水泵与水泵站课程设计.docx
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水泵与水泵站课程设计
水泵站课程设计任务书
班级：
学生姓名：
一、设计题目；送水泵站（二级泵站）设计
二、原始资料；，
1.泵站的设计水量为（50789）m3/d。
2.管网设计的部分成果：
①根据用水曲线确定的二级泵站工作制度，分
（2）级工作。
第一级，从（22）时到（5）时，每小时占全天用水量的（2.5）%；
第二级，从（5）时到（22）时，每小时占全天用水量的（4.85）%。
②城市的设计最不利点的地面标高（127）米，建筑层数（7）层，自由水压（20）米。
③管网平差得出的泵站至最不利点的输水管和管网的总水头损失为（30）米；
④消防流量为（200）m3/h，消防扬程为（15）米。
⑤清水池所在地面标高为（123）米；清水地最低水位在地面以下（3）米。
3.城市冰冻线为（1.5）米，最高温度为（30）℃，最低温度为（-25）℃。
4.泵站所在地土壤良好，地下水位为（25）米。
5.泵站为双电源。
三、设计任务
城市送水泵站的技术设计的工艺部分。
四、计算说明书内容
1.绪论
2.初选水泵和电机
根据水量、水压变化情况选泵，工作泵和备用泵型号和台数。
3.泵房型式的选择
4.机组基础设计
平面尺寸及高度
5.计算水泵吸水管和压水管力直径
选用各种配件和阀件的型号、规格种及安装尺寸（说明特点）。
吸水井设计
（尺寸和水位）
6.布置机组和管道
7.泵房中各标高的确定
室内地面、基础顶面、水泵安装高度、泵房建筑高度等。
8.复核水泵电机
计算吸水管及泵站内压水管损关、求出总扬程、校核所选水泵。
如不合适，则重选水泵及电机。
重新确定泵站的各级供水量。
9.进行消防和转输校核.
10.计算和选择附属设备
①设备的选择和布置
②计量设备
③起重设备
④排水泵及水锤消除器等
11.确定泵站平面尺寸、初步规划泵站总平面
泵房的长度和宽度，总平面布置包括：
配电室、机器间、值班室、修理间等。
五、图纸要求
泵站平面及剖面图（机器间），应绘出主要设备、管路、配件及辅助设备的位置、尺寸、标高，列出主要设备表和村料表（比例尺1：
100）。
六、发放设计任务书日期：
2011年5月日
交设计日期：
2011年5月日
设计指导教师（签字）：
目录
第一章绪论1
1．1设计要求2
1．2二级泵站设计资料2
1．3设计内容1
1．4设计原则2
1．5设计要求3
1.5.1计算说明书内容包括3
1.5.2图纸要求3
第二章计算说明书5
2.1水泵和电机的初步选择5
2.1.1二级泵站的组成及特点5
2.1.2泵站设计参数的确定6
2.1.3选择水泵6
2.2水泵机组的基础设计9
2.3水泵吸水管路和压水管路设计11
2.3.1吸水管路11
2.3.2压水管路12
2.3.3管路附件选配12
2.4布置机组和管道12
2.5泵房型式的选择13
2.6吸水井的设计14
2.7各工艺标高的设计15
2.8复核水泵和电机16
2.9消防校核16
2.10辅助设备的选择17
2.10.1引水设备17
2.10.2计量设备17
2.10.3起重设备17
2.10.4泵房的高度18
2.10.5排水设备19
2.10.6防水锤设备19
2.11泵房的建筑高度和平面尺寸的确定19
2.12设计二级泵站平面图及剖面图20
参考文献21
致谢22
第一章绪论
1.1设计要求
1.1.1设计题目：
送水泵站（二级泵站）设计
1.1.2泵站设计水量：
50789万m3/d。
1.1.3设计任务
城市送水泵站技术设计的工艺部分。
⑴根据水量、水压变化情况选泵，工作泵和备用泵型号和台数。
⑵泵房型式的选择
⑶机组基础设计；平面尺寸及高度
⑷计算水泵吸水管和压水管力直径：
选用各种配件和阀件的型号、规格种及安装尺寸（说明特点）。
⑸吸水井设计：
尺寸和水位
⑹布置机组和管道
⑺泵房中各标高的确定：
室内地面、基础顶面、水泵安装高度、泵房建筑高度等。
⑻复核水泵及电机：
计算吸水管及泵站内压水管损关、求出总扬程、校核所选水泵，如不合适，则重选水泵及电机。
重新确定泵站的各级供水量。
⑼进行消防和转输校核.
