本科毕业设计排水站工程设计计算说明书35页.docx
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本科毕业设计排水站工程设计计算说明书35页
本科毕业设计
排水站工程设计计算说明书
1基本资料及设计任务
1.1设计任务
于岗子排水站位于盘锦吴家总干的双台子河入口处的红旗闸，因近年来连续几次大洪水，外河洪水位高，涝区的积水不能排除，市区及农田受到严重威胁，加之辽干大堤已按省规划二十年一遇标准进行整治，其闸的高度和宽度等都不适应堤防要求，为了保证双台子区及兴隆区农田及市区排水要求，保证农业生产和城乡人民生命财产安全，兴建在汛期外河高水位能够机排的于岗子排水站。
1.2基本资料
1.2.1地区概况
a.排水控制范围及地形
排水站位于新兴农场何家坝滩地，负担盘山县、大洼县、兴隆区及市区102.45km²的排水任务，其中农田81.2km²，市区21.25km²。
在本范围内，地势平坦，自然地面高程北向南为3.4m至2.3m，高差为1.1m，自然坡降1/20000，在吴家乡至兴隆区地势较缓，坡降约为1/50000，兴隆区至大洼县农场约为1/10000。
b.气象水文
年平均气温2.3度，最冷一月份平均气温-10.4度，最热七月份平均气温24.4度，年平均降水611.6mm，雨量集中在七八月份，占全年降雨量的52%，日最大降雨量为141.2mm，一次连续最大降雨量为236.4mm，年日照为2786.6小时，无霜期大约为180天，年蒸发量为1705mm，年平均湿度66%。
由于双台子河上游来水量受双台子河闸控制，除汛期外，河道主要受海潮影响，汛期设计潮位，1986年与1981年的5～6月份实测潮位如下：
表1–1双台子河实测潮位
频率
P=5%
P=10%
86年汛期实测
81年5~6月份实测
潮位（m）
潮型
高潮
6.21
5.30
4.20
2.29
低潮
5.92
4.96
3.90
0.94
平均
6.02
5.13
4.05
1.62
c.工程地质
自地表开始，0～4m为亚粘土及轻亚粘，4～7m为梅细砂，7～9m为亚粘土，10m以下为梅细砂。
表1–2地基土壤物理力学特性
内磨擦角
凝聚力C
湿容重r
干容重r
承载力R
度
kg/cm²
t/m³
t/m³
t/m³
22
0.2
1.85
1.6
11
表1–3回填土壤物理力学特征
内磨擦角
凝聚力C
湿容重r
干容重r
浮容重
度
kg/cm²
t/m³
t/m³
t/m³
20
0
1.70
1.4
1.0
d.土壤及水文地质
土壤组成主要以盐化草甸土及硫酸盐渍田为主，其中硫酸盐渍田占全区的29.5%，盐化草甸土占13.5%。
本区地下水埋深为0m（汛期），0.7m（非汛期）。
e.冻结深度：
1.4m。
f.最大平均风速：
25.7m/s。
g.地震基本裂度：
7度区。
h.交通条件：
本站场外交通较便利，油田公路及乡路均可到达现场附近，需另修进场路2500m。
i.社会经济情况：
区内有耕地17.34万亩，其中水田17.32万亩，菜田占地0.02万亩；荒地及村镇等占地28.47万亩。
农村总人口为88318人，农业劳力18565人，分属不同的4个场乡。
j.即有工程
本区防洪排涝主要工程为吴家总干，总干首端及尾端分设进水闸与排水闸，沿岸有排灌及排灌点计11座。
总干淤积严重，据实测平均每断面淤积82立方米。
尾端排水闸年久失修，汛期外河高水位不能自排，当防洪标准提高后，该闸与大堤规模不相适应。
k.农业生产情况
区内以种植水稻为主，大部分地区土质肥沃，逐步形成稳产高产田，亩产均在800斤以上，部分地区以高达1260斤。
1.2.2排水模数和排水流量
