水泵课程设计说明书 14 最终DOC.docx
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水泵课程设计说明书14最终DOC
水泵与水泵站
课程设计计算说明书
指导老师：
邓风
学院：
环境学院
专业：
给排水科学与工程
姓名：
刘睿
南京工业大学市政工程系
2014年1月
一设计资料
1、已知某城市最高日设计用水量为50000m3/d（每学号递增600m3/d），小时用水百分数如下：
0-1
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
6-7
7-8
8-9
9-10
10-11
11-12
2.02
1.95
2.07
2.07
2.64
3.10
5.36
5.51
5.21
4.54
4.70
4.77
12-13
13-14
14-15
15-16
16-17
17-18
18-19
19-20
20-12
21-22
22-23
23-24
5.19
4.79
4.47
4.48
4.92
5.13
5.84
5.48
5.42
4.64
3.31
2.39
2、在设计决定城市管网、二泵站、清水池及高位水池（水塔）的共同工作状况时，经方案比较后决定二泵站采用两级供水，即：
23~5点，每小时供水量为最高日供水量的2.15%；6~24点，每小时供水量为最高日供水量的4.84%。
3、在该城市最高日最高大时用水量时：
（1）二泵站供水量为最高日用水量的4.84%；
（2）输配水管网中的水头损失为6.2m（每学号递增0.5m）；
（3）管网中的控制点（即水压的最不利点）所需的自由水头为20m；
（4）二泵站吸水池最低水位到控制点的垂直高差为16m。
4、在该城市消防用水时：
（1）消防流量为50L/s；
（2）输配水管网中的水头损失为16m；
（3）管网中要求的最低自由水头为10m；
（4）二泵站扬水地形高度为18m。
5、该城市不允许间断供水，至少设置1台备用泵。
6、二泵站（清水池附近）的地质状况是：
地表层（约2.5米）为粘土，2.5m以下为页岩。
7、清水池有关情况如下：
清水池建于地下0.8m，有效深度为5.2m，超高0.3m。
池内有效调节水量的深度为3.0m，消防储备水量的深度为0.8m。
清水池至水泵吸水池水头损失为0.2m，吸水池距泵房净距离6m。
8、该城市最大转输用水时，因矛盾不突出，故忽略不计。
9、该泵站海拔高度为200m，夏季水温20～26℃。
二设计任务
要求根据上述资料，作出二泵站的初步设计，即完成设计计算说明书，并绘制二泵站的平面图1张，剖面图2张。
水泵课程设计计算说明书
一、设计流量的确定和设计扬程的估算：
1.设计流量Q：
由于最高日用水量为50000+600×（14-1）=57800m³/d,各小时用水百分数已知，且二泵站采用二级供水
（23点～5点）一级供水：
Q1=2.15%×57800=1242.7m³/h=0.34519m³/s=345.19L/s
（6点～24点）二级供水：
Q2=4.84%×57800=2797.52m³/h=0.77709m³/s=777.09L/s
消防用水Q消防=50L/s（已知）
2.设计扬程H：
1）水泵所需静扬程
一级供水：
HST为二泵站吸水池最低水位到控制点的地面高差16m，HST=16m
二级供水：
HST为二泵站吸水池最低水位到控制点的地面高差16m，HST=16m
消防用水：
HST为二泵站扬水地形高度，HST=18m
2）输配水管网中的水头损失∑h
二级供水：
∑h2=6.2+0.5×（14-1）=12.7m
∑h2=SQ2²所以S=∑h2/Q2²=12.7/0.043²=4326.7
一级供水:
∑h1=SQ1²=4326.7×0.0197²=1.68m
消防用水：
∑h消防=16m（已知）
3）管网中的控制点（即水压的最不利点）所需的自由水头hsev已知
4）泵站内管道中的水头损失：
hp=2m
5）安全水头：
一般为1-2m，这里一致取h安全=2m
6）设计扬程H（用水量最大时）：
H=HST+∑h+hp+hsev+h安全
二级供水：
H=16+12.7+2+2+20=52.7m
消防用水：
H=18+16+2+2+10=48m
二、初选泵和电机
1.选泵的主要依据
选泵的主要依据是所需的流量、扬程及其变化规律。
2.水泵的初选：
根据流量和扬程要求，本次设计中选用的水泵均为单级双吸式离心泵。
水泵初选方案表
方案编号
流量
（L/s）
