机组选型及水泵安装高程和工作点的确定.docx
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机组选型及水泵安装高程和工作点的确定
第二章机组选型及水泵安装高程和工作点的确定
一、机组选型及配套设备的选择
（一）水泵选型
设计流量：
Q=1.2米3/秒
净扬程：
H净=1156.89-1055.59=101.3米
初估损失扬程：
A=Q/V，πD2/4=1.2/（2--3），取经济流速。
D=0.874-0.714米,管径D<350mm,H净=101.3m>30m
由④《水泵及水泵站》，如下表得K=10%H净
表2—1常用管道水力损失估算表
净扬程
（米）
管道直径（毫米）
备注
≤200
250～300
≥350
K（水力损失相当于静扬程的百分数）
<10
30～50
20～40
10～25
管径<350mm时，含底阀损失；管径>350mm时，不含底阀损失。
10～30
20～40
15～30
5～15
>30
10～30
10～20
3～10
设计扬程H=H净（1+K）=1.1H净=111.43m
sh型双吸单级卧式离心泵的特点:
1.由两个进水口汇合流入一个蜗壳中,叶轮实质上是由两个用后轮盘的单级叶轮的组成。
在同样叶轮外径情况下，流量可增大一倍，同时水的轴向推力可自行平衡。
2.泵壳分为上下两部分。
上部为泵盖，下部为泵体，两部分用螺钉相互联结，只要拧开泵盖的螺母，即可揭掉泵盖对泵内进行检修。
3.水泵的进水、出水均在同一方向上且垂直于泵轴，有利于泵和进、出水管的布置与安装。
基于上述，本站选用sh型双吸单级卧式离心泵。
由Q=1.2m3/s=4320m3/hH=111.43m查《水泵及水泵站》图2-28sh型泵型谱图可知,在Q,H范围处无现成泵型。
由于在扬程H=111.43m时有可供选择的14sh-6、14sh-6A两种。
而在Q=4320m3/h时无可选泵型。
根据水泵并联特点：
扬程不变，流量相加。
由④《水泵及水泵站》图2-28sh型泵型谱图可得：
H=111.43m时14sh-6A型流量为0.33m3/s,14sh-6型流量为0.41m3/s
如选14sh-6A型三台总流量为0.99m3/s
如选14sh-6A型四台总流量为1.32m3/s
如选14sh-6型三台总流量为1.23m3/s
其中与设计流量1.2m3/s最接近的是1.23m3/s所以初选定为三台14sh-6型双吸离心泵。
查⑤《泵样》14sh-6型双吸离心泵转速1470转/分，允许吸上真空高度3.5m
叶轮直径655mm，电动机功率680KW。
如其中泵出现故障，可采取变径、变速、变角等调节方式以满足供水要求。
（二）配套动力机选择
采用直接传动的电动机，配套功率为：
N配=KγQH/102η泵η传=1.05×1000×0.41×111.43/102×0.73×1.0=645KW
根据N配=645千瓦，水泵转速n=1470转/分，选用JSQ-158-4型电动机三台，转速1500转/分，单机容量680千瓦，电压6000伏。
表2---2
14sh-6型泵性能表
流量Q
扬程
转速n
功率N（千瓦）
效率η
允许吸上真
叶轮直径D
泵的型号
米3/时
升/秒
H（米）
（转/分）
轴功率
电动机功率
（%）
空高度Hs（米）
（毫米）
850
236
140
462
70
14Sh-6
1250
347
125
1470
545
680
78
3.5
655
1660
461
100
623
72.5
（三）吸水管和压力水管的直径选择
1.吸水管直径
单泵流量Q=0.41米3/秒，吸水管直径和进水喇叭管的直径按控制流速来计算，吸水管和喇叭口的进口流速分别用1.5米/秒和1.0米/秒，相应的吸水秋直径为0.6米，喇叭口直径为0.75米。
2.压力水管直径
三台水泵的压力支管在一号镇墩前并联为一根压力总管向出水池输水（见附图9）。
支管和并联总管的直径按经验公式
D支=0.8Q1/2=0.8×0.411/2=0.51米
D并=0.8×1.231/2=0.89米
水泵吐出锥管内径为350毫米，为了使水泵工作点尽可能接近高效率区，并减少水管投资，支管直径选用0.35米，并联总管直径选用0.7米。
1-4号镇墩间并联总管采用钢管，4-6号镇墩间采用预应力钢筋混凝土管，内径均为0.7米。
