水泵与水泵站课程设计实例.docx
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水泵与水泵站课程设计实例
给水泵站工艺设计
水泵与水泵站课程设计
2015
闫泽飞
太原学院
2015/11/15
1设计资料
2设计依据
3二级泵站工艺设计要点
3.1水泵的选择
3.2电动机配置
3.3机组布置和基础计算
3.4吸压水管道设计
3.5水泵安装高度验算
3.6泵房平面尺寸确定
3.7附属设备选择
4附录
1设计资料
位于某省中部某市，新建水厂净化处理后的洁净水进入清水池，经由二级泵站加压输送至城市配水管网。
1）二级泵站设计地点的地面海拔高程为264.6m。
2）城市最高日最高时用水量为1050L/s,消防水量按41.7L/s考虑。
3）清水池最高水位与二级泵站地面相平，其标高为264.6m，最低水位在地面以下3.8m其标高为260.8m。
4）管网最不利地地面海拔高程为270m，所需自由水头为24m，管网总水头损失24m，消防时为33m。
2设计依据
1）某市新水厂工程初步设计文件。
2）（15）区建字第XXX号及（15）区基字第XXX号关于《某市新水厂初步设计的批复》文件。
3）关于新建水厂工程三设计问题会议纪要。
3二级泵站工艺设计要点
泵房主题工程由机器间、高低压配电室、控制室及值班室等组成。
机器间采用矩形半地下形式，以便于布置吸压水管路与室外管网平接，减少弯头水力损失，并紧靠清水池北侧布置，直接从清水池取水加压送至配水管网。
值班室与控制室在机器间西侧，与机器间用实墙隔开，实墙中部有玻璃观察窗。
最西侧设有外附户内式规定高压变压器室，与特定高压双回路电源用电缆引入。
总平面布置图3-1所示。
变压器室
值
班
室
半地下式机器间
高压配电室
控
制
室
清水池
总平面布置图3-1
3.1水泵的选择
1）设计扬程：
初步假定泵站内管路水头损失为2m，加安全水头2m，则最高时用水扬程为
Hmax=HST+Hser+∑h+2.0=[（5.4+3.8）+24+24+2+2]m=61.2m
2）设计流量：
最高时用水量
3）为了在用水量减少时进行灵活调度，减少能源浪费，利用水泵综合性能图选择几台水泵并联工作来满足最高时用水流量和扬程需要，而在用水量少时，减少并联水泵台数或单泵运行供水都能保持在各水泵高效段工作。
设Qmin=30L/s时（型谱图最小流量），泵站和管网中水头损失共为3m，则相应扬程为
Hmin=HST+Hser+∑h'+2.0=[（5.4+3.8）+24+3+2]m=38.2m
根据Qmax=1050L/s，Hmax=61.2m和Qmin=30L/s，Hmin=38.2m，在水泵综合性能图上确定两点连接成参考管道特性曲线，如图3-2所示，选取与参考管路道特性曲线相交的水泵并联。
可选用一台14Sh-9B和两台20Sh-9型水泵并联，也可选用一台20Sh-9与两台14Sh-9B型水泵并联，列表比较如表3-1所示。
通过比较，第一方案与第二方案扬程利用率相差不大，但第一方案水泵效率较高，耗能相对较少，且分级数量多，在实际工作中，能灵活调节供水流量与扬程，故采用方案一。
并选用一台20Sh-9型水泵为备用泵。
所选水泵性能见表8-2。
4）消防校核：
按最不利情况考虑，消防用水量与最高时用水量之和为1091.7L/s，所需最高扬程为70.7m。
当备用泵与最高时用型水泵同时启动时，为一台14Sh-9B和三台20Sh-9型泵并联工作，在水泵综合性能图上绘出四泵并联总和Q-H曲线，与参考管道特性曲线的交点为Q=1600L/s，H=71m，可以满足消防要求。
表3-1方案比较表
方案编号
用水量变化范围/（L/s）
运行水泵
水泵扬程/m
所需扬程/m
扬程利用率（%）
水泵效率（%）
第一方案
两台20SH-9
一台14SH-9B
1000—1150
两台20SH-9
67-63
60-63
89-100
78-80
一台14SH-9B
73-80
800—1000
两台20SH-9
67-60
58-60
86-100
81-83
580—800
一台20SH-9
66-58
56-58
84-100
80-81
一台14SH-9B
78-81
330—580
一台20SH-9
70-56
53-56
76-100
75-83
200—330
一台14SH-9B
60-51
44-51
73-100
73-82
第二方案一台20SH-9两台14SH-9B
750-1050
一台20SH-9
67-62
57-62
85-100
70-80
两台14SH-9B
81-82
550-750
一台20SH-9
65-57
55-57
84-100
71-80
一台14SH-9B
82-83
330-550
两台14SH-9B
65-55
51-55
78-100
72-81
200-330
一台14SH-9B
60-51
44-51
73-100
73-82
表3-2水泵性能表
泵型号
流量Q
扬程
转速
功率N（KW）
效率
最大允许吸上
