灌溉泵站设计.docx
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灌溉泵站设计
某灌溉泵站设计
基本设计资料
1基本情况
本区地势较高，历年旱情比较严重，粮食产量低。
根据规划，拟从附近湖中扬水灌溉该区的6.7万亩农田，使之达到高产稳产的目的。
机电扬水灌区内主要作物有小麦、玉米、谷子和棉花等。
灌区缺少灌溉制度，现参考附近老灌区的灌水经验，拟定出本灌区灌溉保证率为75%的灌溉制度。
其设计毛灌水率如表1所示。
表1设计年内毛灌水率
灌水时间（日/月）
1/3-15/4
16/4-10/6
11/6-30/7
1/9-30/9
15/11-10/12
灌水率（（s·千亩））
30.00
22.00
16.50
22.50
30.75
2地质及水文地质资料
根据可能选择的站址，布置6个钻孔。
由地质柱状图明显的看出，3米以内表土主要是粘壤土，经土工试验，得到的有关物理指标为粘壤土的内摩擦角φ
=35°，承载力为2002。
站址附近的地下水位多年平均在307.2m左右（系黄海高程）。
3气象资料
夏季多年平均旬最高气温34℃，春、秋季干旱少雨，年平均降雨量为524，降雨年内分配极不均匀，每年7、8、9月的降雨量占全年降雨量的80％以上。
年平均无霜期为200天左右，多年平均最低气温为-8℃，最大冻土深度为o.44m。
平均年地面温度为15℃，平均年日照时数为2600.4h。
累积年平均辐射总量为527.4l／，平均日照百分率为59％。
热量和积温都比较丰富，能满足一年两熟作物生长的需要。
4水源
灌区西北有一湖泊，是规划灌区的水源，其水量充沛。
灌溉保证率为75％时的湖泊月平均水位如表2所示。
表2湖泊月平均水位（保证率为75%）
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
水位（m）
308.9
308.9
309.2
309.3
309.5
309.7
312.0
313.0
313.2
309.8
309.8
308.9
灌溉保证率为90%时，灌溉期间旬平均最低水位为308.8m。
5年一遇的旬平
均最高水位达3l2.5m，夏季多年旬平均最高水温为23℃。
5其它根据规划，为保证扬水后自流灌溉，出水池水位均不应低于327m。
站址附近有6.3高压电力线通过，已经有关部门批准，可供泵站使用。
该地区劳动力充足，交通方便。
除水泥、金属材料以及泵站建设中所需的特殊材料外，当地可提供砖、石、砂、瓦、木材等建筑用材。
根据机电设备的运行特性，每天按20h运行设计。
6要求
完成泵站设计中初设阶段的部分内容，成果包括设计图纸和设计说明书。
（1）图纸
1）枢纽平面布置图（绘制在地形图上）
2）泵房平面图，泵房纵、横剖面图。
（2）设计说明书
1）概述建站目的，设计任务，资料分析，设计所依据的规范和标准。
2）机电设备选择的依据和计算。
3）泵站各建筑物的型式、结构选择的依据、计算结果及其草图。
4）泵房尺寸拟定的依据和设备布置的说明。
5）验证机组选择的合理性，并说明其在使用中应注意的问题。
6）必要的附图、附表、参考文献。
（3）枢纽中心线
因所给资料不足，无法知道控制区面积如何，但是根据资料可知，该地区高差不大，总体呈上升趋势，没有坡升坡降的情况，于是拟定采用单站集中控制方式。
同时，采用正向进水、正向出水的建筑物布置型式。
初步拟定枢纽中心线。
拟定情况如图2所示（在原地形图的基础上绘制）。
图2枢纽中心线布置图
泵站设计
1泵站主要设计参数
（1）设计水位
出水池水位327.0米，水源设计最低水位308.8米，5年一遇的旬平均最高水位312.5米。
2）泵站设计流量：
为了便于选择同型号水泵，按以下原则将灌水率图修正成等阶梯形状，
具体如下
1）灌水日期的移动或者灌水时间的变动．不应影响作物的正常需水（变动天数不超过2—3天）。
2）每次灌水的灌水率数值不应相差太大（最小灌水率不应小于最大值的40％），以便渠道流量比较平稳，泵站机组利用率较高。
3）修正后的灌水率应适应我国目前的管理水平，对旱作灌区，一般的灌水率在20~351/（s·干亩）之间。
