武汉大学泵站课设说明书.docx
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武汉大学泵站课设说明书
泵与泵站课程设计
说
明
书
编制：
宋银强
第一章概述
1、设计任务及资料
某厂新建水源工程，近期设计水量为25万吨/天，要求远期发展40万吨/天。
拟采用固定式取水泵房，用两条直径为1.4米的自流管从江中取水。
从历史统计资料得知，该江洪水位水面标高为37.00米（频率1%），设计水位为25.00米（频率为95%），枯水位水面标高为23.53米（频率97%），净化厂反应池前配水井水面标高为57.83米，自流取水管全长200米，泵站到净化厂输水干管全长1150米，泵站枢纽布置图见《泵与本站》课本图4-81。
利用下述资料进行取水泵站工艺设计。
2、设计概述
取水泵站通常也称一级泵站.在地面水水源中,取水泵站一般由吸水井、泵房及闸阀井三部分组成。
通常取水泵站靠江而建，由于这个特点，所以河道的水文、水运、地质以及航道的变化等都会影响到取水泵站的埋深、结构形式以及工程造价等。
另外，站址的选择关系到填、挖方量，从而关系到工程造价，因此，在站址的选择上应当综合考虑各方面的因素以节约造价。
本次设计本着填、挖方量大致平衡的宗旨，选择了一个合适的站址，站址及地形高度图如下：
取水泵站从水源中吸进所需处理的水量,经泵站输送到给水处理厂进行净化处理。
本次课程设计以取水泵房为例进行设计，在布置管路前，通过粗略估算流量以及扬程来选择机组。
而后进行了管道及泵站内各种附件的布置设计，该步骤完成后，又对所选机组进行了三种工况（设计工况、消防工况、事故工况）的校核（近期校核三种工况，远期只校核设计工况）以确保所选机组确实满足设计要求。
在此次设计过程中，特别注意了经济、节能设计理念的体现。
无论是机组的工况分析，还是泵站内设施的布置，都是在满足实用的前提下，进一步考虑了经济、节能。
根据取水泵站设计“贵在平面”的事实，该取水泵房采用圆形钢筋混凝土结构以利于沉井法施工并且以此节约平面面积，降低造价。
在满足《泵站设计规范》（GBT50265-97）的原则下，根据相关的给水排水设计手册给出的各机组及附件安装尺寸，大致确定了泵站内主要设备的布置，并且尽可能地减小了各机组距离以节约造价。
在各主要设备布置完后进行了各辅助设备的选择与布置。
根据所选机组和各个辅助设备，可以绘制出取水泵站平面图及剖面图。
在设计该取水泵房时，在土建结构方面应考虑到河岸的稳定性，在泵房的抗浮、抗裂、抗倾覆、防滑波等方面均应有周详的计算。
在施工过程中，应考虑到争取在河道枯水位时施工，要抢季节，要有比较周全的施工组织计划，做到安全、高效地施工。
在泵房投产后，在运行管理方面必须很好地使用通风、采光、起重、排水以及水锤防护等设施。
此外，取水泵站由于其扩建比较困难，所以在新建给水工程时，要近远期结合考虑，具体说来就是，对于机组的基础、吸压水管的穿插套管，以及电气容量等我们应该考虑到远期扩建的可能性，所以土建方面应该是按照远期来设计施工，但是机组可以按照近期来选择，但是要注意为远期机组留出基础。
对于机组的配置，我们可以暂时只布置三台32SA-10J型水泵（一台备用，两台工作），远期需要扩建时，再增加一台同型号的水泵。
第二章设计计算
1、设计流量的确定和设计扬程估算：
（1）设计流量Q
为了保证供水对象的用水要求得到满足，设计流量的计算依据应当是供水对象的最高日用水量。
因此，泵站的设计流量应为：
Qr=α*Qd/T/3600
式中
Qr——一级泵站中水泵所供给的流量（m3／s）；
Qd——供水对象最高日用水量（m3／d）；
α——考虑到输水管漏损和净水构筑物自身用水而加的系数，本次取1.02；
T——为一级泵站在一昼夜内工作小时数，本次取24小时，即要求机组全天工作。
按照以上计算公式，则
近期设计流量：
Q1=1.02*250000/24/3600=2.95m3/s；
远期设计流量：