排涝标准：
十年一遇。
查“辽宁省中部平原区排水目数表”，南部地区三日降水量190-200mm，旱田机排模数0.34-0.4m³/（s.km²）。
水田排水模数为旱田模数的70~80%，根据地区实际情况采用75%，水田排水模数取0.4×0.75=0.30m³/（s.km²）。
城市排水模数取1m³/（s.km²）。
城市降雨以120分钟计算作为降雨的最大历时时段。
按农田和城市同时排水，利用吴家总干进行部分调蓄，将各排水口流量组合到站址外，拟定排水流量为30m³/s。
1.2.3水位
a.进水池水位
最高水位：
3.20m
机排：
最高运行水位1.7m设计水位1.10m
自排：
最高水位2.12m正常水位1.328m
地下水位：
0.7m
b.外河水位
本站排水口属洪水潮水交替作用的过度段，当频率为20年一遇时，受洪水控制，最高潮水位6.5m。
10年一遇最高潮水位是5.30m，出水池水位5.60m。
外河非汛期时：
正常高潮位是2.56m，正常低潮位是0.65m。
1.2.4防洪堤
堤顶高程：
8.15m
边坡系数：
迎水坡为2.5，背水坡为3.5
1.2.5渠道
a.吴家总干站地处断面尺寸
渠底高程：
-1.00m
底宽：
49.00m
边坡：
1׃2.0
b.堤外
渠底高程：
-1.00m
底宽：
49.00m
边坡：
1׃2.0
站址处地面高程：
2.50m
1.3设计程序
1.3.1资料分析与计算
a.基本情况及建站缘由；
b.确定排水流量的确定；
c.水文气象；
d.根据内外水位分析，计算设计净扬程,最大净扬程，最小净扬程；
e.根据排水流量，排水面积，确定工程等级建筑物级别。
1.3.2机组选型
拟选几种型号水泵，进行分析比较选之，同时确定配套电动机。
1.3.3枢纽总体布置方案比较
1.3.4建筑物设计
a.泵房
b.进水建筑物
c.出水建筑物
d.水泵工作点校核及安装高程确定
e.辅助设备选择及布置
f.建筑物稳定校核
g.结构计算：
水泵梁、牛腿、电机层楼板等。
1.3.5绘制设计图纸。
2.泵站工程规划
2.1泵站枢纽布置
2.1.1站址选择
站址选在新兴农场何家坝外滩地处，双台子河堤坝外侧，吴家总干尾端，主要考虑了以下几个方面：
a.充分利用原有工程1968年修建的红旗闸，对减小工程投资很有利；
b.地质条件较好；
c.吴家总干地区农田及市区受涝严重，在此建站可以排除汛期
大量的积水；
d.交通便利，油田公路及乡公路均可到达现场附近；
e.泵站自排与机排相结合，可以改善吴家总干淤积严重的状况；
2.1.2建筑物级别确定
根据排水流量、排水面积，查《泵站设计规范》排水泵站分等指标，本泵站工程等级为Ⅲ级：
查《泵站设计规范》泵站建筑物级别划分，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。
如下两表：
表2-1排水泵站分等指标
泵站等别
泵站规模
装机流量m³/s
装机功率104kw
Ⅲ
中型
50~10
1~0.1
表2-2泵站建筑物级别划分
泵站等别
主要建筑物
次要建筑物
临时建筑物
Ⅲ
3
4
5
2.1.3枢纽布置
枢纽布置原则：
a.服从地区治理规划要求；
b.要创建良好的水流条件，引水、进水流态平稳，不能产生回流、死水区旋涡；
c.充分发挥各建筑物的最大作用；
d.各建筑物要互相协调，保证运行安全，管理方便；
e.尽量减少开挖，压占农田及原有建筑物的拆迁；
f.尽可能满足综合利用的要求，排灌结合，自流与排水结合。
2.1.4枢纽总体布置方案比较
a.布置原则：
排水站枢纽布置要充分考虑自排与机排最佳组合形式。
b.布置形式
按照自流排水建筑物和泵房的相对关系，排水泵站建筑物布置形式可分为合建和分建式。
