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泵与泵站课程设计计算说明书

水泵及水泵站课程设计

题目四川省某城镇自来水厂的取水泵站工艺设计

学院建筑与环境学院

专业给排水工程

学生姓名　呙晓欧

学号1043052072年级2010级

指导教师　王庆国

二Ο一四年六月二十六日

一、课程设计任务书

1.1设计任务及要求

设计题目：

四川省某城镇自来水厂的取水泵站工艺设计

该城镇规划近期为2020年，远期为2030年。

取水泵站设计要求近远期结合，泵房土建部分按远期设计，设备只安装近期要求的设备。

1.2设计资料

1.2.1城镇规划资料

①设计用水量资料

该城镇近期设计水量为6000+72×100=13200（m³/d），远期设计水量为近期的1.4倍。

②城镇消防供水要求

根据防火规范要求，该城镇同时发生火灾次数为两次，每次消防用水量为45L/s，火灾延续时间按2小时计。

消防储水使用后要求24小时内补满。

③供水安全性要求

要求连续供水，事故时输水管供水量不低于正常供水时流量的75%。

1.2.2泵站设计资料

①水文、地质资料

在拟建一级泵站河段处百年一遇洪水位为590.60m，常水位为585.20m，97%保证率的枯水位为582.50m。

97%保证率的枯水流量为31.5m³/s。

河流断面见附图1。

河流水质符合《生活饮用水水源水质标准》。

在拟建一级泵站的河流断面及净水厂的空地布置有钻孔。

由地质柱状图可看出，表层有2m厚的砂粘土覆盖层，以下是中密卵石层或砂岩，适合工程建设。

②地形资料

拟建一级泵站处的地形见附图2。

水厂配水井设计水位标高为600.3m。

③气象资料

年平均气温15.8℃，最高气温39.5℃，最低气温－5.6℃，最大冻土深度0.30m。

河流冬季无结冰现象，夏季最高水温为26℃。

河流主导风向，夏季为东南风，冬季为西北风。

1.3主要设计步骤

1.设计概述、设计范围、设计资料。

2.选泵、配电机方案。

3.布置机组和管道、机组基础的设计、吸水管和压水管的设计。

4.泵房平面及高程设计。

5.其它辅助建筑物或构件的设计。

二、设计流量的确定和设计扬程估算

2.1设计流量Q

为了减小取水构筑物、输水管道各净水构筑物的尺寸，节约基建投资，在这种情况下，本设计考虑一级泵站中的泵昼夜不均匀工作。

因此，泵站的设计流量应为：

式中Qr——一级泵站中水泵所供给的流量（m3/h）；

Qd——供水对象最高日用水量（m3/d）；

α——为计及输水管漏损和净水构筑物自身用水而加的系数，一般取α=1.05-1.10；

T——为一级泵站在一昼夜内工作小时数。

考虑到输水干管漏损和水厂本身用水，取自用水系数α=1.1，则

近期设计流量为Q=1.1×13200÷24=605m³/h=0.1681m³/s

远期设计流量为Q’=1.1×1.4×18480÷24=847m³/h=0.2353m³/s

2.2设计扬程H

①总体布置

选择站址、绘制取水泵站枢纽布置图。

根据课程设计资料附图2，从河岸到净水厂的距离为60×5000÷1000（m）=300m。

在本设计中，从取水头部到泵房吸水间的长度为25m，泵站的长度为22m，则输水干管的长度为300-25-22m=253m。

②输水干管中的水头损失Σh

查给水工程界限流量表，本设计中使用两条500mm钢管并联作为原水输水干管，当一条输水管检修时，另一条输水管应通过75%的设计流量（按远期考虑），即：

Q=0.75×0.2353m³/s=0.1765m³/s，管内流速v=Q÷A=0.8989m/s,查《给水排水设计手册》得1000i=3，i=0.003。

Σh=1.1×0.003×253=0.84m（式中1.1系包括局部损失而加大的系数）。

③泵所需静扬程HST

在最不利情况下，从取水头部到泵房吸水间的全部水头损失为0.003×25m=0.08m。

则吸水间中最高水面标高为590.60—0.08=590.52m，最低水面标高为582.50—0.08=582.42m，所以泵所需静扬程HST为：