Q2=1.02*400000/24/3600=4.72m3/s；
（2）设计扬程HST
1）静扬程HST的计算
通过取水部分的计算已知在最不利情况下（即一条自流管道检修，另一条自流管道通过75%的设计流量时），从取水头部到泵房吸水间的全部水头损失为1.11m，则吸水间中水面标高为：
设计水位时：
25-1.11=23.89m
洪水位时：
37-1.11=35.89m
枯水位时：
23.53-1.11=22.42m
所以泵所需静扬程HST为：
设计水位时：
57.83-23.89=33.94m
洪水位时：
57.83-35.89=21.94m
枯水位时：
57.83-22.42=35.41m
在选泵时应该是考虑最不利情况下能够安全吸上水来，因此上述计算得出的三个静扬程，在选泵时要保证供水安全性主要考虑的是枯水位时的静扬程。
2）输水干管中的水头损失∑h
本次设计采用两条DN1400的钢管并联作为原水输水干管，当一条输水管检修，另一条输水管应通过75%的设计流量（此处按远期考虑），即Q=0.75*4.72=3.54m3/s。
本次设计采用海曾-威廉计算沿程水头损失，其具体公式如下：
hf=10.67*L*Q1.852/Cw1.852/D4.87
上式中：
hf：
管道沿程水头损失，m；
L：
管道长度，m；
Q：
流量，m3/s；
Cw：
海曾-威廉系数，此处采用120；
D：
管道直径，m；
代入相关数据，输水管路沿程水头损失：
hf=1.1*10.67*1150*3.541.852/1201.852/1.44.87=3.85m
上式中，1.1为考虑到局部水头损失而加大的系数。
3）泵站内管路中的水头损失∑h
∑h粗估2m，安全水头取为1m，则泵站设计扬程为：
枯水位时：
Hmax=35.41+3.85+2+1=42.25m
洪水位时：
Hmin=21.94+3.85+2+1=28.78m
2、选泵
在选泵时，一般从以下几点来考虑。
（1）型号整齐
从泵站的运行管理和维护检修来考虑，如果泵的型号太多是很不利的。
一般希望能选择同型号的泵工作，这样无论是电机、电气设备的配套与贮备，管道配件的安装与制作都会带来很大的方便。
机组的台数不宜太多，也不宜太少。
太多，运行调度太过麻烦；太少，则供水安全性得不到保障。
因此，本次设计采用了3台同一型号的泵32SA-10J。
（2）经济节能
各个离心泵都有自己的工作高效段。
在选泵时，要考虑到各个机组的高效运行。
因此，选泵时要考虑各台泵的经常工作范围（包括流量和扬程两个方面），确保所选泵在高效段内工作，经济节能。
另外，在选泵时优先选择大泵，因为一般来说，大泵比小泵的效率要高。
（3）安全性
在选泵时根据枯水位时所需扬程来选，与此同时，要优先选择允许吸上真空高度较大（吸水性能较好）的泵，避免发生气蚀，保证泵在最不利情况能够下能够安全吸水。
选泵时要选择备用泵，以满足事故情况下的供水要求。
（4）方案比较
本次设计时做了选泵方案比较。
要综合考虑多方面的因素，安全、高效节能、对泵房整体布置的影响等方面都是应该考虑的因素。
通过选泵方案比较，最终确定了选泵方案，即采用3台32SA-10J泵（近期两用一备，远期增加一台同型号泵）。
选泵过程见EXCEL附表。
3、管路系统的选取及布置
（1）吸水管路的布置
1）布置要求
对吸水管的基本要求有三点：
●不漏气
吸水管路不允许漏气，否则会使泵的工作发生严重故障。
●不积气
吸水管路中压强下降到一定值时，水中的溶解气体就会因压力的减小而不断逸出。
如果吸水管路的某处积气，形成气囊，就会影响过水能力，严重时甚至会破坏真空吸水。
因此，在设计吸水管路时，要采用偏心大小头，如此，能及时排走吸水管内的空气，避免形成气囊。
●不吸气
如果吸水管道进口处的淹没深度不够，进口处将会产生漩涡，吸水管将会被带进大量空气，这样会破坏泵的吸水条件。
因此，吸水管路的布置要保证进口处具有足够的淹没深度。
本次设计进口处淹没深度采用1.5m。
2）吸水管的选取
采用DN1200，无缝钢管；
（2）压水管路的布置
