灌溉泵站设计.docx

1、灌溉泵站设计某灌溉泵站设计基本设计资料1基本情况本区地势较高，历年旱情比较严重，粮食产量低。根据规划，拟从附近湖中 扬水灌溉该区的 6.7 万亩农田，使之达到高产稳产的目的。机电扬水灌区内主要作物有小麦、 玉米、谷子和棉花等。 灌区缺少灌溉制度， 现参考附近老灌区的灌水经验，拟定出本灌区灌溉保证率为 75%的灌溉制度。其 设计毛灌水率如表 1所示。表 1 设计年内毛灌水率灌水时间（日 /月）1/3-15/416/4-10/611/6-30/71/9-30/915/11-10/12灌水率（ （s千亩 ）30.0022.0016.5022.5030.752地质及水文地质资料根据可能选择的站址，布置

2、 6 个钻孔。由地质柱状图明显的看出， 3米以内 表土主要是粘壤土，经土工试验，得到的有关物理指标为粘壤土的内摩擦角 =35，承载力为 2002。 站址附近的地下水位多年平均在 307.2m左右（系黄海高程） 。3气象资料夏季多年平均旬最高气温 34，春、秋季干旱少雨，年平均降雨量为 524， 降雨年内分配极不均匀，每年 7、8、 9 月的降雨量占全年降雨量的 80以上。 年平均无霜期为 200 天左右，多年平均最低气温为 -8 ，最大冻土深度为 o.44m。 平均年地面温度为 15，平均年日照时数为 2600.4h 。累积年平均辐射总量为 527.4l ，平均日照百分率为 59 。热量和积温

3、都比较丰富，能满足一年两 熟作物生长的需要。4 水源灌区西北有一湖泊，是规划灌区的水源，其水量充沛。灌溉保证率为 75 时的湖泊月平均水位如表 2 所示。表 2 湖泊月平均水位（保证率为 75% ）月份123456789101112水位（ m）308.9308.9309.2309.3309.5309.7312.0313.0313.2309.8309.8308.9灌溉保证率为 90%时，灌溉期间旬平均最低水位为 308.8m。5 年一遇的旬平均最高水位达 3l2.5m ，夏季多年旬平均最高水温为 23。5其它 根据规划，为保证扬水后自流灌溉，出水池水位均不应低于 327m。 站址附近有 6.3

4、高压电力线通过，已经有关部门批准，可供泵站使用。 该地区劳动力充足， 交通方便。 除水泥、金属材料以及泵站建设中所需的特 殊材料外，当地可提供砖、石、砂、瓦、木材等建筑用材。根据机电设备的运行特性，每天按 20h 运行设计。6要求完成泵站设计中初设阶段的部分内容，成果包括设计图纸和设计说明书。（ 1） 图纸1） 枢纽平面布置图（绘制在地形图上）2） 泵房平面图，泵房纵、横剖面图。（ 2） 设计说明书1)概述建站目的，设计任务，资料分析，设计所依据的规范和标准。2)机电设备选择的依据和计算。3)泵站各建筑物的型式、结构选择的依据、计算结果及其草图。4)泵房尺寸拟定的依据和设备布置的说明。5)验证

5、机组选择的合理性，并说明其在使用中应注意的问题。6)必要的附图、附表、参考文献。( 3) 枢纽中心线因所给资料不足， 无法知道控制区面积如何， 但是根据资料可知， 该地区 高差不大， 总体呈上升趋势， 没有坡升坡降的情况， 于是拟定采用单站集中控制 方式。同时，采用正向进水、 正向出水的建筑物布置型式。 初步拟定枢纽中心线。 拟定情况如图 2所示(在原地形图的基础上绘制) 。图2 枢纽中心线布置图泵站设计1泵站主要设计参数( 1) 设计水位出水池水位 327.0米，水源设计最低水位 308.8 米，5年一遇的旬平均最高水 位312.5米。2)泵站设计流量：为了便于选择同型号水泵， 按以下原则将

