灌溉泵站.docx
《灌溉泵站.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《灌溉泵站.docx（32页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
灌溉泵站
目录
一、基本资料2
1.1.自然条件及建站依据2
1.2．站址地形剖面资料3
1.3．站址地质4
1.4．水位4
1.5．流量4
1.6．引渠、灌溉断面图4
二、泵站设计参数5
2.1扬程计算5
2.2流量计算6
三、机组选型6
3.1水泵数量确定6
3.2电动机配套7
四、初定站址及泵房形式9
4.1.确定站址9
4.2.初定泵房形式9
4.3.管路初步布置10
五、水泵工作点校核14
5.1.机组定位14
5.2.确定各管道长度14
5.3.计算阻力系数14
5.4.校核水泵工作点15
六、水泵安装高程的确定18
七、泵房设计18
7.1.泵房形式18
7.2.泵房内部布置19
7.2.2.配电设备布置19
7.3.泵房平面尺寸20
八、泵房整体稳定校核21
8.1.抗浮稳定计算21
8.2.抗滑稳定计算22
8.3.地基承载力校核23
九、进水池、出水池和前池设计23
9.1进水池设计23
9.2.前池设计25
9.3.出水池设计26
一、基本资料
1.1.自然条件及建站依据
乘风乡位于湖南省临湘县的东北部，周围被渭田湖等内湖所环抱，整个地势是中间高，四周低，其间小山包蜿蜒起伏，伸向湖中，形成许多小湖汊，是一个半丘陵半湖区乡（见图1）。
该乡资源丰富，水源充足，土地肥沃，其水利设施分防洪排涝和抗旱两部分。
抗旱是以提灌为主，提蓄结合，充分利用山塘、实行长藤结瓜，除已有泵站外，拟新建庙嘴电力灌溉站。
经初步规划，庙嘴电力灌溉站址选在乘风岭的西北，站址附近有高岗地可建出水池，其高程可控制全乡大部分灌溉面积，站址周围地面高程一般为27~28m。
庙嘴电力灌溉站以渭田湖为水源，从渭田湖的东南岸挖到引渠约300m，将渭田湖水引至进水池。
引渠走向由北向南，前池为正向进水。
泵房为南北向，出水池为正面出水。
图1-1乘风乡庙嘴灌溉站地形示意图
灌区交通方便，从临湘有公路直通乘风岭。
灌区石料多，木料缺乏。
站址附近有10kV的电网通过，可从泵房两侧引进母线。
1.2．站址地形剖面资料
表1-1泵站纵断面各地形点高程表
桩号
高程
备注
桩号
高程
备注
0+000
26.5
引渠进口
0+385
43.80
台地末坡地起
0+197
27.10
坡地与田块交点
0+413
49.30
坡地
0+237
27.20（27.70）
上下田块交界
0+420
49.50
坡地末山包起
0+320
27.75（29.10）
上田块与坡地交界
0+430
53.00
山包顶
0+378
43.50
坡地与台地交界
根据高程数据绘制地形剖面图，由地形剖面图初定站址。
图1-2地形点高程图（图中单位为：
米）
1.3．站址地质
站址附近多为黄粘土，湿容重γ湿=1.9t/m3，内摩擦角φ=25º，凝聚力C=1t/m2，回填土的内摩擦角φ=20º；凝聚力C=0；地基容许承载力R=20t/m2。
1.4．水位
渭田湖设计水位24.00m渭田湖最低水位22.00m
渭田湖最高水位26.00m灌溉渠道控制水位53.00m
泵站前池设计水位24.00m泵站前池最低水位22.00m
泵站前池最高水位26.00m
泵站各种净扬程可取为灌溉渠道控制水位与前池水位之差。
1.5．流量
根据灌区规划，灌溉渠渠首设计流量为3.0m3/s，最小流量不小于2.8m3/s。
1.6．引渠、灌溉断面图
见图1-3、1-4.（图中数据单位为cm）
图1-3引渠断面
图1-4灌渠断面