压力水管上的闸阀，根据支管直径和压力来选择，选用Z41H-16型明杆楔式单阀板的闸阀三台，阀径350毫米，压力16公斤/厘米2。
二.水泵安装高程的确定
水泵的允许吸水高度
[H吸]=[HS]-v进2/2g-h吸
当海拔高程为1055.59米（进水池正常水位）时，[HS]须修正。
修正允许吸上真空高度为
HSˊ=HS-δHa-δHt
δHa=10.3-P大气ˊ/γ
δHt=P汽ˊ/γ-0.24
[HSˊ]=3.5-（10.3-9.2）-（0.24-0.24）=2.4米
v进2/2g=（0.41/0.785×0.352）2/19.62=0.925米
h吸=h进沿+h进局=10n2L吸Q2/D吸5.33+（ζ喇v喇2/2g+ζ90v吸2/2g
+ζ渐v2渐/2g）
L吸=6.075米ζ喇=0.1ζ90=0.6ζ渐=0.2
D吸=0.6米钢管糙率n=0.012Q=0.41米3/秒
V喇=Q/（πD喇2/4）=0.41/（0.785×0.752）=0.93米/秒
V吸=0.41/（0.785×0.62）=1.45米/秒
V渐=0.41/{0.785×[（0.6+0.35）/2]2=2.32米/秒
H吸=10×0.0122×6.075×0.412/0.65.33+（0.1×0.932/19.62+0.6
×1.452/19.62+0.2×2.322/19.62）=0.022+0.0044+0.0643+0.055=0.1457
[H吸]=[HSˊ]-v12/2g-h吸=2.4-0.925-0.1457=1.329米
水泵安装高程
▽H安=▽H低+[H吸]=1055.43+1.329=1056.759米
采用1056.7米
三.水泵工作点校核
（一）支管管路水头损失h损计算
1.吸水管水头损失
h吸=h进沿+h进局
L吸=2.3+1.1+（π/4）×1+（1056.19-1053.7-0.6）=6.075米
ζ喇=0.1ζ90=0.6ζ渐=0.2
h进沿=10n2L吸q2/D吸5.33=10×0.0122×6.075q2/0.65.33=0.133q2
h进局=ζ喇v喇2/2g+ζ90v吸2/2g+ζ渐v2渐/2g
=0.1×（q/0.785×0.752）2/19.62+0.6
×（q/0.785×0.62）2/19.62+0.2×（q/0.785×0.4752）2/19.62
=（0.026+0.384+0.324）q2=0.734q2
h吸=（0.133+0.734）q2=0.867q2
2.压水支管水头损失
h压支=h支沿+h支局
L支=11.19米
h支沿=10n2L支q2/D支5.33=10×0.0122×11.19×q2/0.355.33
=4.34q2
h支局=∑ζv支2/2g=（ζ闸+ζ渐+ζ450）v支2/2g
ζ闸=0.07,ζ渐=0.25,ζ450=0.42
v支=q/（πD支2/4）=q/（0.785×0.352）=10.4q
h支局=（0.07+0.25+0.42）×（10.4q）2/19.62=4.08q2
h压支=4.34q2+4.08q2=8.42q2
h损=h吸+h压支=0.867q2+8.42q2=9.287q2
表2---3
q（米3/秒）
0.1
0.2
0.236
0.3
0.347
0.4
0.461
0.5
0.6
q2
0.01
0.04
0.09
0.16
0.25
0.36
h损=9.287q2（米）
0.093
0.371
0.517
0.836
1.118
1.486
1.974
2.322
3.343
（二）绘制水泵并联运行时的流量-扬程关系曲线
附图1中q-H曲线为水泵样本上的流量-扬程关系曲线。
根据附表2
绘制支管的q-h损曲线（图中未标出），从q-H曲线减去不同流量时的水
头损失值，即得q-Hˊ曲线。
将q-Hˊ曲线的流量放大三倍（Q=3q）,即得
水泵并联运行时的流量-扬程曲线Q-Hˊ。
（三）绘制Q-H需曲线
压力总管的下段为钢管，管长173米，上段为预应力钢筋砼，管长
136米。
总管水头损失计算如下：
h并损=h钢+h混
钢管的水头损失
h钢=h钢沿+h钢局=10n2L钢Q2/D并5.33+∑ζv钢2/2g
n=0.012,L钢=173米,D并=0.7米。
1#、2#、3#镇墩处管轴线的转角分别为33042ˊ、22024ˊ、7008ˊ
（见附图2）。
