小弘的泵站设计.docx
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小弘的泵站设计
1确定设计流量及扬程
1.1设计流量的确定
二级泵站一般按最大日逐时用水变化曲线来确定各时段的分级供水线。
用水量时变化表
表1.1.1
小时
用水量%
小时
用水量%
小时
用水量%
小时
用水量%
小时
用水量%
小时
用水量%
1
3.03
5
3.95
9
5.02
13
4.35
17
4.51
21
4.36
2
2.95
6
4.17
10
5.47
14
4.06
18
4.49
22
4.67
3
2.66
7
4.41
11
4.80
15
4.08
19
4.16
23
4.42
4
2.76
8
4.80
12
4.62
16
4.33
20
4.33
24
3.90
用水量时变化曲线
图1.1.1
1.2在设计决定城市管网、二泵站、清水池、高位水池（水塔）的共同工作状况时，经方案比较后已决定二泵站采用两级供水，即0~4点，每小时供水量为2.5%；4~24点，每小时供水量为4.5%。
1.1.1.该城市的最高日最高用水时情况
1）二泵站供水量：
425L/s（即4.5%）；
2）输配水管网中的水头损失：
23.5m；
3）管网中控制点（即水压的不利点）所需的自由水头：
16m；
4）二泵站吸水池最低水位到控制点的地面高差：
25.5m。
1.1.2.该城市的最高日最高时和消防用水时情况
1）二泵站供水量：
480L/s；
2）输配水管网中的水头损失：
33.3m；
3）管网中要求的最低自由水头：
10m；
4）二泵站吸水池最低水位到控制点的地面高差：
26m。
1.2泵站设计流量计算
泵站内吸压水管路水头损失估为2米。
安全水头可取2米。
1.1
1.2.
1.2.1.一泵站设计流量应为：
式中
—一级泵站中水泵所供给的流量（
）；
—供水对象最高日用水量（
）；
—为计及输水管道及净水构筑物自身用水而加的系数，
一般取
=1.05~1.1；
—为一级泵站在一昼夜内工作小时数。
计算得
=1557.2
；
1.2.2.二泵站设计流量应为：
式中
——为计及输水管道及净水构筑物自身用水而加的系数，
一般取=1.01~1.02。
1.2.3.二级供水计算得：
白天二级供水量为：
=1560.6
=433.5L/s；
夜间一级供水量为：
=866.4
=240.7L/s；
消防设计流量为：
=1745.3
=484.8L/s；
水泵泵站类型等级为V。
1.3泵站设计扬程计算
1.2
1.3.
1.3.1.一泵站所需扬程应为：
；
式中：
—泵站的扬程（m）；
—静扬程，采用吸水井的最枯水位与净化构筑物进口水面高差（m）；
—吸水管路的水头损失（m），与通过流量Q的平方成正比；
—输水管路的水头损失（m），与通过流量Q的平方成正比。
1.3.2.二泵站所需扬程应为：
；
式中：
——最低动水位与给水管网中控制点的地面标高差（
）；
——管路中的总水头损失，与通过流量Q的平方成正比；
——给水管网中控制点所要求的服务水头；
1.3.3.计算得：
二级泵站最大日白天最大时扬程为
=25.5+（2+23.5）+16+2=69.0m。
二级泵站最大日夜间最大时扬程为=25.5+（2+7.25）+16+2=52.8m。
二级泵站最大日最大时消防供水扬程为：
=26+（2+33.3）+10+2=73.3m。
2水泵初选及方案比较
1.3
1.4.
2.1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.
2.1.
