泵与泵站课程设计.docx
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泵与泵站课程设计
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
学生姓名 蒋耀东
专 业给排水
学 号
年 级2011级
指导教师郭洪光
二Ο一四年1月
第一章设计任务及设计资料
1.1设计资料……………………………………………………3
1.2设计任务……………………………………………………3
第二章设计计算
2.1取水泵站枢纽布置…………………………………………4
2.2设计流量的确定和设计扬程估算…………………………4
2.3初选泵和电机………………………………………………5
2.4机组基础尺寸的确定………………………………………7
2.5吸水管路和压水管路计算…………………………………8
2.6机组和管道布置……………………………………………8
2.7吸水管路和压水管路中水头损失的计算…………………9
2.8消防校核……………………………………………………10
2.9泵安装高度的确定和泵房筒体高度计算…………………11
2.10附属设备的选择……………………………………………11
2.11泵房建筑高度的确定………………………………………13
2.12泵房平面尺寸的确定………………………………………14
2.13附图及参考资料……………………………………………14
第三章结束语
第一章设计任务及设计资料
1.1设计资料
1.1.1城镇规划资料
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）设计用水量资料
该城镇近期设计水量为6400m3/d，远期设计水量为近期的1.4倍为8960
m3/d。
（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%。
1.1.2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585.55m，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。
1.2设计任务
1.2.1主要设计步骤
（1）确定给水泵站的设计流量，初步确定水泵扬程；
（2）初选水泵和电动机，包括水泵型号，工作和备用泵台数；
（3）水泵机组和吸压水管路的布置和设计计算；
（4）进行泵站的平面布置；
（5）终选水泵，并对工作工况进行分析；
（6）决定起重设备的型号，确定泵房的建筑高度；
（7）选择真空泵，排水泵等附属设备；
（8）整理说明书，汇总泵站的设备及管件表；
（9）绘制泵站平剖面图，并列出主要设备表及材料表。
1.2.2设计成果
对水泵进行合理选型，对水泵站的主要工艺尺寸进行设计计算，确定水泵站的平面布置和高程布置，完成设计计算说明书和设计图纸。
设计深度为初步设计的深度。
提交的设计成果主要包括：
（1）泵站平面及剖面图（比例1:
100~200）、水泵基础详图（比例1:
20~50）、设计说明、主要设备及材料表（注明规格及主要性能参数）。
图纸采用标准2#图或1#图。
工艺图上应表示出构筑物工艺设计尺寸、布置形式、主要设备及主要工艺管道、附件的相对位置、标高等，注明管径。
（2）、设计计算说明书一份。
设计说明书包括以下内容：
概述设计任务，资料分析，设计所依据的规范和标准。
机电设备选择的依据和计算。
泵站各建筑物的型式、结构选择的依据、计算结果及其草图。
泵房尺寸拟定的依据和设备布置的说明。
验证机组选择的合理性，并说明其在使用中应注意的问题。
必要的附图、附表、参考文献。
包括枢纽平面布置草图，以及取水头部
或水池吸水井设计草图等。
结束语。
包括对泵站设计的评价、收获和存在的问题等。
第二章设计计算
2.1取水泵站枢纽布置
取水点水源岸边较陡，主流靠近岸边，岸边常年水深较大，在枯水期也能满足取水的水深要求，水质和地质条件都较好；常年水位为585.55m，洪水位为590.60m，枯水位为582.50m，最大水位变化为8.10m，可见水位变化不大。
