混流泵轴流泵典型设计.docx
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混流泵轴流泵典型设计
5主要建设内容及典型设计
5.2.1.5混流泵及轴流泵站（2台泵）典型设计
一、基本资料
1、基本情况
选取别桥镇湖塘下圩灌排站工程作为典型混流泵和轴流泵站进行设计。
该泵站为拆建工程，位于湖边村。
泵站主要功能为灌溉和排涝。
设计根据原有进、排水条件及功能要求，按现有灌溉面积2050
亩和排涝面积1190亩进行泵站规模设计。
2、工程地质
工程位于天目湖观山村。
经勘测，泵站附近地面高程为6.83~7.47m左右。
浅部为①层素填土，高程6.83~4.73m，γ=18.82kN/m3；高程4.73-0.67m为②-2层淤泥质粉质粘土，γ=17.72kN/m3，凝聚力c=8.7kpa，内摩擦角φ=7.8°，地基允许承载力[p]=60kpa。
二、机泵选型
1、水泵选型
（1）灌溉设计流量
推广水稻控制灌溉技术后，水稻生育期灌水定额较小，因此起控制作用的灌水定额是泡田定额。
当地水田泡田定额为80m3/亩，泡田期旱作物不需灌溉（旱作物若需灌溉，应将灌水时间前移或后退，以避开用水高峰）。
泡田延续时间为5天，提水泵站每天开机时间20h。
则设计净灌水模数为：
根据下列公式推求渠道设计流量：
Q=q设×A/η
式中：
Q——灌溉流量（m3/s）；
A——渠系控制灌溉面积（万亩）；
η——灌溉水利用系数，取0.68。
计算得灌溉设计流量为0.67m3/s。
该泵站为小
（2）型，泵站等级为
等，建筑物等级为5级。
（2）排涝设计流量
排涝设计标准为日降雨200mm雨后一天排水，根据溧阳市圩区测算结果，该标准相当于排涝模数为10m3/（s·万亩），则泵站排涝设计流量为1.19m3/s。
该泵站为小
（1）型，等级为Ⅳ等，建筑物等级为4级，该泵站位于为一般圩区，因此建筑物防洪等级根据堤防确定，为20年一遇。
（3）灌溉设计扬程
a、渠首设计水位（出水池水位）
为了满足自灌溉的要求，设计渠首水位应满足灌区内各高程点灌溉要求，根据泵站灌溉实际情况，渠首设计水位为6.70m。
b、进水池水位
泵站通过涵洞从内河引水，本方案灌溉站设计运行水位根据历年灌溉期满足灌溉保证率95%的日平均水位确定，根据相应水文资料，设计常水位为3.50m，枯水位为2.80m；所以设计工况进水池水位为3.50m，校核工况进水池水位为2.80m。
则水泵设计净扬程为3.20m，校核净扬程为3.90m。
表5-3前山一级灌溉站运行水位组合表
序号
工况
进水池水位（m）
出水池水位（m）
1
设计工况
3.50
6.70
2
校核工况
2.80
6.70
c、泵站设计扬程
初选泵型时，沿程水头损失和局部水头损失按净扬程的25%计算，则水泵设计总扬程为4m；最大总扬程H最大=4.875m。
（2）排涝设计扬程
a、出水池水位
为了满足排涝的要求，出水池水位应满足排涝区内各高程点要求，根据泵站排涝实际情况，出水池水位为6.33m。
b、进水池水位
设计工况进水池水位为4.00m，校核工况进水池水位为3.50m。
则水泵设计净扬程为2.33m，校核净扬程为2.94m。
表5-21东湖圩排涝站运行水位组合表
序号
工况
进水池水位（m）
出水池水位（m）
1
设计工况
4.00
6.33
2
校核工况
3.50
6.44
c、泵站设计扬程
初选泵型时，沿程水头损失和局部水头损失按净扬程的30%计算，则水泵设计总扬程为3.029m；最大总扬程H最大=3.822m。
（3）水泵选型
该站灌溉设计流量为0.67m3/s，排涝设计流量1.19m3/s，灌溉设计扬程4m，排涝设计扬程3.029m。
根据此流量、扬程，拟选用1台32ZLB-125的轴流泵和1台500HW-6的混流泵，转速均为n=580r/min，轴流泵叶片安放角0°，配套电机功率分别为JSL-12-10-95kW和Y280M-6-55kW。