⑽计算和选择附属设备
①设备的选择和布置
②计量设备
③起重设备
④排水泵及水锤消除器等
⑾确定泵站平面尺寸、初步规划泵站总平面
泵房的长度和宽度，总平面布置包括：
配电室、机器间、值班室、修理间等。
1.1.4图纸要求
泵站平面及剖面图（机器间），应绘出主要设备、管路、配件及辅助设备的位置、尺寸、标高，列出主要设备表和村料表（比例尺1：
100）。
1.2二级泵站设计资料
1.2.1泵站的设计水量为50789万m3/d。
1.2.2管网设计的部分成果：
①根据用水曲线确定的二级泵站工作制度，分
（2）级工作。
第一级，从（22）时到（5）时，每小时占全天用水量的（2.5）%；
第二级，从（5）时到（22）时，每小时占全天用水量的（4.85）%。
②城市的设计最不利点的地面标高（127）米，建筑层数（7）层，自由水压（20）米。
③管网平差得出的泵站至最不利点的输水管和管网的总水头损失为（30）米；
④消防流量为（200）m3/h，消防扬程为（15）米。
⑤清水池所在地面标高为（123）米；清水地最低水位在地面以下（3）米。
1.2.3城市冰冻线为（1.5）米，最高温度为（30）℃，最低温度为（-25）℃。
1.2.4泵站所在地土壤良好，地下水位为（25）米。
1.2.5泵站为双电源。
1.3设计内容
（1）根据原始资料，合理选择水泵、配备动力设备，完成机组布置。
（2）设计吸水管路和压水管路。
（3）计算确定水泵的安装高度。
（4）进行泵站平面布置、高度确定，并对泵站内容主要附属设备进行选择。
1.4设计原则
（1）在满足最打工况要求的水量和水压条件下，应尽可能减少能量的浪费。
（2）泵型力求统一，是泵号整齐，互为备用。
当水量与总水头损失变化较大时，应考虑大小泵搭配，但型号不易过多，电机电压应尽量保持一致。
（3）事故时泵站不允许断水，但可以适当降低供水量，其事故供水保证率与管网相同。
（4）保证吸水条件，减少泵站埋深以节省基建投资。
1.5设计要求
1.5.1计算说明书内容包括
完成课程设计说明书，包括处理工艺选择说明、构筑物选择说明、计算。
1.水量、扬程确定
2.初选水泵和电机
根据水量、水压变化情况选泵，工作泵和备用泵型号和台数。
3.泵房型式的选择
4.机组基础设计
平面尺寸及高度
5.计算水泵吸水管和压水管力直径
选用各种配件和阀件的型号、规格种及安装尺寸（说明特点）。
吸水井设计
（尺寸和水位）
6.布置机组和管道
7.泵房中各标高的确定
室内地面、基础顶面、水泵安装高度、泵房建筑高度等。
8.复核水泵电机
计算吸水管及泵站内压水管损关、求出总扬程、校核所选水泵。
如不合适，则重选水泵及电机。
重新确定泵站的各级供水量。
9.进行消防和转输校核.