6、灌水率图修正成等阶梯形状，具体如下1） 灌水日期的移动或者灌水时间的变动不应影响作物的正常需水 （ 变 动天数不超过 23 天）。2） 每次灌水的灌水率数值不应相差太大 （ 最小灌水率不应小于最大值的 40） ，以便渠道流量比较平稳，泵站机组利用率较高。3） 修正后的灌水率应适应我国目前的管理水平， 对旱作灌区， 一般的灌 水率在 20351/（s干亩） 之间。图 3 灌水率图（3） 按每天开机 19 小时，将修正后的毛灌水率换算成机灌灌水率 公式为 q 机= q 设*24/ t 机式中 q 机修正后的设计毛灌水率 1（s 千亩 ） ；t 机机组每天开机的小时数。表 3 设计年内毛灌水率灌水时

7、间（日 / 月）1/3-15/16/4-10/11/6-30/1/9-30/915/11-10/14672毛灌水率（s 千亩） ）30.0022.0016.5022.5030.75机灌水率37.8927.7920.8428.4238.84图 4 机灌灌水率图4） 取灌水率图中之最大的灌水率来计算泵站的设计流量，其计算公式为Q设 = 机 / 渠系式中 机修正后的最大灌水率 （s 千亩 ） ； 设计的灌溉面积千亩； 渠系渠系水利用系数（ %）。Q设=38.84*67/0.65=4003.52泵站设计扬程估算（ 1） 泵站设计的水源水位；最高水位； 313.2 ；最低水位； 308.9 ；设计水位；

8、 312.5 ；最低运行水位；灌溉保证率为 90%时，灌溉期间旬平均最低水位为 308.8出水池按最低要求 327m设计净扬程； 327-312.5=14.5m最高净扬程； 327-308.8=18.2m最低净扬程； 327-313.2=13.8m（ 2） 计算平均实际扬程，公式为H实H 实iQitiQiti式中 H 实 i 相应时段时的出水池水位与进水池水位之差， m； 相应时段时的泵站供水流量， 1，； 不同灌溉时段的泵站工作天数，天。表 4 实际扬程计算表灌水时间（日 / 月）1/3-15/416/4-10/611/6-30/71/9-30/915/11-10/12机灌灌水率 (s 千亩

9、) )37.8927.7920.8428.4238.84供水流量 13905.62864.52148.12929.44003.5175752157547.510740087882100087.5H 实 i t3122527.23036357.8出水池按最低要求 327m。H 实i QitiH 实 实 i i i =17.636m实 Qiti(3)确定水泵的设计扬程，公式为：H设= H 实 +h 损(1) H 实式中 h 损管路沿程和局部水头损失。 m；K 管路水头损失占平均实际扬程的百分比，其值可按表课本 5-2 初定。取 20%H设= H实 +h损(1) H实 =21.163m3初步选泵(1

10、) 水泵选型的原则。具体如下。1) 在设计扬程下，能满足设计流量的要求，2) 当实际扬程变化时，水泵能在高效区内工作，3)在能够适应灌溉流量变化的前提下， 尽量选用较大的水泵， 以减少台数， 节省基建、维修费用。另外大泵的效率较高。4)在一个泵站中，尽可能选用同型号的水泵。5)如进水池的水位变化幅度较小时、优先选用卧式机组。6)在满足流量和扬程的前提下，尽量选用吸水性能好的水泵。(2) 主泵类型的选择。因为此泵站的设计扬程为 21.163m ，设计流量为 4003.5 查水泵站设 计示例与习题中的水泵性能表得 种泵型均符合扬程要求， 作为比较方案， 进行经济性能等方面的优选。其性能如表所示：表