综合上述因素，本设计选用合建式岸边取水构筑物。
合建式的主要优点是布置紧凑，占地面积小，水泵吸水管路短，运行管理方便，利于自动控制。
本设计的泵站枢纽布置图见最后页的附图。
2.2设计流量的确定和设计扬程估算
2.2.1设计流量Q
考虑到输水干管漏损和净化厂本身用水，取自用水系数α=1.05，则
近期设计流量Q=1.05×6400÷24=280m3/h=77.8L/s
远期设计流量Q=1.05×8960÷24=392m3/h=108.9L/s
2.2.2设计扬程H
（1）泵所需静扬程HST
由于本设计采用合建式岸边取水构筑物，进水方式为自灌式，所以取水至泵房的水头损失为0m。
由地形资料知，水厂配水井设计水位标高为600.3m，所以泵站所需净扬程HST为：
洪水位时：
HST=600.30m-590.60m=9.70m
常水位时：
HST=600.30m-585.55m=14.75m
枯水位时：
HST=600.30m-582.50m=17.80m
（2）输水干管中的水头损失∑h
设采用两条DN275钢管并联作为原水输水干管。
当两条输水管正常工作时（按近期考虑），每根输水管通过的流量Q=77.8÷2=38.9L/s，查水力计算表得管内流速v=0.64m/s，i=0.00256，所以∑h=1.1×i×L=1.1×0.00256×300=0.84
m（式中1.1是包括局部损失而加大的系数；L为原水输水管的长度，为300m）；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=0.75×108.9L/s=81.7L/s，查水力计算表得管内流速v=1.34m/s，i=0.01023，所以∑h=1.1×i×L=1.1×300×0.01023=3.38m。
（3）泵站内管路中的水头损失hp
粗估为2m。
则近期正常工作扬程：
洪水位时：
Hmin=9.7+0.84+2+2=14.54m
常水位时：
H=14.75+0.84+2+2=19.59m
枯水位时：
Hmax=17.80+0.84+2+2=22.64m
远期事故时工作扬程：
洪水位时：
Hmin=9.7+3.38+2+2=17.08m
常水位时：
H=14.75+3.38+2+2=22.13m
枯水位时：
Hmax=17.80+3.38+2+2=25.18m
2.3初选泵和电机
2.3.1选泵方案
根据用水量及扬程的要求，初步拟定以下两种备选方案。
方案Ⅰ：
近期设计选用三台型号为KQW125/150-18.5/2的卧式单级单吸离心泵（Q=25~50L/s，H=24.5~31.5m，N=18.5kW，Hs=4m），两用一备；远期增加一台同型号泵，三用一备。
方案Ⅱ：
近期设计选用三台型号为KQW150/285-18.5/4的卧式单级单吸离心泵（Q=33.6~57.8L/s，H=20.7~25.8m，N=18.5kW，Hs=3.5m），两用一备；远期增加一台同型号泵，三用一备。
2.3.2方案比较
KQW125/150-18.5/2卧式单级单吸离心泵的特性曲线以及相应的参数表如下：
可见，该泵在扬程方面满足要求，且高效段为33~52L/s。
下面再看KQW150/
285-18.5/4卧式单级单吸离心泵的特性曲线及参数表，如下图：
可见，该泵扬程勉强满足要求，而且高效段为43~66L/s，而水泵实际工作时的工况点并不能落在工况点上，造成水泵工作效率低，不仅造成电力上的浪费，同时也影响水泵的使用寿命。
综上分析，将方案Ⅰ作为最终的初选水泵方案。
根据KQW125/150-18.5/2卧式单级单吸离心泵的要求选用Y200L1-6型电动机。
2.4机组基础尺寸的确定
查KQW125/150-18.5/2卧式单级单吸离心泵的尺寸图与尺寸表可知，底座长度为630mm，宽度为320mm，底座地脚钉的长度为272mm。
底座螺孔间距（宽度方向）530mm，底座螺孔间距（宽度方向）320mm。
基础长度L=底座长度+（150mm~200mm）=630mm+170mm=800mm