图3灌水率图
（3）按每天开机19小时，将修正后的毛灌水率换算成机灌灌水率公式为q机=q设*24/t机
式中q机——修正后的设计毛灌水率．1／（s·千亩）；
t机——机组每天开机的小时数。
表3设计年内毛灌水率
灌水时间（日/月）
1/3-15/
16/4-10/
11/6-30/
1/9-30/9
15/11-10/1
4
6
7
2
毛灌水率（（s·千亩））
30.00
22.00
16.50
22.50
30.75
机灌水率
37.89
27.79
20.84
28.42
38.84
图4机灌灌水率图
4）取灌水率图中之最大的灌水率来计算泵站的设计流量，其计算公式为
Q设=机ω/渠系
式中机——修正后的最大灌水率．（s·千亩）；ω——设计的灌溉面积．千亩；渠系——渠系水利用系数（%）。
Q设=38.84*67/0.65=4003.5
2泵站设计扬程估算
（1）泵站设计的水源水位；
最高水位；313.2；
最低水位；308.9；
设计水位；312.5；
最低运行水位；灌溉保证率为90%时，灌溉期间旬平均最低水位为308.8
出水池按最低要求327m
设计净扬程；327-312.5=14.5m
最高净扬程；327-308.8=18.2m
最低净扬程；327-313.2=13.8m
（2）计算平均实际扬程，公式为
H实
H实iQiti
Qiti
式中H实i——相应时段时的出水池水位与进水池水位之差，m；——相应时段时的泵站供水流量，1，；——不同灌溉时段的泵站工作天数，天。
表4实际扬程计算表
灌水时间（日/月）
1/3-15/4
16/4-10/6
11/6-30/7
1/9-30/9
15/11-10/12
机灌灌水率（（s·千亩））
37.89
27.79
20.84
28.42
38.84
供水流量1
3905.6
2864.5
2148.1
2929.4
4003.5
175752
157547.5
107400
87882
100087.5
H实it
3122527.2
3036357.8
出水池按最低要求327m。
H实iQiti
H实实iii=17.636m
实Qiti
（3）确定水泵的设计扬程，公式为：
H设=H实+∑Δh损≈
（1）H实
式中Δh损——管路沿程和局部水头损失。
m；
K——管路水头损失占平均实际扬程的百分比，其值可按表课本5-2初定。
取20%
H设=H实+∑Δh损≈
（1）H实=21.163m
3初步选泵
（1）水泵选型的原则。
具体如下。
1）在设计扬程下，能满足设计流量的要求，
2）当实际扬程变化时，水泵能在高效区内工作，
3）在能够适应灌溉流量变化的前提下，尽量选用较大的水泵，以减少台数，节省基建、维修费用。
另外大泵的效率较高。
4）在一个泵站中，尽可能选用同型号的水泵。
5）如进水池的水位变化幅度较小时、优先选用卧式机组。
6）在满足流量和扬程的前提下，尽量选用吸水性能好的水泵。
（2）主泵类型的选择。
因为此泵站的设计扬程为21.163m，设计流量为4003.5查《水泵站设计示例与习题》中的水泵性能表得种泵型均符合扬程要求，作为比较方案，进行经济性能等方面的优选。
其性能如表所示：
表5泵型方案性能
（3）确定主泵台数
台型泵，其中为备用
4动力机组配套选型
由于在站址有高压输电线路通过，靠近电源，故动力类型选配电动机
（1）电动机配套功率N配计算
N轴
其计算公式如下：
N配K轴
传
式中：
K—动力备用系数，取1.1；
的异步电动机直接传
N轴—水泵工作范围内的最大轴功率，查前表得；
传—传动效率，水泵转速为，初步假定用同步转速
动，则取为
5水泵机组的布置与基础
本设计采用的是台系列泵，因此机组布置采用横向排列方式。
机组基础采用混凝土基础，混凝土容重γ＝235203,机组的基础深度计算公式为
H＝3.0W（2.2）
LBγ
式中，W—机组总重量（N），L—基础长度（m），
B—基础宽度（m），γ—基础所用材料的容重（3）。
查给水排水设计手册，得到型水泵机组的基础平面尺寸为，机组总重量为2550，则根据公式（2.2）计算出其基础深度为1.29m.