1）布置要求
泵站内的压水管路经常承受高压（尤其是发生水锤时），所以要求压水管路坚固而不漏水，并尽量采用焊接接口，但是为了便于拆装与检修，在适当地方设置法兰接口。
另外，为了防止倒流，应在泵压水管路上设置止回阀。
2）设计流速
压水管的设计流速：
管径小于250㎜时，为1.5～2.0m/s
管径等于或大于250㎜时，为2.0～2.5m/s
3）压水管的选取
联络管前：
DN1000，无缝钢管；
联络管：
DN1400，无缝钢管；
（3）管道系统中附件的选取
止回阀：
采用HH44－10旋起式止回阀，其规格为
DN1000，L=500㎜；
电动闸阀：
电动闸阀有三种，分别布置在吸水管上、联络管前压水管及联络管上。
吸水管上：
采用Z945T－10电动暗杆楔式闸阀，其规格为：
DN1200,L=500㎜,W=1018kg；
联络管前压水管上：
采用Z830T-10电动暗杆楔式闸阀，其规格为：
DN1000，L=500mm，W=860kg；
联络管上：
采用Z945T-16电动暗杆楔式闸阀，其规格为：
DN1400，L=600mm，W=1325kg；
偏心渐缩管（偏心大小头）：
其规格为D1200-d800，L=600mm；
等心渐扩管：
其规格为d1000-D1400,L=1000mm；
4、吸、压水管路（局部）水头损失估算
选择一条最不利管路，统计并计算其上所有的附件局部水损。
各个附件的局部水损系数从给排水设计手册（常用资料）查得。
计算过程见EXCEL附表，计算线路图如下：
5、单泵特性曲线和管道系统特性曲线的绘制
（1）泵特性曲线的绘制
根据手册中给出的泵的高效段的流量、扬程，在EXCEL中可以绘制出其高效段的曲线（单泵），进而绘制出泵的并联运行曲线。
（2）管道系统特性曲线的绘制
管道系统特性曲线的方程为H=HST+S*Q2
上式中：
H：
总的所需扬程；
HST：
水泵所需的净扬程，在前述已经求得；
S：
沿程阻力系数与局部阻力系数之和；
Q：
管道系统流量；
根据前面所选的最不利管路的总的水损hw和流量Q，根据hw=S*Q2，可以反算出其总的水损系数S；
在得出管道系统的特性方程后，据其取点，在EXCEL中即可绘制出对应的曲线。
管道系统特性曲线Q-H关系表如下：
设计水位时，管道系统特性方程为H=40.78+0.553*Q2
Q
H
1.0
41.33
1.5
42.02
2.0
42.98
2.5
44.22
洪水位时，管道系统特性方程为H=28.78+0.553*Q2
Q
H
1.0
29.33
1.5
30.02
2.0
30.98
2.5
32.22
枯水位时，管道系统特性方程为H=42.25+0.553*Q2
Q
H
1.0
42.80
1.5
43.49
2.0
44.45
2.5
45.69
6、工况点的求解及校核
前述已经求出单泵特性曲线（高效段）、并联运行曲线（高效段）以及管道系统特性曲线，据此可以求出并联工况点及单泵工况点，判断泵是否在高效段工作。
从所绘制的图来看，所选泵在设计工况下确实是在高效段工作。
另外，近期还要对消防工况和事故工况进行校核。
消防工况流量取为60L/s，事故工况考虑最不利情况的发生，即一根输水管断掉（或检修），另一根输水管要求保证75%的供水量。
两种工况点的求解方法和设计工况点的求解方法一样，求出两种工况点后便可判断所选泵是否满足要求。
从所绘制的图来看，所选泵满足消防工况和事故工况的要求。
校核图如下：
第三章泵房的设计
1、泵房内的布置
（1）基础尺寸确定
机组基础的作用是支撑和固定机组，便其运行不致发生剧烈震动，更不允许产生基础沉陷。
因此对基础的要求如下：
a）坚实牢固，除能承受机组的静荷载外，还能承受机械振动荷载。
b）要浇在较坚实的地基上，不宜浇在松软的地基或新填土上，以免发生基础下沉或不均匀沉陷。
结合以上要点及所选泵的类型，本次设计选用混凝土块式基础。
由于所选泵均不带底座，所以基础尺寸的确定如下：
基础长：
L=水泵地脚螺钉间距（长度方向）+（400～500）