按照泵房与围堤的相对位置，泵房建筑物布置分为堤后式和堤身式。
c.方案比较
表2–3枢纽总体布置形式比较表
布置形式
优点
缺点
分建式
有单独的前池、出水池，进水平顺，出水池易于布置
管理不便，投资大
合建式
布置紧凑、简化，管理方便，投资低
结构复杂，施工期较长
堤身式
出水流道短，泵房与出水建筑物浇筑在一起，整体性强，操作、运行管理集中
建筑标准高，工程量大，通风、采光、防潮不好
堤后式
对泵房建筑要求低，容易满足抗滑，稳定的要求，基础应力分布比较均匀，有利于施工场地布置和施工组织工作
操作、运行管理分散
d.结论
通过分析比较，本泵站决定采用合建式、堤后式的布置形式。
2.2确定水泵的特征扬程
2.2.1进水池与出水池水位分析见表2-4
表2–4进水池水位与出水池水位一览
水位
进水池
出水池
最高水位
3.2
6.5
设计水位
1.1
5.6
最低水位
1.1
2.56
2.2.2确定水泵特征扬程
由于进水池水位的不同组合产生了泵站的不同扬程，即泵站的特征扬程。
查《机电排灌设计手册》表1-9，粗估计水力损失为净扬程的15%。
a.设计净扬程H净设，是泵站进、出水池设计水位差。
H净设=▽出设—▽进设=5.6-1.1=4.5m
则：
H设=（1+15%）×4.5=5.2m
b.最高净扬程H净max，可采用进出水池水位过程线中的最
大位置。
H净max=▽出max—▽进min=6.5—1.1=5.4m
则：
Hmax=（1+15%）×5.4=6.21m
c.最低净扬程H净min，可按进出口水池水位过程线中的最
小差值。
H净min=▽出min—▽进min=2.56—1.1=1.46m
则：
Hmin=（1+15%）×1.46=1.679m
2.3确定泵站的设计排水流量
根据资料拟定泵站的设计排水流量为30m³/S。
3.机组选型
3.1原则
a.充分满足排水设计标准内各个排水季节的流量和扬程的要求。
并尽量使所选水泵在泵站设计扬程运行时的工作点，在其设计（额定）工况点附近，在泵站最高及最低扬程运行时的工作点，在其高效区范围内；
b.选用性能良好（水力特性抗气蚀性能），并与泵站Q、H变化相适应的泵型；
c.所选水泵的型号与台数便于建设、投资最少，根据经验所选台数一般3~9台为宜；
d.便于运行调度、维修和管理；
e.尽量照顾综合利用的要求。
3.2依据
主要的依据是流量和扬程两大要素.
3.3水泵选型
a.初选泵型：
考虑本泵站大流量、低扬程，初步选用轴流泵。
查《水泵样本》，初选三种泵型如表3-1：
表3–1泵型性能比较
方
案
泵型号
叶片安放角
流量Q
扬程H
m
转速n
r/min
功率N（KW）
效率η
%
叶轮直径D
Mm
m³/h
L/s
轴功率
电机型号和功率
1
1200ZLB-125
+4
19656
5.71
490
372
400kw
82.2
1000
20592
5.02
339
83.2
21852
3.92
298
78.2
2
1200ZLB-85
−4
12888
3.2
490
141.5
330kw
79.3
970
10800
6.4
214.5
87.7
7884
9.05
244.9
79.3
3
1200ZLB-100
−2
11952
3322.6
6.84
480
256
JSL-15-12
280kw（6kv）
87
1000
13460
3738.7
5.11
212.7
88
14904
4140
3.07
152.3
81.7
b.确定各泵型台数
用关系式i=Q站/Q泵确定上述各泵所需以台数。
总排水量为30m³/s（108000m³/h）及选型的3种泵的单泵流量，计算出各种型号所需水泵台数，如表3-2