6管路水头损失计算由于钢管的强度高，接口可焊接，密封性远胜于铸铁管，因此吸水管路和出水管（泵房内）均采用壁厚为10的钢管，敷设在泵房地板上。
压水管采用球墨铸铁管。
每台水泵均有单独的吸水管，深入进水池中。
（1）吸水管路和压水管路中水头损失的计算管路沿程水头损失可按比阻法计算，对于钢管，计算公式如下:
∑∑1k22
式中，k1—钢管壁厚不等于10时的修正系数，对于本次设计k1＝1
k3—管中平均流速小于1.2m的修正系数
A—比阻值管路局部水头损失计算公式如下：
2
∑＝∑ζv2g
式中，ζ—局部水头损失系数因此，管路总水头损失∑＝∑＋∑。
（2）吸水管路水头损失的计算
1）沿程水头损失计算
沿程水头损失用下式计算h沿=10.3n2L5.33Q2式中n—管道内壁糙率，铸铁为0.013；L—管道长度11.0m；D—管道直径950；Q—管道设计流量1.1m3。
则计算可得。
2）局部水头损失计算
局部水头损失用下式计算h局=0.0834Q2式中—管路局部阻力系
D4
数，查资料得：
进0.2，900.64，缩0.2；D—局部阻力处管径，查资料得：
D进=1.2m，D缩=0.8m；其余符合同上。
则得。
则吸水管路水头损失为：
h吸=h沿h局0.0230.160.139m。
7水泵安装高度Hg计算
本设计工作水温与水面大气压均超过标准值，用公式
HsHs（10.33ha）（ht0.24）计算修正后的允许吸上真空高度Hs，
Hs—水泵允许吸上真空高度7.5m；
ha—大气修正值，海拔m，查资料得m；
ht—工作水温℃，则查资料得m；
算得HsHs（10.33ha）（ht0.24）=。
vs=4（πD），vs—水泵进口处流速。
水泵安装高度Hg用下式计算
8
311.03
水泵安装高程的确定水泵安装高程用下式计算：
安minHgK，
308.8
min—进水池最低水位m；
K—安全值，取0.2m。
则安minHgKm。
水泵安装状况如图所示
图4水泵安装高程示意图
9出水管经济管径的计算
（1）设几种待选的管径，并在水泵性能曲线图上求的每种管径的工况点，
计算结果见下表。
表6不同管径需要扬程性能表
700
流量（Ls）
H需H净∑h（m）
800
流量（Ls）
H需H净∑h（m）
900
流量（Ls）
H需H净∑h（m）
1000
流量（Ls）
H需H净∑h（m）
1100
流量（Ls）
H需H净∑h（m）
1200
流量（Ls）
H需H净∑h（m）
表7不同管径水泵工况点参数表
管径（）
工况点参数
Q（Ls）
H（m）
（%）
P（）
700
800
900
1000
1100
1200
（2）计算不同管径时，抽灌溉水量万m3所需要的电费。
计算公式为N2WQtPt机e3600（元年）式中W——年灌溉用水量，m3。
Qt，Pt——每种管径相应工况点的流量和水泵轴功率。
e——单位电价，元（kWh）。
表8计算结果见下表
管径（）
700
800
900
1000
1100
1200
年电费
（万元年）
（3）计算每种水管的管壁厚度。
'gHpD9800HpD
计算公式为'22（mm）
2（mm）
计算结果见下表
表9管径与管壁厚度表
管径（）
700
800
900
1000
1100
1200
（m）
'2（）
由于计算所需的管壁厚度太小，所以取0.8
（4）水管投资
换算成每年投入为AC（1i（1i-）in）1元∕年
表10计算结果见下表
管径（）
700
800
900
1000