（4）灌溉水泵工况点校核
小型泵站实际扬程按下式计算：
H实=Δh净+h管
式中：
H实——水泵实际扬程；
△h净——水泵设计净扬程，取值3.2m；
h管——管路损失扬程，为沿程水头损失与局部水头损失之和。
管道流速：
v=4Q/πD2=4×0.67/（3.14×0.52）=3.41m/s
管路沿程水头损失：
式中：
L——进出水管道总长，取4.9m；
Q——水泵设计流量，m3/s；
n——粗糙系数，铸铁管取0.013；
管路局部损失：
式中：
ξ——局部阻力系数，为各部位局部阻力系数之和。
小型泵站局部损失以管道局部损失为主，进出水池的局部损失忽略不计。
管路局部形状改变和管路附件等所造成的各局部阻力系数如下：
垂直进口阻力系数ξ进口=0.30，圆形整块拍门阻力系数为ξ拍门=0.085。
局部损失hj=（ξ进口×
ξ拍门×
）=0.23m
则h管=h程+h局=0.38m
所以求得设计工况点水泵实际扬程为：
H总=Δh净+h管=3.20+0.38=3.58m
（5）排涝水泵工况点校核
小型泵站实际扬程按下式计算：
H实=Δh净+h管
式中：
H实——水泵实际扬程；
△h净——水泵设计净扬程，取值3.029m；
h管——管路损失扬程，为沿程水头损失与局部水头损失之和。
管道流速：
v=4Q/πD2=4×1.19/（3.14×0.52）=2.37m/s
管路沿程水头损失：
式中：
L——进出水管道总长，取5m；
Q——水泵设计流量，m3/s；
n——粗糙系数，铸铁管取0.013；
管路局部损失：
式中：
ξ——局部阻力系数，为各部位局部阻力系数之和。
小型泵站局部损失以管道局部损失为主，进出水池的局部损失忽略不计。
管路局部形状改变和管路附件等所造成的各局部阻力系数如下：
垂直进口阻力系数ξ进口=0.30，圆形整块拍门阻力系数为ξ拍门=0.085。
局部损失hj=（ξ进口×
ξ拍门×
）=0.11m
则h管=h程+h局=0.15m
所以求得设计工况点水泵实际扬程为：
H总=Δh净+h管=3.029+0.15=3.179m
查该水泵特性曲线图，此时水泵效率η泵=80%。
该泵型满足设计要求。
图5-13320ZLB-125（n=580r/min）水泵工作性能曲线
（6）混流泵安装高程
水泵安装高程为进水池最低水位加上实际吸水扬程，实际吸水扬程按下式计算：
H实吸=Hs-h吸损-V2进/2g-K
式中：
H实吸——水泵基准面离进水池水面的垂直距离（即安装高度）；
Hs——容许吸上真空高度，m；
h吸损——吸水管道的水力损失，m；
v2进/2g——水泵进口处的流速水头，m；
K——安全值，取0.4m。
查水泵性能表，临界汽蚀余量[NPSH]c=5.50m，近似计算得Hs≈10.33-5.50=4.83m。
h吸损=h程+h局=
（ξ进口+ξ弯管）
=0.1+0.23=0.33m，
吸水扬程H实吸=Hs-h吸损-v2进/2g-K=4.83-0.33-0.59-0.4=3.51m。
进水池最低水位为2.80m，则水泵允许安装高程H安为：
H安=2.80+3.51=6.31m
结合地面高程及泵室布置，安装高程取5.268m。
（5）轴流泵安装高程
a、叶轮中心高程H1
按照该轴流泵的安装图，要求最低水位至喇叭口的高度为1.45m，悬空高度0.6m，排涝设计时最低水位为3.50m，所以喇叭口进口处高程为：
3.50-1.45=2.05m。
根据灌排站实际情况，取1.80m。
b、底板高程H2
底板高程为喇叭口进口高程减去悬空高度，即为1.80-0.60=1.20m。
c、水泵梁顶高程H3
查泵的安装图，H3=3.07m
d、电机层楼板高程H4
对中小型泵站取安全超高a=0.60m，H4=Hmax+a=4.50+0.6=5.10m
一般电机层的楼板顶高程可略高于泵房外地面平均高程，故可取电机层楼板底高程为6.50m。
e、屋面大梁下缘高程H5
H5=H4+h，泵轴最长长度2.23m，电机基座高度0.6m，起吊设备0.8m高，预留0.3m高空间，则泵房净高度h=2.23+0.6+0.8+0.3=3.93m。
