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给水泵站设计

水泵与水泵站课程设计说明书

学号6012207233

姓名杨奇

专业班级环境工程1班

指导教师郑波

设计时间2015.5.8-2015.5.22

建筑工程系

水泵与水泵站课程设计任务书

一、设计题目

河北某城市供水厂二级泵站设计

二、设计内容

1.泵站设计控制值的出水量及扬程的确定；

2.水泵的选择（包括备用泵）；

3.动力设备的配置；

4.泵站机组的布置；

5.吸水管和压水管的设计；

6.水泵安装高度的计算；

7.泵站平面、高程布置及尺寸的决定；

8.泵站内主要附属设备的选择；

三、原始资料

1、最高日用水量：

各自按管网计算结果选用，单位为：

m3/d或m3/h；

2、最高日用水量变化见各自管网的高日用水量逐时变化曲线；

3、高日高时管网总水头损失、管网最不利点标高、发生火灾处标高、消防用水量等，分别采用管网平差计算的结果；

4、建筑物层数同管网设计任务书；

5、城市供水管网内无调节水池或水塔；

6、水厂二级泵站所在地地面标高19m，泵站吸水池最低水位16m，最高水位18m；

7、泵站所在地最高水温35℃；

8、地下水位距地面约2.5m，最大冻土深度0.8m；

9、吸水池与泵站距离8.0m（净距）；

10、泵站附近有独立双电源；

11、管材及管配件的产品规格表。

四、设计成果

1、设计说明书一份（≥14页），内容有：

（1）有关设计规模、原始资料的叙述；

（2）按指示书步骤详述设计的全部内容（包括计算及结论）；

（3）按指示书要求画出有关草图及标出主要尺寸。

2、图纸

在一张2#或1#图纸上画泵站平、剖面图及泵站内主要设备材料表。

（1）泵站平面布置图（包括主要设备机组位置，吸、压水管路位置及其它附属设备机组的位置），比例尺1：

100-1：

200；

（2）泵站立面布置图（包括主要设备机组高度，吸、压水管路高度及其它附属设备机组的高度），比例尺1：

100-1：

200；

（3）泵站剖面图

五、设计日期

自2015年05月18日至06月01日，计划有效学时数32学时。

第一章绪论

1.1设计要求

1.1.1设计题目：

河北某城市供水厂二级泵站设计

1.1.2泵站设计水量：

1.1.3设计任务

（1）泵站设计控制值的出水量及扬程的确定；

（2）水泵的选择（包括备用泵）；

（3）动力设备的配置；

（4）泵站机组的布置；

（5）吸水管和压水管的设计；

（6）水泵安装高度的计算；

（7）泵站平面、高程布置及尺寸的决定；

（8）泵站内主要附属设备的选择；

1.1.4图纸要求

在一张2#或1#图纸上画泵站平、剖面图及泵站内主要设备材料表。

（1）泵站平面布置图（包括主要设备机组位置，吸、压水管路位置及其它附属设备机组的位置），比例尺1：

100-1：

200；

（2）泵站立面布置图（包括主要设备机组高度，吸、压水管路高度及其它附属设备机组的高度），比例尺1：

100-1：

200；

（3）泵站剖面图

1.2设计资料

1.2.1管网设计的部分成果：

（1）最高日用水量：

912.12m3/h

（2）最高日用水量变化见管网的高日用水量逐时变化曲线；

（3）高日高时管网总水头损失9.815m、管网最不利点标高21.04m、发生火灾处标高23.50m、消防用水量

等；

（4）建筑物层数6层；

1.2.2城市供水管网内无调节水池或水塔；

1.2.3水厂二级泵站所在地地面标高19m，泵站吸水池最低水位16m，最高水位18m；泵站所在地最高水温35℃；地下水位距地面约2.5m，最大冻土深度0.8m；吸水池与泵站距离8.0m（净距）；

