苏丹东卡哈拉主泵站的概念设计及主泵选型设计Word下载.docx
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水源水位的波动，土质等。
根据结构基础的类型，固定站房可以分为四种类型，即分基型、干式、湿式和块基型。
也有移动站房，比如泵船和泵车等。
1.1设计内容
1.1.1设计题目：
1.1.2设计目的
通过完成本次毕业设计，达到熟悉一般水泵站设计的基本流程，掌握水泵选型的方法，了解泵站概念设计的主要要求和方法的目的；
进而掌握泵站工程设计的基本流程，熟悉各类水泵的选型方法。
1.1.3泵站设计水量：
32m3/s。
1.1.4设计任务
（1）根据设计要求确定泵站的主要布置形式，核算水泵的主要参数。
（2）根据确定的布置形式和水泵参数，选定主水泵并做出其结构外形图。
（3）完成泵站的概念设计，主要包括进水系统、泵房内设备、出水系统及其它辅助系统的概念设计。
（4）编写设计计算说明书,包括主水泵的参数计算，选型计算，泵站各系统的初步设计计算和设计说明。
1.2设计资料
1、泵站位于苏丹尼罗河边，要求总的设计提水量为32m3/S,采用9台（8用1备）立式水泵。
2、泵房采用水下桩基础形式，水泵为湿坑进水形式，水泵直接放置于河水中从河里取水。
3、水泵采用单独钢管出水，直到出水池。
水泵采用电动机直联驱动。
4、主要高程：
出水池设计水位：
326.0米
最高进水水位：
313.0米
设计进水水位：
307.0米
最低进水水位：
306.0米
5、泵为室内安装，现场为热带沙漠型气候，干燥多风砂，最高温度可达50摄氏度。
第2章计算说明书
2.1水泵和电机的初步选择
水泵是水泵站的主要设备，它决定着其它设备的选型配套和泵站构筑物的形式、尺寸，合理地选择水泵对降低工程造价及运行管理费用都有很大的意义。
2.1.1泵站的组成及特点
2.1.1.1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压水池；
（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）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）冷却设备指机组冷却系统设备
（11）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。
2.1.1.2泵站的特点
水泵直接从尼罗河里抽水，采用单独钢管出水，直到出水池。
泵房采用水下桩基础形式，水泵为湿坑进水形式。
2.1.2泵站设计流量的确定
设计流量的确定
泵站工作时总的设计流量：
Q=32m3/s
采用9台（8用1备）立式水泵,所以每台泵的设计流量为：
=32/8=4m3/s
2.1.3管路总体布置及其设计
本泵房采用水下桩基础形式，水泵为湿坑进水形式，水泵直接放置于河水中从河里取水，所以本泵站采用固定式湿室型泵房，泵房为半地下式矩形泵房,水泵站设置泵房间、配电间、值班室和检修间。
2.1.3.1管道的选型
钢管
易腐蚀，寿命短，强度低
球墨铸铁管
耐腐蚀，寿命长，强度高
由于钢管的强度高，接口可焊接，因此吸水管路和出水管（泵房内）均采用壁厚为6mm的钢管，本泵装置为大流量低扬程泵站，故压水管也采用钢管。
2.1.3.2管线的布置
水泵直接从尼罗河里抽水,根据经济设计流速v=1.5～2.5m/s，使用钢管出水，取管径D=1600，则输水钢管流速v=2m/s。
2.1.3.2.1吸水管路
吸水管路一般布置要求：
（1）为保证吸水管路不漏气，要求管材必须严格。
（2）为使水泵及时排走吸水管路中的气体，吸水管应有沿水流方向连续上升的坡度。
（3）吸水管的安装与敷设应避免在管道内形成气囊。
（4）吸水管安装在吸水井内，吸水井有效容积应不小于最大一台泵5min的抽水量。
（5）吸入式工作的水泵，每台水泵应设单独的吸水管。
（6）当吸水池水位高于水泵轴线时，吸水管上应设闸阀，以利于水泵检修。
（7）当水中有大量杂质时，喇叭口下面应设置滤网。
由于水泵直接从河里抽水，尼罗河含砂量大，所以水泵吸入喇叭口下面应设置滤网。
2.1.3.2.2压水管路
压水管路一般布置要求：
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。
（1）压水管路常采用钢管，采用焊接接口，与设备连接处或需要经常检修处采用法兰接口。
（2）为了避免管路上的应力传至水泵，以及安装和拆卸方便，可在压水管路适当位置上设补偿接头或可挠性接头。
（3）混流泵必须要开阀启动。
（4）当不允许水倒流时，需设止回阀。
（5）压水管设计流速为：
DN＜250mm时，v=1.5～2.0m/s；