洪水位时，HST=600.3—590.52=9.78m

枯水位时，HST=600.3—582.42=17.88m

④泵站内管路中的水头损失hp

粗估为2m，并考虑安全水头2m。

则泵设计扬程为：

枯水位时，Hmax=0.84+17.88+2+2=22.72m

洪水位时，Hmin=0.84+9.78+2+2=14.62m

三、初选泵和电机

3.1选泵

近期选用三台凯泉第四代KQW系列单级卧式离心泵，型号为KQW200/285-37/4。

近期三台泵，两台工作，一台备用。

远期增加一台同型号泵，三台工作，一台备用。

在凯泉网站上查到该型号泵的参数如下。

参数表

尺寸表

特性曲线

注：

图中有三种型号的泵的特性曲线。

我们需要的是标有200/285-37/4的特性曲线。

3.2选电机

查《给水排水设计手册》，根据KQW200/285-37/4型泵的要求选用电动机。

①根据所要求的最大功率，转矩和转数选用电动机。

②根据电动机功率大小，参考外电网的电压决定电动机的电压。

③根据工作环境和条件决定电动机的外形和结构形式。

根据投资少，效率高，运行简单等条件，来确定所选电动机类型。

该泵对电动机的要求：

本设计选用Y225S-4型三相鼠笼式异步电动机。

Y225S-437KW三相异步电动机是一般用途低压三相鼠笼型异步电动机基本系列。

该系列可以满足国内外一般用途的需要，机座范围80-315，是全国统一设计的新系列产品。

Y系列电动机具有高效、节能、性能好、振动小、噪音低、寿命厂、可靠性高、维护方便、转动转矩大等优点。

安装尺寸和功率等级完全符合IEC标准，采用B级绝缘，外壳防护等级为IP44，冷却方式为IC411。

Y系列电动机，额定电压为380V，额定频率为50HZ，绝缘等级为B级、防护等级为IP44。

3KW以下为“Y”接法，4KW以上为“△”接法。

Y225S-437KW电机应用于一般无特殊要求的机械设备，如农业机械、食品机械、风机、水泵、机床、搅拌机、空气压缩机等。

电机详情

产品类别

三相异步电动机

品牌

恒富

型号

Y225S-4

极数

4极

额定功率

37KW

产品认证

CCC

应用范围

机械设备

额定电压（V）

380

额定转速（rpm）

1500

参数见下表。

四、机组基础尺寸的确定

KQW200/285-37/4型泵的安装尺寸厂家已给出。

查《给水排水设计手册》第11册常用设备，查Y225S-4型三相鼠笼式异步电动机的安装尺寸。

在本设计中，取

基础长度L=（底座长度+0.20）m=770+200=970mm

基础宽度B=底座螺孔间距（在宽度方向上）+0.20m=560+200=760mm

机组总重量W=560+465=1025kg=10045N。

基础深度按下式计算：

H=3.0W/（L×B×γ）

式中L=0.97m；B=0.76m；γ=23520N/m³（混凝土基础）

故H=1.74m

设泵房底板为1m，则基础实际深度连同泵房底板在内，为1.74+1=2.74m。

五、吸水管路与压水管路计算

为了保证泵有良好的吸水条件，减少临近机组的干扰，提高取水的安全性，每台泵都布置有各自单独的吸水管和压水管。

为了保证泵吸压水管路有良好的水力条件，且使水流不在管内发生淤积或冲刷，《室外给水设计规范》要求吸压水管路有不同的流速范围如下表：

由于近期期工作泵的台数为两用一备，则吸、压水管布置3条，其中一条备用，则每条水管的流量Q=168.1÷2=84.05L/s。

输水管路平行敷设两条管道以提高供水安全性，则输水管每条管的流量Q=168.1÷2=84.05L/s。

5.1吸水管路的设计

根据各条管的流量采用84.05L/s，根据水力计算表，采用DN275的钢管，其流速v=1.38m/s，1000i=10.8m，满足表中吸水管流速要求。

吸水管路的设计参数：

a.设计中通常取吸水管喇叭口（或底阀）扩大部分的直径D为吸水管直径的1.3～1.5倍，根据吸水管直径为DN275可知D取为350mm，则本设计中吸水管进口高于井底不小于0.8D，即取250mm；