基础宽度B=底座螺孔间距（宽度方向）+（150mm~200mm）=320mm+180mm=500mm
基础高度H=底座地脚钉的长度+（150mm~200mm）=272mm+178mm=450mm
计算出KQW125/150-18.5/2型泵机组基础平面尺寸为800mm×500mm，泵、电机和底座总质量m=330kg。
基础深度H按下式计算校核：
H=
=1.2m
式中L——基础长度，L=0.8m；
B——基础宽度，B=0.5m；
——基础所用材料的容重，本设计采用混泥土基础，
=23520N/m3
基础的平、剖面图如下：
2.5吸水管路和压水管路计算
每台泵都有单独的吸水管与压水管，由于设备只安装近期要求的设备，所以吸水管、压水管管径根据近期设计水量确定。
2.5.1吸水管
已知Q=280÷2=140m3/h=38.9L/s
采用DN200的钢管，则v=1.27m/s，i=0.01402。
2.5.2压水管
采用DN175的钢管，则v=1.66m/s，i=0.02867。
2.6机组和管道布置
为了布置紧凑，充分利用建筑面积，将四台机组交错并列布置成两排，两台为正常转向，两台为反常转向，在订货时给予说明。
每台泵有单独的吸水管、压水管引出泵房后两两连接起来。
泵出水管上设有液控蝶阀和手控蝶阀，吸水管上设手动闸板闸阀。
为了减少泵房建筑面积，闸阀切换井设在泵房外面，两条DN275的输水干管用DN275蝶阀连接起来，每条输水管上各设切换用的蝶阀一个。
2.7吸水管路和压水管路中水头损失的计算
取一条最不利路线，从吸水口到输水干管上切换闸阀止为计算路线图，如下：
2.7.1吸水管路中水头损失∑hS
∑hS=∑hfs+∑hls
式中∑hfs——沿程水头损失
∑hls——局部水头损失
∑hfs=l1·is=2.822×0.01402=0.0396m
∑hls=∑§i
=（§1+§2+§4+§5）
=（0.1+0.78+0.15+0.18）×1.272÷（2×9.8）=0.0996m
式中§1——喇叭口式吸水管进口局部阻力系数，§1=0.1
§2——DN200钢制焊接弯头90°，§2=0.78
§4——DN200手动蝶阀，§4=0.15
§5——DN200×125偏心异径管，§5=0.18
故∑hS=∑hfs+∑hls=0.0396+0.0996=0.1392m
2.7.2压水管路水头损失∑hd
∑hd=∑hfd+∑hld
式中∑hfd——沿程水头损失
∑hld——局部水头损失
∑hfd=0.02867×（0.255m+0.255m+0.540m+4.950m+9.510m+4.780m+0.410m+
0.500m）=0.02867×21.2m=0.6078m
∑hld=∑§i
=（§7+§8+§9+§8+§8+§12+§13+§8+§8+§17+§19+§20+§19+§20）×
=（0.26+0.87+0.15+0.87+0.87+0.21+0.15+0.87+0.87+0.05+1.5+0.15
+1.5+0.15）×1.662÷（2×9.8）=1.0685m
§7——DN125×175缩放异径管，§7=0.26
§8——DN175钢制焊接弯头90°，§8=0.87
§9——DN175手动蝶阀，§9=0.15
§12——DN175伸缩接头，§12=0.21
§13——DN175电动蝶阀，§13=0.15
§17——DN175×275渐放异径管，§17=0.05
§19——DN275钢制正三通，§19=1.5
§20——DN275电动蝶阀，§20=0.15
故∑hd=∑hfd+∑hld=0.6078+1.0685=1.6763m
2.7.3泵实际扬程
从泵吸水口到输水干管上切换闸阀间的全部水头损失为：
∑h=∑hs+∑hd=0.1392+1.6763=1.8155m
因此，泵的实际扬程为：
近期正常工作扬程：
洪水位时：
Hmin=9.7+0.84+2+1.8155=14.36m
常水位时：
H=14.75+0.84+2+1.8155=19.41m
枯水位时：
Hmax=17.80+0.84+2+1.8155=22.46m
