给水排水工程二级泵站课程设计毕业设计.docx
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给水排水工程二级泵站课程设计毕业设计
给水排水工程-二级泵站课程设计-毕业设计
二级泵站课程设计
学院环境与市政工程学院
专业给水排水工程
姓名
学号
指导教师
完成时间2012年11月23日
二零一二年十月
前言2
第一章概述3
第二章设计流量的计算5
第一节水塔和清水池容积的计算5
第二节分级供水及水塔调节容积的计算表6
第三节用水量变化曲线6
第四节二级泵站流量和扬程计算7
第三章机组选择及方案比较10
第一节水泵及电机的选择10
第二节机组选型及方案比较11
第三节二级泵站的校核13
第四节二级泵站土建要求15
第四章泵站附属设备的选择16
第一节水泵引水设备的选择16
第二节水泵起重设备的选择18
第三节其他设备的选择18
第五章二级泵站平面图布置20
第一节水泵尺寸的选择及空间布置20
第二节泵房尺寸的拟定和依据21
第三节设备具体布置22
第六章结束语24
前言
泵站作为取水输水工程的一个重要部分已在机电排灌城乡给排水工矿企业供水和排水等工农业生产和水利工程建设等各方面得到了广泛应用随着我国工业的日益发达冶金技术的进步潜水电机的加工制造技术已相当成熟大中型潜水泵的发展越来越快被广泛应用在工农业生产和水利工程建设中
作为一个给排水专业的大学生来说泵与泵站是一门及其重要的必修课程在城市给排水工程中泵站通常是整个给排水系统正常运转的枢纽从给水厂到污水厂从农业灌溉到防洪排涝到处都得使用各种各样的泵装置所以我们应该努力学好这门课程掌握理论知识并把理论知识运用到实践中去作为一个给排水专业的学生我们应该为以后的工作打下坚实的基础要自己的知识去回报祖国服务人民
这次泵与泵站课程设计是一次自我锻炼的好机会在课堂上我们只是学习到了理论知识要能真正胜任日后的工作还必须理论联系实际在实际设计中寻找问题解决问题我们这次的所要设计的是徽城地区的二级泵站在设计过程中熟悉泵站设计的过程巩固以前学习的知识培养独立思考独立设计的能力我相信在指导老师曾立云的带领下我们一定认真思考认真设计独立完成争取在设计过程有所收获并最终取得优秀的成果
第一章概述
一设计目的和设计任务
设计目的熟悉二级泵站的设计过程掌握泵站设计是所遵守的规范增强工程建设及预算意识提高独立思考和设计的能力
设计任务完成徽城地区的二级泵站设计完成设计说明书并绘制相关设计图纸
二设计资料分析
1基本情况
徽城地处华东平原城区建筑多为三层最高五层为满足城市生活及生产用水需要拟建徽城地区给水工程此工程主要包括取水工程净水工程及输水工程三个分工程一二级泵站是取水工程和输水工程中的一部分徽城地区水资源丰富有沿河地表水及地下水可利用附微城总平面图一张
2地质及水文资料
在拟建一级泵站的河流断面及净水厂的空地布置有钻孔由地质柱状图可看出0～2m深为砂粘土以下是页岩
沿河徽城段百年一遇最高水位4036m最低水位3226m正常水位3651m徽城地下水位多年平均在385m左右系黄海高程
3气象资料
年平均气温156℃最高气温395℃最低气温－86℃最大冻土深度044m主导风向夏季为东南风冬季为东北风
4用水量资料
该地区最大日用水量近期为10万吨日远期为13万吨日最大日用水量变化情况详见附表
5净水厂设计资料
净水厂布置情况见附图净水厂内沉淀池进水口设计水位4250m清水池最高水位403m清水池最低水位382m清水池容积须本次设计确定
6输水管网设计资料
由于城区距水源较远管网布置成网前水塔形式净水厂至水塔输水管道长度为2500m其他情况详见总平面图根据管网计算结果确定出水塔最高水位为683m水塔最低水位为658m水塔容积尚须本次设计确定水塔调节容积建议设计在最高日用水量的5％～8％