由于3#镇墩处管轴转角很小，其局部水头损失可忽略不
计，则钢管的局部水头损失系数为：
ζ=0.946sin2（θ/2）+2.05sin4（θ/2）
∑ζ=ζ33°42ˊ+ζ22°24ˊ=0.352+0.262=0.614
v钢=Q/（πD并2/4）=Q/（0.785×0.72）=2.6Q
h钢=10×0.0122×173Q2/0.75.33+0.614×（2.6Q）2/19.62
=1.872Q2
钢筋混凝土管的水头损失
h混=h混沿+h混局=10n2L混Q2/D并5.33+∑ζv混2/2g
n=0.014L混=136米V混=2.6Q
∑ζ=ζ26°34ˊ+ζ喇+ζ拍门=0.299+0.1+1.5=1.899
（5#镇墩处的管轴转角为8°08ˊ，其局部水头损失忽略不计）。
H混=10×0.0142×136×Q2/0.75.33+（2.6×Q）2/19.62=2.425Q2
总管水头损失
h并损=1.872Q2+2.425Q2=4.297Q2
H净=156.89-1055.59=101.3米
列表3计算不同流量Q时的h并损及H需，并绘制Q—H需曲线（见附图1）。
表2---4
Q（米3/秒）
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.25
1.3
Q2
0.09
0.16
0.25
0.36
0.49
0.64
0.81
1
1.21
1.44
1.56
1.69
h并损=4.297Q2
0.39
0.69
1.07
1.55
2.1
2.75
3.48
4.3
5.2
6.19
6.7
7.2
H需=H净+h并损（米）
101.69
101.99
102.37
102.85
103.4
104.05
104.78
105.6
106.5
107.49
108
108.5
（四）确定水泵工作点
附图1中Q—H需曲线与Q—Hˊ曲线的交点A，即水泵运行时的工作点，相应的流量为1.26米3/秒，扬程为108米，每台泵的流量为0.42米3/秒，水泵效率为75%。
Q-H需与q-Hˊ曲线的交点为每台泵单独运行时的工作点，相应的流量为0.44米3/秒，扬程为102米，水泵效率74%。
此时的轴功率为605KW，小于配套功率680KW，且在各种情况下水泵均在允许工作范围内工作。
第三章水泵配套设备的确定
一.充水设备
水泵采用水环式真空泵充水与电机安装在同一底座上，用弹性联轴器连接。
真空泵是根据水泵及进水管所需要的抽气量选择的，而抽气量又与造成真空所要求的时间和在进水管及水泵内空气的体积有关，可按下式计算
Q气=KK1V/T
Q气—出水管闸阀以前管路及泵壳中所需要的抽气量（L/S）
K—安全系数，取1.5
K1—吸程变化系数
K1=10/（10-H吸）
=10/[10-（1056.7-1055.43）]=10/（10-1.27）=1.15
V—出水管闸阀至进水池最低水位之间管道和泵壳内的空气总体积（L）
V管+V泵=（1.7+6.075-1.24）π×0.32+π0.352/4×1.24
=1.97m3=1970
Q气=1.5×1.15×1970/300=11.33（L/S）
几何真空高度×73.8=1.27×73.8mm汞柱=93.73mm
根据⑦《给排水设计手册之常用设备》选取SZB-8水环式真空泵。
SZB-8N抽=2KWN电机=2.8
保证真空度80%，自重42kg
L=809mmB=390mm
配套电机J42-4
充水设备和J42-4总重量42kg。
二.闸阀
14sh-6型泵ф350mmPg=16kg/cm2管路公称直径350mm。
根据⑥《给排水设计手册之材料器材》选Z45T-10型法兰暗杆楔式闸阀。
三.起重设备
选择起重设备根据泵房内最大设备的重量来选反择，站共治机组。
最重设备为主电动机重4.5t，故选5t手动单轨小车配合手拉葫芦使用。
样本中选定的规格如下：
手拉葫芦SH5型，起重量5t，起升高度3m，两钩间最小距840mm，手拉力不大于37.5kg，自重73kg。
手动单轨小车SC-5型，起重量5t，手拉力16kg，自重32.9kg，工字钢I40a。
四.厂内排水设备
厂内机坑地坪高程高于前池水位，故自流排水，无须设置排水泵。
五.通风设备
1.泵房内散热量
Q机=860（1-η）/ηNz（kJ/h）
860—1千瓦功率相应的热当量[kJ/（kw·h）]