基础宽：
B=水泵地脚螺钉间距（宽方向）+（400～500）
基础高：
H=（2.5～4.0）*（W水泵+W电机）/（L*β*ρ）
因此，32SA-10J型泵：
L=B+L2+L3+（400～500）=6500㎜
B=A+450=3000㎜
H=3.0*（3000+2235）/（3.2*1.25*2400）=1630取1700㎜
电机基础高H0=1700+800-400=2100㎜
（2）基础布置
泵机组布置原则：
在不妨碍操作和维修的需要下，尽量减少泵房建筑面积的大小，以减少挖方量，节约成本。
1）机组的排列方式
考虑到采用的是SA型双吸泵，其进出水特点是直进直出，故采用机组横向排列方式，这种布置的优点是：
布置紧凑，泵房跨度小，适用于双吸式泵，不仅管路布置简单，而且水力条件好。
这种布置机组整齐，也便于选择起重设备。
2）机组与管道布置
本取水泵房采用圆形钢筋混凝土结构，此类泵房平面面积相对较小，可以减少工程造价，便于沉井法施工，优点明显。
为了尽可能地充分利用泵房内的面积将四台机组交错并列成两排，两台为正常转向，两台为反向转向，在订货时应予以说明。
每台泵均设置有单独的吸水管、压水管，保证良好的水力条件。
在经过等心渐扩管后，用联络管两两连接起来（远期四台机组时）。
为了保证供水安全性，在泵房内和泵房外的联络管上均设置了闸阀。
对于泵房内机组的配置，我们可以采用近期购买安装三台32SA-10J型水泵，两台工作，一台备用。
远期时，再添加一台同型号水泵，三台工作，一台备用。
3）水泵间平面尺寸的确定
水泵机组采用四台交错并列布置成两排,泵房采用圆形钢筋混凝土结构。
横向排列各个部分尺寸应满足下列要求：
D1:
进水侧泵与墙壁的净距D1≥1000，取D1=1200㎜
B1:
出水侧泵基础与墙壁的净距B1≥3000，取B1=3000㎜
A1:
泵凸出部分到墙壁的净距A1=最大设备宽度+0.5m=1250+1000=2250㎜，取2700㎜
C1:
电机凸出部分与配电设备的净距C1=电机轴长+0.5m。
所以C1=1860+500=2360㎜。
但是,低压配电设备应C1≥1.5m，高压配电设备应C1≥2m,C1取2360㎜是满足的。
E1:
泵基础之间的净E1值与C1要求相同,即E1=C1=2360㎜
B:
管与管之间的净距B≥0.7m
F:
管外壁与机组突出部分的距离对于功率大于50KW的电机，F要求大于1000㎜，取F=1225㎜
A2:
泵及电机突出部分长度A2=200～250㎜
D1:
压水管路管径D1=450㎜
L:
机组基础长度L=3200㎜
所以，可得R=B1+F+D1+L+E1=3000+225+1225+3200+1350=9000㎜
（3）水泵安装高度
Hss=Hv-∑hs-V12/2g
上式中：
Hss：
水泵安装高度,泵轴至最低水位的几何高度；
Hv：
水泵的允许吸上真空高度；
∑hs：
吸水管路总水头损失；
V1：
水泵吸入口水的流速；
本次设计采用自灌式，不必设置抽真空装置，不仅节约了投资，而且不存在气蚀问题，保证了水泵的吸水条件。
2、泵房中各标高确定
泵房内底地面标高=泵轴标高-2.99=22.99-2.99=20.00m
水泵基础顶标高=泵轴标高-1.24=22.99-1.24=21.75m
水泵进水口中心标高=泵轴标高-0.60=22.99-0.60=22.39m
水泵出水口中心标高=泵轴标高-0.30=22.99-0.30=22.69m
地下部分筒体高度=室外地面高度－泵房内底标高=34.99-20.00=14.99m
泵房上层建筑高度：
根据起吊高度和采光，通风要求，从操作平台到房顶楼板间距离设计为16.32m。
操作平台最小标高=洪水位标高+1m浪高+1m安全高度=37.00+1+1=39.00m
本次设计中，操作平台标高为43.35m，满足要求。
泵房顶标高=43.35+16.32=59.67m
总的筒体高度=泵房顶标高－泵房内底标高=59.67-20.00=39.67m