10.计算和选择附属设备
①设备的选择和布置
②计量设备
③起重设备
④排水泵及水锤消除器等
11.确定泵站平面尺寸、初步规划泵站总平面
泵房的长度和宽度，总平面布置包括：
配电室、机器间、值班室、修理间等。
1.5.2图纸要求
2、完成图纸1#图纸1张：
泵站平面及剖面图（机器间），应绘出主要设备、管路、配件及辅助设备的位置、尺寸、标高，列出主要设备表和村料表（比例尺1：
50）。
第二章计算说明书
2.1水泵和电机的初步选择
2.1.1二级泵站的组成及特点
2.1.1.1二级泵站的组成
（1）水泵机组包括水泵和电动机，是泵站中最重要的组成部分；
（2）吸压管路指水泵的吸水（进水）管路和压水（出水）管路，水泵通过吸水管从吸水井（池）中吸水，经水泵加压后通过压水管路送至用户；
（3）引水设备指真空引水设备（如真空泵、引水罐等）和灌水设备。
当水泵工作为吸入式启动时，需引水设备；
（4）起重设备指泵站内设备及管道安装，检修用的吊车、电动葫芦等设备；
（5）排水设备指排水泵、排水沟、集水坑等，用以排除泵站地面污水；
（6）计量设备指流量计、压力计、真空泵、温度计等；
（7）采暖及通风设备指采暖用的散热器、电热器、火炉及通风机等设备；
（8）电气设备指变、配电设备；
（9）防水锤设备指水锤消除器等；
（10）其他设备包括照明、通信、安全与防水设施等。
在泵站中除设有机器间（安装水泵机组的房间）外，还设有高低压配电室、控制室、值班室、修理间等辅助房间。
2.1.1.2二级泵站的特点：
二级泵站通常设在净水厂内，经水厂净化后的水进入清水池储存，清水池中水经管道自流入吸水井，水泵从吸水井吸水，经加压后送入城市输配水管网。
其工艺流程如：
清水池—吸水井—送水泵站—输配水管网—用户。
基本特点：
泵站埋深较浅，通常建成地面式或半地面式，为了适应用户水量、水质的变化，需要设置多台水泵机组，因而，泵房面积较大，泵房一般为矩形形状，砖混结构。
2.1.2泵站设计参数的确定
2.1.2.1流量的确定
泵站一级工作时的设计工作流量
泵站二级工作时的设计工作流量
2.1.2.2扬程的确定
H=
=7+20+30+2.0+1.5=60.5m
其中:
H—泵站所需扬程（m）
—地形高差（m）
—自由水压（m）；
—总水头损失（m）；
∑h——泵站内损失（初步估计为2m）
Hc—安全水头1.5m
2.1.3选择水泵
2.1.3.1水泵选择的基本原则
选泵要点：
（1）大小兼顾，调配灵活
在用水量和所需的水压变化较大的情况下，选用性能不同的泵的台数越多，越能适应用水量变化的要求，浪费的能量越少。
（2）型号齐全，互为备用
希望能选择同型号的泵并联工作，这样无论是电机、电器设备的配套与贮备管道配件的安装与制作均会带来很大的方便。
（3）合理地用尽各泵的高效段
单级双及吸式离心泵是给水工程中常用的一种离心泵（如Sh型、SA型）。
它们的经济工作范围（即高效段），一般在0.85Qp～1.05Qp之间（Qp为泵铭牌上的额定流量值）。
（4）近远相结合的观点在选泵过程应给予相当的重视。
特别是在经济发展活跃的地区和年代，以及扩建比较困难的取水泵站中，可考虑近期用小泵大基础的办法，近期发展采用换大泵轮以增大水量，远期采用换大泵的措施。
（5）大中型泵站需作选泵方案比较。
考虑因素
（1）泵的构造形式对泵房的大小、结构形式和泵房内部布置等有影响，因而对泵站造价很有关系。
（2）应保证泵的正常吸水条件。
在保证不发生气蚀的前提下，应充分利用泵的允许吸上真空高度，以减少泵站的埋深，降低工程造价
（3）应选用效率较高的泵，如尽量选用大泵，因为一般而言大泵比小泵的效率高。
（4）根据供水对象对供水可靠性的不同要求，选用一定数量的备用泵，以满足在事故情况下的用水要求：
①在不允许减少供水量的情况下（例如冶金工厂的高炉与平炉车间的供水），应有两套备用机组。
②允许短时间内减少供水量情况下，备用泵只保证供应事故用水量。
③允许短时间内中断供水时，可只设一台备用泵。
城市给水系统中的泵站，一般也只设一台备用泵。
通常备用泵的型号可以和泵站中最大的工作泵相同。
④当管网中无水塔且泵站内机组较多时，也可考虑增设一台备用泵，它的型号和最常运行的工作泵相同。
（5）如果给水系统中具有足够大容积的高地水池或水塔时，可以部分或全部代替泵站进行短时间供水，则泵站中可不设备用泵，仅在仓库中贮存一套备用机组即可。
2.1.3.2初选水泵
当Q=30L/s时,输水管和配水管网中水头损失很小，假定此时总水头损失之和为2米，所需泵的扬程为H=7+20+2+1.5=30.5m
当Q=684.24L/s时,所需泵的扬程为H=60.5m
在水泵综合性能图上做出a点（684.24,60.5）和b点（30,30.5），两点连接成参考管道特性曲线，选取与参考管道特性曲线相交的水泵并联,其泵型分别为6sh-6型、8sh-9型和12Sh-9型.