7其他资料
地震等级五级地基承载力25Kgcm2可保证二级负荷供电
第二章设计流量的计算
第一节水塔和清水池的容积计算
水塔和清水池的容积由一二级泵站供水量和用水量变化曲线确定如果二级泵站每小时供水量等于用水量则流量无需调节管网中可以不设水塔成为无水塔的管网系统二级泵站每小时供水量越接近用水量水塔的调节容积可以减小但清水池的调节容积将增大假如一级泵站和二级泵站每小时供水量接近则清水池的调节容积将明显增大以便调节二级泵站供水量和用水量之间的差额所以给水系统的总调节水量由水塔和清水池来分担
水塔和清水池的容积计算通常用以下两种方法一是根据供水量曲线和用水量变化曲线推算二是凭经验估算前者需要知道24h的用水量变化曲线并拟定泵站的供水量后一种采用最高日用水量的百分数
由于安全可靠供水的原则清水池一般应设置两座以便在清洗检修是可以不间断供水
无论是清水池还是水塔调节构筑物的共同特点是调节两个流量之间的差额其调节容积为
W∑Q1-Q2
式中Q1Q2分别表示泵站的供水量和管网的用水量
也可以采用将清水池各小时调节量或水塔各小时调节量中的所以负值相加后取绝对值的方法求清水池和水塔的调节容积
在本设计中已知最高日各时段的用水量可以拟定二级泵站各小时的供水量分两级供水运用附表一计算分级供水时的水塔及清水池调节容积具体计算方法如下
根据已知数据填入1～4项第5项等于第4项减去第3项第6项为第5数据的依次累加第7项为第3项与第2项之差第8项为第7项的依次累加然后将5和7的所有负值相加后取绝对值填入本项的∑栏即为清水池和水塔各自的调节容积
第二节分级供水时水塔及清水池的调节容积计算
见附表一
由计算表可知
清水池调节容积占最高日供水量的124
近期12412400
远期12416120
水塔调节容积占最高日供水量的5
近期55000
远期56500
第三节用水量变化曲线见附图一
由图可知
一级供水量为最高日供水量的28
二级供水量为最高日供水量的50
时变化系数Kh134
第四节二级泵站流量及扬程的计算
一二级泵站供水线
本设计中的二级泵站等设计供水线根据资料中的徽城地区最高日用水量变化曲线拟定拟定时应注意以下几点要求
1泵站的分级供水线应与最高日用水量变化曲线相接近以减小调节水塔和清水池的调节容积当最高日用水量变化曲线的变化幅度较大时应采用二级供水满足用水需求并考虑经济可行性
2在分级供水设计过程中考虑近远期相结合应注意能选到合适的水泵以及水泵之间的合理搭配能否满足不同时期的供水要求
在本设计中由于最高日用水量变化曲线分布不均匀采用二级供水有资料可知该地区最高日用水量近期为10万吨天远期为13万吨天从而确定设计流量
综合考虑一级供水时段为21点至次日6点设计供水量为最高日供水量的28二级供水时段为6点至21点供水量为最高日供水量的50则二级泵站的设计流量如下所示
一级77778LSLSLSLS
远期
选定流速时应考虑技术和经济两方面的要求从技术上考虑为防止输水管因水锤的现象而出现事故最大设计流速不超过25～35ms输送原水时为避免水中杂质在管内沉积最低设计流速不得小于06ms从经济角度考虑流量一定时管径与速度的平方根成反比故如果流速取得小些时管径增大相应造价增加但大管径的管道水头损失小运行电费将下降相反地如果流速取得大一些管径虽然小造价会有所下降但是水头损失会增大由此而引起泵站扬程的增加直接导致运行电费的增加因此在实际设计中一般按一定年限内造价和年运营费用之和最小时为最经济的流速即通常所说的经济流速来确定管径
根据《给排水设计手册》有以下结论