扬程
（m）
轴功率
（KW）
所配电机功率
（KW）
汽蚀余量
（m）
第一方案
三台350S75B型水泵
225-333
45.8-57
177.94
型号JS2355M2-4
220
2.6
第二方案
三台14SA-10A型水泵
250-350
54-60
179.12
型号Y400-54-5
250
2.6
两台20SA-10型水泵
388.54
60
672
Y630-6
500
11.6
3.方案比选分析
由水泵方案比较中可以看出，方案二的型号更为整齐便于安装，管理和维修。
且方案二也能做到大小兼顾，使用效率也较高。
综合上述因素，根据选泵的原则，决定选用方案二。
4．选配电机
见水泵初选方案表：
电机型号Y400-54-5，功率250KW
三泵站基础设计
1.根据《给排水设计手册》11册及泵样本查得：
卧式水泵均为块式基础，其尺寸大小一般均按所选水泵安装尺寸所提供的数据确定。
基础的高度还可用以下的方法校核，基础重量应大于机组总重量的2.5~4.5倍。
2.相关参数计算方法
基础长度L=水泵和电动机最外端螺孔间距L+（400～500）
基础宽度B=水泵或电机最外端螺孔间距（取其宽者）B+（400～500）
基础深度H=20×φd+（100～150）
螺栓埋入深度＝20~30×螺栓直径＋30~50mm
螺孔间距根据所选水泵的安装图进行确定
3．泵和电机相关安装参数
泵型号
配套电机型号
水泵和电动机最外端螺孔间距L
（mm）
电机H
（mm）
水泵或电机最外端螺孔间距B
（mm）
Φd
（mm）
500S59型水泵
Y450-46-6
3730
450
1640
35
4.经计算得：
具体参数基计算汇总表
水泵型号
基础长度
（mm）
基础宽度
（mm）
基础深度
（mm）
500S59型水泵
2450
2200
800
四决定泵站的形式
1.泵站周围条件
根据设计要求，该城市不允许间断供水，该城市最大转输用水时，因矛盾不突出，故忽略不计。
1）清水池情况：
建于地下0.8m，有效深度为5.2m，超高0.3m。
池内有效调节水量的深度为3.0m，消防储备水量的深度为0.8m。
2）清水池至吸水池水头损失为0.2m，吸水池距泵房净距离6m。
3）地质情况：
地表层（约2.5米）为粘土，2.5m以下为页岩。
2.分析
水泵引水有自灌式和抽吸式两种形式，计算出的最大允许吸上真空高度大于零可知水泵的引水方式采用抽吸式。
经过综合比较，又已知二泵站处的地质情况是：
地表层（约2.5米）为粘土，2.5m以下为页岩。
，页岩不易开挖。
从经济性考虑，不适合采用自灌式引水方式。
综合以上因素,决定吸水井采用地下式，二泵站采用半地下式。
水泵充水方法：
抽吸式，辅助真空泵。
五水泵吸、压水管的设计
1.吸水管路及压水管路的设计流速
压水管D<250mm，V：
1.5-2.0m/s
250
D<1000mm，V：
2.0-2.5m/s
1000
D<1600，
D>1000,V：
2.0-2.5m/s
吸水管D<250mm，V：
1.0-1.2m/s
250
D<1000mm，V：
1.2-1.6m/s
1000
D<1600,V：
1.5-2.0m/s
2.水泵吸水管道的确定
进出水管均采用钢管，一级供水时流量一台泵工作，流量为345L/S。
根据一级供水水力计算表和吸水管路及压水管路的管径流量要求，一级供水时吸水管路选用500mm的管道，流速为1.53m/s
（1.2~1.6m/s）。
压水管道选用350mm管道，流速为2.32m/s
（2.0~2.5m/s）。
3.水泵压水管道的确定
当为二级供水时，有3台水泵工作，供水时吸水管路选用500mm的管道，流速为1.25m/s
（1.2~1.6m/s）。
压水管道选用350mm管道，流速为2.05m/s
（2.0~2.5m/s）4、管道尺寸汇总
管道设计参数汇总表
管道种类
管径（mm）
流量（L/s）
吸水管道
500
345.19
压水管道
350
777.09
4.吸压水管路的布置
1）吸水管路布置
根据《给水排水工程快速设计手册》
（3）为了使水泵能及时排走吸水管路内的空气，吸水管应有沿水流方向，即向水泵连续上升的坡度（i
0.005），以免形成气囊。
并应该防止由于施工允许误差，和泵房与管道的不均匀沉降而引起吸水管的倒坡，必要时采用较大的上升坡度。
（4）如水泵位于最高检修水位以上，吸水管可以不装阀门；反之，吸水管上应该安装阀门，以便使水泵检修，阀门一般采取手动。