求出管路特性曲线方程中的参数，因为：
所以：
表2-1管路特性曲线关系表
Q（
）
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
H（m）
27.69
29.74
33.16
37.95
44.1
51.62
60.52
70.78
82.40
查给水排水设计手册sh型单级双吸离心泵的性能表可知：
表2-2sh型单级双吸离心泵的性能表
型号
流量Q（m3/h）
扬程H（m）
转速n（r/min）
轴功率N（kW）
效率（％）
允许吸上真空高度Hs（m）
泵重（kg）
12Sh-9
576
65
1450
127.5
80
4.5
809
774
57.5
147.5
79.5
972
50
167.5
79
14Sh-9
972
80
1450
271
78
3．5
1200
1206
73
295
79
1440
65
319
80
20Sh-9
1548
66
970
340
82
4
2747
1998
58
387
80
2448
50
433
77
根据分析反复比较选泵参考特性曲线得出结论：
在两者轴功率相同及相差不大的前提下，显然14sh-9型水泵的效率更高，最终确定选择12sh-9型水泵四台，互为备用，一级供水一台水泵单独工作，二级供水二台水泵并联工作。
1.3.3确定电机
根据水泵样本提供的配套可选电机，选定JR138-4电机，其参数如下：
V=380V,
W=1200kg。
2.2水泵机组的基础设计
表2-314sh-9型单级双吸离心泵外形尺寸（mm）
型
号
外形尺寸
L
L1
L2
L3
B
B1
B2
B3
H
H1
H2
14Sh-9
1533
822
510
440
1300
650
900
360
1106
560
50
型
号
外形尺寸
进口法兰尺寸
出口法兰尺寸
H3
n-Фd
DN1
D01
D1
n1-Фd1
DN2
D02
D2
n2-Фd2
124h-9
260
14-23
350
460
500
16-23
250
350
390
12-23
图2-314Sh-9型单级双吸离心泵外形尺寸图：
表2-414sh-9型单级双吸离心泵（不带底座）安装尺寸（mm）
型
号
电动机尺寸
E
L1
H
h
B
A
n-Фd
14Sh-9
3454
1125
930
875
640
4-32
600
型
号
L
L2
出口锥管法兰尺寸
n3-Фd3
14Sh-9
860
500
350
460
505
16-22
图2-414sh-9型单级双吸离心泵（不带底座）安装尺寸图：
14Sh-9型水泵不带底座，所以选定其基础为混凝土块式基础，则
基础长度L＝水泵和电机最外端螺孔间距+（400～500）
＝B+L2+L3=1300+510+440+450
=2700mm
基础宽度B＝水泵和电机最外端螺孔间距（宽度方向，取大者）+（400～500）
＝
基础高度H＝
＝
其中：
—水泵重量（kg）;
—电机重量（kg）;
—基础长度（m）
—基础宽度（m）;
—基础密度（kg/m3）（混凝土密度ρ＝2400kg/m3）
最终确定水泵占地L×B×H=2.1m×2.0m×1.8m。
2.3水泵吸水管路和压水管路设计
当泵站为一级供水时，一台14Sh-9型单级双吸离心泵单独工作，其流量Q=1269.73m3/h=352.70L/s。