二、泵站设计参数
泵站的设计参数有流量和扬程两个。
2.1扬程计算
2.1.1泵站净扬程
设计净扬程是水泵形式选择的主要依据，在设计扬程情况下泵站必须满足设计流量的要求。
设计净扬程对应于出水池水位与前池设计水位之差，为53-23.79=29.21m。
最高净扬程是泵站正常运行的上限扬程，也是水泵形式选择和轴流泵配套电机选择的依据。
灌区水位恒定，泵站最高净扬程对应于出水池水位与前池最小水位之差，为53-21.79=31.21m。
最低净扬程是泵站正常运行的下限扬程，泵站最小净扬程对应于出水池水位与前池最大水位之差，为53-25.79=27.21m。
水泵机组在最低扬程下运行时，亦要保证运行的稳定性，即不致发生水泵汽蚀、振动等情况。
2.1.2初定水泵扬程
已知设计情况下，泵站净扬程为29m，估算15%的损失，则相应水泵扬程为29*（1+15%）=33.35m。
2.2流量计算
根据灌区规划，灌溉渠道渠首设计流量为3.0m3/s，最小流量不小于2.8m3/s。
三、机组选型
3.1水泵数量确定
设计情况下，泵的扬程为33.35m，而相应的泵站设计流量为3.0m3/s，考虑不同台数（4-6）台，比较以下情况。
表3-1选泵方案
台数
单台流量（m3/s）
扬程（m）
选配泵型
对应电动机功率（KW）
必须汽蚀余量（m）
4
0.75
33.35
600S-32
380
7.5
5
0.6
33.35
500S-35
280
6
6
0.5
33.35
500S-35
280
6
7
0.43
33.35
500S-35
280
6
由于此种情况下为小流量大扬程，可选择水泵类型为卧式双吸离心泵。
根据单泵流量和扬程，由水泵综合性能曲线图可查出适合泵型如上表。
初选出两种比较适合的泵型600S-32和500S-35。
根据这两种泵型的性能曲线图和性能表可知，设计情况下，以上方案水泵均在高效区运行。
比较几种方案可得，第二种方案选用6台水泵情况下所配电动机功率较小，并且水泵的允许吸上真空高度值较小，开挖量较少，投资较少，同时保证了水泵运行时的效率较高。
综上，初定泵型为500S-35，台数为6台，考虑事故备用，加设一台备用泵，即共装配7台水泵，6台工作，1台备用。
500S-35型水泵性能曲线图如下：
图3-1500S-35型水泵性能曲线图
500S-35型水泵外形图如下：
图3-2500S-35型水泵外形图
3.2电动机配套
3.2.1选用电动机
500S-35泵型所需的电动机功率为280KW，泵的转速为970r/min。
设计资料中给出，泵站附近有10kv电网通过，并建有牛湖变电站。
因此选配电动机的额定电压为10kv，无需变压，泵站中的照明等日常用电通过牛湖变电站来提供。
另还可以加设一台变电器专门提供380/220v的电压，以供选用380v的电动机。
满足以上条件，初选以下两种电动机：
表3-2电动机选型
电动机型号
额定电压（kv）
额定功率（kw）
转速（r/min）
功率因素
效率（%）
Y450-6
10
280
990
0.847
93.44
Y355L-6
0.38
280
985
0.88
94.3
比较之下，选用Y450-6更为经济，但高压电动机在启动运行维护上所需费用高于低压电动机，且安全性差，而选用Y355L-6时安全性好，且效率高。
故选用Y355L-6型电动机。
查资料得，电动机尺寸为1720mm×1040mm×1135mm。
3.2.2传动方式
直接传动不仅简单、方便、安全、结构紧凑、传动平稳，而且效率接近100%，采用弹性圈柱销联轴节来传动，选用的联轴节应满足转轴与转矩的要求，电动机额定转速为985r/min，额定转矩为M×H=973.6×280/985=276.76kg﹒m，由以上条件初选一下两种联轴节。