远期事故时工作扬程：
洪水位时：
Hmin=9.7+3.38+2+1.8155=16.90m
常水位时：
H=14.75+3.38+2+1.8155=21.95m
枯水位时：
Hmax=17.80+3.38+2+1.8155=25.00m
由此可见，初选的泵机组符合要求。
2.8消防校核
2.8.1消防流量计算
由设计资料知，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。
所以设计的消防用水为2×45L/s=90L/s=324m3/h。
消防时，一级泵站不仅要向清水池中输送生活生产用水，还要在规定的时间内补充必要的消防贮备用水，此时开启备用泵以加强泵站的工作。
因此，备用泵的流量：
={2×1.05×（324+400）-2×280}÷24
=40m3/h
式中α——设计净水构筑物本身用水系数，取1.05；
Qr——一级泵站正常运行时的流量，为280m3/h；
Q´——最高用水时连续最大两小时平均用水量，为400m3/h；
Qf——设计的消防用水，为324m3/h；
tf——补充消防用水时间，取24h。
每根原水输水管道流量：
Q1=（Qr+Q）/2=（280+40）÷2=160m3/h=44.4L/s
2.8.2扬程校核
由于原水输水管采用DN275钢管，查表得，管内流速v=0.73m/s，i=0.00326。
∑h=1.1×i×L=1.1×0.00326×300=1.076m
最不利情况——枯水位时水泵所需扬程：
Hmax=17.80+1.076+2+1.8155=22.69m
结合KQW125/150-18.5/2卧式单级单吸离心泵的特性曲线可以看出，消防校核满足扬程要求。
2.9泵安装高度的确定和泵房筒体高度计算
2.9.1泵安装高度的确定
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标高，因而泵为自灌式工作，所以泵的安装高度小于其允许吸上真空高度，无需计算。
2.9.2泵房筒体高度的计算
已知吸水间最低动水位标高为582.50m，为保证吸水管的正常吸水，取吸水管的中心标高为581.30m（吸水管上缘的淹没深度为582.50-581.30-（D/2）=1.1m）。
由于采用顺水流式喇叭管取水头部，考虑喇叭口下缘与吸水管下缘的垂直距离为0.7m，取喇叭管下缘距吸水间底板0.33m，则吸水间底板标高为581.30-（D/2+0.7+0.33）=580.17m。
洪水位标高为590.60m，考虑1.4m的浪高，则操作平台标高为590.60+1.4=592.00m。
故泵房总体高度为：
H=592.00-580.17=11.83m
计算至此，便能绘制出该设计2.1中的枢纽布置图，详见14页附图。
2.10附属设备的选择
2.10.1起重设备
最大起重量为KQW125/150-18.5/2卧式单级单吸离心泵以及Y200L1-6型电动机的总重量为330kg；最大起吊为高度为11.83+2.0=13.83m（其中2.0是考虑操作平台上汽车的高度）。
由于，最大起重重量过小，可以适当增大起重量，便于起动机的选择。
综合考虑，选取DL型电动单梁桥式起动机，其具体性能参数详见下表：
型号
起重量（T）
起重机运行机构
电动葫芦
运行速度（m/mim）
电动机
型号
起升高度（m）
起升速度（m）
运行速度（m/min）
型号
功率（kw）
转速（r/min）
DL
1
75
ZDR12-4
2×1.5
1380
CD1
18
8/0.8
30
工作类型
电源
车轮直径（mm）
轨道面宽（mm）
跨度LK（m）
最大轮压（T）
总重（T）
（JC=25%）中级
380v
50HZ
270
37~70
19.5
1.45~1.74
3.00~3.04
2.10.2引水设备
泵系自灌式工作，不需引水设备。
2.10.3排水设备
由于泵房较深，故采用电动泵排水。
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。
