《取水工程》课程设计任务书汇编.docx
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《取水工程》课程设计任务书汇编
《水资源利用与保护》课程设计任务书
本课程设计的任务是根据所给定的原始资料设计某城市新建水源工程的取水泵房。
一、设计目的
本课程设计的主要目的是把《泵与泵站》、《水资源利用与保护》中所获得的理论知识加以系统化，并应用于设计工作中，使所学知识得到巩固和提高，同时培养同学们有条理地创造性地处理设计资料的独立工作能力。
二、设计基本资料
1、近期设计水量8万米3/日，要求远期12万米3/日（不包括水厂自用水）。
2、原水水质符合饮用水规定。
河边无冰冻现象，根据河岸地质地形以决定采用固定式泵房由吸水井中抽水，吸水井采用自流管从取水头部取水，取水头部采用箱式。
取水头部到吸水井的距离为100米。
3、水源洪水位标高为73.2米（1%频率）；估水位标高为65.5米（97%频率）；常年平均水位标高为68.2米。
地面标高70.00。
4、净水厂混合井水面标高为95.20米，取水泵房到净水厂管道长380米。
5、地区气象资料可根据设计需要由当地气象部门提供。
6、水厂为双电源进行。
设计流量的确定和扬程的估计。
（1）设计流量Q。
考虑到输水干管漏损和净化场本身用水。
取自用水系数α=1.05则：
近期设计流量为Q=1.05*80000/24=3500m^3/h=0.972m^3/s
远期设计流量为Q=1.05*12000/24=5250m^3/h=1.458m^3/s
（2）设计扬程泵的扬程由所需要的静扬程和管道的水头损失。
1，泵的静扬程：
由吸水井的水面和净水厂混合井的水面的高程差得到，吸水井的水面高度我们需要知道河水的洪水期和枯水期的水面高度以及自流管的水头损失来得到。
在极端情况下，一条管检修，另外一条管承担75%的流量是时Q`=1.458m^3/s*0.75=1093.5L/S。
自流管的流速V=Q`/D,我们在Q=1100L/S情况下查得Dg=900，v=1.73,1000i=3.67。
壁厚为10mm时，k=1。
我们选择的钢管为DN900×10的，沿程水头损失为。
H=kil=1*100*3.67/1000=0.367m。
还有格栅进入口和出水口的局部水头损失。
查表得ζ1=0.5，ζ2=1.0，H=（ζ1+ζ2）V^2/（2g）=0.23m。
平板格栅的水头损失为0.1m。
总的水头损失为0.23+0.367+0.1=0.607m。
但是这是自流管，你的流速要达到1.73m/s，通过坡度来实现的我们用谢才公式来V=C（RJ）^0.5来计算。
其中根据曼宁公式C=（1/n）R^（1/6）=59.97。
J=0.0037。
h=100*0.0037=0.37所以最低水位到吸水井的高差为H=0.607+0.37=0.997。
所以泵所需要的静扬程为枯水期：
Hst=0.997+29.7=30.697m。
洪水期：
Hst=0.997+22=22.997m
2．输水干管上的水头损失为。
我们根据输水管的极端情况一条检修一条为承担75%的流量是时Q`=1.458
m^3/s*0.75==1093.5L/S。
输水管的流速一般在：
直径小于250mm时，为1.5～2.0m／s。
直径在250～1000mm时，为2.0～2.5m／s;直径大于1000mm时，为2.0～3.0m／s查表得的、Dg=800时v=2.19,1000i=6.85。
厚度为10mm，我们选择的为铸铁管DN=800×10，k=1.0.
水头损失为h=kil=1*380*6.85/1000=2.603m
3.泵站内的水头损失粗估为2m。
则泵的扬程为：
枯水期：
H=30.697+2.603+2+2（安全水头）=37.3m
洪水期：
H=22.997+2.603+2+2（安全水头）=29.6m泵与电机的选择。
我们选择泵的时候必须知道泵的管道特性曲线。
为了是我们的泵满足我们的需求，泵的最大静扬程为Hst=30.697m。
S=h/（Q^2）=5.53。
H=30.697+5.53（Q^2）。
我们知道泵的并联的流量之和并不是简单地叠加。
在流量等于近期0.972m^3/s
和远期的1.458m^3/s情况下我们所选择的并联后泵都能符合要求。
前期与后期
流量之比为2:
3。
由于并联泵的数量比较少，所以我们前期为泵站机组为两用一备，后期为三用一备。
在并联时每个泵的流量为0.486m^3/s。
所以单泵工况点的流量是稍微大于0.486m^3/s。
但是无论单个还是都落在高效段内。
我们查表得泵的型号为：
20sh-13.。
根据我们所选择的泵，我们的电机选择主要有JS-137-6，JR-137-6，JR-138-6，
JS-138-6。
由于为原型地下室。
为了节省开挖量我们选择的是电机和泵的基础尺寸最小的哪一型号的电机，电机选型为JS-137-6。
根据选型，我们可以得到我们泵的基础的尺寸（icon1）。
基础尺寸的确定。
根据泵与电机样本，计算20sh-13的平面尺寸为3960×1450。
机组的总重为
2340kg+1900kg=4300kg，W=4330*9.8=42434N
机组的深度H可以按照：
H=3W/（LBγ）
其中L—基础长度，L=3.96m。
B---基础宽度，B=1.45m。
γ---基础所用材料的容重，我们选择的混凝土基础的γ=23520N/M^3.