（5）水泵吸入端的渐缩管必须采用偏心渐缩管，保持渐缩管的上边水平，以防止在吸水管道的某段（或某处）上出现积气，形成气囊，影响过水能力。
（6）为了避免吸水井（池）水面产生漩涡使水泵吸水时吸入空气，水泵进口在最低水位下的淹没深度h不应小于0.5~1.0m，如图2.7所示。
若淹没深度不能满足要求时，则应在管子末端装置水平隔板。
（7）为了防止水泵吸入井底的沉渣，并使水泵工作时有良好的水力条件，应遵循以下规定：
①吸水管的进口高于井底不小于0.8D，如图2-10所示。
D为吸水管喇叭口（或底阀）扩大部分的直径，取D为吸水管直径的1.3~1.5倍。
②吸水管喇叭口边缘距离井壁不小于（0.75~1.0）D。
③在同一井中安装有几根吸水管时，吸水喇叭口之间的距离不小于（1.5~2.0）D。
④当水泵采用抽气设备充水或能自灌充水时，为了减少吸水管进口处的水头损失，吸水管进口采用喇叭口形式。
如水中有较大悬游杂质时，喇叭口外面还需加设滤网，以防止水中杂质进入水泵。
2）压水管路布置
根据《给水排水工程快速设计手册》
（1）出水管上应该设置阀门，一般出水管管径
300mm时，采用电动阀门。
（2）当采用蝶阀时，由于蝶阀开始后的位置，可能超出本身的长度，故在布置相邻联结配件时应该注意。
（3）水泵的启、停泵程序以及防止水锤措施应根据泵房地形，出水管敷设高差，线路长短，水泵的工作压力及工作条件进行水锤计算后确定。
（4）为了使泵房安装方便和避免管路上的应力传至水泵，一般应在吸水管路和压水管路上需设置伸缩节或可曲挠的橡胶接头。
但必须注意防止接口松脱，为了承受管路中内压力所造成的推力，必要时在一定的部位上（各弯头处），如在与出水横跨总管连接处设置混凝土支墩或拉杆。
（5）较大直径的转换阀门，止回阀及横跨管等宜设在泵房外的阀门室内。
对于较深的地下式泵房、为了避免止回阀等裂管事故和减少泵房布置面积，更宜将闸阀转移到室内。
（6）对于出水输水管线较长，直径较大时，为了尽快排出水管内空气，可考虑在泵后出水管上安装泄气阀。
（7）泵站内的压水管路经常承受高压，尤其当发生水锤时，所以要求坚固而不漏水，因此本设计采用钢管，并尽量采用焊接接口，但为了便于拆装和检修，在适当的地点设法兰接口。
（8）考虑供水安全性，在布置压水管路时，必须满足：
①能使任何一台水泵及闸阀停用检修而不影响其他水泵的工作；
②每台水泵能输水至任何一条输水管。
5.水泵机组的布置
根据设计内容，所选用的水泵均为单级双吸离心泵。
是侧向进出水的水泵，泵的台数为3台（包括备用泵），宜采用横向单行布置，该种布置虽然稍增长泵房的长度，但泵房跨度较小，进出水管顺直，水利条件较好，节省电耗。
1）.水泵机组的平面布置
1）水泵基础之间的净距，其值要求为电机轴长+0.3m。
2）为了减小泵房的跨度，设计将阀门等配件设置在泵房外面，两根出水总管输出
2）.管路配件和长度
（1）吸水管路
①吸水喇叭口D=（1.3～1.5）×500取750mm
②有底阀滤水网D=500mm
③钢制90°弯头D=500mm
④闸阀DN500
⑤偏心渐缩管DN500×350L=2（D-d）+150=450mm
（2）压水管路
①渐放管DN350×500L=2（D-d）+150=550mm
②闸阀DN350
③止回阀DN350
④钢制90°弯头D=350mm
六泵站范围内吸、压水管路的精确水头损失的计算
取一条最不利线路，计算二级供水时，泵站范围内吸、压水管路的精确水头损失。
（包括从吸水管头部开始至站外水表井的所有沿程和局部损失。
1.吸水管路中水头损失：
∑hs=∑hfs+∑hjs
钢制90°弯头:
ξ=1.02
闸阀:
ξ=0.06
有底阀滤水器:
ξ=3.5
喇叭口:
ξ=0.56
偏心渐缩管:
ξ=0.2
吸水管长：
L约为8.5m
∑hs=L×i+∑ξ×V2/2g=1.23m
2.压水管路中水头损失：
∑hd=∑hfd+∑hjd
闸阀:
ξ=0.06
止回阀:
ξ=1.7
渐放管：
ξ=0.3
钢制90°弯头：
ξ=1.01
三通管:
ξ=3.50
真空压力表:
ξ=0.20
压水管长：
L约为14m
∑hd=L×i+∑ξ×V2/2g=1.36m
3.总水头损失：
∑h=∑hs+∑hd=1.23+1.36=2.59m
七校核选泵方案----泵站工作的精确计算
计算最高日最大时用水情况，得出实际扬程H=24+17+8+2+2.59=53.26m而水泵所能提供的扬程为59.60m，故初选水泵机组符合要求
八最大安装高度的计算方法
1.水泵允许吸上真空高度Hs：
14SA-10A---4.3m
2.