b.吸水管喇叭口边缘距离井壁不小于（0.75～1.0）D，取为250mm；

c.在同一井中安装有几根吸水管时，吸水喇叭之间的距离不小于（1.5～2.0）D，取为550mm；

d.本设计采用的是自灌式吸水，则为了减少吸水管进口处的水头损失，吸水管进口通常采用喇叭口形式，不设滤网；

e.吸水管进口，即喇叭口在最低水位下的淹没深度不小于0.5～1.0m，本设计取1.0m。

5.2压水管路的设计

根据各条管的流量采用84.05L/s，根据水力计算表，采用DN225的钢管，其流速v=2.13m/s，1000i=34.0m，满足表中压水管流速要求。

5.3吸压水管路的敷设

⑴敷设平行时，管道外壁相距0.5m，以便维修人员能够无阻地拆装接头和配件；

⑵管路上必须设置供放空管路用的放水口；

⑶管道应敷设在地沟、地下室或地板上；

六、机组与管道布置

6.1布置原则

①布置尽量紧凑，充分利用建筑面积。

②为保证安全供水，输水干管通常设置两条。

③能使任何一台泵及闸阀停用检修而不影响其他泵的工作。

④每台泵能输水至任何一条输水管。

⑤管路及其附件的布置和敷设应当保证使用和修理上的便利。

⑥管理方便。

6.2本设计分析

①将四台机组交错并列布置橙两排，两台为正常转向，两台为反常转向，在订货时应予以说明。

②每台泵有单独的吸水管、压水管引出泵房后两两连接起来。

③每台泵能输水至任何一条输水管。

④泵出水管上设有液控蝶阀和手动蝶阀，吸水管上设手动闸板闸阀和手动蝶阀。

⑤为了减少泵房建筑面积，闸阀切换井设在泵房外面。

⑥附图取水泵站剖面图和取水泵站平面图。

七、吸水管路和压水管路中水头损失的计算

取最不利线路为计算线路。

吸水管中水头损失Σhs

Σhs=Σhfs+Σhls

Σhfs=0.0108×1.255=0.014m

Σhls=（ζ1+ζ2）V22/（2g）+ζ3V12/（2g）

　　　ζ1——吸水管进口局部阻力系数，本设计取0.75；

　　　ζ2——闸阀局部阻力系数，本设计取0.15；

　　　ζ3——偏心减缩管的阻力系数，本设计取0.2；

则Σhls=（0.75+0.15）×1.382÷2g+0.20×2.72÷2g=0.162m

故Σhs=Σhfs+Σhls=0.014+0.162m=0.176m

压水管路水头损失∑hd:

　　　　　　∑hd=∑hfd+∑hld、

1、压水管路沿程水头损失:

∑hfd=il=0.06m

2、局部水头损失:

　　　　∑hld=（ζ1+ζ2+ζ3+ζ4+ζ5）V12/2g+（ζ6+ζ7）·V22/2g

式中ζ1——止回阀局部阻力系数

ζ2——手动闸阀局部阻力系数

ζ3——压水管上的电动闸阀局部阻力系数

ζ4——同心渐扩管局部阻力系数

ζ5——连接三通的同心渐扩管局部阻力系数

ζ6——出水管上的电动机闸阀局部阻力系数

ζ7——三通局部阻力系数

V1——压水管的流速

V2——压水管并流后的流速

计算得：

∑hld=1.29m　　　　

所以压水管路总水头损失为∑hd=∑hfd+∑hld=0.06+1.29=1.35m

则泵站内水头损失:

