某厂新建水源工程的取水泵站设计课程设计说明38957569.docx
《某厂新建水源工程的取水泵站设计课程设计说明38957569.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《某厂新建水源工程的取水泵站设计课程设计说明38957569.docx（38页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
某厂新建水源工程的取水泵站设计课程设计说明38957569
某厂新建水源工程的取水泵站设计课程设计说明38957569
泵与泵站课程设计
某厂新建水源工程的取水泵站设计
第一章概述
一、工程概要
某厂新建水源工程，近期设计水量25万吨/天，要求远期发展40万吨/天，采用固定式取水泵房，用两条直径为1.4米的自流管从江中取水，水源洪水位标高为37.00米（频率1%），设计水位25.00米（频率95％）枯水位标高为23.53米（频率97%），净化场反应池前配水井的水面标高为57.83米，自流取水管全长200米，泵站到净化场输水干管全长1150米，泵站枢纽布置图见《水泵及水泵站》课本图4-81。
利用下述资料进行取水泵站工艺设计。
建厂地区地形较开阔，附近有10千伏电网通过，并靠近公路，交通运输方便。
当地石料较丰富，木材缺乏。
站址附近，地形比较简单，垂直与泵站轴线80米范围内，变化很小，可用泵站纵断面图代替站址地形图，
表1：
泵站纵断面各地形点高程表:
桩号
高程（米）
备注
0+000
23.50
引水自流管末端
0+190
27.10
坡地与田地交点
0+237
27.20
下田块末端
0+237
32.70
上田块始端
0+320
32.75
上田块末、坡地起点
0+378
43.50
坡地末、台地起点
0+385
43.80
台地末、坡地起点
0+413
49.30
坡地末、坡地起点
0+420
49.50
坡地末山包顶
0+430
50.20
山包顶
站址附近多为黄粘土，湿容重
，内摩擦角
，凝聚力
（水下凝聚力为0）。
回填土的内摩擦角
，凝聚力为0，地基允许承载力
。
二、设计任务
根据所给的设计资料，进行取水泵站的设计。
设计内容包括：
泵机组类型与数目的确定、机组布置、吸压水管管径管长的确定以及管路的布置、相关阀门附件的确定、相关辅助设备的选型、泵房的选址以及相关尺寸的确定、泵房的布置等。
设计成果应该包括以下几个部分：
1、设计说明书两份：
要求10000～12000字。
2、图纸两张（1号图纸）：
取水泵站平、剖图各一套，图纸内容包括合建式泵房、集水池、水泵机组、出水管道、辅助设备、设备材料一览表等，图上要表示原地面高程线及开挖线、泵站各建筑物的尺寸、高程与桩号。
第二章泵站设计计算
一、设计流量的确定和设计扬程估计
1、设计流量计算
为了减小取水构筑物、输水管道各净水构筑物的尺寸，节约基建投资，在这种情况下，我们要求一级泵站中的泵昼夜不均匀工作。
因此，泵站的设计流量应为：
式中Qr——一级泵站中水泵所供给的流量（m3／h）；
Qd——供水对象最高日用水量（m3／d）；
α——为计及输水管漏损和净水构筑物自身用水而加的系数；
T——为一级泵站在一昼夜内工作小时数。
考虑到输水干管漏损和净化厂本身用水，取自身用水系数为α=1.02,为减小取水构筑物、输水管渠和净水构筑物的尺寸，要求一级泵站中的泵昼夜均匀工作，故一级泵站的设计流量一般按照最高日平均时设计，则：
一级泵站近期设计流量为：
一级泵站远期设计流量为：
2、设计扬程H：
（1）泵所需静扬程Hst
静扬程即为净化厂配水井水面高程与集水井水面高程差。
从取水口到集水井的自流管内的水损约为1m，
泵房吸水间水位标高：
枯水水位：
H=23.53-1.00=22.53（m）
设计水位：
H=25.00-1.00=24.00（m）
洪水水位：
H=37.00-1.00=36.00（m）
所求静扬程为Hst：
洪水位时：
Hst=57.83-36=21.83（m）
设计水位时：
Hst=57.83-24=33.83（m）
枯水位时：
Hst=57.83-22.53=35.3（m）
（2）管路水损∑H