2.1.1选泵要点
1）大小兼顾，调配灵活，合理使用水泵的高效段；
2）型号整齐，互为备用；
3）考虑泵站的发展，实行近期和远期建设相结合；
4）大中型泵站需作方案比较；
5）合理选择水泵的构造形式；
6）保证吸水条件，照顾基础平齐，减少泵站埋深；
7）大小兼顾，合理调配的原则下，尽量选大泵；
8）考虑必要的备用泵；
9）选泵后应进行校核；
10）因地制宜，尽量选用当地成批生产的水泵型号。
2.1.2选泵的主要原则
（1）选泵首先要满足最高时供水工况的流量和扬程要求；在平均流量时，水泵应在高效段运行；在最高与最低流量时，水泵应能安全、稳定运行。
所选水泵特性曲线的高效率范围应尽量平缓，以适应各种工况的流量和扬程要求。
对于特殊的工况，必要时可另设专用水泵来满足其要求（例如不设专用消防管道的高压消防制系统，为满足消防时的压力一般可另设消防专用泵），本设计不设消防专用泵。
（2）尽可能选用同型号水泵，互为备用；或扬程相近、流量大小搭配的泵。
（3）水泵选择必须考虑节约能源，除了选用高效率泵外，还可考虑运行工况的调节；应考虑近远期结合，一般可考虑远期增加水泵台数或换装大泵。
对于埋深较大的水源泵房，远期可采用更换水泵的方式，减少泵房面积。
（4）应在保证水泵的正常吸水条件，在不发生气蚀的前提下，尽可能选用允许吸上真空度值大或必需汽蚀余量值小的泵，应充分利用水泵的允许吸上真空高度，以提高水泵安装高度，减少泵房埋深，降低造价。
同时应避免泵站内各泵安装高度相差太大，致使各泵的基础埋深参差不齐或整个泵站埋深增加。
（5）水泵的台数及流量配比根据供水系统的运行调度要求、泵房的性质及规模、近远期结合方式等作综合考虑，并结合调速装置的应用进行多方案比较后确定。
（6）水泵的构造形式对泵房的大小、结构形式和泵房内部布置、泵站造价等有影响，因此要合理选择水泵的构造形式。
（7）选泵时应尽量结合地区条件优先选择当地制造的成系列生产的、比较定型的和性能良好的产品。
2.1.3备用泵的选择原则
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，以满足供水对象对供水可靠性的不同要求：
①在不允许减少供水量的情况下，应有两套备用机组。
②允许短时间内减少供水量的情况下，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。
④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。
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，它的型号相最常运行的工作泵相同。
⑤如果给水系统中有足够大容积的高地水池或水塔时，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。
备用泵与其它工作泵一样，应处于随时可以启动的状态。
2.2水泵初选
IS型单级单吸悬臂式离心泵，虽然是用给水的，而且检修方便，但是却适用于流量比较小的供水，不适合本次设计。
单级双吸式离心泵是在给水工程中常用的一种离心泵（如Sh型、SA型），本设计初选水泵为单级双吸式离心泵。
由于采用并联式设计，固所选水泵扬程差距不应过大，拟采用同型号水泵并联使用，可方便统一安装规格以及操作方式、运行电压。
方案一水泵参数
表1.4.5a
名称
转速
（r/min）
流量
（L/s）
扬程
m
效率
%
轴功率Kw
电机功率Kw
汽蚀余量m
台数
250S65
1450
108.25
69.83
76.92
96.32
132
2.6
5
250S65型水泵特性曲线
图1.4.5a
方案二水泵参数
表1.4.5b
名称
转速
（r/min）
流量
（L/s）
扬程
m
效率
%
轴功率Kw
电机功率Kw
汽蚀余量m
台数
300S90A
1450
216.5
76.89
73.9
220.84
280
2.6
2
300S90A型水泵特性曲线
图1.4.5b
方案三水泵参数
表1.4.5c
名称
转速
（r/min）
流量
（L/s）
扬程
m
效率
%
轴功率Kw
电机功率Kw
汽蚀余量m
台数
8SA-7A
2950
86.6
74.47
76.14
83.03
110
2.6
5
8SA-7A型水泵特性曲线
图1.4.5c
2.3方案比较
选泵利用率参数比较表
表1.4.6a
编号
供水
情况
运行水泵
供水量
（m3/h）
水泵效率η（%）
水泵扬程（m）