DN≥250mm时，v=2.0～2.5m/s；
取泵房到出水池的距离L=300m，由于设计的装置静扬程H
=326.0-307.0=19m，混流泵为45度出水形式，取混流泵出水弯管后连接的直管段到泵房外侧L1=4m，再连接一个45度的弯管，弯管后接一段长L2=200m的直管，距离弯管5m的位置装有一个对夹式不锈钢蝶阀，距离蝶阀8m的地方装有一个电磁流量计，并在适当位置安装一个压力表，直管后接一个45度弯管，弯管后接一段长L3=21m的45度倾斜直管，倾斜直管后接一个45度弯管，弯管后接一段长L4=85m的直管直到出水池。
图一管路布置图
2.1.3.3泵站管路损失估算
管径D=1600mm，流速v=2m/s，
=0.204m
1）吸入喇叭口损失h1=ξ×
=0.15×
0.204=0.0306m（查表ξ=0.15）
2）出口弯管后直管损失h2=λ×
L/D×
=0.0203×
4/1.6×
0.204=0.0104m
（查表λ=0.0203）
3）30度弯管损失h3=ξ×
=0.175×
0.204=0.0357m（查表ξ=0.175）
4）弯管后直管损失h4=λ×
5/1.6×
0.204=0.0129m
5）蝶阀全开时损失h5=ξ×
0.204=0.0306m（查表ξ=0.15）
6）蝶阀后直管损失h6=λ×
175/1.6×
0.204=0.4529m
（查表λ=0.0203）
7）45度弯管损失h7=ξ×
=0.21×
0.204=0.0428m（查表ξ=0.21）
8）弯管后倾斜直管损失h8=λ×
21/1.6×
0.204=0.0544m
9）45度弯管损失h9=ξ×
10）弯管后直管损失h10=λ×
85/1.6×
0.204=0.2200m
（查表λ=0.0203）
11）出口速度头损失h11=ξ×
=1.0×
0.204=0.204m（查表ξ=1.0）
总水力Σh=0.0306+0.0104+0.0357+0.0129+0.0306+0.4529+0.0428+0.0544+0.0428+
0.2200+0.204=1.1331m
2.1.4泵站设计扬程估算
设计扬程由静扬程和损失扬程两部分组成。
H＝H
＋Σh=（326.0-307.0）+1.1331=20.13m
式中：
H
——设计进水水位与出水池设计水位高差
Σh——管路总损失
2.1.5初步选择水泵和电机
2.1.5.1水泵选择的基本原则
（1）在满足设计流量与设计扬程的情况下，应适应工况变化，即工况变化时，扬程浪费较小。
（2）在长期运行中平均工作效率高，即是选择效率较高的泵，运行时能使工况点落在高效段。
（3）水泵汽蚀性能良好，即选用允许吸上真空高度H
较大，必须汽蚀余量[NPSH]r较小的泵。
（4）所配电动机总装机容量小，避免“大马拉小车”。
（5）结构合理，便于安装、维护和管理。
（6）泵站投资较小。
本泵站在尼罗河旁，从河里取水时，含沙量简答，设计时应考虑泥沙含量、粒径对水泵性能的影响。
2.1.5.2初选水泵和电机
2.1.5.2.1水泵的选择
选泵的主要依据是泵站设计扬程和泵站设计流量。
根据泵站设计流量为4m3/s，设计扬程为20.13m,因本工程平均扬程较低，宜选混流泵，根据选泵原则和选泵步骤,在上海上泵有限公司找得一种型号为1100SBHL（C）4.0-23.5的立式斜流泵符合要求。
表1初选水泵性能列表
型号
流量
扬程
转速
轴功率
配带电机
效率
必需汽蚀余量
叶轮
直径
泵重
Q
H
n
pa
功率
η
m3/s
m
r/min
kw
kw
%
mm
kg
1100SBHL（C）4.0-23.5
2.951
28.9
495
1005.5
1120
496
83.1
8.32
1121
/874
6598
4.000
23.2
1017.6
89.6
7.42
4.974
16.5
970.6
14.2
由于立式斜流泵轴向力较大，所以选用推力轴承，可以承受较大轴向力。
立式斜流泵采用的密封方式为填料密封。
2.1.5.2.2电机的选择
配套功率的计算和电机选型
电动机的输出功率应满足水泵在运行中可能出现的最大轴功率要求，及以最大功率作为计算配套功率的依据。
配套功率计算：
=K
/η
式中
——电动机配套功率（KW）；
K——电动机功率备用系数；
考虑了水泵性能曲线的误差，水泵、管路陈旧引起的特性变化以及填料过松过紧等非正常因素，按表2选用；
——水泵工作范围内的最大轴功率（KW）；
η——传动效率，采用联轴器直联时η=1；
表2备用功率系数
功率/KW
<
5
5-10
10-50
50-100
>
100
备用系数
2-1.3
1.3-1.15
1.15-1.05
1.10-1.05
1.05
查表得K=1.05.