1100
1200
C（万元）
A（万元∕年）
（5）年维修管理费
计算公式为N1pC（元年）
表11年维修管理费表
管径（）
700
800
900
1000
1100
1200
N（1万元年）
（6）不同管径时的年费用
计算公式为N1+N2A
表12计算结果见下表
管径（）
700
800
900
1000
1100
1200
年费用R
（万元年）
结果出水管选用的经济管径为
10出水建筑物设计
1出水池
根据站址地形，本设计采用开敞式侧向出水池，用出口拍门阻止池水倒泄
（1）立面尺寸
1）池顶高程顶。
用下式确定水池最高水位；h超—安全超高，查资料取则顶=5m。
2）池底高程底。
由下式确定：
顶maxh超，式中max—出
m。
底min（h淹+D出+P），式中min
—出水池最低水位，本设计为m；D出—出水管渐扩出口直径，本设计为m；h淹—出水管渐扩出口上缘最小淹没深度，要求大于两倍出口流速水头。
本设计取倍出口流速水头，h淹=；P—出水管渐扩出口下缘至池底净距，本设计取m。
则底=。
出水池立面尺寸如图所示。
（2）平面尺寸
1）池长L。
用下式确定LnD出（n1）SL2（5~6）D出
2）池宽B。
BB1（n1）D出，式中B1—边管出口处池宽，拟取m
，出水池平面尺寸如图所示
出水池平面尺寸示意图
三泵房初步布置设计
1确定泵房结构型式
卧式离心泵泵房型式取决于水泵有效吸程与水源水位变幅的关系。
（1）水泵有效吸程值H效吸计算
按下式计算：
H效吸安Zhmin，式中Z—水泵安装基准面距底座
间（此处为底面）的距离，查资料可得；h—水泵基础高出机坑地面高度（此
处为0.1m），余者符号意义跟前同。
则H效吸=。
（2）水源水位变幅H
渠道最高水位m，最低水位m，则水位变幅△。
（3）泵房结构型式确定
由上面的计算结果可知选用型泵房。
2辅助设备的选择
（1）
起重设备
（2）
排水设备
（3）
通风设备
（4）
计量设备
（5）
水环式真空泵
3泵房建筑高度的确定
四水泵运行工况校核先求出吸水管和出水管的水头损失：
列出水泵性能参数。
型号
流量Q
（）
扬程H
（m）
转速n
（）
轴功率N轴（）
效率
（%）
允许吸上真空高度[]（m）
重量
（）
因为H需净+H损据泵站最高净扬程，最低净扬程，计算水泵的实际扬程为：
设计枯水位时：
＝H最高损
设计洪水位时：
＝H最低+H损
对比水泵性能参数可知，泵站总流量均能满足供水要求，水泵工作点始终在高效范围区内运行，初选水泵机组符合要求。
四泵房稳定分析
泵站稳定主要受泵房自重，土压力，扬压力和其他荷载。
1泵房自重计算
表15泵站自重计算表（取一计算段）
部位
体积（m3）
距主底板中心距离（m）
重度（3）
重力（）
弯矩（·m）
底板
支墩
排架
水泵梁
水泵
进水池后墙
泵房墙体
电机层楼板大梁
电机层楼板
屋顶
电机层梁
电机
站房底板下的土层
Σ
2泵室内水重
3水平水压力
4浮托力
5土压力
6自然土区
7作用荷载计算
将上述各荷载汇总于表7-2
表16作用荷载计算汇总
荷载名称
竖向力（）
水平力（）
对底板中心下1.5m处的力矩
（·m）
向下↓
向上↑
向右→
向左←
正+（顺时
负-（逆时针）
针）
自重
水重
水平水压力
浮托力
土压力
合计
8抗滑稳定计算
9地基应力校核
10抗浮稳定性校核
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