灌溉泵站设计说明书.docx
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灌溉泵站设计说明书
一、基本设计资料
1.1基本情况
本区地势较高，历年旱情比较严重，粮食产量低。
根据规划，拟从附近河流中扬水灌溉该区的6.3（5.3+倒数第二位*0.5学号**********）万亩农田，使之达到高产稳产的目的。
机电扬水灌区内主要作物有小麦、玉米，其中小麦占灌区面积70%，玉米占30%。
灌区缺少灌溉制度，现参考附近老灌区的灌水经验，
拟定出本灌区灌溉保证率为95%的灌溉制度。
其设计灌水率如表1所示
设计灌水率
作物
灌水定额（m3／hm2）
灌水时间（日／月）
灌水延续时间（d）
灌水率（m3／s·100hm2）
始
终
中间日
小麦
750
17／5
27／5
22／5
10
0.061
900
12／7
21／7
16／7
10
0.073
玉米
1050
1／8
10／8
5／8
10
0.036
1.2地质及水文地质资料
根据可能选择的站址，布置6个钻孔。
由地质柱状图明显的看出，3米以内表土主要是粘壤土，经土工试验，得到的有关物理指标为粘壤土的内摩擦角φ=35°，承载力为200kN/m2，地下水埋深3.5m左右。
1.3气象资料
夏季多年平均旬最高气温34℃，春、秋季干旱少雨，年平均降雨量为524mm，降雨年内分配极不均匀，每年7、8、9月的降雨量占全年降雨量的80％以上。
年平均无霜期为200天左右，多年平均最低气温为-8℃，最大冻土深度为0.44m。
平均年地面温度为15℃，平均年日照时数为2600.4h。
累积年平均辐射总量为527.4l kJ／cm，平均日照百分率为59％。
热量和积温都比较丰富，能满足一年两熟作物生长的需要。
1.4水源
灌区南有一河流，是规划灌区的水源，其水量充沛。
灌溉保证率为95％时的河流月平均水位如表2所示。
月平均水位
月
1
2
3
4
5
6
天数
31
28
31
30
31
30
水位（m）
503.8
503.8
503.9
504.6
504.8
504.8
月
7
8
9
10
11
12
天数
31
31
30
31
30
31
水位（m）
504.4
504.3
504.5
504.1
503.9
503.8
1.5其它
站址东北角有10kV高压电力线通过，已经有关部门批准，可供泵站使用。
该地区劳动力充足，交通方便。
除水泥、金属材料以及泵站建设中所需的特殊材料外，当地可提供砖、石、砂、瓦、木材等建筑用材。
土石方开挖单价为33元/m3，电费为0.3元/度，钢板容重7.85T/m3，单价5000元/T。
根据机电设备的运行特性。
表2水头损失估算取值表
H净（m）
直径D（mm）
＜200
250~300
＞350
占H净的%
＜10
30~50
20~40
10~25
10~30
20~40
15~30
5~15
＞30
10~30
10~20
3~10
1.6根据规划
泵站出水池接灌区干渠，底坡i=1/4000，干渠长3500m，渠尾处渠底高程524（518+尾数×1.5学号**********），边坡系数m=1.25，糙率n=0.025，干渠平均水深0.3m，设有过水隧洞1座，渡槽2座，水头损失分别为（
=0.15m,
=0.1m）水温20℃。
（提示：
出水水位参考农田水利工程规划设计手册）
1.7设计内容
1、枢纽中心线及泵房位置的选择（要求选出至少两条中心线，进行比较后确定选择最优一条作为设计方案）
2、设计流量和设计扬程的计算
3、初选水泵及配套动力机设备
4、拟定机组的基础尺寸
5、选择进出水管道
6、确定泵房类型
7、确定机组及管路布置型式
8、选择泵房辅助设备（包括充水设备、起重设备、排水设备等）
9、泵房尺寸设计
10、进出水建筑物的布置及设计
11、水泵安装高程的确定
12、水泵工况点的校核
13、终选水泵及动力机
14、设备及材料总表，工程量的计算，投资概预算，经过技术经济比较，选择最终方案。
1.8提供成果
1、在所给地形上绘出整个枢纽布置（从取水建筑物到出水建筑物的所有构筑物）。
2、在A2图纸上绘出泵房的平面图和剖面图，并列表说明所用的主要设备及材料。
3、20页（5000字）以上的计算书一份，要涵盖到上述涉及的14点内容。
二、枢纽中心线及泵房位置的选择
2.1泵房地址选择