传动方式选择：
选择直接传动，即联轴器传动，直接的传动方式传动效率大，传动效率高、设备简单维修方便。
所以：
/η=1.05*1017.6/1=1068.48KW
泵站最常用的动力机是电动机。
电动机具有体积小，起动迅速，运行效率高，操作方便，工作可靠，便于自动化等优点，电动机的选择应根据水泵的转速和轴功率进行选择，根据水泵的运行参数在长沙电机厂找得一种YKK系列的大型三相异步立式电动机符合要求，型号为YKK800-12。
表3电机性能参数表
额定功率
重量
YKK800-12
1120KW
496r/min
23000kg
2.1.5.3管路系统在不同水位下的运行参数
求出管路系统在不同水位时的特性曲线方程：
管路水头损失Σh=S
（其中S为管路系统的当量摩阻）
S=Σh/
=1.1331/4=0.28
设计进水水位：
=19+0.28
最高进水水位：
=13+0.28
最低进水水位：
=20+0.28
画出泵的特性曲线和管路特性曲线，如图1：
图二
由图可以确定管路系统在不同水位下的运行参数，
1）水泵在最低水位下的运行参数是，流量Q=3.70m3/s，H=24.2m
2）水泵在设计水位下的运行参数是，流量Q=3.90m3/s，H=23.4m
3）水泵在最高水位下的运行参数是，流量Q=4.70m3/s,H=18.1m
2.2水泵安装高程的校核
泵为室内安装，现场为热带沙漠型气候，干燥多风砂，水温可达35摄氏度，查表得35度水的气化压力Hv=Pv/ρg=0.55m,Ha=Pa/ρg=10.33m。
则由此计算安装高度：
Hs=Ha-Hv-ΔH-Δha=Pa/ρg-Pv/ρg-h1-Δha
即Hs=10.33-0.55-0.0306-（7.2+0.3）=2.25m>
0满足要求
2.3水泵机组的基础设计
表41100SBHL（C）4.0-23.5的立式斜流泵安装尺寸
泵型号
电动机型号
泵外型安装尺寸（mm）
L1
H0min
H1
h1
h2
h4
1100SBHL（C）4.0-23.5
1100
1600
1590
680
2500
a1
c
e4
ETminCD
ETmin
DN
1550
640
1205
5531
2831
D1
D2
n-Фd0
1220
1275
28-Ф30
电机安装尺寸（mm）
A
B
C
D
E
F
2000
530
220
350
50
G
K
AD1
AD
AC
203
800
56
1500
1390
2300
AF
HD
BF
L
1860
2550
2600
3900
水泵机组的安装形式选用“EJ”安装形式：
即出水弯管布置在基础楼板上方。
泵支承在出水弯管下方的基础楼板之上。
驱动电机安装在另一单独基础楼板之上。
图三机组安装图
2.3.1布置机组和管道
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：
1、最常见的布置形式是一行式排列，如图a。
这种形式简单、整齐、泵房跨度
小，适应于卧、立式机组，但机组台数较多时，泵房长度及集水池宽度较大。
2、双行式交叉排列，当泵房长度受到限制或采用圆筒形泵房时可采用这种布置
形式，如图b。
这种形式可压缩泵房长度，但增加了泵房跨度，尤其是操作维修不便、同时还要求部分机组水泵轴调向，在水泵订货事必须加以说明。
3、双行式半交叉排列，在交叉布置的条件下，为了保持水泵轴不调向，可采用这种布置，如图c。
布置时要求水泵进出水管不穿过电动机基础。
4、平行一行式排列，小型泵站采用单吸离心泵时如IS型，由于水泵进、出口呈90度角，机组轴线平行布置进水不设弯管，并可减少机组间距，相应缩短了泵房长度和集水池宽度如图d。