表3-3联轴节选取
型号
许用转矩（kg﹒m）
许用转速（r/min）
长度
参考重量（kg）
接电机（mm）
接水泵（mm）
B8
848
1400
210
210
172.52
Q9
716
1300
250
250
220.10
由上表，在满足条件的情况下，选用B8型弹性圈柱销联轴节，整体质量较轻。
水泵与电机联接示意图为：
图3-3水泵与电机联接示意图
3.2.3机组尺寸确定
机组沿泵轴方向跨度大致为1364（泵）+1955（电动机）=3319mm，加上联轴节长度大致为3700mm。
水泵沿管道方向长度为1350mm，电机沿该方向宽1225mm，取大值为1350mm。
水泵轴心距底面为800mm，电机为500mm，故需在电机下方垫300mm混凝土垫层。
四、初定站址及泵房形式
4.1.确定站址
由于引渠约为300m，且由地形剖面图易知在桩号0+320处之后正好有一山坡，故可考虑使出水管在该桩号附近沿地形向上弯起输水，预设泵房宽10m，还有进出水管路需要，故将泵房定在桩号0+300前后。
4.2.初定泵房形式
因为采用卧式机组，故主要采用分基型或干室型泵房，而所选泵型500S-35的单泵流量较大为500L/s，此外进水侧水位变幅较大，达到4m，在高水位时可能淹到泵房，故本次设计采用干室型泵房。
4.3.管路初步布置
4.3.1.管路布置简图
可按照上面的管道布置简图对管路进行简单的布置。
总的来说，管路分为进水管道部分与出水管道部分。
按照水流的运动顺序进水管部分按照水流的运动顺序包括喇叭口、进水管、弯管、伸缩穿墙套管、平缩缩管等，类似的出水管包括渐扩管、伸缩穿墙套管等等。
出水管道部分包括渐扩管、柔性穿墙管、出水管等。
图4-1管路布置图
进水喇叭口主要是使水流平稳进入进水管中且尽可能减小水头损失，当喇叭口直径越大时，进入喇叭口的流速越小，水流越平稳，水头损失也越小，但工程量大、造价高。
故应合理选择进水管喇叭口直径。
弯管主要是连接不同流向管道的过渡管道。
平缩管及渐扩管是为了防止因管道管径的突然变化而导致管内水流出现紊流，防止流道内的损失增大而设置的。
穿墙套管是防止穿墙管道受到墙的各种压力以及不同环境产生腐蚀而设置的，其有利于延长管道的使用寿命。
伸缩节是为了便于水泵的维修以及管道的装卸而设置的，为整个管道提供了富余的空间。
4.3.2.确定管材、管径及管数
①进水管侧
a.管径
利用经验公式确定经济管径：
当Q>120m3/h时：
D=11.5Q^0.5
式中：
Q为出水管的设计流量，m3/h；D为出水管的直径，mm。
因为单泵流量为1800m3/h，故按公式进行计算得，则进水管管径为D=11.5*1800^0.5=487.9mm。
管径取为D=500mm，此时流速
，在经济流速2.5m/s与3.5m/s之间。
b.管材、管数
6台机组取6根进水管，优选钢管作为其管材，因为铸铁管重量大、性脆、易生锈且输水效率低，而钢管则输水效率较高。
由于进水管要淹没到水中且埋于地下，要在钢管表层涂以良好的涂料层以防止腐蚀。
c．偏心渐缩管
进水管直径为500mm，而水泵进口直径也为500mm，则无需在泵进口处设偏心渐缩管。
d.初步拟定长度
进水段平直管道至少设5m，且进水管以900角弯下伸入进水池引水，估计长度有4m左右，故初定进水管长度为9m。
②出水管侧
a.管径
出水管按每两台泵并联的情况进行设计。
未并联前流量仍为1800m3/h，故管径仍取为D=500mm。
并联后流量为3600m3/h，仍采用公式D=11.5Q^0.5计算，D=11.5×3600^0.5=690mm。
取为700mm，此时流速为
，在经济流速2.5m/s与3.5m/s之间。
故并联后出水管直径为D=700mm。