当泵站为二级供水时，二台14Sh-9型单级双吸离心泵并联工作，其流量Q=2512.08m3/h=697.8L/s，单台水泵出水量Q=348.9L/s；
水泵吸、压水管所通过的流量应按Q=352.70L/s（最大）设计，管材采用钢管。
2.3.1吸水管路
2.3.1.1吸水管路布置要求
吸水管路通常处在高压状态下工作，所以对吸水管路的基本要求是不漏气、不积气、不吸气，否则会使水泵的工作产生故障。
为此常采取一下措施：
（1）为保证吸水管路不漏气，要求管材必须严格。
（2）为使水泵及时排走吸水管路中的气体，吸水管应有沿水流方向连续上升的坡度。
（3）吸水管的安装与敷设应避免在管道内形成气囊。
（4）吸水管安装在吸水井内，吸水井有效容积应不小于最大一台泵5min的抽水量。
（5）吸入式工作的水泵，每台水泵应设单独的吸水管。
（6）当吸水池水位高于水泵轴线时，吸水管上应设闸阀，以利于水泵检修。
（7）当水中有大量杂质时，喇叭口下面应设置滤网。
（8）吸水管设计流速一般为：
DN＜250mm时，v=1.0～1.2m/s；DN≥250～1000mm时，v=1.2～1.6m/s；DN﹥1000mm时，v=1.5～2.0m/s.
2.3.1.2吸水管管径
当Q=352.70L/s时，由钢管水力计算表查得管径D=600mm，流速V=1.24m/s，单位管段的水头损失i=3.32‰
2.3.2压水管路
2.3.2.1压水管路布置要求
对压水管路的基本要求是耐高压、不漏水、供水安全、安装及检修方便。
（1）压水管路常采用钢管，采用焊接接口，与设备连接处或需要经常检修处采用法兰接口。
（2）为了避免管路上的应力传至水泵，以及安装和拆卸方便，可在压水管路适当位置上设补偿接头或可挠性接头。
（3）离心泵必须要关闸启动。
（4）当不允许水倒流时，需设止回阀。
（5）压水管设计流速为：
DN＜250mm时，v=1.5～2.0m/s；DN≥250mm时，v=2.0～2.5m/s；
2.3.2.2压水管管径
当Q=352.70L/s时，由钢管水力计算表查得管径D=500mm，流速V=1.79m/s，阻力系数i=8.47‰
2.3.3管路附件选配
压水管上配置DN500mm*600mm同心渐放管一个（
，L=500mm），FD型DN600可曲挠橡胶接头一个（
），旋启式消声止回阀一个（
，L=900mm），单闸板闸阀一个（
，L=540mm），钢制焊接弯头一个（
），渐扩管一个（
，L=900mm），钢制四通一个（
），对夹式蜗杆传动蝶阀一个（
，L=180mm）。
吸水管、压水管连同泵一起安装在机器间的地板上，管道直进直出，弯头少，可节约电耗。
在选择配件时，选用的是全国通用标准产品。
2.4布置机组和管道
水泵机组布置的基本要求是：
供水安全可靠、管道布置简短、安装与维护方便、机组排列整齐、起重设备简单并留有扩建余地。
常见的布置形式有：
1、纵向排列
适用于IS型单级单吸悬臂式离心泵。
采用这种排列形式可以使吸水管保持顺直，机组布置较为紧凑整齐，检修方便，泵房长度较小但宽度较大（IS型水泵轻，可以用移动式吊装设备）。
2、横向排列（泵轴线呈一直线布置）
横向排列这种布置形式适用于侧向进水、侧向出水的Sh型双吸式水泵，进出水管顺直，水力条件好，这种布置形式虽然泵房长度大些但跨度小，吊装设备采用单轨吊车即可。
3、横向双行排列
横向双行排列这种排列更为紧凑，节省建筑面积。
泵房跨度大、起重设备需考虑采用桥式行车。