通过计算H=0.98m。
吸水管路与压水管路的计算
（1）吸水管
已知Q1=1.458/3=0.486m^3/s,钢管DN600×10。
采用查表当Q=190L/S的时候Dg=600，V=1.68，1000i=5.72，厚度10mm，K=1
（2）压水管采用：
查表当Q=190L/S的时候Dg=500mm。
V=2.41，1000i=14.9
取水头部
我们的取水为河床式取水构筑物，根据河流的水质条件我们的取水头部选择箱式取水头部。
（1）在进水孔处设置格栅。
F=Q/（VK1K2）
F平格栅的面积
Q设计流量
V过网速度，一般为0.2-0.6
K1格网堵塞后面积减小系数。
K2因为网丝引起的面积减小系数。
我们选择的栅条直径S为10mm，T栅条净
距为100mm，K2=T/（T+S）
K2=0.91
根据计算我们得到面积F=0.729/（0.75*0.5*0.91）=2.136
根据90S503格栅设计标准我们选择B1×H1=1500×1900，Fs=2.21的90S321-3型的格栅。
它的B×H=1600×2000，
（2）箱式取水头部的宽度和长度的确定
我们的取水头部采用淹没式，我们根据格栅的长度我们知道格栅的长为1.6m，
两边的角我们取90度，宽取2.6m，那么我们的长为5.4m。
机组与管道布置
因为取水泵站为圆形，我们远期泵的机组为四台，所以我们将四台机组两两沿着直径对称布置。
其中两台的转速需要反转。
每台泵上面都有独立的吸水管压水管及其阀门附件。
吸水管上，DN=600
闸阀：
Z41T-10型明杆楔式闸阀，开启度A/B=0.125时ζ=0.15，
90°钢制弯头ζ=1.01
偏心渐缩管DN600×500ζ=0.18
可曲挠橡胶接头ζ=0.21
吸水喇叭口：
我们选择A型DN600×10，D1=680，H=640，ζ=0.1压水管：
DN=500
蝶阀：
D71X型手柄传动对夹式蝶阀全开时ζ=0.15
止回阀：
HH49X-10型微阻缓闭消声蝶式止回阀ζ=1.8
吐出锥管：
DN350×500ζ=0.21
45°钢制弯头：
ζ=0.48
输水管管：
DN800×10
渐大管DN500×800，ζ=0.0.03
钢制斜三通：
ζ=0.5
蝶阀：
D971X（H、F）开启度为5度ζ=0.24
等径丁字管ζ=1.5
高程的确定
高程的确定我们根据泵的安装高度为核心开始确定的，查表我们知道20sh-13型水泵的允许最大吸上真空高度为4m。
Hss=Hv-H（吸水管路上的水头损失）
H（吸水管路上的水头损失）=（ζ1+ζ2+ζ3+ζ4+ζ5）V^2/（2g）+kil
闸阀：
Z41T-10型明杆楔式闸阀，开启度A/B=0.125时ζ3=0.15，90°钢制弯头ζ2=1.01
偏心渐缩管DN600×500ζ5=0.18
可曲挠橡胶接头ζ4=0.21
吸水喇叭口：
我们选择A型DN600×10，D1=800，H=640，ζ5=0.1泵房的平面尺寸我们不知道所以管线的长度但是我们根据大致估算吸水管的长度不会超过6m。
（ζ1~ζ5为最不利管线上面的1~5阀门或者附件）根据计算我们知道H=（0.15+1.01+0.18+0.21+0.1）1.68^2/19.6+6*1*5.72/1000=0.261m，
所以Hss=4-0.261=3.739m，我们取泵的吸水口的轴线高于最低水位3.5m根据开始计算我们知道，河岸的枯水位的高程为65.5m，扣除从河流到吸水井的水头损失0.997m
吸水井的最低水面高程为64.503m，
吸水井底部水位为62.503
泵轴的高程为68.003m
泵基础的高程为根据泵轴到基础的高度为0.8m，所以基础高程为67.203m
下垫面的高程为67.003m，基础埋深为0.98-0.2=0.78m泵的吸水口的轴线的高程为68.003m，
吸水管的高程：
67.953m
压水管的高程：
68.003m
输水干管管轴的高程为70-2.4=67.6m
洪水位为73.2m，考虑1m的浪高，操作平台的高程为74.2m
操作间到顶棚的高度我们取5m，顶棚高武为79.2m
最不利管线
吸水管路和压水管路水头损失的计算在计算吸水管和压水管的水头损失的时候我们取一条最不利的管线，每台泵的吸水管和压水管的阀门是一样多的，很明显靠近取水泵站墙壁的机组的管线长而且相对于靠近中间的多了更多的弯头和扩大管，所以选择靠近墙壁的机组的压水管和吸水管的管线在上面计算泵的安装高度的时候我们计算了吸水管上的水头损失为0.261m，最