初选两处（A、B地址）作为泵房地址如下图所示
2.2泵房地址比较选择
A地址
B地址
a地势较为平坦施工开挖量较少，便于施工。
b接近公路建筑材料运输较为方便，修建道路较短，道路工程量省，投资少。
c泵房后地势坡度较为一致，修建压力输水管道时施工较便捷。
d由资料可知站址东北角有10kV高压电力线通过。
A地接近电力线路，在施工、运行、检修等过程用电较为便利
a地势相对A地址较陡，不便于施工。
b离公路较远，材料运输不便，修建道路较长，道路工程量大，投资大。
c泵房后地势为山体山脊，修建压力输水管道时施工困难且稳定安全性较差。
d距离电力线路较远、用电不便。
架设输电线路较长增加工程投资。
综上所述A地址较为经济合理且施工运行便利。
所以最终以A地址作为泵房位置。
三、设计流量和设计扬程的计算
3.1设计流量计算
灌区农田6.3万亩.灌区内主要作物有小麦、玉米，其中小麦占灌区面积70%，玉米占30%。
灌区缺少灌溉制度，现参考附近老灌区的灌水经验，拟定出本灌区灌溉保证率为95%的灌溉制度。
其设计灌水率如表1所示
表一设计灌水率
作物
灌水定额（m3／hm2）
灌水时间（日／月）
灌水延续时间（d）
灌水率（m3／s·100hm2）
始
终
中间日
小麦
750
17／5
27／5
22／5
10
0.061
900
12／7
21／7
16／7
10
0.073
玉米
1050
1／8
10／8
5／8
10
0.036
原始灌水率图
灌水率图修正
修正原则1、修正后的灌水率图应与供水条件相适应。
2、尽量保证作物需水期的灌水不变。
提前灌水和退后灌水不得超过三天。
3、修正后应比较均匀，使得渠道水位和流量不发生剧烈变化。
短期峰值不应大于设计灌水率120%，最小灌水率不应小于设计灌水率的40%。
4、避免小于15天的短期停水，保证渠道安全运行。
修正后灌水率如下
设计灌水率
作物
灌水定额（m3／hm2）
灌水时间（日／月）
灌水延续时间（d）
灌水率（m3／s·100hm2）
始
终
中间日
小麦
750
17／5
28／5
23／5
11
0.055
900
5／7
18／7
11／7
13
0.056
玉米
1050
5／8
12／8
8／8
7
0.052
灌水率图如下
经修改灌水率图得出最终设计灌水率取
=0.056m3／s·100hm2
灌溉设计流量Q=q*A/
=0.056*42/0.65
=3.62m³/s（取灌溉水利用系数为0.65）
3.2设计扬程计算
泵站进水池设计水位高程取河流最低水位作为设计水位
503.8m
泵站出水池接灌区干渠，底坡i=1/4000，干渠长3500m，渠尾处渠底高程524，边坡系数m=1.25，糙率n=0.025，干渠平均水深0.3m，设有过水隧洞1座，渡槽2座，水头损失分别为（
=0.15m,
=0.1m）水温20℃。
所以
m
取
525.5（m）
设计扬程是水泵型式选择的主要根据。
在设计扬程工况下，泵站必须满足设计流量的要求，设计扬程应按泵站进出水池水位差，并计入进、出水管道或管道沿程和局部水力损失来确定。
由表2水头损失估算取值表
H净（m）
直径D（mm）
＜200
250~300
＞350
占H净的%
＜10
30~50
20~40
10~25
10~30
20~40
15~30
5~15
＞30
10~30
10~20
3~10
水头损失取为15% 则设计扬程：
=（525.5-503.8）*1.15=24.955（m）
取
25（m）
四、初选水泵及配套动力机设备
4.1水泵选型要求
应满足设计流量、设计扬程及不同时期供水需求，同时要求在整个运行期间机组安全、稳定，并且具有较高效率。
2、在平均扬程时，水泵在高效区运行；在最高和最低扬程时水泵能安全、稳定运行。
3、具有多种泵型供选择时，应综合分析水力性能、考虑运行调度的灵活性、可靠性、机组及辅导设备造价、工程投资和运行费用以及主机组事故可能造成的损失等因素。
因站址的东北角有高压输电线通过，电力问题容易解决，选择采用电动机。
25m水泵宜选择单级双吸离心泵。
4.2水泵机组数选择
总流量
13032m³/h
选择水泵台数
2
3
4
5
6
单机所需流量m³/h
6516
4344
3258
2606.4
2172
初步选用五台工作泵另配置一台备用泵共六台机组，工作泵单泵流量为2606.4m³/h.