η—电动机效率
N—电动机功率（KW）680KW
z—电动机台数3
Q机=860×（1-0.92）/（0-91）×680×3=173512k/h
太阳辐射，以Q机的10%计算，即
Q=1.1Q机=190863kJ/h
2.泵房降温所需空气量
G=Q/（t内-t外）=190863/[0.24kgh×（3～5）]
=（159053～265088）kg/h
G—通风量（kg/h）
C—空气比热取C=0.24kJ/kg·C
t内-t外—泵房内外温差（取3～5°C）
由于本站地处北方，故用自然通风。
夏季过热，可根据Q和G在局部设移功式风扇，冬季在泵房内安装暖气，以保证水泵的正常运行，防止无法放空积水的设备冻胀破坏。
第四章泵房设计
地下水埋藏较深，采用基型泵房，泵房为砼结构。
一.泵房相对位置的确定
为了电气设备的防潮、防尘，并且能给运行管理人员有一个比较良好的运行管理环境，所以泵房由主厂房、副厂房、检修间三部分组成。
副厂房与主厂房采用一端布置，这样，可减小泵房的跨度，且主厂房的进、出水侧可以开窗，有利于自然通风和采光。
检修间布置在主厂房的另一侧。
二.泵房内部布置
（一）主机组的布置
站址处为较密实的粘土，主厂房可适当长一点。
为了使布设整齐，主厂房跨度小，采用—列式布置。
（二）交通道
安装机组的主厂房一般地坪都低于检修间和副厂房的地坪。
为了便于运行管理人员来回巡视，设交通道，宽为1.5米。
（三）排水沟
为了排除水泵水封用废水和管阀漏水等。
主厂房内要设排水干、支沟。
支沟一般沿机组四周和横向布置，干沟沿厂房纵向布置，与电缆沟分开布置。
（四）充水设备
充水系统采用水环式真空泵，真空泵步设在两台机组中央，真空管路为检修方便架于空中。
（五）电缆沟
从配电间引伸至电功机的电缆，设在电动机进线盒一侧的人行过道下的电缆沟内。
电缆沟必须防水、防潮。
三.泵房尺寸的确定
（一）泵房长度（主厂房）
L=nL0+（n-1）L1+2L2+L3+L4
n—机组台数3
L0—机组长度（从⑤《样本》中查得为3.8）
L1—机组间距（据④《水泵及水泵站》查得为1.0）
L2—机组顶端到副厂房和检修间距离（据《水泵及水泵站》表7-10.7）
L3—检修间长度4.4
L4—配电间长度5
L=3×3.8+（3-1）×1.0+2×0.7+4.4+5=24m
（二）泵房跨度
B=b1+b2+b3+b4+b5+b6+b7
=1.03+0.56+1.24+0.75+0.55+1.78=6m
（三）泵房内各部分高程
1.泵房地面高程▽地=▽泵-h1-h2
=1056.7-0.635-0.2
=1055.87m
▽泵—水泵安装高程1056.7m
h1—泵轴线至泵底座的距离从⑤《样本》中查知0.635
h2—机组基础顶面至地坪距离0.2～0.3
2.检修高程▽1=▽地+z=1055.87+0.635+0.2
=1056.7m
z—检修间高出泵房地坪的高度
3.副厂房与交通道高程与检修间高程相同。
（四）泵房高度
1.泵房高度指从检修间地坪到屋面大梁底缘的垂直距离
H=h1+h2+h3+h4+h5+h6
=1.8+0.14+1.28+0.84+0.296+0.9=5.3m
h1—汽车货箱底至检修间地坪高度
h2—垫块高度0.14m
h3—最大设备部件的吊环至设备底的高度，查⑤《样本》JSQ-158-4（h=1.28m）
h4—吊绳的最小长度
h5—吊车钓至吊车顶的高度，从吊车样本中查知
h6—吊车顶至屋面大下缘的安全高度
2.其它
检修间4.4×6m，大门净宽2.7m，可通行5吨载重汽车。
汽车进厂后可由吊轨吊车卸货。
根据泵站规范要求还应设一个出口，配电间5×6m，详细尺寸见厂房结构图。
四.泵房构件选型设计
采用平屋顶，卷材防水，珍珠岩保温，钢筋砼结构。
1.屋面板选定
采用预制空心板，由《山西省钢筋砼予制构体统一主品目录》选用YKB-40-Ⅱ型，板长3.9m，板宽1.2m，重为785kg。
2.屋顶大梁设计
采用现浇矩形梁，采用Ⅱ级钢筋，截面尺寸为300×500mm，结构系数取1.2，砼选用C20，房面荷载包括均布荷载和集中荷载。
均布荷载包括：
雪荷载500N/m梁自重：
1920N/m
集中荷载包括：
施工荷载100N工字梁自重2704N
吊车荷载1594N起吊荷载45000N
L=6m
均布荷载作用下跨中弯距M=ql2/8=51.7KNm