管径Dmm250250～10001000～16001600吸水管ms1～1212～1615～2015～20压水管ms15～2020～2520～2520～30在本次设计中为考虑安全供水分别采用两条吸水管和两条压水管
吸水管管径计算
先按近期流量设计每条管道流量Q57871Ls选流速为12ms相应管径为D590mm考虑远期供水需求适当放大可令
v13msD600mm
压水管管径计算
按近期设计初选流速为v13ms相应管径为D800mm考虑远期供水适当扩大流速为v15ms
三二级泵站设计扬程计算
净水厂设计资料净水厂内沉淀池进水口设计水位4250m清水池最高水位403m清水池最低水位382m
输水管网设计资料净水厂至水塔输水管道长度为2500m根据管网计算结果确定出水塔最高水位为683m水塔最低水位为658m
水泵扬程为H∑h
由资料静扬程为水塔最高水位683与清水池最低位之差所以683-382301m
∑h包括吸水管的水头损失压水管的水头损失以及泵内部的水头损失由于泵房内部管路尚未设置且水泵型号未知所以先假设3m2m为了保证供水的可靠性采用了两条压水管材质为铸铁管管径取900mm则最大供水时第二级供水
VQA4Q2138ms
查《给排水设计手册》可得当Q06945LS时选用D800mm的压水管此时V138ms在经济流速范围内
查《给排水设计手册》可知铸铁管道粗糙系数n0013则由曼宁公式得压水管比阻s1429
所以得压水管的水头损失为2s1378m
则水泵的扬程为H489m
综上所述水泵的设计流量和扬程为
Q13889LSH489m
第三章机组选择及方案比较
第一节水泵及电机的选择
水泵管道及电机简称泵管机三者构成了泵站的主要工艺设施其中管道在第一章已经选定分别为D600mm和D800mm
而水泵与电机是泵站的重要组成部分选型配套是否合理影响到泵站能否满足供水要求运行是否经济和工程投资等泵站的动力费用占自来水成本的一半以上所以选择水泵是否合理对自来水成本的降低具有重大意义
水泵选型时的主要依据水泵的流量和扬程应该满足近期和远期的水量和水压的要求在实际应用中我们可以参考选泵的要点大小兼顾调配灵活型号整齐互为备用合理地用尽各泵的高效段
远近期结合大中型泵站需作选泵方案比较
电动机从电网获得电能带动泵运转同时又处于一定的外界环境和条件下工作因此正确的选择电动机必须解决好电动机与泵电动机与电网电动机与工作环境间的矛盾并且尽量使投资节省设备简单运行安全管理方便一般应考虑以下四方面的因素根据所要求的最大功率转矩和转速选用电动机根据电动机的功率大小参考外电网的电压决定电动机的电压根据工作环境和条件决定电动机的外形和构造根据投资少效率高运行简单等条件确定所选电动机类型
第二节机组选型及方案比较
水泵选型原则
1首先选用国家已颁布的水泵系列产品和经有关主管部门组织正式审核过的产品
2所选水泵能满足泵站设计流量和设计扬程的要求
3同一个泵站所选水泵型号尽可能一致
4按平均扬程选型时水泵应在高效区运行在最高和最低扬程下运行时能保证水泵安全稳定运行
5有多种泵型可供选择时应对两组运行调度的灵活性可靠性运行费用辅助设备费用土建投资主机发生事故时可能造成的影响进行比较论证从而确定指标优良的水泵
6从多泥沙水源取水时应考虑泥沙含量粒径对水泵性能的影响
7泵站主机组的台数一般为4～8台为宜
选型参数
设计扬程489m
设计流量近期LS
远期LS
方案确定
根据《给排水设计手册常用设备》可得以下两种选泵方案
方案编号用水变化范围LS运行泵及其台数泵扬程
m所需扬程
m扬程利用
率泵效率
第一方案选用
两台28SA-10A
二台14SA-10B
一台28SA-10A
二台14SA-10B48～515489949～100867～887一台28SA-10A