1.2.4泵站附近有独立双电源；

1.3设计步骤与方法

开始

确定设计流量和扬程

水泵选择（方案比较）

动力设备的配置

设计机组的基础

吸、压水管设计

水泵安装高度

确定布置和机组选型

选择附属设备

厂房布置

结构计算、出图

预算编制

施工图交底

结束

施工期服务

竣工、验收

资料归档

第二章计算说明书

2.1泵站设计控制值出水量及扬程的确定

2.1.1设计工况点的确定

Qmax采用城市最高日最高时用水量，同管网平差结果（l/s）

Hp=（Z0-ZP+H0+h管网+h输水+h站内）×1.05（m）

式中Z0—管网最不利点的标高；21.40m

Zp—泵站吸水池最低水面标高；16m

H0—管网最不利点的自由水头；28m

h管网—最高日最高时管网水头损失；9.815m

h输水—最高日最高时输水管水头损失；有时输水管很短，这部分常包括在h管网内；0.67m

h站内—泵站内吸、压水管管路系统水头损失，估算为2～2.5m；

1.05—安全系数；

HP—泵站按Qmax供水时的扬程。

48.442（m）

2.1.2校核工况点的确定

Q'=Qmax+Q消（l/s）

Hp'=（Z0-ZP+10+h'管网+h'输水+h站内）×1.05（m）

式中Q消——城市消防用水量；110（L/s）

Q'——消防时泵站总供水量；1002.12（L/s）

h'管网——消防时管网的水头损失；5.645（L/s）

h'输水——消防时输水管水头损失；0.4（L/s）

10——低压制消防时应保证的最不利点自由水头（m）；

Hp'——消防时泵站的扬程。

27.085（m）

HP>Hp'满足要求

2.2水泵的选择

水泵的选择包括确定水泵的型号和台数。

必须注意所选定的泵站中工作泵（并联）的最大供水量和扬程应满足Qmax和HP，同时要使水泵的效率较高。

建议工作泵的台数采用3～6台，备用泵一般采用1～2台（本次设计可采用1台），其型号与泵站内最大的工作泵相同。

若现有水泵不合适时，可以采用调节水泵性能的方法，如切削叶轮等。

2.2.1画设计参考线

在水泵综合性能图上（见附图）通过以下两点连直线，得选泵时参考的管路特性曲线——设计参考线。

Q=0，H=Z0-ZP+H0=Z0-ZP+H0=33.4m

Q=Qmax=912.12（L/s），H=（Z0-ZP+H+h管网+h输水+h站内）×1.05=48.4m

在水泵综合性能图上与设计参考线相交的且并联后能满足设计工况点的泵型，都可作为拟选泵，在组成方案时加以考虑。

2.2.2选泵方案结果比较（详见表2-1）:

表2-1选泵方案表

方案编号

用水变化范

围/（L/s）

运行及台数

水泵扬

程/m

所需

扬程/m　

扬程利

用率/%　

水泵效

率/%

方案1选用

一台20sh-9A

两台12sh-9

775～913

一台20sh-9A

55～49

47～48.5

85～99

80.5～81.1

两台12sh-9A

74.6～74.8

620～775

一台12sh-9A

55～47

46～47

84～100

80.3～80.5

一台20sh-9A

74.3～74.6

400～420

一台20sh-9A

57～46

44～46

77～100

73.7～74.3

250～400

两台12sh-9A

56～45

43～45

78～100

78.7～79.2

＜250

一台12sh-9A

＞42

＜42

＜84

方案2选用

一台20sh-9A

两台12sh-9B

750～913

一台20sh-9A

52～48.5

47～48.5

90～100

74.6～74.8

两台12sh-9B

72～74

570～750

一台20sh-9A

51～47

46～47

90～100

74.2～74.6

一台12sh-9B

74～76.6

380～550

一台20sh-9A

60～46

44～46

73～100

73.7～74.3

220～380

两台12sh-9B

48～44

43～44

89.6～100

73.7～80

对以上两个方案进行比较，有管网需求曲线可知，每日平均15个小时用水量集中在760~913L/s，早晚剩余时间用水量在571~760L/s范围中，可以看出第一套方案的运行效率高，且只选用了两种型号的水泵方便维修，互为备用。