11、 5 泵型方案性能(3) 确定主泵台数台 型泵，其中 为备用4动力机组配套选型由于在站址有高压输电线路通过，靠近电源，故动力类型选配电动机(1)电动机配套功率 N 配计算N轴其计算公式如下： N 配 K 轴传式中： K动力备用系数，取 1.1 ；的异步电动机直接传N轴水泵工作范围内的最大轴功率，查前表得 ；传 传动效率， 水泵转速为 ，初步假定用同步转速动，则取为5水泵机组的布置与基础本设计采用的是 台 系列 泵，因此机组布置采用横向排列方式。 机组基础采用混凝土基础，混凝土容重 235203, 机组的基础深度计算公 式为H 3.0W （2.2 ）L B 式中， W机组总重量（ N）， L基础

12、长度（ m），B 基础宽度（ m）， 基础所用材料的容重（ 3）。查给水排水设计手册，得到 型水泵机组的基础平面尺寸为 ，机组总 重量为 2550，则根据公式（ 2.2 ）计算出其基础深度为 1.29m.6管路水头损失计算 由于钢管的强度高，接口可焊接，密封性远胜于铸铁管，因此吸水管路和出 水管（泵房内）均采用壁厚为 10 的钢管，敷设在泵房地板上。压水管采用球墨 铸铁管。每台水泵均有单独的吸水管，深入进水池中。（1） 吸水管路和压水管路中水头损失的计算 管路沿程水头损失可按比阻法计算，对于钢管，计算公式如下 : 1k22式中， k1钢管壁厚不等于 10时的修正系数，对于本次设计 k11k 3

13、管中平均流速小于 1.2m 的修正系数A 比阻值 管路局部水头损失计算公式如下：2v 2g式中， 局部水头损失系数 因此，管路总水头损失。（2） 吸水管路水头损失的计算1） 沿程水头损失计算沿程水头损失用下式计算 h沿=10.3n2 L5.33 Q2 式中 n 管道内壁糙率， 铸 铁为 0.013 ；L管道长度 11.0m；D管道直径 950；Q管道设计流量 1.1 m3。 则计算可得。2) 局部水头损失计算局部水头损失用下式计算 h局 =0.083 4 Q2 式中 管路局部阻力系D4数，查资料得： 进 0.2 ， 90 0.64， 缩 0.2；D局部阻力处管径，查资料 得：D进=1.2m，D

14、缩=0.8m；其余符合同上。则得。则吸水管路水头损失为： h吸=h沿 h局 0.023 0.16 0.139 m。7水泵安装高度 Hg 计算本设计工作水温与水面大气压均超过标准值，用公式Hs Hs (10.33 ha) (ht 0.24) 计算修正后的允许吸上真空高度 Hs ，Hs 水泵允许吸上真空高度 7.5m；ha 大气修正值，海拔 m ，查资料得 m ；ht 工作水温 ，则查资料得 m ；算得 Hs Hs (10.33 ha) (ht 0.24) = 。vs =4( D) ， vs水泵进口处流速。水泵安装高度 Hg 用下式计算8311.03水泵安装高程的确定 水泵安装高程用下式计算： 安

15、 min Hg K ，308.8min 进水池最低水位 m ；K安全值，取 0.2m。则 安 min Hg K m。水泵安装状况如图所示图 4 水泵安装高程示意图9出水管经济管径的计算（1） 设几种待选的管径，并在水泵性能曲线图上求的每种管径的工况点，计算结果见下表。表 6 不同管径需要扬程性能表700流量（ Ls ）H 需 H净 h（m）800流量（ Ls ）H 需 H净 h（m）900流量（ Ls ）H 需 H净 h（m）1000流量（ Ls ）H 需 H净 h（m）1100流量（ Ls ）H 需 H净 h（m）1200流量（ Ls ）H 需 H净 h（m）表 7 不同管径水泵工况点参数表

16、管径（）工况点参数Q（Ls）H（m）（%）P（）700800900100011001200（2） 计算不同管径时，抽灌溉水量 万 m3所需要的电费。计算公式为 N2 WQt Pt 机 e3600 （元年 ） 式中 W年灌溉用水量， m3。Qt，Pt 每种管径相应工况点的流量和水泵轴功率。e单位电价， 元（ kW h）。表 8 计算结果见下表管径（）700800900100011001200年电费（万元 年）（3） 计算每种水管的管壁厚度。 gH pD 9800H pD计算公式为 2 2 （mm）2( mm )计算结果见下表表 9 管径与管壁厚度表管径（）70080090010001100120