b.管材、管数
因为该泵站扬程较高，水压力较大，则不宜使用钢筋混凝土管，故仍采用同进水管一样的钢管。
并联前为6根管，并联后为3根管。
c.渐扩管
已知水泵出口直径为350mm，而出水管（并联前）为500mm，故需设置一段渐扩管，定该渐扩段长度为500mm，则相当于此时水流扩散角为8.50，小于水流临界扩散角。
各管件间均以法兰盘相连。
d.布置方案
前面已经提及，管路采用并联方案，共6台泵，每两台并联则共有3条出水管，并联前管段直径为500mm，之后为700mm，两管并联采用对称布置，弯角取450。
详见泵房布置图（后附图）。
4.3.3.管路附件
①进水侧闸阀设置
为防止进水侧出现高水位时水自流入水泵机组以及事故检修需要，进水管路应设置检修闸阀。
结合有关资料及已选配好的进水管道，可选定闸阀型号为Z948T-10。
具体参数为：
公称压力Pg=10千克／厘米2，内径D=500mm，重量M=1028kg。
②出水侧闸阀设置
出水侧设置闸阀主要是为了关阀起动和停机。
已知出水管（并联前）的管径为500mm，则可选用型号为Z48T-10的闸阀。
具体参数为：
公称压力Pg=10千克／厘米2，内径D=500mm，重量M=780kg。
此外，为了防止事故停机时产生过大水锤压力和机组长时间飞逸倒转，还应在出水管路上设置两阶段缓闭蝶阀。
③伸缩穿墙套管
柔性穿墙管是为了隔绝管道运行时引起的振动传至墙体，防止墙壁与管道产生不均匀沉陷而破坏管道。
结合管径考虑，柔性穿墙管内径取为500mm，长度取为L0=500mm。
④设置进水喇叭管及各处弯管
进水喇叭管可以减小进入进水管的流速，同时减小进口水头损失，所以一般应设置，其尺寸详见后面进水池设计。
进水管通过900弯角进入泵房，出水管顺着山坡向上将水送入灌溉渠道，山坡整体坡度为θ=arctan（（53-27.75）/110）=12.90，故出水管向上倾斜角取为130。
4.3.4.管路铺设及支承结构
①管厚
钢管是一种薄壳结构，它的厚度同直径相比是很小的。
钢管的最小厚度可用下式进行计算：
取管厚为5.4mm。
②铺设方式
室外管道的铺设方式通常分为明式铺设和暗式铺设两种。
明式铺设便于检修、养护，但造价高，管内无水期间管壁受温度影响较大。
暗式铺设受温度影响小，铺设费用省，但检修困难。
综合以上优缺点，考虑到进出水管管材均为钢管，且有良好涂料保护，可以减少其养护费用，为了检修方便而不增加费用，本设计采用明式铺设。
明式铺设弯管处应加设镇墩，两较远间距镇墩间应加设支墩。
③镇墩
在管道的转弯处和斜坡上的长管段，为了消除管道在正常运行和事故停机时产生振动和位移，必须设置镇墩以维持管道的稳定。
镇墩一般做成重力式，利用其自重来维持本身的稳定。
本
五、水泵工作点校核
5.1.机组定位
根据前面初定站址的结果，结合进水管道的长度，可以确定机组大致在桩号0+310的地方。
5.2.确定各管道长度
前已确定进水管水平段长度为5m，下弯4m。
根据泵房大致布置要求可确定并联前出水管路大致为4m。
并联后出水管路以130向上扬起，因为机组安装高程大致在20多m处，将水输送到53m高程处，故可取并联后出水管路长度大致为120m，出水管路出口采用淹没出流的方式进入出水池。
5.3.计算阻力系数
各段阻力系数计算结果如下：
表5-1管路损失计算表
进水管
沿程
D（mm）
L（m）
n
S沿程（s2/m5）
500
9
0.012
0.5364
总沿程
0.5364
局部
名称
数量
ξ
S局部（s2/m5）
喇叭口，D=500mm
1
0.2
0.2656
900弯管，R=1000mm
1
0.294
0.3904
收缩管（d取500）
1
0.2
0.2656
闸阀，D=500mm
1
0.1