图四主机组布置形式图
综合分析，本泵站机组布置选用a，即一行式排列。
2.4泵房形式的选择
目前在生产上采用的泵房类型很多，由于机组类型不同，水源与地下水的条件、地质条件、建筑材料及枢纽布置的不同，因此要求设计与客观条件相适应的泵房形式也就各不形同。
根据设计任务书要求，选用湿室型泵房：
与干室型泵房结构不同的特点是在干室内引进了水，即在某些使用条件下，为了增加泵房的整体稳定性将集水池移至泵房下部，即由干室变成了湿室。
湿室型地上结构与干室型基本相同，而地下结构常用污工或钢筋混泥土作成湿室，适用于中小型立式机组。
小型机组一般采用两层泵房结构，即电动机层与集水室。
中型机组一般采用三层泵房结构，即电动机层，水泵层及集水室。
2.5泵房内部布置及其尺寸的确定
2.5.1设备布置尺寸的一般要求
主要设备都应布置在起重机吊钩的行程极限范围内，设备之间、设备与构筑物之间应留有一定的距离。
要正确安排主机组与辅助设备、管路、管件、电气设备、交通道的位置关系，以便满足人行、安全、操作等要求。
1）相邻主机组之间的净距一般不小于1.0-2.0m，采用高压电动机时应取大值。
2）主机组与辅助设备之间，主机组与墙距均不小于0.7m，有起重机的泵房设备与墙距应大于吊钩至墙的极限距离。
3）电气设备布置在泵房内时，主机组与电气设备之间的距离不小于2.0-2.5m。
4）管件、阀件接头与墙距不小于0.3-0.5m，视阀件外形要求而定。
5）辅助设备与墙距不小于0.5m。
6）应布置有贯穿泵房全长的主交通道，宽度不小于1.2-1.5m。
2.5.2泵房内布置及尺寸确定
（1）泵房分层及各层布置本泵房为三层泵房结构的湿室型。
1）集水室。
平面一般为矩形，中小型混流泵的叶轮安装在室内，进水侧一般设有格栅，必要时设有闸门，集水室尺寸应满足水泵进水喇叭口布置的要求，其底板高程由水泵安装高程推算。
2）水泵层。
在集水室的上部，布置有水泵座（安装在水泵梁上），出水管、排水泵交通道楼梯、顶部开有吊物孔。
该层平面尺寸应与集水室，电动机层的尺寸相符，高度应满足水泵与电动机轴长要求。
3）电动机层。
主要布置电动机，进水侧一般布置交通道、楼梯、吊物孔等，出水侧有可能布置电气设备。
立式机组中心距一般与泵房开间相同，电动机层楼板高程应满足水泵与电动机轴长的要求一般置于最高设计水位以上。
立式机组泵房主机间平面尺寸主要由下层湿室的尺寸控制，并能满足电动机层设备布置要求，各层长、宽尺寸基本一致。
（2）泵房高度指电动机层地坪至屋架下弦或屋面大梁下缘的距离，立式机组取决于吊装泵轴所要求的高度。
H=h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7
式中H——泵房高度；
h1——起吊时电动机高出电动机层地坪的高度,h1=2.55m；
h2——吊件与电动机之间的安全距，取0.3-0.5m，h2=0.4m；
h3——最大长度吊件（m），一般为泵轴，有时也包括叶轮，h3=2.83m；
h4——吊钩与吊件之间的捆扎长度（m），取h3=0.5m；
h5——吊钩与起重机梁轨面的最小距离，由起重机样本查得，h5=0.5m；
h6——起重机梁轨面至起重机顶面高度（m），由起重机样本查得；
h7——起重机顶面至屋架下弦（或天花板）的距离，一般取0.1-0.3m，如果安装照明灯具，可适当加大。
H=2.55+0.4+4.5+0.5+0.5+1.6+0.2=10.25m
（3）检修间
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