所需扬程（m）
扬程利用率（%）
方
案
一
二级
250S65×2
866.4
78.62
67.52
52.8
79.0
一级
250S65×4
1560.6
76.87
69.86
69.0
98.8
消防
250S65×5
1745.3
75.00
75.00
73.3
97.7
方
案
二
二级
300S90A×1
866.4
72.6
72.75
52.8
72.6
一级
300S90A×2
1560.6
73.88
76.80
69.0
89.8
消防
300S90A×2
1745.3
75.00
73.11
73.3
100.0
方
案
三
二级
8SA-7A×3
866.4
77.01
78.29
52.8
67.4
一级
8SA-7A×5
1560.6
76.11
74.39
69.0
79.6
消防
8SA-7A×6
1745.3
77.07
78.68
73.3
93.2
由表1.4.3a中可以看出，选泵的三中方案均选用各自同一种型号的泵，型号整齐、调配灵活，管理方便，能够互为备用，选泵近似满足最高时供水工况的流量和扬程要求，三中方案的都存在夜间供水工况下扬程利用率低下的现象。
方案一扬程利用率和效率都较高，而且都处于高校段范围内。
二级供水扬程利用率低于90%，但相应的水泵效率最高，能在一定程度上弥补扬程利用率的损失，同时在后期对其中一台水泵叶轮进行切削可符合扬程利用率大于90%的设计要求。
方案二消防供水不在水泵高校段之中，但扬程利用率接近100%，其余一级、二级供水工况下水泵扬程利用率偏低。
方案一、方案二，符合规范9.1.11的装置效率要求，方案三扬程利用率过低，不做讨论。
选泵能耗参数比较表
表1.4.6b
编号
供水
情况
运行水泵
供水流量
（m3/h）
单机功率Kw
总功率Kw
日耗电量Kw*h
方
案
一
二级
250S65×2
866.4
101.57
203.14
8510.16
一级
250S65×4
1560.6
96.22
384.88
消防
250S65×5
1745.3
102.03
408.12
方
案
二
二级
300S90A×1
866.4
236.47
236.47
9791.88
一级
300S90A×2
1560.6
221.15
442.30
消防
300S90A×2
1745.3
237.12
474.24
方
案
三
二级
8SA-7A×3
866.4
80.51
241.53
9273.12
一级
8SA-7A×5
1560.6
83.07
415.35
消防
8SA-7A×6
1745.3
80.77
484.62
由表1.4.3a中可以看出：
方案一能耗最小，分别为方案二、方案三的87%和91%，效率明显高于其他两种选泵方案。
综合上述因素，根据GB50265-2010中9.1.3，决定选用方案一（5台250S65），其中1台为备用泵，水泵选用重庆水泵厂生产水泵。
2.4选泵校核
在消防期间的强供水情况下，系统负荷增加，但仍然能满足水压需要。
2.5供水的可靠度
泵站采用4台250S65大型泵联合供水，并有2台250s65作为备用泵。
选泵的型号相同,并联可靠度较高,且并联工作时便于调节流量扬程大小。
大型泵具有启动迅速，自动化程度高，供水安全要求高等优点。
在二级供水运行时，两台250S65单泵工作，一级供水运行时，四台250S65多泵并联工作，消防供水启动时，五台250S65多泵并联工作，满足不同时段不同的流量需求，并且在并联工作的水泵有损坏的情况下，其他泵仍可以继续供水，提高了泵站运行调度的灵活性和供水的可靠性。
2.6电机选择及安装尺寸
参照根据所要求的最大功率、转矩和转数选用：
一般
＝1.05～1.5
，电动机的启动转矩大于水泵的启动转矩，转数与水泵的设计转数基本一致。
根据投资少、效率高、运行简便等条件，确定电动机类型：
常用三相交流异步电动机，有时用同步电动机。
所选电机为Y315M1-4，电压为380V,功率为132KW。
电机基本参数如下：
电机基本参数表
表1.4.8
水泵型号
轴功率
（KW）
电动机
型号
额定电压
（V）
功率
（KW）
转速
（r/min）
电动机重量
（Kg）
250S65
190
Y315M1-4
380
132
1450
1060
3泵站形式
3.1水泵外形参数
机组（水泵和电动机）安装在共同的基础上。
基础的作用是支撑并固定机组，使它运行平稳，不致发生剧烈振动，更不允许基础沉陷。
因此，对基础的要求是：