集中荷载作用下的弯距M=ql/4=75.4KNm
取最大弯距75.4KNm计算该截面的钢筋截面面积。
由⑨《水工钢筋砼结构学》查得：
fc=15.0N/mm2
fy=210N/mm2
a=35（一类环境）则h0=h-a=400-35=365mm
αs=0.226ζ=0.26As=1355mm2
查⑨《水工钢筋砼结构学》附录三表1选用9ф14（As=1385mm2）
3.柱的选型
采用单肢工字型柱，承受屋顶和吊车梁等竖向荷载，风荷载及吊车产生的纵向水平荷载和横向水平荷载，柱距4米。
经结构计算或查建筑标准构件图集，加以确定。
4.吊车梁的选型
采用工字钢号为140a，跨度为4m，由《单轨吊车梁设计资料》查找。
5.基础和基础梁
柱基础采用钢筋砼基础，墙基础采用块石砌成条形基础。
基础断面尺寸，构造及设置深度，应根据土的承载力，地下水位及墙壁荷重而定。
6.窗
为了保证水泵的正常运行，采用华北J601常用木门窗：
需设上窗11C16，下窗11C346以满足通风要求。
五.机组尺寸的拟定校核
1.基础长度
L=a+b+c+0.6=0.56+1.17+1.02+0.55=3.3m
a、b、c表示机组产品中的提供的水泵，电动机轴向螺丝间孔距。
2.基础宽度
B=d+0.5=1.1+0.5=1.6m
B=f+0.5=0.6+0.5=1.1m
取两式中较大者作为基础宽度。
式中b、f分别为电动机和水泵纵向地脚螺丝间孔距。
3.基础厚度
（1）水泵部分：
Hˊ=L螺-（0.05～0.08）+（0.2～0.3）
=0.8-0.05+0.25=1.00m
L螺—水泵螺杆长度
（2）电动机部分
H=H′+h-z=1.00+0.635-0.63=1.005m
h—水泵轴心至基础顶而面高度
z—发动机轴心至基础顶而面高度
4.机墩抗滑稳定校核
基础及机组自重
W=[3.3×1.6×1.005×2.4+4.5+1.58]×3=56.4t
沿水管轴线传来的水平推力，近似按泵正常运行时所对应的水头100m，D=0.35m。
由此可知机组水平横向力：
D=γH0πD2/4=1×100×3.14×0.352/4=9.62t
f取0.4
K=fw/D=22.6/9.62=2.3＞1
所以机墩满足抗滑稳定要求。
第五章进出水建筑物设计
一．前池
泵站的前池布置应满足水流顺畅，流速均匀，池内不得产生涡流的要求，且采用正向进水。
1．扩散角
b=1.0mh=0.461m
V=Q/A=Q/（b×h）=1.2/（1×0.461）=2.6m/s
扩散角α=20°—40°
tgα=0.204h1/2/V+0.107
α=25°
2．前池池长L=（B-b）/2tg（α/2）=（4-1）/2tg（α/2）
=1.5/tg（α/2）=6.77m
3．前池底坡i=δH/L=（1055.129-1053.7）/6.77=0.2=1/5
4．前池结构底板采用50#水泥沙浆，护坡厚0.4m
二.进水池
1.进水池边壁形式
由于圆池形式简单，便于施工，受力条件较好，可节省工程量，且池底无死水区以及在台坎下形成以水平线为轴线的旋滚区，对含沙水流起搅拌作用，所以采用圆形边壁。
2.喇叭口的最小淹没深度和悬空高度
h淹=1.5D进=1.5×0.75=1.13m
h悬=0.8D进=0.8×0.75=0.6m
3.进水池池底高程
h最小水深=h淹+h悬=1.13+0.6=1.73m
▽H池底=▽H进水池最低-h最小水深
=1055.43-1.73=1053.7m
4.进水池直径
取水泵每秒出水量的40倍作为进水池的存水容积，以防水泵启动后产生池中水位急速下降的不稳定状态，则进水池存水容积V=40×0.42=16.8m3
进水池直径ф=[16.8/（0.785×1.73）]1/2=3.52m
采用4.0米
5.进水管口至后墙的距离
T=0.5D=0.5×0.75=0.37m
6.进水池的构造
进水池采用浆砌块石圬工结构。
池壁为立式箱形，池底采用不小于10cm厚的水泥沙浆抹面，以防冲刷和便于清淤。
进水池后墙，侧墙采用浆砌石立式挡土墙结构。
各机组的进水池之间设隔墩，墩厚为30cm浆砌石。
三.出水池
1.出水池的类型
本站采用正向淹没式出流出水池。
2.出水管路下缘至池底距离
P=0.2m
3.出水管管
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