0.1328
总局部
1.0544
总计
S=S沿程+S局部=1.591（s2/m5）
并联前出水管
沿程
D（mm）
L（m）
n
S沿程（s2/m5）
500
4
0.012
0.2384
总沿程
0.2384
局部
名称
数量
ξ
S局部（s2/m5）
闸阀，D=500mm
1
0.1
0.1328
450折管，R=1000mm
1
0.147
0.1952
蝶阀，D=500mm
1
0.24
0.3187
渐扩段，D（350-500）
1
0.21
1.1615
总局部
1.8083
总计
S=S沿程+S局部=2.047（s2/m5）
并联后出水管
沿程
D（mm）
L（m）
n
S沿程（s2/m5）
700
120
0.012
1.1901
总沿程
1.1901
局部
名称
数量
ξ
S局部（s2/m5）
三通管
1
1.5
0.5185
130弯管，R=1000mm
2
0.03
0.0207
淹没出流
1
1
0.3457
总局部
0.8850
总计
S=S沿程+S局部=2.075（s2/m5）
5.4.校核水泵工作点
水泵出水管路采用并联的方式，这种并联方式是两台相同性能的水泵并联，并且并联前的管路对称布置，此外并联前管路损失不能忽略。
则任意一台单泵的装置需要扬程曲线方程为：
由前面的计算表可知：
SAC=1.591+2.047=3.638（s2/m5）
SCD=2.075（s2/m5）
即
+2.9845
500S-35型水泵性能曲线如下图所示:
图5-1500S-35型水泵性能曲线
由于水泵采取两台并联运行的方式，并联后的管道流量为并联前的两倍，而扬程不变，故两泵并联后的性能曲线为单泵性能曲线横加图，即将扬程扩大一倍，水头不变。
从上图Q-H曲线上读取数据如下表：
表5-2并联前后流量-扬程表
（m³/h）
0
500
1000
1500
2000
2500
Q（m³/h）
0
1000
2000
3000
4000
5000
H（m）
43.4
43.1
41.8
39.9
36.2
28.1
作泵的流量-扬程曲线如下：
图5-2流量-扬程曲线
绘出装置需要扬程曲线，就可得到该曲线与综合流量-扬程曲线的交点A，即两泵并联工作时的工作点，其对应的流量
为两泵运行时的总流量，对应的扬程
为两泵的工作扬程。
图5-3水泵工作点的确定
由上图可知水泵的设计工作点大致在Q=4400m3/h，H=33m到34m之间，与设计要求Q=3600m3/h相差较大。
根据实际情况可采用节流调节，减小阀门开度，增大管道阻力损失，使装置需要扬程曲线变陡，从而使水泵工作点向设计要求的Q=3600m3/h靠近直至满足设计要求。
再由水泵性能曲线图可知，当水泵工作流量为Q=3600m3/h时水泵工作效率为η=86%，水泵工作效率高，处于高效区。
六、水泵安装高程的确定
由前面的设计可知，水泵机组大致在海拔20多米，故可忽略海拔高度对大气压头的影响。
同时，水泵输送流体温度大致为200C，故忽略温度对汽化压头的影响。
因为水泵的必需汽蚀余量为6m，故允许汽蚀余量为
。
当进水侧水位为最小水位21.79m时，单泵流量为0.475m3/s，此时吸水管路损失为hw=1.325×0.475^2=0.30m，则水泵安装高程为
当进水侧水位为设计水位23.79m时，单泵流量为0.5m3/s，此时吸水管路损失为hw=1.325×0.5^2=0.33m，则水泵安装高程为
则水泵安装高程取为
七、泵房设计
7.1.泵房形式
7.1.1.确定泵房类型
前面已经初定泵房型式为干室型，并基于此进行了管路设计。
可以看出，该设计较为合理，满足水位变幅及流量的要求，上面求得泵的安装高程为25.29m，低于进水池最高水位25.79m，另站址附近原地面高程为27.75m左右，故开挖方量也不大，所以最终确定泵房型式为干室型。