故选用两台12sh-9A和两台20sh-9A并联，其中一台20sh-9A作为备用泵（泵的性能参数详见表2-2）。

表2-2sh型单级双吸离心泵的性能表

型号

流量Q（m3/h）

扬程H（m）

转速n（r/min）

轴功率N（kW）

效率（％）

允许吸上真空高度Hs（m）

电动机

泵重（kg）

型号

功率

（KW）

12Sh-9A

529

1450

99.2

4.5

Y315M2-4

809

720

18.6

893

131

20Sh-9A

1500

970

315

3.5

Y400-56-4

2570

1872

333

2170

320

2.2.3选泵后的校核

选泵后，按照发生火灾的供水情况，校核泵站是否能满足消防要求。

把泵站中备用泵与最大供水时所用的工作泵并联起来，画出并联曲线，可以看出消防时所需工况点（Q'，HP'）位于并联曲线之下,校核合格。

管网事故时泵站供水能力也按上述原则进行校核。

2.3动力设备的配置

动力设备采用电动机，水泵选定后，根据水泵样本载明的电动机来选择（电机的性能参数详见表2-3）。

表2-3　电机配置

水泵型号

轴功率（kw）

转数（r/min）

电动机型号

功率（kw）

转数（r/min）

电压（伏）

重量（kg）

12sh-9A

99.2-131

1450

Y315M2-4

160

1450

380

1024

20sh-9A

315-333

970

Y400-56-4

400

970

6000

2960

2.4泵站机组的布置

确定水泵及电动机之后，机组（水泵与电动机）尺寸大小，从手册第11册水泵样本上查到。

基础的平面尺寸和深度依据机组底盘尺寸或水泵、电机的底脚螺栓的位置。

2.4.1基础的尺寸计算

12SH-9A、20SH-9A型水泵不带底座，所以选定其基础为混凝土块式基础（水泵外形尺寸见表2-4，尺寸图见图2-1，电动机尺寸见表2-5，安装尺寸图见图2-2），则

12SH-9A型水泵：

基础长度L＝水泵和电机最外端螺孔间距+（400～500）

＝

基础宽度B＝水泵和电机最外端螺孔间距（宽度方向，取大者）+（400～500）＝

基础高度

20SH-9A型水泵:

基础长度L＝水泵和电机最外端螺孔间距+（400～500）

＝

基础宽度B＝水泵和电机最外端螺孔间距（宽度方向，取大者）+（400～500）＝

基础高度

其中：

—水泵重量（kg）;

—电机重量（kg）;

—基础长度（m）

—基础宽度（m）;

—基础密度（kg/m3）（混凝土密度ρ＝2500kg/m3）

最终确定12SH-9A水泵占地

20SH-9A水泵占地

表2-4单级双吸离心泵外形尺寸（mm）

型

号

外形尺寸

12Sh-9A

1073

588

510

450

1070

530

620

550

855

510

250

型

号

外形尺寸

进口法兰尺寸

出口法兰尺寸

n-Фd

DN1

D01

n1-Фd1

DN2

D02

n2-Фd2

12Sh-9A

310

4-27

300

400

440

12-23

250

350

390

12-23

型

号

外形尺寸

20Sh-9A

1637.5

905

760

580

1640

810

1020

800

1300

800

370

型

号

外形尺寸

进口法兰尺寸

出口法兰尺寸

n-Фd

DN1

D01

n1-Фd1

DN2

D02

n2-Фd2

20Sh-9A

480

4-42

500

620

670

20-26

350

460

505

16-22

图2-1单级双吸离心泵外形尺寸图

表2-5电动机尺寸表

型

号

电动机尺寸

n-Фd　

12Sh-9A

1270

315

865

457

508

4-28

300

型

号

出口锥管法兰尺寸

n3-Фd3　

12Sh-9A

2347

753

300

400

440

12-23

型

号

电动机尺寸

n-Фd　

20Sh-9A

1880

560

1270

970

940

4-42

800

型

号

出口锥管法兰尺寸

n3-Фd3　

20Sh-9A

3550

1187

500

620

670

20-26

图2-2单级双吸离心泵（不带底座）安装尺寸

2.4.2机组布置

机组布置分为两种：

纵向布置及横向布置。

由于本设计中选用水泵为双吸式水泵，为保证进出口处的水力条件，节省电耗，故机组布置采用横向排列，轴线成一列布置。

本次设计采用横线排列（直线单行），其主要优点是跨度小，管配件简单，水力条件好，检修场地较宽畅；缺点是泵房长度较大，操作管理路线较长，管配件拆装较麻烦，但适用于S、Sh、SA等双吸离心泵。