　　　　　　　　∑h=∑hs+∑hd=0.176m+1.35m=1.53m

枯水位时，Hmax=0.84+17.88+1.53+2=22.25m

洪水位时，Hmin=0.84+9.78+1.53+2=14.15m

符合要求。

八、泵安装高度的确定和泵房筒体高度计算

　　为了便于用沉井法施工，将泵房机器间底板放在与吸水间底板同一高度，因而泵为自灌式工作，所以泵的安装高度小于起允许吸上真空高度，无需计算。

本设计中，吸水间最低动水位标高为581.5m，为保证吸水管的正常吸水，吸取水管的中心标高为579.8,吸水管上缘的淹没深度为581.5m-579.8-0.275/2=1.56m。

本设计中，吸水管下缘距吸水间底板0.7m，则吸水间底板标高为579.8-（0.275/2+0.7）=578.96m。

洪水位标高为590.60m，考虑一米的浪高，并且考虑到0.1m的安全高度，则操作平台标高为590.60+1+0.1=591.70m。

故泵房筒体高度为：

H=591.7-578.96=12.74m

九、附属设备的选择

9.1起重设备

最大起重量为KQW200/285-37/4型泵的重量Wp=560kg,最大起重高度为12.74+2=14.74m（其中2.0是考虑操作平台上汽车的高度）。

为此，选用吊梁。

9.2引水设备

泵系自灌式工作，不需引水设备。

9.3排水设备

由于泵房较深，本设计中采用电动泵排水。

沿泵房内壁设置排水沟，将水汇集到集水坑内，然后用泵抽回到吸水间去。

选用两台离心泵，一台工作，一台备用。

9.4通风设备

由于与泵配套的电机为水冷式，无需专用通风设备进行空-空冷却，但是由于泵房筒体较深，仍选用风机进行换气通风。

9.5计量设备

在净化厂的送水泵站内安装电磁流量计统一计量，故本泵站内不再设计量设备。

十、泵房建筑高度的确定

泵房筒体高度已知为12.74m，操作平台以上的建筑高度，考虑起重设备以及起吊高度，电梯井机房的高度，采光及通风的高度，本设计中，吊车梁底板到操作平台楼板的距离为采用8.00m，从平台楼板到房顶底板净高采用10.00m。

十一、设计体会

为期一周的课程设计终于做完了，感谢王老师的悉心指导！

起初不免有些手忙脚乱，无从下手但是后来逐步走上了轨道。

通过十多天课程设计，从以前对泵与泵站这门课的懵懂和一知半解，加之对各种资料的研究分析、各种因素的综合考虑，渐渐于脑中形成清晰的轮廓；且所搜集资料中有不少为学长们的毕业设计，我们更能从于自身的对比中看见差距，认真反思。

总之，课设虽然比较难，有些棘手，但是通过我们的配合、感悟及老师的答疑，每个人对这门课的了解和掌握都上升了一个高度。

做课程设计过程中最大的感想是我们自己的知识储备还很不够，很多知识点都要现查书，或是在网上搜。

在做课设的过程中，我们学到了很多课上没有接触到的东西，受益良多。

这让我们明白，书本是死的，而应用是活的。

一些专业人才是把知识学透，学精了。

这次的课程设计也让我们深刻体会到了作为一个工科生所应有的素质：

耐心、严谨。

它不仅给了我们自主学习的机会，也给我们与他人合作的机会。

为我们将来走入社会学会与他人合作创造了条件。

由于缺乏实际工程经验，加之设计者水平有限，设计中不妥之处在所在所难免，请各位老师给予批评指正。

十二、参考资料

1.《2012泵与泵站课程设计任务书》；

2.《室外排水设计规范》（GB50014-2006）中国计划出版社；

3.《给排水设计手册》（第二版），中国市政工程西南设计研究院主编，中国建筑工业出版社，2000年；

4.《泵站设计规范》GB/T50265-97；

5.凯泉水泵网站