H
n
η
真空高度
m3/h
L/S
（m）
（r/min）
轴功率
配套功率
（%）
（m）
14SH-9B
826
230
59
1450
178
260
75
3.5
1080
300
55
198
82
1225
340
47.5
206
77
20SH-9
1150
430
66
970
340
500
82
4
2016
560
59
390
83
2450
680
50
433
77
3.2电动机配置采用水泵厂家所指定的配套电动机如表3-3所示。
表3-3电动机配置
水泵型号
轴功率/Kw
转速/（r/min）
电动机型号
电动机功率/Kw
14SH-9B
178-206
1475
JR-127-4
260
20SH-9
340-433
990
JRQ-157-6
500
3.3机组布置和基础计算
1）机组布置：
采用单行横向排列布置，便于吸、压管路直进直出布置，减少水力损失，同时也可以简化起吊设备。
2）基础尺寸确定查《给排水设计手册：
第11册常用设备》Sh型泵安装尺寸（不带底座）根据水泵基础长L=L=L4+L6+L8+（0.4~0.5），B=b+（0.4~0.5）,H=24*（4-d）+（0.15~0.2）公式算出，单位为米，结果如表8-4所示。
表8-4基础计算
水泵型号
电动机型号
基础长L/m
基础宽B/m
基础高H/m
14SH-9B
JR-127-4
2.60
1.20
1.00
20SH-9
JRQ-157-6
3.10
1.50
1.20
3.4吸压水管道设计
1）管路布置。
图8-2管路布置
设定管线埋深为1m,泵房采用矩形半地下形式，以便于布置吸压水管路与室外管网平接，减少弯头水力损失。
每台泵设一根吸水管直接从清水池吸水，各泵压水管出泵房后，在闸阀井内以横向联络管相连接，而以两条总输水管送水入管网。
这样可初定出横向联络管的管顶高程为地下1m。
当清水池最高水位在最高水位时，水泵为自灌式引水，吸水管上需设闸阀，以便停泵检修时使用。
清水池最低水位为地下3.8m，此时泵为吸入式引水，需要相应的引水设备，管路布置如图8-2所示。
2）管径计算。
根据单泵运行流量计算吸压水管管径如表8-5所示。
表8-5吸压水管管径计算
水泵型号
流量/（L/s）
吸水管
压水管
管径/mm
流速/（m/s）
1000i
管径/mm
流速/（m/s）
1000i
14SH-9B
330
500
1.63
1.86
450
2.01
12.0
20SH-9
580
700
1.51
3.87
600
1.98
8.02
由图8-5可知，横向联络管的流量为两台较大水泵并联流量Q=900L/s，i=9.31/1000；每条输水管按最大总流量75%考虑，即Q=787.5L/s，取DN=700mm,v=2.03m/s，i=6.99/1000。
3）管路附件选配如表8-6所示。
名称
型号规格
主要尺寸/mm
喇叭口
DN500钢制
D=700
DN700钢制
D=1000
偏心渐缩管
DN700*500
L=610
DN500*350
L=508
十字管
DN700*700
LU=465lU=460
同心变径管
DN700*600
L=610
DN500*450
L=508
DN600*450
L=508
DN700*500
L=610
DN450*300
L=356
弯头
90°双盘式DN600
L=600
90°双盘式DN700
L=800
90°双盘式DN500
L=600
闸阀
DN700双盘式Z45X
Hmax=580L=165
DN500双盘式Z45X
Hmax=425L=127
DN600双盘式Z45X
Hmax=495L=154
DN450双盘式Z45X
Hmax=375L=114
止回阀
DN600
L=385
DN450
L=203
3.5水泵安装高度验算
1）根据HSS=HS’-V12/2g-∑hS,HS’=HS-（P0-Pa）/ρg,初定吸水管水头损失为1m,经计算水泵14Sh-9B和20Sh-9的安装高度HSS分别为1.69m、2.38m。
2）水泵进口参数如表8-6所示。
表8-7水泵进口参数
水泵型号
进口直径DN/mm
进口流速V1/（m/s）
HS/m
流量Q/（L/s）
14SH-9B
350
3.20
3.5
330
20SH-9
500
2.85
4.0
580
3）因当地海拔264.6m，环境温度取T=20℃，14Sh-9B、20Sh-9允许吸上真空高度修正后的HS’分别为3.21m、3.71m。
4）水泵实际使用真空高度HV计算。
14Sh-9B、20Sh-9吸水管路局部阻力计算如表8-8A、8-8B所示。
表8-8A吸水管路局部水头损失计算表
水泵型号
管道直径/mm
管件
阻力系数
最大流量/（L/s）
流速V/（m/s）
V2/2g
水头损失V2/2g/m
14SH-9B
500
喇叭口
0.56
330
1.63
0.14
0.078
90°弯头
0.60
0.14
0.084
闸阀
0.07
0.14
0.010
500*350
偏心渐缩管