根据比较机组采用横向排列。

横向排列的各部尺寸应符合下列要求：

（1）泵凸出部分到墙壁的净距A1等于最大设备的宽度加1m，但不得小于2m。

A1=B+1000=1640+1000=2640mm，取A=3500mm。

（2）出水侧泵基础与墙壁的净距B1＞应按水管配件安装的需要确定。

但是考虑到泵出水侧是管理操作的主要通道，故B1≥3m。

取B1=8000mm。

（3）进水侧泵基础与墙壁的净距D1，也应根据管道配件的安装要求决定，但不小于1m.。

取D1=1500mm。

（4）电机凸出部分与配电设备的净距C1，应保证电机转子在检修时能拆卸，并保持一定安全距离，其值要求：

C1=电机轴长+0.5m。

但是，低压配电设备应C1≥1.5m.；高压配电设备C1≥2.0m。

C1=L+500=1880+500=2380mm，取C1=2500mm。

（5）泵基础之间的净距E1值与C1要求相同，即E1=C1。

如果电机和泵凸出基础，E1值表示为凸出部分的净距。

取E1=2500mm。

机组布置应使泵站工作可靠、管理方便、管道布置简单，泵站建筑面积及跨度最小，并考虑有发展的可能。

机组布置应满足的要求：

1）相邻两个机组基础间净距：

电机容量<55千瓦时，过道宽度>0.8m；

电机容量>55千瓦时，过道宽度>1.2m。

2）相邻两个机组的突出部分间的净距以及突出部分与墙壁间的净距：

电机容量<55千瓦时，净距>0.7m；

电机容量>55千瓦时，净距>1.0m；

还应保证泵轴和电机转子在检修时能拆卸。

3）泵房主要通道宽度不小于1.2m。

4）当考虑就地检修时，至少在每个机组一侧设置大于水泵机组宽度0.5m的通道。

2.5吸水管及压水管的设计

2.5.1吸水管的设计

吸水管的设计应满足以下要求

1）不漏气

吸水管管壁或接头容易漏气，当吸水管中压力小于大气压时会漏入空气。

因此吸水管应采用不透气材料（钢管），接头采用法兰接头。

2）不积气

为防止形成空气气囊，影响水泵的工作。

在敷设吸水管时，应向水泵方向连续上升，具有不小于0.005的坡度，消除形成空气囊的条件。

3）不吸气

吸水管入口进入深度不够时入水口处水流形成漩涡而吸入空气。

并且，每台水泵应有单独的吸水管，这样便于水泵迅速启动，安全运行。

为避免吸水管入口吸入空气，吸水井中最低水位至吸水口的最小淹没深度h应避免产生有害的涡旋，一般最小淹没深度不应小于0.5~1.0m．本次设计选定h=1.0m，采用钢制管材。

2.5.2压水管的设计

压水管路经常承受较高压力，要求坚固耐压，采用钢管，与闸阀和逆止阀连接处采用法兰接头。

压水管的设计应满足以下要求

1）压水管路常采用钢管，采用焊接接口，与设备连接处或需要经常检修处采用法兰接口。

2）为了避免管路上的应力传至水泵，以及安装和拆卸方便，可在压水管路适当位置上设补偿接头或可挠性接头。

3）离心泵必须要关闸启动。

4）当不允许水倒流时，需设止回阀。

2.5.3管径计算:

吸水管管径按最大抽水量Qmax及设计流速决定。

（Qmax指该泵在单独或并联工作中可能出现的最大出水量）

设计流速可按下述数据决定：

DN<250mm，v采用1.0～1.2m/s

DN>250mm，v采用1.2～1.6m/s

当为自灌式时，设计流速可增至1.6～2.0m/s。

压水管管径按通过的最大流量及设计流速决定，设计流速可按下述数据决定：

DN<250mm，v采用1.5~2.0m/s

DN>250mm，v采用2.0~2.5m/s

总压水管管径在泵站内按上述原则决定，在站外按输水管管径决定。

各台水泵的吸压水管径见表2-6

表2-6　吸压水管管径计算表

水泵型号

最大抽水量（L/s）

吸水管设计流速（m/s）

吸水管管径d（mm）

1000i

压水算设计流速（m/s）

压水管管径d（mm）

1000i

12sh-9A

255

1.96

400

13.3

1.96

400

13.3

20sh-9A

590

1.53

700

2.02

600

8.30

每台泵宜设单独吸水管，吸水管上须设闸阀，吸水管应坡向吸水池，坡度为0.005，水平管段变径处采用偏心异径管；采用真空引水启动时，吸水管在吸水井中采用喇叭口进水，喇叭口直径D是吸水管管径1.3~1.5倍，即

