《给水泵站课程设计》指导书.docx

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《给水泵站课程设计》指导书

《给水泵站课程设计》指导书

一、设计目的与要求

1、在设计过程中要综合考虑，应用所学有关知识，掌握泵站设计的步骤、方法。

2、重点培养学生独立思考、独立工作的能力及熟悉手册、样本、规范的使用。

二、设计内容

1、选择水泵、配置动力设备，布置机组、设计吸水及压水管路和计算确定水泵的安装高度。

2、另外要进行泵站平面和高程设计及泵站内主要附属设备的选择。

三、设计原则

1、在满足最大工况要求的水量和水压条件下，应尽量减少能量的浪费。

2、力求泵型统一，使型号整齐，互为备用。

当用水量与值变化大时，应考虑大小水泵搭配，但型号不宜过多，电机电压应尽量一致。

3、事故时泵站不允许断水，但可以适当降低供水量，其事故供水保证率与管网相同。

4、保证吸水条件，减少泵站埋深，以节省基建投资。

四、设计步骤

1、泵站设计控制值出水量及扬程的确定。

（1）设计工况点的确定

Qmax采用城市最高日最高时用水量，（升/秒）

Hp=（Z0-Zp+H0+h管网+h输水+h站内）×1.05（米）

式中Z0——管网最不利点的标高；

Zp——泵站吸水池最低水面标高；

H0——管网最不利点的自由水头；

h管网——最高日最高时管网水头损失；

h输水——最高日最高时输水管水头损失；有时输水管很短，这部分常包括h管网在内；

h站内——泵站内吸、压水管管路系统水头损失，估算为2～2.5米；

1.05——安全系数；

Hp——泵站按Qmax供水时的扬程。

（2）校核工况点的确定

Q＇=Qmax+Q消（升/秒）

Hp＇=（Z0-Zp+H0+10+h＇管网+h＇输水+h站内）×1.05（米）

式中Q消——城市消防用水量；

Q＇——消防时泵站总供水量；

h＇管网——消防时管网的水头损失；

h＇输水——消防时输水管水头损失；

10——低压制消防时应保证的最不利点自由水头；

Hp＇——消防时泵站的扬程。

2、水泵的选择

水泵的选择包括确定水泵的型号和台数。

必须注意所选定的泵站中工作泵的最大供水量和扬程应满足Qmax和Hp，同时要使水泵的效率较高。

建议工作泵的台数采用3～6台，备用泵一般采用1～2台（本次设计可采用1台），其型号与泵站内最大的工作泵相同。

若现有泵不合适时，可以采用调节水泵性能的方法，如切削叶轮等。

为选择时作参考，可以按下法进行。

（1）画设计参考线

在水泵综合性能图上（如教材第126页图4-11）通过以下两点连直线，得选泵时参考的管路特性曲线——设计参考线。

Q=0，H=Z0-Zp+H0

Q=Qmax，H=（Z0-Zp+H+h管网+h输水+h站内）×1.05

在水泵综合性能图上与设计参考线相交的且并联后能满足设计工况点的泵型，都可作为拟选泵，在组成方案时加以考虑。

（2）选泵方案比较

参考教材第127页表4-1的方法用表列出各方案每台泵或泵的组合在那种用水量变化范围内使用，其能源浪费情况及效率的高低。

必须强调：

在选泵时，一定要根据用水量变化曲线，注意出现用水几率高的范围。

使选定方案在该用水范围有较高的运行效率，同时要考虑远近期结合，水泵的吸水性能以及泵型台数的多少等因数，最后确定出最佳方案。

选泵后，还必须按照发生火灾的供水情况，校核泵站是否能满足消防要求，校核时，应把泵站中备用泵与最大供水时所用的工作泵并联起来，画出并联曲线，如消防时所需工况点（Q＇，Hp＇）位于并联曲线之下则校核合格，说明泵站的备用泵开动后总流量和扬程都超过消防时的要求，如开动备用泵后仍满足不了消防时的总流量要求，可再设一台备用泵以增加流量。

如开动备用泵后，由于消防时管网中损失太大而不能满足消防时的扬程，那么泵站中的工作泵在消防时都将不能使用，这时应另选一组为消防时的工作泵，其流量为消防总流量Q＇，扬程为Hp＇。