表3–2泵型比较
方案
水泵型号
叶片安放角
Q单设（m³/h）
扬程（H）
台数
备注
Ⅰ
1200ZLB-125
+4º
20592
5.02
6
Ⅱ
1200ZLB-85
-4º
10800
6.40
10
Ⅲ
1200ZLB-100
-2º
13460
5.11
9
c.最优方案选定
方案Ⅰ：
1200ZLB-125型单泵流量偏大，扬程偏小，虽然所选台数适合，设计参数运行在高效区内，但和方案Ⅲ相比，偏离高效区峰值，所以该方案不宜采用。
方案Ⅱ：
1200ZLB-85型单泵流量偏小，扬程稍大，且设计参数偏离高效区峰值较远，运行效率低于方案Ⅲ，所选台数较方案Ⅲ多，会增加土建工程和机电设备的费用，所以不宜采用。
方案Ⅲ：
1200ZLB-100型泵效率明显超过前两种，再从未来的运行工况分析，1200ZLB-100型泵与泵站设计扬程靠得最近，工况应变范围可能略胜一筹，且所选台数适宜，因此本设计确定采用1200ZLB-100型9台立式轴流泵为最优方案。
3.4动力机选配
查水泵工作性能表：
配用的电动机型号为JSL-15-12，功率为280KW，电压为6000V。
3.5传动设备选型
a.原则：
尽量采用传动效率高的传动设备。
b.类型：
表3–3传动设备形式比较
类型
适用情况
优点
缺点
直接传动
当动力机和水泵的额定转速相等、转向相同，均为立式和卧式而且两轴共线时。
结构简单、占地面积小、传动平稳、安全可靠，效率高。
不便于转速调节和小型动力机的综合利用。
间接传动
当动力机与水泵转速不同，或转向不一致，或两轴不共线时。
中小型机组广泛使用的皮带传动和齿转传动属于间接传动。
皮带传动具有结构简单，成本低、皮带磨损后易拆换、工作平稳、冲击影响少等优点。
齿转传动效率高，结构紧凑占地面积小，操作安全，可靠耐久，传递功率大，传动比十分精确等很多优点。
皮带传动比不易严格控制，占地面积大，两轴均受一定的弯曲应力等。
齿轮制造工艺要求高，价格较贵。
c.确定采用直接传动（刚性联轴器）
4.泵房建筑物设计
泵房设计包括：
泵房结构类型的选定、泵房地基处理、泵房内部布置形式和各部尺寸的拟定、泵房整体稳定校核以及各部分构件的结构设计和计算等。
4.1泵房设计遵循的原则：
a.在满足设备安装、检修及安全运行的前提下，机房的尺寸和布置尽量紧凑、合理，以节约工程投资；
b.泵房在各种工作条件下应满足稳定要求，构件应满足强度和刚度要求，抗震性能良好；
c.泵房应座落在稳定的地基基础上，避开滑坡区；
d.充分满足通风、采光、散热及低噪音要求；
e.泵房水下结构部分应进行抗裂校核及防渗处理；
f.在条件许可下，应讲求建筑艺术，力求整齐美观，为此可适当提高泵房的建筑标准。
4.2建筑泵房结构类型
影响泵房结构型式的因素大致有：
所选机组及动力机类型和构造、站址地基条件（包括地质和地下水位）、水源水位的变幅、枢纽布置和施工条件等。
表4–1泵房类型比较
泵房类型
结构特点
备注
分基型
房基与机墩分开，设备的基础与泵房基础分开，地下水位低，无水下结构，适用于卧式及斜式水泵。
干室型
四周墙壁和底板形成一个干燥的不透水的地下室，适用于水源水位变幅较大的情况下。
适用于大、中型立式离心泵；
湿室型
水泵的进水池与泵房合并建筑，分为上下两层，叶轮多淹没在水中，形成一个湿室，适用于中小型的立式轴流泵和中小型立式离心泵；
块基型
水泵的进水流道与泵房的底板用钢筋砼浇成一个整体，适用于大型水泵。
分析当地的地基情况及土壤、地质等条件，湿室型泵房较为适合。
结构特点：
水泵的进水池与泵房合建共用一底板，泵房分为上下两层，上层为电机层，安装电动机及配电设备，下层为水泵层，安装水泵，叶轮淹没于水中，形成一个湿室。