输水管内损失（按静扬程10%取）
洪水位时：
h1=0.10*21.83=3.27（m）
设计水位时：
h2=0.10*33.83=3.38（m）
枯水水位时：
h3=0.10*35.3=3.53（m）
泵站内损失取2m
安全水头取2m
（3）设计扬程：
洪水位时：
H=Hst+∑H=21.83+3.27+2+2=29.1（m）
设计水位时：
H=Hst+∑H=33.83+3.38+2+2=41.21（m）
枯水位时：
H=Hst+∑H=35.3+3.53+2+2=42.83（m）
二、初选泵和电机
1、选泵原则
该取水泵站的选泵主要依据以下原则：
（1）在满足用户的流量、扬程需求的条件下确保单泵的高效运行。
（2）选取效率较高的泵。
（3）泵型号尽量保持整齐，互为备用。
（4）充分考虑远期用水流量的影响。
（5）考虑必要的备用机组。
（6）进行消防工况和事故工况以及枯水位的校核。
（7）尽量选用当地成批生产的泵。
2、选泵方案
（1）查《给排水设计手册》第三册可知该取水泵站属于V级小型泵站（装机流量在2~10m3/s）,泵站内部配备采用多台泵并联布置，统一供水。
在选定泵的台数后可以根据泵站的设计总流量计算出单泵的设计流量，再结合泵的设计扬程查《给排水设计手册》第一册内由于泵型号参数的内容，即可选出流量扬程满足要求又能高效工作的泵及其组合。
所选的泵均定位为调速泵，可适应流量和扬程的变化。
（2）考虑到用水量的变化，确定用水量变化范围，用最高日最高时用水量代替最大用水量，平均日平均时用水量代替最低用水量，则：
取时变化系数为Kh=1.3，日变化系数为Kd=1.3，则：
近期最高日最高时用水量为：
Qh=2.95*1.3=3.835（
）
近期平均日平均时用水量为：
Qa=
远期最高日最高时用水量为：
Qh=4.72*1.3=6.136（
）
远期平均日平均时用水量为：
Qa=
（3）选泵方案比较
设计流量及扬程：
在泵综合曲线上做出点a，当Q=30l/s时，泵站内水头损失甚小，此时输水管和配水管网中水头损失也很小，假定水损之和为2m，则H=Hst+2m=31.83+2=33.83m，在综合曲线上做出b点。
与两点之间所连直线相交的泵型流量和扬程满足条件时可以考虑。
根据选泵要点以及所需流量和扬程大小初定以下三种方案。
表2：
近期
枯水位时
设计扬程（m）
45.80
单泵设计流量（m³/h）
3541.67
设计水位时
44.33
3541.67
洪水位时
32.33
3541.67
远期
枯水位时
设计扬程（m）
43.51
单泵设计流量（m³/h）
4250.00
设计水位时
42.04
4250.00
洪水位时
30.04
4250.00
方案一：
三台相同型号的泵，三用一备，远期增加一台水泵。
表3：
泵型号
Sp（摩阻系数）
流量Q
扬程
H（m）
转速
n（r/min）
m3/h
l/s
800S-47A
5.52
3500
970
45
730
5070
1410
40
6000
1670
36
功率N（KW）
效率η（%）
必需汽蚀余量（m）
重量Kg
轴功率Pa
电机功率
529.3
710
81
6.5
7300
620.3
89
683.7
86
根据最小二乘法计算出来的泵的特性曲线方程为：
hp=50.29-5.52q1.852
方案二：
三用一备，远期增加一台泵
表4：
泵型号
Sp（摩阻系数）
流量Q
扬程
H（m）
转速
n（r/min）
m3/h
l/s
800S-76
7.38
3000
830
54
585
4400
1220
49
5500
1530
43
功率N（KW）
效率η
（%）
必需汽蚀余量（m）
重量Kg
轴功率Pa
电机功率
448.6
630
80
4
7900
541.1
88
606.8
85
根据最小二乘法计算出来的泵的特性曲线方程为：
hp=51.56-7.85q1.852
方案三：
四用一备，远期增加一台泵
表5：
泵型号
Sp（摩阻系数）
流量Q
扬程
H（m）
转速
n（r/min）
m3/h
l/s
600S-47
7.38
2160
600
54
970
3170
880
47
3600
1000
43
功率N（KW）