这样将使泵站设备投资大大增加，因而是不合理的，出现这种情况时，应调整管网设计中个别管段管径使消防扬程下降，用正常的备用泵就能满足消防要求是比较合理的。

对泵站的校核消防的目的是检查泵站是否具有供给消防时总流量及消防扬程的能力，由于火灾是一种偶然的非常事件，在消防时并不需要泵站具有较高的运行效率，只要求泵站能满足消防工况要求以保障人民生命财产，而不必考虑其效率的高低。

管网事故时泵站供水能力也按上述原则进行校核。

（本次课程设计因时间有限，可任选消防或事故校核之一进行复核计算）

这部分说明书中应叙述最大用水量、扬程、用水量与扬程的变化情况，消防（或事故）校核情况，选用水泵的型号、台数以及备用泵情况。

如果选用的水泵是经过切削叶轮的应予以说明。

3、动力设备的配置

动力设备采用电动机，当水泵选定后，可以根据水泵样本载明的电动机来选择。

水泵样本可参见“给水排水设计手册”（以下简称手册）第11册。

如果选择的水泵是要求改变转速或切削叶轮的，则功率和转数应根据比例率或切削率计算，并据此确定电机的参数。

选择电机时一般考虑四个因数：

水泵的轴功率N轴，水泵的转数m，周围的环境和电源电压。

注意，在水泵样本中常配有合适的电机，一般可据此选择。

当需要自行配置电动机时，可根据确定的电机参数，在手册第3册第402页表5-10中或手册第11册中进行选择。

这部分说明书中应说明所选水泵配备之电动机的功率、转数、电压及型号，可列成下表说明。

水泵型号

轴功率

转数

电动机型号

功率

转数

电压

……

4、泵站机组的布置

在确定水泵及电动机之后，机组（水泵与电动机）尺寸大小，可从手册第11册水泵样本上查到。

基础的平面尺寸和深度依据机组底盘尺寸或水泵、电机的底脚螺栓的位置，按教材第137页的有关规定进行计算。

机组的布置在水泵台数不多时（不超过6台），最好采用单行排列或斜向排列。

在选用B型泵的情况下，两种单向排列图式（轴线平行或成一直线）均可考虑，选用S、Sh、SA型泵时应采用轴线成一列布置。

机组布置应使泵站工作可靠、管理方便、管道布置简单，泵站建筑面积及跨度最小，并考虑有发展的可能。

机组布置应满足下列要求：

（参见给水排水工程设计与施工规范）

A、相邻两个机组基础间净距：

电机容量≤55千瓦时，≥0.8米；

电机容量＞55千瓦时，≥1.2米；

B、相邻两个机组的突出部分间的净距以及突出部分与墙壁间的净距：

电机容量≤55千瓦时，≥0.7米；

电机容量＞55千瓦时，≥1.0米；

还应保证泵轴和电机转子在检修时能拆卸。

C、泵房主要通道宽度不小于1.2米。

D、当考虑就地检修时，至少在每个机组一侧设置大于泵机组宽度0.5米的通道。

这部分说明书应该用草图画出布置图式（可以和下边管道布置合为一张），注上尺寸，草图可参考教材或手册第3册第381～383页进行布置，并配以简单的文字说明，叙述选用该布置的优点和存在的问题。

5、吸水管和压水管的设计

在决定了机组布置图式之后，可以进行管道设计，其主要内容如下：

（1）布置图式

一般吸水管从专设的吸水池或直接从清水池吸水（注意：

应该从能分成完全隔开的两个独立的吸水池或清水池中吸水），一般每台水泵有一条独立的吸水管，吸水管上一般不设闸阀，但当吸水池中水位有可能比水泵安装位置高时才设闸阀。

压水管应该彼此连通，经连通后的压水管的根数等于管网输水管数，一般至少为两根（中、小型泵站多为两根，大型泵站两根以上）。

为了减少泵站面积，连通管及不常开关的闸阀可设在泵站外，在每台水泵的压水管上应该有逆止阀和闸阀，此外，在连通管上应设闸阀，闸阀的数量应该根据事故时必须保证的供水安全程度决定，在任一管道、机组、闸阀或逆止阀发生事故时泵站不允许断水，但供水量可有适当的降低，应与管网的供水保证率相一致。

