱图，适宜机型有：
HL5650-8、HL4850-7，均为混流泵。
3.3方案比较
各机型技术参数见下表：
各型水泵技术参数表
项目
泵型
HL5650-8
HL4850-7
安装台数（台）
3
4
转速（r/min）
370
422
叶轮直径（mm）
1200
1050
安装角度（度）
设计工况
总流量（m3/s）
20.55
20.8
单机流量（m3/s）
6.85
5.2
扬程（m）
效率（％）
87.9
87.5
轴功率（kW）
816
623
校核工况
16.8
5.6
4.2
82.9
82.5
928
696
配套电机功率（kW）
1000
800
总装机容量（kW）
3000
主厂房尺寸（长x宽x高）
土建投资（万元）
机电投资（万元）
上表中水泵轴功率的计算式举例如下：
水泵轴功率=1000QH/（102η）
对于HL5650—8型号
设计工况水泵轴功率=1000×
6.85×
10.68/（102×
0.879）=816（KW）
由上表可以看出，两个方案均能满足设计要求，3台HL5650-8机组厂房土建投资少，机电设备投资少，总装机容量小，但设计工况时排水量较4台HL4850-7小，综合比较，最后选定HL5650-8型立式混流水泵3台，每台配套电机功率1000kW。
3.4水泵工况点校核
为了检验泵型及管路配置是否合适，应进行水泵工况点校核，即根据所选的泵型和管路配置，通过具体计算求出管路损失（管路损失包括从喇叭口开始一直到涵洞出口的沿程损失与局部损失两部分），水泵净扬程加上水头损失得总扬程，然后由总扬程查水泵样本中的性能曲线，设计工况要在高效区，最大扬程时水泵也要能安全、稳定运行。
按鹅公冲电排站扩建新站的设计流量为17.65m3/s，计算水头损失如下：
3.4.1沿程水头损失
沿程水头损失计算公式按《水力计算手册》公式（1—3—26）
式中：
hf－沿程水头损失（m）；
v－流速（m/s）；
L－长度（m）；
C－谢才系数，
n－糙率，查《水力计算手册》表1—3—1；
R－水力半径（m）；
R=A/X
A—过水断面面积（m2）；
X—湿周（m）。
①水泵出口压力水管
L＝3.1m，D＝1.6m，n=0.011，计算得hf=0.01；
②压力水箱段（L＝12m）
L＝12m，A＝19.4m2，n＝0.014，R＝0.59，计算得hf＝0.003m。
③防洪闸前20.4m箱涵段
L＝20.4m，A＝20.06m2，n＝0.014，R＝0.61，计算得hf＝0.005m。
④防洪闸后13.6m箱涵段
L＝13.6m，A＝20.06m2，n＝0.014，R＝0.61，计算得hf＝0.003m。
⑤出口箱涵段（L＝51m）
L＝51m，A＝12.61m2，n＝0.014，R＝0.72，计算得hf＝0.026m。
∑hf=0.01+0.003+0.005+0.003+0.026=0.047m
3.4.2局部水头损失
局部水头损失计算公式按《水力计算手册》公式（1—3—51）
hj－局部水头损失（m）；
－局部水头损失系数，查《泵站》中的参数或《水力计算手册》表1—3—4
①水泵进口喇叭口段
局部水头损失系数
＝0.5，v＝2.59m/s，计算得hj＝0.17m。
②拍门
＝0.1（若拍门出口扩散未单独考虑，此处就应加上），v＝2.93m/s，计算得hj＝0.04m。
③拍门－压力水箱突然扩散段
＝0.36，v＝2.93m/s，计算得hj＝0.155m。
④压力水箱渐扩段
＝0.15，v＝0.5m/s，计算得hj＝0.002m。
⑤压力水箱－箱涵突然收缩段
＝0.05，v＝0.66m/s，计算得hj＝0.001m。
⑥防洪闸门槽段
＝0.1，v＝0.76m/s，计算得hj＝0.003m。
⑦防洪闸后箱涵突变段
＝0.398，v＝0.88m/s，计算得hj＝0.016m。
⑧箱涵出口段
＝1，v＝1.40m/s，计算得hj＝0.098m。
∑=0.17+0.04+0.155+0.002+0.001+0.003+0.016+0.098=0.485m
泵站总的水头损失∑h=∑hf+∑hj=0.047+0.485=0.532m
3.4.3工况点校核
在上面的水泵初步选型中，水泵输水水头损失已经按净扬程的20％给予了初步考虑，按此毛设计扬程和设计流量初选的泵型，其设计工况点在水泵样本性能曲线中应该是在高效区的。
但由于其水泵输水水头损失是初估的，故其设计参数有一定的误差，应实际计算泵站的水头损失，然后复核水泵的真实工作点，看其在水泵样本性能曲线中是否确在高效区。
若偏离高效区较远，应重新选择泵型。
对于鹅公冲电排站工况点校核如下：
设计工况点水泵扬程=8.9+0.532=9.432m
水泵最大扬程时水头损失也按0.532m代入，其扬程=11.68+0.532=12.21m
查水泵样本中的性能曲线，η泵均在86%以上，位于高效区，满足要求。
3.5装置效率复核
根据《泵站设计规范》（GB/T50265—97）第9.1.14条，“混流泵站的装置效率不宜低于70%”的规定，应对泵站的装置效率进行复核。
装置效率复核可按《机电排灌设计手册》公式（1—45）进行：
η装=η动×
η传×
η泵×
η管×
η池
η动—动力机的效率，查电机厂家资料，TL1000-16/2150型电动机η机=94%；
η传—传动装置的效率，本工程水泵与电机采用刚性联轴器联接，η传=100%；
η泵—水泵的效率，由上面3.4.3节求出的设计工况点η泵值带入即可（由设计工况点水泵扬程9.43查HL5650-8型水泵性能曲线），η泵=86%；
η管—管路的效率；
η池—进、出水池的效率；
η管+η池=进水池～管路～出水池的效率，当实际计算（不是初估的20%）了进水池～管路～出水池的水头损失h损后，那么水泵的毛扬程就等于水泵的净扬程加上h损，水泵的净扬程与毛扬程之比，就是η管+η池；
经水力计算η管=94.4%,
—，η池很小，忽略不计。
η装=94%×
100%×
86%×
94.4%×
100%=76.3%>
70%满足规范要求
4引渠过流能力及过栅流速计算
4.1引渠过流能力计算
引渠过流能力计算的目的是验算当泵站站前为某一特征水位时，引渠在该水位情况下的过流能力是否与泵站抽水流量相匹配，引渠过流能力若大于泵站抽水流量即满足要求。
①当排水渠道末端直接与泵站前池相接时：
则要验算泵站设计运行内水位（对应流量为泵站设计抽水流量）和最低运行内水位（泵站可能出现的泵站最大抽水流量）情况渠道相应的过流能力；
若在该水位情况下渠道的过流流量大于相应的泵站抽水流量即可。
渠道过流能力计算可按明渠均匀流公式Q=ωС（Ri）1/2进行。
②当排水渠道与泵站前池之间有另有一段引渠衔接时：
则首先要按①的计算方法计算引渠的过流能力；
若满足要求则还要根据引渠入口处的水位并加上该处的局部水头损失求出此位置渠道的相应水位和水深，然后同样按①的方法计算渠道的过流能力。
引渠和渠道的过流能力均满足要求方可。
局部水头损失计算公式为hj=ζv2/2g
ζ—局部水头损失系数，可由《水力计算手册》表1—3—4查取；
V—引渠流速；
鹅公冲电排站渠道直接与泵站前池相接，
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