25（m）根据《中国灌排设备手册》满足设计扬程、流量的两种S型单级双吸离心泵性能参数如下
型号
流量Q
（m³/h）
转速n（r/min）
扬程H
（m）
功率N（kw）
效率
（%）
吸上高度
（m）
重量
（kg）
轴功率
电动机功率
600S-32
2520
970
37
295
380
86
2.5
2400
3168
32
310
89
3960
22
279
85
600S-47
2500
970
56
460
520
83
2.5
3800
3168
47.4
465
88
3500
38
426
80
根据扬程、效率、功率和流量间关系，确定使用型号为600S32泵。
电动机选用JS-147-6型
电动机参数如下表
型号
额定功率KW
额定电压V
额定电流A
额定转速r/min
外形尺寸mm
重量kg
长
宽
高
JS-147-6
380
3000
89
980
1680
1395
1270
2900
五、拟定机组的基础尺寸
5.1水泵外形尺寸
水泵外形尺寸如下图
型号
外形尺寸mm
L
L1
L2
L3
B
B1
B2
B3
H
H1
H2
H3
600S-32
2029
1085
1100
900
1800
800
1300
1000
1706
950
532
663
4-41
型号
进口法兰尺寸mm
出口法兰尺寸mm
600S-32
600
725
780
20-30
400
515
565
16-25
5.2电动机外形尺寸
如下表
型号
额定功率KW
额定电压V
额定电流A
额定转速r/min
外形尺寸mm
重量kg
长
宽
高
JS-147-6
380
3000
89
980
1680
1395
1270
2900
所以机组基本尺寸如下
机组长度
机组宽度
机组高度
3920mm
1800mm
1706mm
六、选择进出水管道
6.1进出水管道管径、管厚确定
进出水管道选用钢管，根据经验公式当
Q＜120m³/h时
Q＞129m³/h时
所以根据此泵站流量Q=2606.4m³/hD=587mm根据《中国灌排设备手册》选择管径D=600mm的钢管。
流速
=2.56（m/s）
2.5＜V=2.56＜3.5符合经济流速
钢管最小厚度由经验公式
得
=4.6mm由《中国灌排设备手册》选用厚度为
=9mm钢管重量131.17kg/m
七、确定泵房类型
7.1泵房类型比较选择
改泵房由河流取水，泵房条件宜采用固定式泵房。
固定式泵房又分为：
分基型、干室型、湿室型、块基型4种。
选择初选分基型和干室型。
两种类型比较
分基型
干室型
特点：
没有水下结构和每套水泵机组均有各自单独的基础，并且与泵房墙基础分离。
该泵房结构简单，施工方便容易，造价低廉，它适用于下列场合：
1、泵站流量不大（Q<300L/S）的中小型卧式水泵机组。
2、泵站工作期间，水源或进水池变幅小于水泵的有效吸上高度。
3、建站处地基比较稳定。
对于流量较大的水泵，由于水泵机组的重量较大，为了减小作用于地基单位面积上的重量，避免单位面积地基上所承受的重量超过其承重能力，就需要扩大机组基础面积，使各水泵机组的基础及泵房墙基础连成一个整体。
特点：
工艺布置比较方便，建筑面积能合理运用。
适用条件
1、于外部水位变化不大。
2、平面面积较大。
3、地下埋深较浅场合。
在该泵站中流量Q=724L/S，流量较大。
不适合选分基型泵房。
故可选择干室型泵房或湿室型泵房。
综合考虑选择干室型比较适合。
在干室型泵房中又有矩形、圆形等泵房型式。
该地区水位变化不大，平面面积较大，地下埋深较浅，故该泵站选择矩形干室型泵房，工艺布置比较方便，建筑面积能合理利用以及便于利用标准的建筑结构和起重设备。
八、确定机组及管路布置形式
8.1机组布置形式
一列式
双列式
由已知初选机组尺寸，泵房长度约为30米，宽度约为6
由已知初选机组尺寸，泵房长度约为21米，宽度约为8m
由于30米长度过长，所以选择机组布置选择双列式
8.2出水管道数目
泵房外出水管的布置，应根据泵站总体布置要求，结合地形、地质条件确定由地形图可以看出，从水源到出水池距离不超过100m，根据技术经济原则，当管道长度小于100m时，宜采用单机单管出水方式。
8.3出水管道铺设方法
水管的铺设方式通常分为明式铺设和暗式埋设两种。