适用于泵房中机组较多的圆形取水泵站。
但这种布置形式两行泵的转向从电机方向看去是彼此相反的，因此，在泵订货时应向水泵厂特别说明，以便水泵厂配置不同转向的轴套止锁装置。
根据比较机组采用横向排列。
横向排列的各部尺寸应符合下列要求：
（1）泵凸出部分到墙壁的净距A1等于最大设备的宽度加1m，但不得小于2m。
A1=H+1500=2606mm，取A=6400mm。
（2）出水侧泵基础与墙壁的净距B1＞应按水管配件安装的需要确定。
但是考虑到泵出水侧是管理操作的主要通道，故B1≥3m。
取B1=4000mm。
（3）进水侧泵基础与墙壁的净距D1，也应根据管道配件的安装要求决定，但不小于1m.。
取D1=2000mm。
（4）电机凸出部分与配电设备的净距C1，应保证电机转子在检修时能拆卸，并保持一定安全距离，其值要求：
C1=电机轴长+0.5m。
但是，低压配电设备应C1≥1.5m.；高压配电设备C1≥2.0m。
C1=L+500=860+500=1360mm，取C1=1500mm。
（5）泵基础之间的净距E1值与C1要求相同，即E1=C1。
如果电机和泵凸出基础，E1值表示为凸出部分的净距。
取E1=1500mm。
（6）控制室和配电室长度分别取2000mm。
2.5泵房形式的选择
根据清水池最低水位标高
和水泵
的条件，确定泵房为矩形半地下式。
泵房左侧设有设备出入的大门，右侧设有控制室，配电室等。
泵的布置形势
（一）纵向排列
此种排列方式适用于如IS型单级单吸悬臂式离心泵。
因为悬臂式系顶端进水，采用纵向排列能使吸水管保持顺直状态，如果泵房中兼有侧向进水和侧向出水的离心泵，则才纵向排列的方案就值得商榷。
如果Sh型泵占多数时，纵向排列方案就不可取
（二）横向排列
侧向进、出水的泵，如单级双吸卧式离心泵Sh型、SA型采用横向排列比较好。
横向排列虽然稍增长了泵房的长度，但跨度可减小，进出水管顺直，水力条件好，节省电耗故被广泛采用。
横向排列的各部尺寸应符合下列要求：
根据以上要点和实际情况，本泵站采用横向布置，
根据机组和管道布置经反复比较，最终取水泵间距2m，水泵与配电设备间距2.5m，水泵距大门口5m；水泵距吸水管侧墙2.5m；水泵距出水管侧墙4.5m。
泵房总长度L=A1+3×C1+4×L安装+L控制+L配电
=6400+3×2500+4×2854+2000+2000=31816mm
（最后调整为32000mm）
泵房总宽度B=D1+B设备+B1
=2100+1300+4000=7400mm（最后调整为8000mm）
2.6吸水井的设计
吸水井尺寸应满足安装水泵吸水管进口喇叭口的要求。
吸水井最低水位＝清水池最低水位－清水池至吸水井水头损失
＝（123-3）-0.3＝119.7m；
具体尺寸要求为：
（1）吸水管进口淹没水深h≥0.5—1.0m，否则应设水平隔板，水平隔板长为2D或3d（D为喇叭口大头直径，d为吸水管直径），取h=1.5m；
（2）吸水管进口应设喇叭口，以便吸水管进口水流平稳，减少损失。
①喇叭口大头直径D
（1.3—1.5）d=1.5d=1.5
600=900mm
其中：
d为吸水管直径
②喇叭口的长度为L
（3.5—7.0）
（D-d）=4
=400mm；
③喇叭口下缘距吸水井井底距离≥（0.8～
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