12sh-9A型号,D=1.5×400=600.20sh-9A型号,D=1.5×700=1050。

各泵压水管与输水管的连接常采用联络管，压水管上设闸阀和止回阀，止回阀应在闸阀与水泵之间，以便检修。

2.5.4吸水井的设计

吸水井尺寸应满足安装水泵吸水管进口喇叭口的要求。

具体尺寸要求为：

（1）吸水管进口淹没水深h≥0.5—1.0m，否则应设水平隔板，水平隔板长为2D或3d（D为喇叭口大头直径，d为吸水管直径），取h=1m；

（2）吸水管进口应设喇叭口，以便吸水管进口水流平稳，减少损失。

①喇叭口大头直径D

（1.3—1.5）d

12sh-9A型号D

（1.3—1.5）d=1.5

400=600mm

20sh-9A型号D

（1.3—1.5）d=1.5

700=1050mm

其中：

d为吸水管直径

②喇叭口下缘距吸水井井底距离≥0.8D

12sh-9A型号

0.8D=0.8

600=480mm

20sh-9A型号

0.8D=0.8

1050=840mm

③喇叭口距吸水井井壁距离≥（0.75～1.0）D；

12sh-9A型号

（0.75～1.0）D=0.8

600=480mm

20sh-9A型号

（0.75～1.0）D=0.8

1050=840mm

④喇叭口之间的距离≥（1.5～2.0）D＝2.0×700＝1400mm。

12sh-9A型号

（1.5～2.0）D＝2.0×600=1200mm

20sh-9A型号

（1.5～2.0）D＝2.0×1050=2100mm

所以，按以上要求吸水井长度为8400mm，但考虑水泵机组之间距，将吸水井长度确定为18000mm，吸水井宽度为4300mm，吸水井高度为5000mm。

经计算吸水井有效容积为387m3，大于泵站一台泵5min的抽水量，故满足要求。

2.5.5管路附件选配

配件的选用详见表2-7

表2-7管路配件

名称

型号

规格

单位

数量

伸缩接头

DN400

个

DN600

个

DN700

个

喇叭口

DN600400

个

DN1050700

个

90度弯头

DN400

个

DN700

个

三通

DN1800DN700L=1178

个

DN1400DN800L=878

个

止回阀

H44T（X）-10

DN400L=900

个

DN600L=1300

个

闸阀

Z945T/W-10

DN400L＝480

个

DN600L＝600

个

DN700L＝660

个

DN800L＝720

个

同心渐扩管

DN1300DN400L=348

个

DN1500DN600L=348

个

DN1700DN800L=348

个

偏心渐缩管

DN1300DN400L=315

个

DN1500DN700L=518

个

2.5.6管道埋设地点

当泵站内管道直径大于500mm时，管道设在管沟中不经济，可直接敷设在地板上。

本次设计为半地下式泵站，将管道直接设在地板上。

管道伸出泵房之后应埋在冰冻线之下。

2.6水泵安装高度的计算

2.6.1计算HS：

由选定的水泵在水泵性能曲线上找出允许吸上真空高度HS，必须注意每台泵的HS在抽水量不同时也不同，因而应根据该泵在可能的工作范围内的最大抽水量来查出对应的HS，如果水泵的安装地点的气压不是10.33m水柱或水温不是20℃时，应对HS作出修正，变为

，按最大抽水量时的HS计算：

查泵的性能曲线可知，12SH-9A在最大抽水量255L/s时对应的允许吸上真空高度为4.5m,20SH-9A在最大抽水量590L/s时对应的允许吸上真空高度为4m。

此时大气压为10.33水柱，温度35℃，查表知

=0.59

对于12SH-9A水泵

=4.15

对于20SH-9A水泵

=3.41

2.6.2计算HSS

由下式计算该泵的安装高度HSS：

　　（5）

式中　　

—吸水管中水头损失；

—安装真空表处的水头损失。

应从吸水池最低水位算至泵轴（对大泵则算至吸水口上端）。

包括从吸水喇叭口至真空表安装处的所有水头损失（沿程与局部）。

可以根据最大抽水量和真空表处的过水断面积来计算。

其中吸水管中局部水头损失

局部应按水力公式

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