式中
――最大安装高度（m）
――修正后采用的允许吸上真空高度（m）；
――水泵厂给定的允许吸上真空高度（m）；
――安装地点的大气压（即
），mH2O，
－－实际水温下的饱和蒸汽压力，mH2O，
――吸水管从喇叭口到泵进水口的水头损失（m）。
海拔高度与大气压的关系
海拔（m）
-600
0
100
200
300
400
500
600
700
大气压
（mH2O）
11.3
10.33
10.2
10.1
10.0
9.8
9.7
9.6
9.5
海拔（m）
800
900
1000
1500
2000
3000
4000
5000
大气压
（mH2O）
9.4
9.3
9.2
8.6
8.4
7.3
6.3
5.5
水温与饱和蒸汽压力
水温℃
0
5
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
饱和蒸汽压（mH2O）
0.06
0.09
0.12
0.24
0.43
0.75
1.25
2.02
3.17
4.82
7.14
10.33
3.设计最大安装高度
根据要求该泵站海拔高度为200m，夏季最高水温为30度。
所以
，
=4.3-（10.33-10.1）-（0.43-0.24）=3.88m
=3.88-0.2-1.53*1.53/2g=2.56m
九泵轴标高
1．由清水池水位埋深决定吸水井中最低水面标高
清水池建于地下0.8m，有效深度为5.2m，超高0.3m。
池内有效调节水量的深度为3.0m，消防储备水量的深度为0.8m。
清水池至吸水池水头损失为0.8m
所以吸水井中最低水面标高为-4.6m（-0.8-3-0.8），水泵安装高度取2.5m，则泵轴标高为-1.325m。
2.吸水井计算
吸水管喇叭口（或底阀）扩大部分的直径，取D为吸水管直径的1.3~1.5倍。
D取1000mm。
1）喇叭口最小悬空高度h1=0.8D=800，设计中取800mm。
2）喇叭口间净距a=（1.5～2.0）D=1500～2000（a>1400mm,符合要求。
）
3）喇叭管中心线与后墙距离
c=（0.8-1.0）D
4）喇叭口最小淹没水
h2>0.5-1.0m,且h2>（1.0-1.25）D=1000～1250
则h2现取1000mm，所以喇叭口标高为-5.5m
5）喇叭管中心线与侧墙距离
b=1.5D=1500
综合以上条件及清水池埋深情况，为保证不间断供水及供水要求的可靠程度，根据清水池建于地下，水泵的吸水方式以及水泵的允许吸上真空高度，决定吸水井采用地下式，标高与清水池相同。
十选择起重设备的型号，确定泵房的建筑高度
1.起重设备
泵房内的起重设备应该按泵房内的最重的一台设备的重量选用。
地面式或地下式泵房的设备提升高度，水泵和电机，重量大于2t，需使用电动起重设备。
根据《给水排水设计手册》根据电机重量，本设计采用起重设备为LSX型电动单梁起重机。
2.泵房高度
泵房高度是指泵房进口处室内地坪（或平台）到屋顶梁底部的高度，除考虑采光通风条件外，当采用固定吊钩或移动吊架时不小于3m，有起重设备时应有计算确定，使起吊最大部件的底部与调运越过的固定物顶部之间净距在0.5m以上。
辅助性的房屋高度一般采用3m。
所以设计泵房高度7.30m
十一选择附属设备
1.排水设备
1）根据《给水排水设计手册》第三册P360~P361泵房排水与设备的相关内容，泵房内因水泵轴承冷却滴水，阀门和管道接口漏水，检修时放水等原因，必须有排水设备，特别是电缆沟中不能积水。
2）自流排水适用于泵房室内地坪高于室外，泵房内设沟管时应相互连通，如室外不会倒灌时，也可自流排水。
提升排水半地下式泵房或管沟低于室外沟渠，有倒灌可能时，须用提升设备排除积水。
管沟应该有1%以上的坡度坡向集水坑。
3）由于设计的是半地下式泵房，故本设计采用提升排水的方式排水，沿泵房内壁设置排水沟，将水汇集到集水坑内。
4）排水泵的选择：
WQ型潜水排污泵
2.通风方式
自然通风：
用于地面式泵房或埋深不大的半地下式泵房
机械通风：
泵房埋深较大，电动机功率较大，自然通风难以满足要求的大中型泵房
结合设计情况，根据本设计的泵房属半地下式泵房，所以采用自然通风。
十二汇总泵站的设备和管件表（见图纸）
参考文献
[1]《泵与泵站》（第五版）,中国建筑工业出版社
[2]《给水工程》（第四版）中国建筑工业出版社
[3]《给水排水设计手册》（第二版）第一册常用资料，中国建筑工业出版社
[4]《给水排水设计手册》（第二版）第十一册常用设备，中国建筑工业出版社
[5]《给水排水设计手册》（第二版）第三册城镇给水，中国建筑工业出版社
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