明式铺设便于检修、养护，但造价高，管内无水期间管壁受温度影响较大。
一般管径大于1400mm。
而暗式埋设分为有垫层和无垫层两种，常应用于石棉水泥管、钢筋混凝土管及直径小于1400mm的连续焊接钢管的铺设，其优点是铺设费用省，但检修困难。
该泵站由于扬程较小故选择明式铺设。
明管设计时，转折处设置镇墩，间距不易小于100m。
两镇墩间设置伸缩节，支墩。
九、选择泵房辅助设备（包括充水设备、起重设备、排水设备、配电
设备等）
9.1充水设备
当泵的安装高度高于进水池水位时，即为吸上时，泵启动前必须排气充水。
考虑到管理方便，本设计采用真空泵充水。
9.2起重设备
泵房中，水泵、电动机、阀门及管道等设备的安装和检修，都需要用到起重设备。
该泵站水泵有2400kg，电机2900kg。
故可选择电动单轨吊车。
起重重量大于3000kg。
起重机层高度计算。
如图
h1为汽车车厢离地板高度1.2m
h2为垫块高0.2m
h3为最高设备高度1.8m
h4为捆扎长度采用刚性吊具取0.3m
h5为吊钩到轨道面距离1.1m
由上起重机层高度为1.2+0.2+1.8+0.3+1.2=4.7m取
9.3排水设备
在水泵运行过程中，难免有水渗出，另外在出现故障的时候，也有可能导致大量的水从管道连接处或者设备中大量渗出，如果没有采用相应的排水设施，地
板积水可能导致整个泵站系统陷入瘫痪，因此，泵房排水非常重要。
泵房采取沟道排水。
将主机组地板设置为一定的坡度，一般选取2%的倾斜程度，并且向进水池方向倾斜，地板上设支沟、干沟。
支沟延泵房倾斜方向平行，坡度和地板坡度相当；干沟与泵房长度方向平行，由两边向泵房中部倾斜，坡度也为2%，最后汇集到一起，抽出排到进水池里面。
9.4配电设备
配电设备的布置型式，通常分为一端式和一侧式。
一端式布置：
是在泵房进线一端建配电间或副厂房。
这种布置形式适用于机组台数较少的泵站。
这种布置形式的优点是泵房跨度小，进、出水侧都可以开窗，有利用通风采光。
一侧式布置是在泵房一侧建配电间或副厂房。
这种布置形式的优点是当机组台数较多时，有利于监视机组的运行。
该泵房跨度较大，配电设备不易再使用一侧式布置，因为泵址处地势较平坦，故采用一端式布置。
泵站总体布置平面图如下：
十、泵房尺寸设计
10.1泵房宽度
设备间距表单位cm
设备状况
流量（m³/s）
＜0.5
0.5—1.5
＞1.5
设备顶端与墙
70
100
120
设备与设备顶端
80—100
100—120
120—150
设备与墙
100
120
150
平行设备间
100—120
120—150
150—200
高压电动机组间
150
150--175
200
泵房宽度，又称为泵房跨度应根据水泵、阀门和所配置的其他管件的数量和尺寸以及水泵机组的布置型式，并满足设备安装、检修以及运行维护通道或交通通道布置的要求确定。
根据主机组布置形式、泵体大小、进出水管路上阀件长度、通道尺寸而定。
其计算式为公式
为泵体宽度1.8*2+泵间距离1m=4.2m
为混凝土边台宽度0.5m
为水泵出水口处渐变接管长度0.5m
为水泵出水管与闸阀间的短管，0.4m
为出水管闸阀体长度（两个阀）0.6m
为进水管闸阀体长度（一个阀）0.3m
为出水管侧闸阀到墙的距离2m
为进水管侧闸阀到混凝土边台1.5m
进水管闸阀与泵进口处短管0.4m
则B=10.4m取B=10.5m
10.2泵房长度
设备间距表单位cm
设备状况
流量（m³/s）
＜0.5
0.5—1.5
＞1.5
设备顶端与墙
70
100
120
设备与设备顶端
80—100
100—120
120—150
设备与墙
100
120
150
平行设备间
100—120
120—150
150—200
高压电动机组间
150
150--175
200
根据主机组布置形式、主机组轴心线长度、机组间或机组与墙壁间净距和配电间与检修间等尺寸而定。
机组的长度为5.74m，机组间的间距取设备组间的间距1m，机组和墙的间距取2m
L=5.74*3+1*2+2*2=23.22m
取L=23.5m
综上所得泵房尺寸如下表
泵房长度m
泵房宽度m
23.5
10.5
十一、进出水建筑物的布置及设计
11.1进水建筑物
泵站与水源间常常设置引水建筑物，水从水源引至泵站的前池和进水池或者直接引向水泵进口，以保证水泵的正常安全运行等方面都有密切关系。