一台14SA-10B48～515489949～10088～8951000一台28SA-10A5248994092二台14SA-10B44514898487一台28SA-10A44514898487第二方案选用
两台24sh-13
一台20sh-9A
一台14sh-13
一台24sh-13
一台20sh-9A
一台14sh-1339547489一台24sh-13
一台20sh-9A40～57489858～10076～815965～1382一台24sh-13
一台14sh-13375～53489923～10079～86695～972一台24sh-13
38～56489873～10080～88390～630一台20sh-9A42～58489843～10072～75其中两台28SA-10A与24sh-13分别为一台运行一台备用以满足在检修时保证供水安全性
从上表中可以看出方案一的扬程利用率和效率都大于方案二所以选用第一组方案其流量接近设计流量能适应用水量变化曲线的需求且效率较高查《给排水设计手册常用设备》得所选泵的性能参数如以下表所示
型号Q
LSH
mN
kw电动机功率
kw效率
气蚀余量
m泵重
t28SA-10A10005273055592445814SA-10B
250～35044～51149～18022084～8736～5121根据所选水泵选配电机及水泵安装尺寸如下表所示
水泵型号电动机型号LL1L2ABCHhn1-d128SA-10AJSQ158-8
JRQ158-8
JSQ1410-8
JRQ1410-83811
4226
3978
4411950
10501242
12671100
940820
9707630
5601285
1280
14304-4214SA-10BJS6400S1-4
JR6400S1-4
JS136-4
JR136-4
JS126-4
JR124-62736
3216
2967
3401
2702
3150770
875
750964
919
948686
790
710560
860
5505400
500
4501030
1125
10054-32
第三节二级泵站的校核
一吸水管管路的损失
设吸水管长15m取28SA-10AQ500LSD600mm
v178ms
由曼宁公式得比阻s0398
所以水头损失为2s0199m
局部阻力包括以下几个部分
1进口喇叭口阻力系数ξ1056
2喇叭口滤网阻力系数ξ2360
390度弯管阻力系数ξ3060
偏心减缩管阻力系数ξ4018
所以hsjξ1ξ2ξ32g42g
2g0647
1416m
则hshsfhsj1188m
二压水管路中水头损失hdhdfhdj
设压水管长为20m取28SA-10AQ500LSD600mmv178ms
由曼宁公式得比阻s0530
所以水头损失为2s0265m
局部阻力包括以下几个部分
1凸出锥管阻力系数ξ1005
2H4xx-10止回阀阻力系数ξ230
3D940x-05电动蝶阀阻力系数ξ302
三通管阻力系数5个ξ412
5DN350闸阀阻力系数4个ξ5007
的渐扩管阻力系数ξ60145
7DN500的闸阀阻力系数ξ4006
所以
hdjξ1ξ2ξ35ξ44ξ5ξ72g62g
2g0970
252m
则hdhdfhdj2785m
所以泵房内总水头损失为hhshd3973m5m
故初选的水泵符合要求
三最大安装高度确定
HSVHSha-hva2g
44HS1033-0242g
HS1033-44-0242g585
HssHS-2g-∑h585-016-11884502m
第四节二级泵站的土建要求