效率η
（%）
必需汽蚀余量（m）
重量Kg
轴功率Pa
电机功率
401.9
540
79
7.5
3850
460.9
88
507.7
83
根据最小二乘法计算出来的泵的特性曲线方程为：
hp=61-7.38q1.852。
泵效率曲线：
方案比较：
表6：
方案编号
用水变化范围（l/s）
运行台数
泵扬程
所需扬程
扬程利用率
泵效率
第一方案选用800S-47A并联，近期三用一备，远期再增加一台
2270
两台
43.31
36.47
84.20%
84%
2950
三台
44.93
37.57
83.60%
85%
3835
三台
41.59
39.00
93.80%
83%
第二方案选用800S-76并联，三用一备，远期再增加一台
2270
两台
50.04
36.47
72.90%
83%
2950
两台
44.21
37.57
85%
83%
3835
三台
47.77
39.00
81.60%
84%
第三方案选用600S-47并联，四用一备，远期再增加一台泵
2270
三台
50.31
36.47
72.50%
83%
2950
三台
43.64
37.57
86.10%
73%
3835
四台
44.47
39.00
87.80%
79%
从以上比较可以看出，在流量、扬程供给方面，方案一所选的泵更能有效合理地在高效段运行，有利于节约能源，同时有利于泵自身的安全运行；而方案二所选的泵则有富余的供给能力，可以应付突发状况要求的流量、扬程的增大。
方案三四台小泵调节能力强，可适应更多的流量变化，但扬程利用率不高。
在基础布置上，方案一、二比方案三少选一台泵，更有利于泵机组的布置，同时还可以减少泵房的体积，减少挖方，降低工程造价。
在泵自身的性能参数方面，方案一所选的泵的效率更高，同时所有泵同时运行的电机功率之和小于方案二和方案三，所以方案一更加省电节能。
综上，从长远发展的角度上，方案一泵机组的配套选取优于方案二和方案三。
三、吸压水管路计算
吸压水管路的布置要求：
1、吸水管路不设联络管；2、压水管路应设置联络管，并要求压水管路可使任何一台水泵及闸阀停用检修而不影响其他水泵工作且每台泵可输水至任何一条输水管；3、压水管上闸阀的设置，考虑供水安全性和节水效果。
1、吸水管
（1）管径以及流速设计
相关流速的规定如下:
D≤250mmν=1.0-1.2m/s
D>250mmν=1.2-1.6m/s
吸水管中水流速度应在1.2~1.5m/s范围内，设计流速v取1.5m/s。
已知近期单泵的设计流量取高效段的中间流量值，为1.41
，
由设计流量及设计流速计算管径得：
综上，设计吸水管管径取1100mm。
故近期吸水管内实际流速为
（2）喇叭口布置
选用的水泵为800S47A，吸水管直径d=1100mm，为1.1m
最小淹没水深H：
H=0.5m
吸水管喇叭口扩大直径D：
D=（1.05~1.1）d,取1.08d=1.19m
最小悬空高度h：
h=（1~1.5）D，取1.1D=1.3m
图1喇叭口示意图
2、压水管
（1）管径设计
相关流速的规定如下:
D≤250mmν=1.5~2m/s
D>250mmν=2~2.5m/s
综上，故设计压水管管径取900mm。
故近期压水管内实际流速为
3、输水干管
输水干管采用两根输水管，按照远期流量设计，取流速为1.9m/s：
故输水干管管径取1400mm。
3、管路附件
表7：
管路
序号
管道部件
数目
尺寸
ξ
吸水管
1
吸水管进口
1
DN1100
0.75
2
伸缩节
1
DN1100
0.21
3
手动闸板闸阀
1
DN1100
0.15
4
偏心渐缩管
1
DN1100*DN800
0.2
压水管
5
等心渐扩管
1
DN600*DN900
0.33
6
逆止阀
1
DN900
1.7
7
伸缩节
1
DN900
0.21
8
液控蝶阀
1
DN900
0.15
9
钢制90°弯头
1
DN900
1.07
出水干管
10
等心渐扩管
1
DN900*DN1400
0.47
11
钢制正三通
1
DN1400
1.5
12
钢制正三通
1
DN1400
1.5
13
钢制正三通
1
DN1400
1.5
14
钢制正三通
1