在决定了管道布置图式后，可以进行管径的计算。

（2）管径计算

吸水管管径应根据泵的最大抽水量及设计流速决定，最大抽水量是指该泵在单独工作或并联中可能出现的最大出水量，设计流速可按下述数据决定：

d＜250毫米V采用1.0～1.2米/秒

d≥250毫米V采用1.2～1.6米/秒

当水泵为自灌式时，设计流速可增至1.6～2.0米/秒。

压水管管径按通过的最大流量及设计流速决定，设计流速可按下述数据决定：

d＜250毫米V采用1.5～2.0米/秒

d≥250毫米V采用2.0～2.5米/秒

总压水管管径在泵站内按上述原则决定。

在站外按输水管管径决定。

（3）管材及配件规格决定

站内管道可用焊接钢管，管道上的配件如弯头、三通、四通、大小头、吸水喇叭口等均可采用钢板焊制，管道上闸阀及逆止阀可用法兰式接头的铸铁制品，其规格可按手册第10册查得，口径应和管径一致。

一般吸水管和连通管上不常开的闸阀采用手动，直径大于400毫米以上的闸阀可用电动，每台泵出水管上的闸阀因开关频繁采用电动，有关闸阀的选型参见手册第10册（常用的闸阀规格索引见手册第3册第62页，常用的逆止阀规格索引见手册第3册第470页）

配件的规格可以根据管道口径及管道布置图式决定，如弯头口径和管道相同，大小头按前后管径决定，三通四通亦可根据前后连接管道口径决定其规格。

在草图上各种配件可用符号表示，这部分参考手册第1册中有关给排水图例。

（4）管道敷设地点

当泵站为地面式或埋深不大时，站内管道直径小于500毫米时，管道一般设在管沟中，管沟的宽度视管径的大小而定（这部分可参考手册第3册有关管路布置章节或教材第143页），沟底应有1%坡度坡向集水坑。

站内管道大于500毫米时，可设在专门的地下室中，这时闸阀应在机器间内的地面上操作，地下室高度不小于1.8米，地下室顶盖应有部分能揭开的以便把管件运入或拆出。

半地下式泵站，（买深约为2-3米）可把管道直接设在地板上。

吸水及压水管道设计部分的说明书中应用文字说明采用的管材，设计流速和各管道的设计流量，管径的计算，管道的敷设地点，管道、闸阀布置图式的安全保证率，闸门的开启方式，并应附以草图表示管道的布置（可与机组布置合为一张）。

草图应表示出平面及立面的布置情况，注上管径及尺寸，草图上管道可用单线表示，各种配件用符号表示。

这里要注意，平面尺寸这时已决定，但由于泵的安装高度未定，因而立面上有一段立管尺寸未定，需留待计算水泵安装高度后方可确定。

有关水泵吸、压水管路的设计与布置可参考教材第138～142页。

6、水泵安装高度的计算

根据选定的水泵可在手册水泵性能曲线上找出最大吸上真空高度HS，必须注意每台泵的HS在抽水量不同时也不同，因而应根据该泵在可能的工作范围内的最大抽水量来查出对应的HS，如果水泵的安装地点的气压不是10.33米水柱或水温不是20℃时，应对HS作出修正，变HS＇为（见教材第88页），并由下式计算该泵的安装高度HSS：

HSS=HS＇-hS-V12/2g

式中hS——吸水管中水头损失；

V12/2g——安装真空表处的水头损失；

对卧式泵HSS应从吸水池最低水位算至泵轴（对大泵则算至吸水口上端）。

hS包括从吸水喇叭口真空表安装处的所有水头损失（沿程与局部）。

V12/2g可以根据最大抽水量和真空表处的过水断面积来计算。

当管道布置已定时，配件与管径也已定，所以吸水管中局部水头损失h局部应按水力公式计算，其中局部阻力系数由设计手册查得。

这时由于立管长度未定（见下图），沿程水头损失未知，但水平的长度L已知，可近似地令：

HSS=X

所以有：

式中i——吸水管段水力坡度，可查表。

或：

式中h水平——为吸水管水平段的水头损失，h水平=iL。

由上式计算得的HSS为最大允许安装高度，在选定水泵的安装高度时可以比HSS小，而不能大，泵站中各泵计算的HSS是不一样的，而泵站地面是一样高的。

因而按最小的HSS为最不利情况，以此为标准（该台泵泵轴标高起控制作用）来确定其余各泵和管道的安装高度。

一般泵站建在地面上造价最低。