取水泵房的排水量一般按20m3/h考虑，排水泵的静扬程按10m计，水头损失大约4m，故总扬程在10+4=14m左右，可选用50WQ/C242-1.5小型潜水排污泵，主要参数见下表：
2.10.4通风设备
由于与泵配套的电动机为水冷式，无需专用通风设备进行空——空冷却，但由于泵房筒体较深，仍选用风机进行换气通风。
选用两台T35-11型轴流风机（叶轮直径700mm，转速960r/min,叶片角度15°，风量10127m3/h，风压90Pa，配套电机YSF-8026，N=0.37kW）。
2.10.5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。
2.11泵房建筑高度的确定
本设计采用地下式圆形泵房，泵房筒体高度已知为11.83m，泵房高度计算简图如下：
图中a——单轨吊车梁的高度，500mm；
b——滑车高度，600mm；
c——起重葫芦在钢丝绕紧状态下的长度，800mm；
d——起重绳的垂直长度，0.85×355=302mm；
e——最大一台水泵或电动机高度，562mm；
f——吊起物底部和最高一台机组顶部的距离（一般不小于0.5m）；
g——最高一台水泵或电动机顶至室内地坪的高度，562+450=1012mm
泵房高度：
H=H1+H2
式中H2——泵房地下部分高度，m
H1——泵房地上部分高度，m
H2=592.00m-580.17m=11.83m
H1=a+b+c+d+e+h=0.5+0.6+0.8+0.302+0.562+0.436=3.2m
式中h——吊起物底部与泵房进口处室内地坪或平台的距离（一般不小于0.3~0.5m），取0.436m
H=H1+H2=3.2+11.83=15.03m
综合考虑，设定泵房的设计高度为15.03m。
2.12泵房平面尺寸的确定
根据泵机组、吸水和压水管路的布置条件以及排水泵机组和通风机等附属设施的设置情况，从给排水设计手册中查出有关设备和管道配件的尺寸，通过计算，综合考虑将取水泵房的地下部分设计为直径为16m的圆形泵房，地上部分直径为20m。
泵房平面尺寸具体参见水泵站工艺设计1#图。
2.13参考资料及附图
2.13.1附图
本设计2.1中枢纽布置图如下
2.13.2参考资料
（1）泵与泵站（第五版），姜乃昌主编，中国建筑工业出版社，2007年12月；
（2）水泵及水泵站,张景成，张立秋 主编,哈尔滨工业大学出版社，2003年9月；
（3）给水排水设计手册-常用资料（第1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）给水排水设计手册-城镇给水（第3册）第二版，上海市政工程设计研究院主编,中国建筑工业出版社，2004年4月；
（5）给水排水设计手册-常用设备（第11册）第二版，中国市政工程西北设计研究院，主编,中国建筑工业出版社，2002年6月；
（6）《泵站设计规范》GB/T50265—97；
（7）《地表水取水》中国建筑工业出版社，周金全主编；
（8）水泵样本资料，凯泉水泵
第三章结束语
在本次泵站课程设计中，可谓是历经千难险阻，我经过了不断的摸索和修正，通过询问同学、请教老师、以及查阅设计手册，在期末考试和课程设计的双重压力下，终于完成了本次的课程设计。
首先，这次课设锻炼了自己查阅设计规范的能力，水泵、相关配件、泵房的设计都是有相应的设计规范的，不能盲目捏造数字。
其次，提高了自己的设计能力，通过这次课程设计，了解掌握了泵房设计大致步骤，为自己以后在做泵房设计时打下了基础。
最后，本次设计中也存在一些缺陷，比如，采用自灌式取水时忽略了格栅的水头损失；再如，选择起重机时没有找到足够的相关资料，没有选择到十分合适的起重机。
通过本次课程设计过程中不断发现问题、解决问题，加强了自己对于知识点的掌握、锻炼了自己独立设计管网的能力、也同时清除了自己存在的知识盲点，但从漫长的设计时间上来说，第一次做设计并不是十分熟练，相信在以后更多的作业、实习中，自己的熟练程度会有极大地提高，成为一名合格的给排水工程师。
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