二级泵站的工艺特点是水泵机组较多占地面积较大但吸水条件较好因此大多数二级泵站建成地面式或半地下式本次二级泵站设计将采用半地下式泵房
二级泵站由于机组台数较多因而附属的电器设备及电缆线较多在进行工艺设计时应结合土建要求与供电要求统一考虑但是对于二级泵站土建造价相对的比运行耗电费用要少因此在设计二级泵站时要着重注意工艺上的要求和布置土建结构应保证满足工艺布置的要求
二级泵站属于一般的建筑常用的是柱墩式基础墙壁用砖砌筑于地基梁上外墙可以是一砖一砖半或两砖厚根据当地气候的寒暖而定为了防潮墙体用防水砂浆与基础隔开对于装有桥式吊车吊泵房墙内必须设置壁柱机组运行时由于震动而发出很大的噪音影响工人的身体健康为此在保证机制安装质量的前提下应把机组与基础完全连接好必要时刻采用消音设备在管道穿过墙壁处应采用柔性穿墙套管也可以减少噪音的传播泵房的设计还应该考虑防震和防淹要求从抗震角度出发泵房最好建成地下式或半地下式水泵房还应该有水位指示器当清水池或水塔中水位最高或最低时便可自动发出灯光或音响信号
此外泵站外应设置灭火设施或消火栓以扑灭可能的火灾泵站内应设置配电室及工作室以满足运行和工作需求
综上考虑本次泵站设计中所用泵房为半地下式四台水泵三台运行一台备用呈横向单行排列这样的布置便于纵向设置单梁式吊车吸水管路与压水管路直进直出可减小水头损失以节省耗电水泵采用真空泵引水启动机器间地板向吸水侧有0005的坡度沿墙内设有排水沟集水坑设于泵房一角用手摇泵排水压水管路上方设置走道平台直接与值班室相通从平台有短梯通向机器间值班室与配电室个设于泵房两侧两侧各有大门和单扇小门与泵房外相通值班室隔墙上设双层玻璃窗即可隔音又可观察整个机器间
第四章泵站附属设备的选择
泵站等附属设备主要是水泵的引水设备积水排除设备和起重设备这些设备的选择必须同水泵和其他设备相匹配
第一节水泵引水设备的选择
离心泵工作是建立在水流连续的基础之上的因此水泵在启动之前必须把泵壳和吸水管灌满水否则即使开动水泵也不能将水抽上来
引水设备主要有底阀灌水高架水箱自动灌水真空泵引水设备水射器引水装置和密封水箱引水我们选用了真空泵引水设备其优点是水泵启动较快无底阀引起的局部阻力运行安全缺点是要有一套真空装置增加投资管理也复杂运行中要注意
当采用离心泵输送液体时当水泵中心线高出液面时须设置引水装置已保证水泵的正常启动真空泵引水装置直接应用于真空泵吸取水泵体内和吸水管内的空气达到引水目的
选用真空泵时必须掌握两个工作参数一是抽气量二是真空度抽气量和真空度是相关的随着真空度的增加抽气量将逐渐减小
选用真空泵时抽气量是以泵站中最大的一台泵为依据计算公式如下
QW1W2Kt
式中Q真空泵抽气量
W1吸水管内存水容积
W2泵壳内存气容积泵壳内存气容积大约等于水泵吸入口面积乘以吸水口到出水阀门的距离
K漏气系数一般采用105～110
t水泵吸水时间一般采用3～5min
有上公式代入所选数据得每米管长的空气量如下表所示
直径mm100150200300400500空气量000800180031007101260196直径mm6007008009001000-空气量02820338050306360785-
第二节水泵起重设备的选择
泵站内的水泵电动机以及其他附属设备需要定期的检修或更换因此泵站内要考虑安装起重设备起重设备须能吊起泵站内最重的水泵或电动机一般泵站内设备是固定设备起吊次数并不多所以较大的泵站有手动桥式吊车就可以满足需要了在大型泵站可采用双排布置水泵台数较多时可根据条件适当提高吊车的机械化程度如采用电动桥式吊车
泵站起重设备选型依据如下表所示
起重量t起重设备形式05移动式吊架或设置固定吊钩05～20手动起重设备20电动桥式吊车由于本次设计所选最大水泵泵重为58t故采用电动桥式吊车