结构形式；湿室型结构分为墩墙式、排架式、箱形结构式和圆筒式等。
分析：
墩墙式结构，水泵工作互不干扰，水流条件好，便于单台检修，墩墙和底板可采用浆砌石结构，可就地取材，施工简单等优点，决定采用墩墙式湿室型泵房。
4.3泵房布置
泵房的厂房一般有三个部分组成，即主厂房（主要布设主机组）；副厂房（布设电器设备）；检修间（检修机组及电器设备等）。
查标准GB/T50265—97，该泵站为中型规模。
为此，该泵站泵房布置包括主厂房、副厂房及检修间。
a.主厂房与副厂房及检修间的相对位置有一端式和一侧式。
主要根据泵站的地形、地质条件、高压线路的来向、进厂公路的位置等加以确定。
b.主机组的布置有一列式和双列式交错排列两种形式。
c.布置形式比较如表4—2：
表4–2泵房布置形式比较
布置形式
优点
缺点
一列式
布设整齐，主厂房跨度小
机组数目多时，主厂房长度过长，对泵房基础稳定不利。
双错式
可减小工程开挖量
增加了主厂房跨度，厂房内部
不整齐，运行管理不便。
一端式
可减小泵房跨度，主厂房、进出水侧可以开窗，有利于自然
通风和采光。
机组台数较多，主厂房纵向长度较长时，运行管理不便。
一侧式
缩短泵房长度，便于运行管理
主厂房出水侧无窗，影响泵房
的自然通风和采光。
经过资料分析和布置形式比较，泵房内主机组采用一列式布置，主厂房与副厂房相对位置采用一端布置，副厂房布置于主厂房的右端，检修间布置于主厂房左端。
主厂房示意图如图（4—1）：
图4—1泵房平面布置图
4.4确定泵房尺寸
泵房尺寸包括平面尺寸和立面尺寸。
根据设备的合理布置，满足设备的安全运行及泵房的稳定要求，定出泵房的跨度和长度；根据机组及其起吊设备等条件定出泵房的高度。
4.4.1泵房平面尺寸
泵房平面尺寸包括其长度和跨度。
查《机电排灌设计手册》与水泵与水泵站教材。
a.泵房长度
泵房长度L。
主机组按一列式布置，用下式计算
L=nb+（n-1）F
式中n—主机组台数，本设计为9台套；
b—湿室单独进水池宽度
据经验：
L′=（2～5）D进=（3.2～8）L′，L′取5m；
F—湿室中隔墩厚度，计划用100号砂浆砌石建造，考虑扣除检修门槽深及自身强度等因素，取0.9m。
边墩厚度，一般取1.1m。
L=9×5+8×0.9=52.2m
检修间长度确定为5m。
b.泵房跨度
根据泵房内进出管路、阀件、水泵横向长度及安装检修必须的距离而定，最小的跨度不应小于4.5m。
计算公式为：
B=D+b1+b2+b3+b4+b5
=1.25+1.5+1.0+1.5+1.0+1.5=7.75m
b5
b4
图（4—2）b3
b2
D
b1
式中：
B—泵房净宽，m；
D—电机外径，查手册（电动机部分）得1.25m；
b1—电机外壳至出水侧墙壁距离，查手册取1.5m；
b2—吊物孔边至电机外壳距离，取1.0m；
b3—吊物孔宽度，按吊运最大部件尺寸决定，查取1.5m；
b4—吊物孔边到进水侧墙壁距离，取1.0m。
b5—检修工作桥宽，取1.5m
考虑设备检修及后墙厚0.5m，要求确定B=9m。
4.4.2泵房立面尺寸
泵房立面尺寸即为泵房内各层的高程，起决定作用的是水泵的安装高程，即水泵叶轮中心线高程，其余高程可由此推算。
a.水泵安装高程：
▽安=▽min-h=1.1-1.5=-0.4m
式中：
▽min—进水池最低水位，1.1m；
h—最小淹没深度，查水泵尺寸得1.5m。
b.水泵进口高程：
▽进=▽安-0.615=-0.4-0.615=-1.015m
式中：
0.615值由水泵尺寸中查得。
c.底板高程：
▽底=▽进-h1=-1.015-0.85=-1.865m=-1.87m
式中：