则屋面大梁下缘高程为H5=H4+h=6.50+3.93=10.33m，考虑到通风、采光的要求，取值12.00m。
2、混流泵电机选型
（1）电动机容量的选择
根据溧阳市各乡镇的要求，为了维修管理方便，电动机与水泵采用三角皮带传动。
与水泵配套的电动机的输出功率P配应大于水泵轴功率，计算公式如下：
式中：
P配——电动机的输出功率（kW）；
H——水泵的最不利扬程（m），取值4.28m；
Q——水泵在最不利扬程下的流量（m3/s），取值0.65m3/s；
η泵——水泵在最不利工作扬程下的效率（%），取值66.4%；
η传——传动效率（%），三角皮带为95%；
K1——功率备用系数，根据轴功率查表，取值1.14；
K2——水泵工作条件系数，混流泵取值1.12。
计算得P配=54.24kW，所以选用Y250M-4-55kW电机，满足水泵传动要求。
（2）皮带轮直径计算
水泵皮带轮（大皮带轮）由厂家配备，无锡锡泵制造有限公司对该泵型配备的皮带轮为φ800×D6。
根据水泵皮带轮直径D计算电机皮带轮（小皮带轮）的直径d。
其中：
n大——大皮带轮的转速（r/min），为580r/min;
n小——小皮带轮的转速（r/min），选用4级异步电动机，转速为1480r/min;
d——小皮带轮的直径（mm）；
D——大皮带轮的直径（mm），为800mm；
K——打滑系数，取值1.02。
计算得，电机皮带轮直径d=307.37mm，取值307mm。
选取大小皮带轮中心矩A=1.2×800=960mm
则三角皮带的长度L=2A+0.5π（D+d）+
=3401mm
验算三角皮带的工作速度v=
=23.78m/s，位于适宜工作速度20~25m/s附近。
校核小皮带轮的皮带包角
220°>120°,满足要求。
验算三角皮带的循环次数μ=
=5.77s-1<10s-1,符合三角皮带的使用寿命要求。
3、轴流泵电机选型
查水泵选型手册，32ZLB-125配套电机功率为JSL-12-10-95kW。
三、进出水池及站房设计
本排涝站为拆除重建项目，新建泵站应充分利用老站基础，力求节约工程投资，故新站仍选用老站旧址。
泵房采用湿室型泵房，泵站采用正向进水、正向出水方式。
泵站进水池采用正向开敞式进水方式，出水池采用开敞式正向出水池，采用箱涵穿堤。
泵房的形式采用湿室型泵房。
1、进水池尺寸
泵站的进水池采用湿室型进水池，维修方便，池顶高程4.50m。
进水池采用开敞式矩形，水泵进水流态好。
（1）进水池池宽
混流泵B1=2.5×D=2.5×0.8=2.00m
轴流泵B2=2.5×D=2.5×0.99=2.47m，根据实际地形，取3.00m。
进水池之间的墙厚为0.4m。
则B=B1+B2+0.4=5.40m
（2）进水池池长
排涝设计流量为1.19m3/s<10m3/s。
该泵站为小型泵站，取进水池秒换水系数K=20。
在低水位时，进水池水深h=2.8-1.2=1.6m。
则进水池长
取池长9.17m。
2、出水池尺寸
根据《中小型泵站设计与改造技术》（储训、刘复新，2000年），该泵站正向出水池可根据出水管出口直径的大小采用参考尺寸。
具体尺寸为管中心距边墙b=1.25m；混流泵管口下缘距池底的距离h下=0.874m，轴流泵管口下缘距池底的距离h下=0.277m，管口淹没深度h淹=0.50m，出水池池长Lk=4.50m。
（1）出水池池宽
B=1.25×4+1=6.0m。
（2）出水池高度H的确定
出水池水位H2=6.70m；
出水池墙顶高程H1=H2+安全超高a=6.50+0.30=7.0m
出水池池底高程
混流泵H4=H3-h淹-D0cosβ-h下=7.00-0.50-0.50-0.874=5.126m，取4.00m。
轴流泵H5=H3-h淹-D0cosβ-h下=7.00-0.50-0.80-0.277=5.423m，取3.20m。
3、管理房尺寸