DN1400
1.5
15
钢制正三通
1
DN1400
1.5
输水干管
（两根）
16
钢制90°弯头
2
DN1400
1.11
17
联络阀（闸阀）
2
DN1400
1.5
17
蝶阀
2
DN1400
0.2
四、吸压水管路最不利管线损失计算
取一条最不利线路，从吸水口到输水干管上切换闸阀止为计算线路图：
图2最不利管线图
表8：
最不利管路损失计算
管路
序号
管道部件
数目
尺寸
ξ
吸水管
1
吸水管进口
1
DN1100
0.75
2
伸缩节
1
DN1100
0.21
3
手动闸板闸阀
1
DN1100
0.15
4
偏心渐缩管
1
DN1100*DN800
0.2
压水管
5
等心渐扩管
1
DN600*DN900
0.33
6
逆止阀
1
DN900
1.7
7
伸缩节
1
DN900
0.21
8
液控蝶阀
1
DN900
0.15
9
钢制90°弯头
1
DN900
1.07
出水干管
10
等心渐扩管
1
DN900*DN1400
0.47
11
钢制正三通
1
DN1400
1.5
12
钢制正三通
1
DN1400
1.5
13
钢制正三通
1
DN1400
1.5
14
钢制正三通
1
DN1400
1.5
15
钢制正三通
1
DN1400
1.5
输水干管
16
钢制90°弯头
1
DN1400
1.11
17
蝶阀
1
DN1400
0.2
因吸水管路的水损太小，忽略不计。
1、压水管路中水头损失∑hd
∑hd=∑hfd+∑hld
沿程水头损失忽略不计即∑hfd=0.00m
局部水头损失：
令并联后总的流量为Q,为设计流量：
5——等心渐扩管DN600×900局部阻力系数，
5=0.33；
6——DN900逆止阀局部阻力系数，
6=1.7；
7——DN900伸缩节局部阻力系数，
7=0.21；
8——DN900液控蝶阀局部阻力系数，
8=0.15；
9——DN900钢制90°弯头局部阻力系数，
9=1.07；
10——等心渐扩管DN900×1400局部阻力系数，
10=0.47；
11~
15——DN1400钢制正三通局部阻力系数，
=1.5；
16——DN1400蝶阀局部阻力系数，
16=0.2。
则：
2、压水管并联点后至输水干管闸阀水头损失
∑hb=∑hfb+∑hlb
沿程水损：
局部水头损失
16——DN1400钢制90°弯头局部阻力系数，
13=1.11；
17——DN1400蝶阀局部阻力系数，
17=0.2。
表9：
沿程水损
部位
管段
管长
管径（mm）
管材
造率
h程
并联点前
压水管
5
900
铸铁管
100
0
并联点后
输水干管
1150
1400
钢筋混凝土
100
3.49
表10：
局部水损
部位
管段
管长
管径（mm）
管材
造率
S沿
h沿
并联点前
压水管
5
900
铸铁管
100
0.19
1.42
并联点后
输水干管
1150
1400
钢筋混凝土
100
0.03
0.21
从泵吸水口到输水干管上切换闸阀全部水头损失为
∑h=∑hs+∑hd+∑hb=1.42+3.49+0.21=5.12m
五、工况点校核
1、设计工况校核（按近期校核）
根据管道布置方案，计算并联管路并联运行，单泵工况点；单泵运行工况点
近期工况时，三用一备，只有一条输水管，按照选取一条最不利管道计算水损，同上述计算过程，则：
设计流量时,总流量Q=2.95
采用三用一备:
管道特性曲线为：
又由所选泵特性曲线：
单泵工作时：
并联工作时：
三台泵并联时求得各水位时的流量和扬程，从而确定单泵工作的流量和扬程，确定是否在高效区。
最小流量时,总流量Q=2.26
，采用两用一备；
管道特性曲线为：
单泵工作时：
并联工作时：
将三个特征水位的管道特性曲线与水泵单泵工作和并联运行的特征曲线并联，可得个工况下单泵的工况点：
表11：
工况点校核
校核工况
管路情况
水位情况
单泵Q（m3/s）
H（m）
η
N（KW）
设计流量
三台水泵并联，一备
枯水位
1.28
41.63
0.84
619.38
设计水位
1.34
40.86
0.85
629.05
洪水位
1.75
34.74
0.82
726.29
最小流量
两台水泵并联，一备