3、辅助设备设计
（1）取水头部
本次设计中，取水头部采用的是箱式取水头部，其构造如下图：
（2）起重设备
由前面设计可知，最大设备的重量为YL143/42-10型电动机，其重量为8300㎏，据此选用LDT3.2S–型电动双梁式起重机，最大起重量为10T，配电葫芦型号为CD1，起升速度8m/min，工字钢630㎜。
其安装尺寸:
W=2500㎜,E=476㎜,H=687㎜,L1=1131㎜,L2=1790㎜,b1=1125㎜
（3）排水设备
由于泵房较深，故采用电动泵排水。
沿泵房内壁设排水沟，将水汇集到集水坑内，然后用泵抽回到集水间去。
取水泵房的排水量一般按20～40m3/h考虑，排水泵的静扬程按17.5m计，水头损失大约5m，故总扬程在17.5+5=22.5m左右，可选用IS65–50–160A型离心泵（Q=15～28m3/h,H=27～22m,N=3kW,n=2900r/min）两台，一台工作一台备用，配套电机为Y100L–2。
（4）通风设备
由于与泵配套的电机为水冷式，无需专用通风设备进行冷却，但由于泵房筒体较深，仍选用风机进行换气通风。
选用两台T35–11型轴流风机（叶轮直径700㎜，转速960r/min，叶片角度15°，风量10127m3/h，风压90Pa，配套电机YSF–8026,N=0.37kW）。
（5）计量设备
由于在净化场的送水泵站内安装电磁流量计统一计量，故本泵站内不再设计量设备。
4、泵房上层布置
第四章设计感悟
《泵与泵站》课程设计已经接近尾声，回想起来，这几周收获蛮大的。
首先是一种态度上的训练。
迄今为止，我们只接触过《给水排水管网系统》课程设计，应该说，经过管网课设，我们对于设计有了一定的认识和概念，但是，经过泵站课设我才发现，自己对设计还是有一些误解的。
一直以来，我所理解的设计就是按照自己的主观意识去设计，是一种毫无约束的事情，现在看来不是这样的。
在泵站课设中，李江云老师给我最大的印象就是一种治学严谨以及那种一丝不苟的做事态度。
李老师不厌其烦地给我们讲解泵站为什么要这么设计，机组为什么要这么布置等等一些工程经验，这让我很受感动，也改变了我对设计的看法。
设计不是随心所欲地去安排、去布置，而是依照自己所掌握的科学原理和工程经验去最好地实现设计目的，达到一种经济、节能而且高效的效果。
身为学生的我们，拥有的仅仅只是课本上学到的一些基本原理，工程经验十分欠缺，而泵站课设就是这样一次机会，让我们又一次感受了设计的全过程。
在经历了种种疑问与解答的过程后，我们把理论知识运用到生活实际的能力又一次得到了提升。
回顾整个设计过程，我们经历了EXCEL列表计算、CAD制图和设计说明书的编写。
每一个过程对我来说，都是十分有益的，尤其是CAD制图。
刚开始制图时，由于我对设计这个概念的理解存在一些偏差，所以没有按照比例来画，觉得只要把标注改好就行了，所以画的图基本上是一种草图。
在李老师给我指出问题之后，我果断抛弃了前面所画的所有图，决定从头开始画起。
接下来的几天我一直在全力画图，有时候觉得挺累的。
但是，作为学生，我觉得一定不能懒惰。
知道自己错误还不去改正，这不是我的作风。
经过几天的努力，后来进度总算没有落后别人太多。
经历过泵站课设后，我更加坚持自己的信仰，就是“勤能补拙”。
正如一句话，我相信这个世界上有神，但神也是人。
只不过神做了人没有做的事，他便成了神。
最后，感谢李江云老师在泵站课设中不辞劳苦的指导以及那种一丝不苟的做事态度对我的影响！
第五章参考文献
1、《泵与泵站》（第五版）,中国建筑工业出版社；
2、《给水排水设计手册》（1、3、9、10、11），中国建筑工业出版社；
3、《给水排水工程快速设计手册1－给水工程》，中国建筑工业出版社；
4、《给水排水工程快速设计手册5—水力计算表》，中国建筑工业出版社；
5、《小型水利水电工程设计图级抽水站分册》，水利电力出版社；
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