不利管线上面的吸水管的水头损失是小于0.261m的，我们取0.261m。
接下来是压水管上的水头损失：
我们知道压水管为DN500×10，V=2.41m压水管上局部水头损失：
H=（ζ6+ζ7+ζ8+ζ9+ζ10+ζ11+ζ12+ζ13+ζ14+ζ15+ζ16+ζ17）V^2/（2g）蝶阀：
D71X型手柄传动对夹式蝶阀全开时ζ7=0.15止回阀：
HH49X-10型微阻缓闭消声蝶式止回阀ζ8=1.8吐出锥管：
DN350×500ζ6=0.2145°钢制弯头：
ζ9=ζ10=ζ11=0.48渐大管DN500×800，ζ12=0.03钢制斜三通：
ζ13=0.5等径丁字管最大ζ14=ζ16=1.5蝶阀：
D971X（H、F）开启度为5度ζ15=ζ17=0.24虽然在压水管后面在连接输水干管时候的管径有所增大流速有所减小，但是我们为了方便计算我们统一使用压水管上的流速来计算H=（0.21+0.15+1.8+0.48*3+0.03+0.5+1.5*2+0.24*2）2.41^2/19.6=2.26m我们取压水管的长度为15m，同样由于DN500×10和DN800×10，k相同而且i稍大，所以为了方便计算H=kil=15*1*14.9/1000=0.224m压水管路水头损失为H=0.224+2.26=2.484m泵站内的水头损失为：
H=2.484+0.261=2.745m则泵的扬程为：
枯水期：
H=30.697+2.603+2.745+2（安全水头）=38.045m
洪水期：
H=22.997+2.603+2.745+2（安全水头）=30.345m由此我们可以知道我们选择的泵是适合的。
泵房的平面尺寸以及高度的确定
我们的泵房为底下式取水泵房，为圆形，
电机的轴长为1496mm，
电机泵的基础的长度为29630mm（电机与泵不突出）同时我们根据泵机组的布置我们的布置方法为横向双排列，我们根据排列要求中间两台泵的距离，按照规范最小距离应该为1m，但是由于两台泵的吸水管的吸水喇叭口在吸水井中需要被隔墙隔开，而且吸水喇叭口到井壁边缘需要不小于（0.75~1.0）D,中间两台泵的吸水管距离为0.8*1+0.6=1.4m，所以我们以此为参考，两台泵的基础取2m，
泵到墙壁的距离需要大于1m，我们取1.5m
电机到水管的距离需要大于1m，我们取1.5m，
综上所述，我们的内径应该>=3+2.963+1.5+0.6+2+0.6+1.5+2.963+3=18.126m为了使检修方便中间的距离放大我们取中间两台泵的距离为2.874m，再加一米
安全距离，所以泵房的内径我们取大一点为20m。
泵房的高度根据顶棚的高程为79.2m，泵房下垫面的高程为67.003m，泵房的高度为12.197m。
附属设备的选择
（1）起重设备
我们的的最泵的重量为2340kg，电机的质量为1900kg，最大起重质量为2340kg，最大起吊高度不超过12m，跨度为24m（定制），起重的重量也不是特别大我们选择SSQ-5手动双梁起重机。
（2）排水设备
由于泵房为较深，采用电动排水，在泵房内设置排水沟，将水集中到排水坑，由泵抽走，排水量按照80~130m^3/h计算排水泵的静扬程按照排水沟底部到洪水位为7m，加上水头损失2m，我们扬程为9m，选择IS-100-80-106型离心泵，配套电机为Y312S1-2，一台工作一台备用。
（3）引水设备
我们的引水设备选择水环式真空泵，
抽气量为Qv=K（Vp+Vs）/T
Qv—真空泵抽气量
K—漏气系数，一般取10.5~1.10
Vp—最大一台泵泵壳容积，相当于泵吸水口的面积乘以吸水口距离泵压水管第一个阀门的距离
Vs—从吸水池最低水位到泵吸水管中的空气容积
T—时间，一般取5min
通过查表我们知道Vs=0.318m^3
Vp=0.25*pi*0.6*0.6*3.5=0.99m^3
K取1.10，T取5min，Qv=0.29m^3/min
Hv=（67.203+1.290-64.503）=3.99m，Hv=294mmHg。
所以我们选择的真空泵为SZ-1型水环式真空泵
4）通风设备
通风设备为两台T35-11轴流风机。
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