h1—悬空高度，取0.85m；
d.水泵梁高程：
▽泵梁=▽进+a=-1.015+1.578=0.563m
式中：
a—水泵进口至水泵梁顶面的距离，查水泵尺寸得1.578m（0.615+0.963）;
e.电机层楼板高程：
▽楼=▽高+K=3.2+0.8=4.0m
式中：
▽高—最高内水位，查资料得3.2m
K—安全超高，一般0.5~1.0m，取0.8m；
f.吊车梁高程：
▽梁=▽楼+h3+h4+h5+h6+h7
=4.0+2.445+0.6+2.245+1.2+1.1=11.50m
式中：
h3——电机高度与垫块高度之和2.245+0.2=2.445m；
h4——机组顶部与起吊部件底部的距离，取0.6m；
h5——机组最大部件高度，查手册得2.245m；
h6—起重绳垂直长度，取1.2倍的电机宽度得1.2m；
h7—电动葫芦最小高度，查得1.1。
g.屋顶高程：
▽顶=▽梁+h8=11.50+0.5=12.00m
式中：
h8—电动葫芦的活动空间，取0.5m。
h6
h811.50
h7
h5
h4
h34.0
3.2
h1
图4—3泵房立面尺寸示意图
4.5确定泵房附属措施
4.5.1起重设备
由于此泵站为中型，机组较大，因此考虑采用电动葫芦式起重设备，同时分析其最大部件的重量，5吨的起重设备能够满足要求，查《水泵站设计示例》表10-92得，采用MD1型5t电动葫芦，其主要技术参数如下表：
表4—3
起重量
起升高度
主要尺寸（mm）
最大轮压
重量
T
m
L
L
L1
L2
B
Hmin
Kg
Kg
5
6
1023
415
205
105
1020
1100
2070
440
4.5.2副厂房
其尺寸主要决定于配电柜的数目及规格尺寸，并满足必要的操作维修空间。
根据电动机的额定电压，设置高压配电柜，查《机电排灌设计手册》配电装置部分，型号定为GG—1A（F），其外形尺寸为1.218m×1.2m×3.1m。
配电柜需要双面维修，故两面均不靠墙，柜后通道为0.8m，柜前留有1.5m的空间。
配电柜均为每台机组一个，再另设两个总配电柜，共计11个，总长为10.508m，其地板高程与电机层楼板高程相同。
0.8m
1.5m
08m1.2m1.5m1.2m0.8m1.6m1.218m×6=7.308m1.6m
配电闸立面示意图配电闸平面示意图
图（4—4）
4.5.3维修间
检修间布置于泵房的左端，紧靠进厂公路，其尺寸见前面泵房平面布置及站面尺寸。
4.5.4电缆布置
电缆线由配电间穿墙进入电机层，放置于电缆管道中，电缆管道明设于地面上，并紧靠电动机进线盒一侧。
4.6辅助设备构造及各细部尺寸
a.湿室底板：
采用C20钢筋砼实心现浇板，其尺寸根据泵房平面尺寸确定，长边为54.4m，宽边为7+1.1=8.1m，厚度为0.8m，四周设齿坎。
b.边墩：
采用M10砂浆砌石建造，宽110cm；
c.隔墩：
采用M10砂浆砌石建造，墩厚90cm；
d.电机梁：
采用C20钢筋砼预制件，断面为矩形截面25cm×40cm；
e.水泵梁采用C20钢筋砼预制件，断面与电机梁相同；
f.电机层楼板：
采用C15钢筋砼预制件，厚度为20cm；
g.吊车梁：
采用T型吊车梁。
h.楼梯：
根据实际情况，采用简易吊梯2个，其长度为3.9+1.842-0.5=5.242m
i.门窗：
表4—4门窗编号及其尺寸表
编号
个数
宽（m）
高（m）
面积（m²）
备注
M-1
1
1.5
2.4
3.6
配电间防火门
M-2
1
1.2
2.0
2.4
配电间便门
M-3
1
3.7
4.2
15.54
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