该泵站管理房共四间，均为6m×14.90m：
两间为泵房，一间为休息室，一间为检修室，一间为卫生间。
管理房地面高程与原地面高程一致，取6.50m。
屋面为现浇钢筋砼屋面。
4、设备布置
（1）起重设备布置
检修用起吊设备采用5t手动葫芦，屋梁上架设I28a工字钢，以便起吊。
（2）拦污栅
周边用槽钢[100×48×5.3封边，角钢∟50×3与外框焊接作为内框，—12×8的扁钢与角钢及上下框焊接，网格尺寸7cm×80cm。
拦污栅为两扇。
（3）量水设施
在水泵进水管上安装流量计对灌溉流量和排涝流量进行测量。
图5-14湖塘下圩灌排站平面图
图5-15湖塘下圩灌排站剖面图1
图5-15湖塘下圩灌排站剖面图2
四、泵站稳定计算
1、防渗计算
渗透压力计算采用直线比例法。
根据工程总体布置，防渗长度L计算成果如下：
L=L进水池+L底板+L出水=25.13m
内外河水位差按前池无水校核，则ΔH=H2-H进=6.44-1.2=5.24m。
按照站址处地质资料，泵房地基为淤泥质土，渗径系数C=4，最小防渗长度[L]=C×ΔH=4×5.24=20.96m2、泵房稳定计算
对泵房抗滑稳定及地基承载力进行计算。
该泵站抗滑稳定系数允许值[kc]=1.20，根据计算，运行期和完建期均满足抗滑安全系数kc>[kc]，抗滑稳定。
3、地基承载力计算
由地质资料可知，地基位于淤泥质粉质粘土，允许承载力[p]为60kpa。
对完建期地基承载力进行复核。
根据计算基底压应力pmax=71.68kPa
>[p]，不满足安全要求，需要进行地基处理。
本工程采用换土垫层法进行地基处理：
挖除基础下方淤泥质粉质粘土0.5m后，填埋0.5m厚的粘性土。
经过处理后地基不均匀系数允许值[η]=2.0，不均匀系数η=σmax/σmin<[η]，满足安全要求。
表5-18完建期荷载计算成果表（进水池无水）
序号
部位
体积（m3）
重度（kN/m3）
垂直力（kN）
水平力（KN）
1
进水池及泵房底板
26.06
24.50
638.47
3
进水池侧墙
50.71
24.50
1242.40
4
进水池与泵房连接墙
17.95
19.00
54.72
5
泵房及出水池连接墙
7.2
24.50
176.4
6
泵及进出水管
15.5
7
工字钢
32.70
8
房屋墙
15.84
19.00
300.96
9
房屋屋顶
5.33
24.50
130.68
10
房屋圈梁及吊顶
7.78
24.50
190.55
11
土压力
394.99
合计
2782.38
394.99
表5-19运行期荷载计算成果表（进水池有水）
序号
部位
体积（m3）
重度（kN/m3）
垂直力（kN）
水平力（KN）
1
进水池及泵房底板
26.06
24.50
638.47
3
进水池侧墙
50.71
24.50
1242.40
4
进水池与泵房连接墙
17.95
19.00
54.72
5
泵房及出水池连接墙
7.2
24.50
176.4
6
泵及进出水管
15.5
7
工字钢
32.70
8
房屋墙
15.84
19.00
300.96
9
房屋屋顶
5.33
24.50
130.68
10
房屋圈梁及吊顶
7.78
24.50
190.55
11
土压力
394.99
12
水重
62.96
10
629.64
13
水平水压力
-242.55
14
浮托力
-1324.85
15
渗透压力
-190.8
合计
1896.37
152.44
表5-20站身稳定计算成果表
计算
工况
水位组合
基底压应力（kPa）
不均匀系数η
抗滑安全系数kc
进水池
出水池
σmax
σmin
（σmax+σmin）/2
完建期
无
无
73.81
68.52
71.17
1.08
1.21
运行期
4.50
6.70
52.49
50.38
51.44
1.04
2.17
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