其跨度L38m高h16m
第三节其他设备的选择
1水泵排水设备的选择
泵房内由于水泵填料滴水阀门和管道接口的漏水拆修设备时泄放的存水以及地沟水等常需设置排水设备以保持泵房环境整洁和运行安全尤其是电缆沟不允许积水本次设计中的半地下式泵房用排水沟有困难所以采用水射器排水用水射器排水即经济又简便如能做成电磁阀自动控制则更加简便
2通风与取暖
泵房内一般采用自然通风本次设计中采用半地下式泵房且功率比较大自然通风不够并且夏季温度较高为使室内温度不超过35℃以保证工人有良好的工作环境并改善电动机的工作条件可以采用3到5台风机进行机械通风
取暖可采用一般建筑取暖即可主要保证值班室的取暖以保证正常工作
3通讯
泵站内通讯十分重要一般在值班室内安装电话机供生产调度和通讯之用电话间应具有隔音措施以避免噪音干扰
4安全设施
泵房内防火主要是防止用电起火或雷击起火两种起火的原因可能是用电设备过负荷超载运行导线接头接触不良电阻过大发热造成或是导线的绝缘物或沉积在电器设备上的粉尘自燃短路的电路使冲油设备爆炸引起在实际运行中应注意防止泵站中的防雷保护措施常用避雷针避雷线和避雷器三种本次设计中采用避雷器防止雷击
5噪音设备
为达到消除噪音的目的可在泵房中安装共振吸音结构安装水冷式消音电机并且将值班室设置成隔音室以保证工作人员正常的工作条件
6计量设备
采用超声波流量计其优点是水头损失小且耗电低易测量且精确度高而且很适用于600mm的管径管道
第五章二级泵站平面布置
第一节水泵尺寸的选择及空间布置
水泵机组的排列是泵站布置的重要内容它决定泵房建筑面积的大小机组间距以不妨碍操作和维修的需要为原则机组布置应保证运行安全装卸维修和管理方便管道长度最短接头配件最小水头损失最小并考虑泵站有扩建的余地本次二级泵站设计中拟定采用横向排列
侧向进出水的水泵如单级双吸式SA型离心泵采用横向排列方式较好横向排列虽然稍微增加了泵房的长度但可以减小跨度进出水管顺直水力条件好节省耗电故被广泛采用
配套应用附件
附件电动机闸阀轴套叶轮密封环底阀个数422124附件止回阀吐出椎管滤水器底板钩扳手备注个数44408
第二节泵房尺寸的拟定和依据
为了保证泵站的工作可靠运行安全和管理方便在布置机组时
应遵循以下规定
1相邻机组的基础之间应有一定宽度的过道以便工作人员通行电动机容量不大于55KW净距应不小于08m电动机容量大于55KW净距应不小于12m电动机容量小于20KW时可以适当缩小宽度但在任何情况下设备的突出部分之间或突出部件与墙之间的宽度应不小于07m
2水平接缝的水泵在检修时往往要将泵轴和叶轮沿轴线方向取出因此在设计泵房时要考虑在这个方向留有一定余地即水泵离开墙壁或其它机组的距离不大于泵轴长度加上025m为了从电动机中取出转子应同样的留出适当的距离
3在有大型机组的泵站内应留有适当的面积做检修之用其尺寸大小应保持在被检修机组的周围有07～10m的过道
4泵站内主要的通道宽度应不小于12m
5辅助泵排水泵真空泵通常安装在泵房的适当位置尽可能不增大泵房尺寸辅助泵可以靠墙安装只需一边留出过道必要时真空泵可安置于托架上
泵房内地坪标高取决于水泵的安装高度正确的计算水泵的允许安装高度使泵站即能安全供水又能节省土建造价具有很重要的意义
机组尺寸根据规范取水泵和它的动力装置的地脚螺栓间距再加05m
为了提高系统的稳定性机组尽可能装在厚重的混凝土型钢基座上一般基础或基座的重量应大于或等于三倍机组的重量
28SA-10A上基础长度L742m
基础宽度取水泵和电机的地脚螺栓较宽者再加05m
B1105221m
机组总重WW泵W电1
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