枯水位
1.50
38.60
0.85
667.33
设计水位
1.47
39.07
0.85
660.71
洪水位
1.18
42.80
0.84
588.86
可看出，设计水位和枯水位时单泵工况点均在高效区，流量均满足要求。
当到达洪水位时，泵站静扬程减小，这是泵能提供的扬程增大，可以满足要求，也可以通过闸阀调节等来使流量平衡。
2、事故工况校核（按远期校核）
事故工况校核要求泵站在一条输水干管的爆管，仅用一条输水干管输水的条件下，在满足输水量为设计流量的75%，扬程达到设计扬程的同时，每台单泵扔然能够保持高效运行。
由于近期仅采用一条输水干管供水，所以放供水的输水干管破损时，可以采用另一条备用的输水干管供水。
所以该情况对泵站近期的供水影响不大，可以忽略不计，可以不进行事故工况的校核计算，默认为近期泵站运行可以满足事故工况。
此时按照远期校核，开启两根输水管，其中一根输水管故障，另一根输水管的流量为设计流量的75%，即Q`=Q*0.75=4.72*0.75=3.54
此时仍选一条最不利干管计算水损，计算结果与上述相同，
管道特性曲线为：
此时远期用四用一备
单泵工作时：
并联工作时：
将三个特征水位管道特性曲线与水泵特性曲线方程；联立解得各情况下单泵的工作情况，表12：
校核工况
管路情况
水位情况
单泵Q（m3/s）
H（m）
η
N（KW）
事故工况一条输水管断开
四用一备
枯水位
1.08
43.87
0.83
561.90
设计水位
1.14
43.31
0.84
573.69
洪水位
1.49
38.76
0.85
665.08
可看出，事故工况下，虽然损失了部分流量，但是泵机组仍然能在保证供水流量扬程的同时，单泵仍然能够保持高效运行。
所以，泵机组的配置同样满足事故工况的校核。
3、消防工况校核（按远期校核）
满足在规定的时间内向清水池补充消防储备水，一般不另设消防泵而启用备用泵供水（消防时按两处同时着火计60L/S）
按照远期工况校核，四用一备，消防校核时，将总流量加上消防流量，即：
Q`=Q+O.O6=4.78
此时最不利管路的水损与上述算法不同，还要加上输水干管上的切换阀门的损失及一条输水干管的沿程损失。
1）压水管路中水头损失∑hd
∑hd=∑hfd+∑hld
沿程水头损失忽略不计即∑hfd=0.00m
局部水头损失：
令并联后总的流量为Q`，一条输水管中的流量为Q=1/2Q`=2.39
：
5——等心渐扩管DN600×900局部阻力系数，
5=0.33；
6——DN900逆止阀局部阻力系数，
6=1.7；
7——DN900伸缩节局部阻力系数，
7=0.21；
8——DN900液控蝶阀局部阻力系数，
8=0.15；
9——DN900钢制90°弯头局部阻力系数，
9=1.07；
10——等心渐扩管DN900×1400局部阻力系数，
10=0.47；
11~
15——DN1400钢制正三通局部阻力系数，
=1.5；
16——DN1400蝶阀局部阻力系数，
16=0.2。
则：
2）压水管并联点后至输水干管闸阀水头损失
∑hb=∑hfb+∑hlb
沿程水损：
局部水头损失
17-
18——DN1400钢制90°弯头局部阻力系数，
17=
18=1.11；
19——DN1400蝶阀局部阻力系数，
17=0.2。
表13：
沿程水损
部位
管段
管长
管径（mm）
管材
造率
h程
并联点前
压水管
5
900
铸铁管
100
0
并联点后
输水干管
1150
1400
钢筋混凝土
100
4.73
表14：
局部水损
部位
管段
管长
管径（mm）
管材
造率
S局
h局
并联点前
压水管
5
900
铸铁管
100
0.19
0.96
并联点后
输水干管
1150
1400
钢筋混凝土
100
0.05
0.26
从泵吸水口到输水干管上切换闸阀全部水头损失为
∑h=∑hs+∑hd+∑hb=4.73+0.96+0.26=5.95m
管道特性曲线为：
此时远期用四用一备
单泵工作时：
并联工作时：
将三个特征水位管道特性曲线与水泵单泵运行和并联运行情况下的特性曲线方程联立，解得各情况下单泵的工作情况，
表15：
工况点校核
校核工况
管路情况
水位情况
单泵Q（m3/
升级会员 