①坚实牢固，除能承受机组的静荷载外，还能承受机械震动荷载；
②要浇制在较坚实的地基上，不易浇制在松软地基或新填土上，以免发生基础下沉或不均匀沉陷。
卧式水泵均为块式基础，由于水泵流量较小采用底座式安装，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。
250S65型泵外形尺寸
图2.1
表2.1250S65型水泵主要外形尺寸表
外形尺寸
L
L1
L2
L3
B
B1
B2
B3
H
H1
H2
H3
n-Φd
1046.5
581
410
350
850
400
510
400
796
325
520
450
4-27
表2.2250S65型水泵法兰尺寸表
进口及吐出锥管法兰尺寸
出口法兰尺寸
DN1
D01
D1
n1-Φd1
DN2
D02
D2
n2-Φd2
250
350
390
12-23
150
240
280
8-23
250S65型泵安装尺寸图
图2.2
对于所选300TSS-90A型的水泵，其主要安装尺寸见下表。
注：
不采用原配出口椎管，采用150—300异径接管。
表2.3250S65型水泵底座尺寸表
带底座六孔安装尺寸
电动机尺寸
底座尺寸
E
H2
L
L4
h
H
L1
L2
L3
L5
b
b1
1340
865
315
1844
250
1200
600
610
760
500
600
2400
表2.4250S65型水泵法兰尺寸表
进口及吐出锥管法兰尺寸
DN3
D03
D3
n3-Φd3
150
240
285
8-23
3.2最大安装高度的计算
相关的计算公式如下：
式中
――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，
海拔高度与大气压（
）关系见表2.4；
－－实际水温下的饱和蒸汽压力，mH2O，
水温与饱和蒸汽压力（
）的关系见表3.1。
海拔高度与大气压（
）关系表
表3.1.1
海拔m
-600
0
100
200
300
400
500
600
大气压
（mH2O）
11.3
10.3
10.2
10.1
10.0
9.8
9.7
9.6
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（
）
表3.1.2
水温℃
0
5
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
饱和蒸汽压
0.06
0.09
0.12
0.24
0.43
0.75
1.25
2.02
3.17
4.82
7.14
10.33
式中
――最大安装高度（m）；
――修正后采用的允许吸上真空高度（m）；
――吸水管从喇叭口到泵进水口的水头损失（m）。
根据该水泵站的具体实际情况：
该水泵站海拔为200米，
；
夏季最高水温为30℃，所以最不利饱和蒸汽压为
；
计算得
；
即水泵厂给定的允许吸上真空高度：
；
取吸水口最不利直径250mm，计算得：
取安装高度为-1.2m。
图3.2吸水管轴标高意图（因为偏心变径头关系吸水管轴心比水泵吸水口轴心低50mm）
3.3水泵的引水方式
水泵引水有自灌式和抽吸式两种形式，真空吸水高度较低的大型水泵，自动化程度和供水安全性要求较高的泵房，水泵顶部标高可以在吸水井最低水位以下，以便自动灌水，随时启动水泵。
表3.2.1各种引水方式比较表
引水方式
适用条件
特点（优缺点）
有底阀
水下底阀
压力水管冲水
1.小型水泵（水泵吸水管直径在300mm以下）
2.压水管路内经常有水
1.水头损失较大；
2.底阀需经常清洗和修理；尤其当用于取水泵时。
易被杂草、石块等堵塞，使底阀关不严密影响灌水启动；
3.底阀在水下检修麻烦；
4.优点是引水装置简单
高架水箱灌水
1.小型水泵〔水泵吸水管直径在300mm以下）
2.压水管路内经常因停泵而泄空无水时
3.适用于吸水管较短所需注人水量不多
水上底阀
水上底阀
小型水泵（水泵吸水管径在400mm以下）
1.底阀安装于吸水管上端90°弯头处，拆装检修方便；
2.水头损失较水下底阀小
无底阀
液（气）射流泵、水射器
1.适用于小型水泵
2.有足够压力的自来水或专用水泵提供压力水
1.水头损失小；
2.优点是结构简单，占地少，安装方便.工作可靠，维护简单；
3.缺点是效率较低，并需供给大量压力水
真空泵
直接允水
适用于启动各种规模型号水泵。
尤其适合于大、中型水泵及吸水管道较长时
1.水头损失小；
2.优点是真空泵的启动迅速，效率较高；