7.1.2.屋面设计
本地区石料多、木材少，所以屋面采用钢筋混凝土平屋顶而不用木屋架屋顶。
7.4.3.基础设计
泵房类型为干室型，要求主机组基础与干室底板用钢筋混凝土浇筑成整体。
而且本地区石材、土料取用很方便，故应采用钢筋混凝土整块式基础。
7.2.泵房内部布置
7.2.1.主机组布置
由于站址处是一块很大的平地，但顺管路方向受地形与布置要求限制长度较短，故机组布置采用单列式布置，构造设计方便，且泵房跨度较小。
7.2.2.配电设备布置
由于本次设计的主电动机单机容量仅有280KW，故配电设备仅采用配电间即可。
同时由于本次设计只有6台机组，故可以采用一端式的方式布置配电间。
这种布置方式使泵房跨度小，进、出水侧均可以开窗，有利于通风及采光。
7.2.3.检修间布置
检修间应能放下泵房内部最大设备或最大部件，并便于拆卸，同时应留有余地存放工具。
所选机组尺寸中长度最大的有1955mm（电动机），最宽为1350mm（水泵），其余零配件相对机组较小，故定出检修间为4×2.5m。
由于机组尺寸较小且机组间距较大，故可在泵房进口处设置检修台而不单设检修间，这样对外交通运输也较为方便。
7.2.4.起重设备布置
查相关资料知，设计的泵型及电机重量都在2t左右，因此选择手动单轨小车SG-3型作为起重设备，该设备能起吊重量3t，起升高度3·10m，使用时将其安装在固定的屋面工字钢下翼缘上，其重量为96kg，小车下缘离工字钢下缘距离为290mm，下加吊环，下面捆扎起吊设备。
7.2.5.楼梯的布置
设计中泵房为两层，进门则是第二层，水泵在第一层（相对外面是地下室），需设置楼梯下去。
设计第二层在靠近出水侧从大门端一直延伸至泵房另一端，作为人行道，宽1.5m。
泵房较长，故设置两个楼梯，分别设在靠近大门第一台机组与大门之间以及第六台机组与墙面之间。
7.2.6.供气系统
供气系统主要包括高、低压缩空气系统和真空系统两部分。
高压系统主要用来为油压装置的压力油罐补气，以保证叶片调节机构所需要的压力。
高压系统宜设2台高压空气压缩机。
低压系统主要用于：
a.机组停机时，进行机组制动；b.采用虹吸式出水流道的泵房，用以破坏真空。
当卧式泵叶轮的淹没深度低于叶轮直径的3/4，或虹吸式出水流道需预抽真空才能顺利启动，应设真空系统。
低压系统应设贮气罐。
真空系统易设2台，互为备用。
7.2.7.供油系统
供油系统主要包括润滑油和绝缘油两类。
润滑油用于供主机组轴承润滑和叶片调节机构操作的透平油，供液压启闭机和液压减载装置用的液压油，供空气压缩机润滑的空气压缩机油等。
绝缘油主要是供油开关和变压器的变压用油。
7.2.8.排水系统
排水系统用来排除水泵封用的废水、轴承冷却水及管阀漏水等。
泵房地坪应有向前池方向倾斜的坡度，约2%左右，并设排水干、支沟。
支沟沿机组基础布置，汇于干沟中，然后穿出墙壁自流到前池中，没有自排条件时，在泵房内一端设一集水池，再设立不少于两台排水泵进行抽排。
7.2.9通气设备
泵房的进出水侧墙开窗方便，且泵房大部分体积均在地面以上，故泵房主要采用自然通风方式。
进、出水侧均布置5个窗户，置于两管道中间。
7.3.泵房平面尺寸
7.3.1.泵房跨度
根据进出水管路布置，泵在此方向长度为1.35m，渐扩管段长1.0m，进水侧墙面后至水泵进水管长度约为3m，渐扩管到出口侧墙面约为4m，则泵房总跨度定为9.5m。
7.3.2.泵房长度
前已定出主机组在该方向上的长度，为3.7m。
机组间净间距取1m，大门侧设置有检修台，宽2.5m，则大门端机组离墙面间距至少取3m。
另一端离墙间距取为1m。
这样，泵房总长度为：
3.7×6+1×5+3+1=31.
升级会员 