引水建筑物的主要结构形式有：
管式、涵洞式、和明渠式。
该泵站的地形条件比较适合用明渠引水。
11.2明渠引水水渠水利计算
引水建筑物采用的是有自动调节能力的明渠式引水建筑物。
明渠从河道中引水，汇集到前池。
渠道断面尺寸是根据渠道的设计流量并通过水力计算加以确定的，一般可用均匀流公式进行计算。
（1）
（2）
式中系数意义如下
Q为渠道设计流量3.62m³/s
为渠道过水断面面积㎡；
R为水力半径m
i 为渠道比降
C为谢才系数
n 为渠床糙率
渠道采用混凝土渠道底坡i=1/2000，边坡系数m=1.25，糙率n=0.025，
渠道断面宽深比
=b/h,其中b为渠底宽度,h为渠中设计水位.按输水能力最大原则选择,渠道采用梯形断面,最优断面宽深比
=0.7（3）
边坡系数m=B/H
由1-3式得
h=0.935（m）取h=0.94（m）
b=0.650（m）取b=0.65（m）
由于水位变化
安全超高取
0.3m所以最终所得渠道高
H=h+
+
=0.94+1+0.3=2.24（m）
引水渠道最终尺寸图如下：
渠道不冲不淤流速校核
最大水位时流速
=3.62/5.9655=0.6m/s
最低水位时流速
=3.62/1.7155=2.11m/s
由《灌溉排水工程学》护面渠道允许不冲流速表
护面类型
允许不冲流速m/s
混凝土
现场浇筑
预制铺砌
喷射法施工
＜8.0
＜5.0
＜10.0
不淤流速由经验公式
渠道流量和宽深比
C0
Q＞10m³/s
0.2
Q＞5—10m³/s
b/h＞2.0
b/h＜2.0
0.2
0.4
Q＜5m³/s
0.4
取0.2则
=0.2*3.62^0.5=0.38m/s
渠道最大最小流速满足不冲不淤流速。
11.3前池设计
前池扩散角确定
前池使用正向进水池。
前池扩散角
选择。
据有关实验和经验为使边壁不发生脱流、工程量相对较少情况下
=20°---40°选用扩散角
=40°
前池长度确定
长度计算公式
B为进水池宽度20.6mb为引水渠底宽度0.65m
L=27.4m取L=27.5m
前池纵向坡度此泵站采用i=1/15
前池最终设计尺寸如下
11.4进水池设计
后墙距T=（0.3—0.5）Din。
T取0.5Din
进水喇叭口直径Din=（1.3—1.5）D1，D1为进水管直径600mm。
取Din=1.5D1
进水口至池底距离，即悬空度P=（0.5—0.8）Din.取P=0.8Din
淹没深度Hsub。
当喇叭口垂直布置时Hsub＞（1.0—1.25）Din，当喇叭口倾斜布置时Hsub＞（1.5—1.8）Din，当喇叭口水平布置时Hsub＞（1.8—2.0）Din.此泵站喇叭口使用垂直布置，取Hsub=1.25Din
由上所选得
Din=900mm
T=450mm取0.45m
P=720mm取0.8m
Hsub=1125mm取1.2m
进水池长度L
L=KQ/Bh
K为进水池秒换水系数，矩形取40
Q为泵站设计流量3.62m³/s
B为进水池宽度20600mm
h为进水池水深，h=Hsub+P=2.0m
所以L=3.51m取L=3.6m
进水池池底高程计算
设计水位为503.8m。
设计水位运行。
引水渠道渠首渠底高程为503.8-0.94=502.86m。
因引水明渠坡降i=1/2000.较小渠道高程降低忽略不计。
前池纵向坡降采用i=1/15.池长20.6m。
降落1.37米。
则进水池池底高程为502.86-1.37=501.49m池顶与引水明渠顶高程相同为503.8+1.3=505.1m。
安全超高取0.7m。
则进水池高度H=505.1-501.49+0.7=4.31m。
池底高程为501.49-0.7=500.79m
综上计算进水池尺寸如下
池深H=4.31m池长L=20.6m池宽B=3.6m
进水池高程
11.5出水池设计
此泵站采用侧向出水池。
淹没式出流。
对于多管侧向出流，
B1=（4—5）D，B2=B1+D,B3=B1+2D,B4=B1+3D,B5=B1+4D,B6=B1+5D
取B1=4D=2.4m,B2=3.0m.B3=3.6m.B4=4.2m.B5=4.8m.
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