3.缺点是要设置真空泵等设备和管路；使水泵启动、操作麻烦。
自动控制（一步化操作）较复杂
常吊真空充水
目前用于中、小型水系启动较多，大型水泵使用较少，适用于虹吸进水系统
1.水头损失小；
2.优点是长期真空吊水，使水泵启动方便迅速便于一步化自动化操作；
3.缺点是真空泵装置和真空管路复杂、真空泵自动启停频繁、初始运行抽气时间较长
自吸泵（自吸式离心泵）
适用于水泵频繁启动的场合
1.吸水管路无底阀，水头损失小；
2.启动方便，仅需灌一次水即可自行启动水泵；
3.由于采用了球阀控制的回流切换机构，使之效率已接近普通离心泵，但水泵价格较贵
经过综合比较，又已知二泵站处的地质情况是：
地面表层（约2米）为粘土，2米以下为页岩，页岩不易开挖。
不适合采用自灌式引水方式。
对于吸水管直径在300mm以内的城市供水泵站，压水管路内经常有水，结合生产实习参观经验，采用压水管引水。
此法设备简单，一般中小型水泵多被采用。
水泵水管容积为：
V=0.3×0.3÷4×π×（3.8+0.5+0.85×1.2+0.5）=0.41m³，
取充满时间为3min，引水管最低压力为67.52mH2O，流量为2.28L/s。
取金属管道最大设计流速为10m/s，则经计算管径为：
0.2mm，取最小管径15mm普通输水管，采用焊接方法接入止回阀后压水管道，并连接水泵泵壳注水孔。
3.4泵站形式
清水池的埋深、地质情况、供水要求的可靠程度，水泵的充水方法和水泵允许吸水高度等因素选择。
清水池示意图图3.4.0
3.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.4.1泵站的类型
此次设计的是级泵站（送水泵站），二级泵站吸水水位范围小，通常不超过3-4米，因此泵站埋深较浅，一般可以建成地面式或半地下式。
根据给定的清水池尺寸图，计算离心泵的安装高度为0.87m。
泵的机组埋在地下一部分，然后最低水面为-5.00m，所以此二泵站修建成半地下式泵站。
3.4.2清水池的埋深
清水池埋深为6m。
其上覆土0.5m，消防水位-4.30m,满足清水池抗浮要求，避免池顶面直晒，并符合保温要求。
3.4.3地质情况及相关施工方法
（1）二泵站半地下式。
根据地质情况：
地面表层（约2米）为粘土，2米以下为页岩。
页岩承重能力较好，粘土开挖难度与成本不高。
（2）采用柱墩式基础，墙壁用砖砌于地基梁上，根据泵站当地气候湿暖，外墙采用一砖。
（3）为防潮，墙身用防水砂浆与基础隔开。
（4）从抗震角度，泵防最好建成半地下式。
（5）在管道穿过墙壁处采用柔性穿墙套管可减少噪声的传播。
（6）从抗震角度，泵防最好建成半地下式。
（7）泵站内还应有水位指示器，当清水池中水位最高或最低时发出信号，采用与池水不接触式水位计，便于检修。
（8）泵站内外应设置灭火设施或消火拴。
4水泵机组及吸压水管路布置
4.1水泵机组布置
4.1.1水泵机组的布置原则
水泵机组的排列是泵站内布置的重要内容，它决定泵房建筑面积的大小。
机组间距以不妨碍操作和维修的需要为原则。
机组布置应保证运行安全，装卸、维修和管理方便，管道总长度最短、接头配件最小、水头损失最小，并应考虑泵站有扩建的余地。
4.1.2水泵机组的布置方式
根据《给水排水工程快速设计手册》（第一册给水工程）152~153页水泵机组各种布置方式的比较见表5.2.1。
水泵机组各种布置方式的比较
表5.2.1
布置
形式
优缺点
适用条件
平行
单排
优点：
①悬臂式水泵的吸收管可以处于顺直状态；
②布置紧凑，泵房建筑面积小；
③电动机轴抽出方便；
缺点：
①泵房跨度大；
②管道配件较多；
③水力条件较差
④用单轨起吊水泵和电动机较不方便
①单级单吸悬臂式离心泵，如IS，BJ，B，BA型泵和单级双吸离心泵，如Sh型泵均适用。
②一般适用于小泵房。
直线
单行
优点：
泵房跨度小；
②进出水管顺直，水力条件好；
③可减少水头损失和电耗
缺点：
1泵房较长；
②管道配件拆装不便
①侧向进水和侧向出水的水泵，如sh型，SA型单级双吸卧式离心泵
②中小水厂采用较广泛；
③水泵的台数不宜超过5-6台；
④吸水管阀门也可以放在泵房里
横向
双行
优点：
①布置紧凑，泵房建筑面积较小；
②管件配制简单，水力条件好
缺点：
①泵房跨度大；
②水泵倒顺转布置，订货和检修麻烦；
③泵房内较挤，检修空间小；
④常需采用桥式起重机
①适
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