0.20
330
3.00
0.46
0.092
∑
0.264
14Sh-9B型水泵吸水管长度可近似取为
L=HSS+1.5+2.5=（1.69+4）=5.69m
实际使用HV=HSS+iL+∑V2/2g+V2/2g
=（1.69+5.69*1.86/1000+0.264+0.520）
=2.84m表8-8B吸水管路局部水头损失计算表
水泵型号
管道直径/mm
管件
阻力系数
最大流量/（L/s）
流速V/（m/s）
V2/2g
水头损失V2/2g/m
20SH-9
700
喇叭口
0.56
580
1.51
0.12
0.065
90°弯头
0.60
0.12
0.07
闸阀
0.07
0.12
0.008
700*500
偏心渐缩管
0.20
580
2.85
0.41
0.082
∑
0.225
20Sh-9型水泵吸水管长度可近似取为
L=HSS+1.5+2.5=（2.38+4）=6.38m
实际使用HV=HSS+iL+∑V2/2g+V12/2g
=（2.38+6.38*3.87/1000+0.225+0.410）
=3.04m3.6泵房平面尺寸确定
1）机器间长度设计。
因电动机功率大于55Kw,故基础间距取为1.2m，机器间最左端留有1m宽的楼梯空间，作为值班室与机器间的室内通道，方便对设备的随时观察，且水泵基础与楼梯间距为1m；紧邻四台水泵的右端按最大一台机组布置一块检修场地，长5.5,宽4.0m,故得
机器间总长度：
（3.1*3+2.6+2.6*3+2+2+4+5.3）m=33m。
2）机器间宽度设计。
吸水管闸阀距墙1m，压水管闸阀距墙保留1.5m的宽度。
由图8-2管路布置可得机器间宽度为：
（1.0+0.17+0.84+1.5+1.0+0.39+0.16+1.5）m=5.56m。
3）管路敷设。
因为有管路管径大于500mm，所以统一采用地面敷设，压水管一侧搭建梯形铁架通道，供工作人员通过。
4）值班室与变电设备室总长宽设计。
总长度取（3.84+4.56）m=8.4m,总宽度与机器间宽度相等，室内两墙净距为5.06m。
5）清水池长宽总设计。
总长度为：
（0.75+0.375+2.6*3+3.1*2+2.6+0.5+0.75）=18.975m；设定清水池底部距最低水位为1.7m，则总高为:
（3.8+1.7）=5.5m；总宽度为（0.7+0.8+1.0）m=2.5m；设计容积为：
（2.5*5.5*18.975）m3=260.9m3。
清水池容积验算。
清水池容许最小容积为：
（580*5*60/1000）m3=174m3<260.9m3,故符合要求。
3.7附属设备选择
1）起重设备及泵房高度的确定。
设备中最重是电动机JRQ-157-6，质量为3900kg，考虑安全选用LX型，起重量为5t，起重高度为3~16m的电动单梁悬挂起重机。
由管路敷设知，水泵统一安装在机器间地面上，地面高程由安装高度最低的水泵14Sh-9B决定，最低基础上表面高程为[260.8+（1.69-0.56）]m=261.93m,设定基础上表面高出地面0.2m，则机器间地面高程为261.73m。
室外地面高程为264.6m，故泵房采用半地下室。
地下部分高度H2为2.87m。
最高设备JRQ-157-6（设备最顶部）距机器间地面高度为（260.8+2.38+0.65-261.73）m=2.1m,取吊物底部至最高一台机组顶距f=0.67m,则g+f=（2.1+0.5）m=2.6m故泵房地面以上高度按式H1=a+b+c+d+e+h计算。
H1=（0.397+1.185+1.85+1.28+0.2）m=4.912m
其中，电动单梁悬挂起重机吊车梁高度a=0.397m;滑车加挂钩总高度b+c=1.185m；JRQ-157-6电动机总宽x=1.54，则起重机的垂直长度取d=1.2x=1.85m；最大电动机高度e=1.28m;吊起物底部与泵房进口处室内地坪的距离h=0.2m。
2）真空泵。
真空排气量QV=K（WP+WS）Ha/[T（Ha-HSS）],取T=3min，K=1.05，HSS=2.38，Ha=10.4m,由：
WP=0.52*3.14/4*（1.5+1.0+0.39+0.16）m3=0.6m3；
WS=0.385*（2.38+0.7+0.8+1.0+0.165+0.225+0.61）m3
=0.385*5.88m3
=2.26m3
可得QV=78.72m3/h=21.87L/s
根据式Hmax=H’SS*760/10.33得：
Hmax=（2.38+0.557）760/10.33mmHg=216.08mmHg
选用SZ-2J型真空泵，抽气量2.8m3/min，真空值49.03kPa,相当于367.85mmHg。
电动机功率为15Kw（选用两台，工作与备用各一台）。
3）排水泵。
在机器间地面设置地沟集水，采用液位控制自动启闭。
其它辅助设备从略，主要材料见表8-14.
设计详图见图8-15。
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