17、0（m） 2 （）由于计算所需的管壁厚度太小，所以取 0.8（4） 水管投资换算成每年投入为 A C （1i（1i-）in） 1 元年表 10 计算结果见下表管径（）700800900100011001200C（万元）A（万元年）（5） 年维修管理费计算公式为 N1 pC（元 年）表 11 年维修管理费表管径（）700800900100011001200N（1 万元 年）（6） 不同管径时的年费用计算公式为 N1+N 2 A表 12 计算结果见下表管径（）700800900100011001200年 费 用 R（万元 年）结果出水管选用的经济管径为10出水建筑物设计1 出水池根据站址地形，本设

18、计采用开敞式侧向出水池，用出口拍门阻止池水倒泄( 1) 立面尺寸1 ) 池顶高程 顶。用下式确定 水池最高水位； h超 安全超高，查资料取 则 顶 =5m。2) 池底高程 底 。由下式确定：顶 max h超 ， 式中 max 出m 。底 min (h淹 +D出+P)，式中 min出水池最低水位， 本设计为 m ；D出 出水管渐扩出口直径， 本设计为 m ； h淹 出水管渐扩出口上缘最小淹没深度，要求大于两倍出口流速水头。本设计 取 倍出口流速水头， h 淹=；P出水管渐扩出口下缘至池底净距， 本设计取 m 。 则 底 = 。出水池立面尺寸如图所示。(2) 平面尺寸1) 池长 L。用下式确定 L

19、 nD出 (n 1)S L2 (5 6)D出2) 池宽 B。B B1 (n 1)D出，式中 B1 边管出口处池宽， 拟取 m，出水池平面尺寸如图所示出水池平面尺寸示意图三 泵房初步布置设计1确定泵房结构型式卧式离心泵泵房型式取决于水泵有效吸程与水源水位变幅的关系。（ 1） 水泵有效吸程值 H 效吸 计算按下式计算： H 效吸 安 Z h min ，式中 Z水泵安装基准面距底座间（此处为底面） 的距离， 查资料可得 ；h水泵基础高出机坑地面高度 （此处为 0.1m），余者符号意义跟前同。则 H 效吸 =。（2） 水源水位变幅 H渠道最高水位 m ，最低水位 m ，则水位变幅 。（ 3） 泵房结构

20、型式确定由上面的计算结果可知选用 型泵房。2辅助设备的选择(1)起重设备(2)排水设备(3)通风设备(4)计量设备(5)水环式真空泵3泵房建筑高度的确定四 水泵运行工况校核 先求出吸水管和出水管的水头损失： 列出水泵性能参数。型号流量 Q（）扬程 H（m）转速 n（）轴功率 N轴（）效率（%）允许吸上真 空高度 （m）重量（）因为 H 需净+ H 损 据泵站最高净扬程，最低净扬程，计算水泵的实际扬程为：设计枯水位时： H最高损设计洪水位时： H最低 + H损对比水泵性能参数可知， 泵站总流量均能满足供水要求， 水泵工作点始终在 高效范围区内运行，初选水泵机组符合要求。四 泵房稳定分析泵站稳定主要受泵房自重，土压力，扬压力和其他荷载。1泵房自重计算表 15 泵站自重计算表（取一计算段）部位体积 (m3)距主底板中 心距离 （m）重度 ( 3)重力 （）弯矩（ m）底板支墩排架水泵梁水泵进水池后墙泵房墙体电机层楼板大梁电机层楼板屋顶电机层梁电机站房底板下的土层2泵室内水重3水平水压力4浮托力5土压力6自然土区7作用荷载计算将上述各荷载汇总于表 7-2表 16 作用荷载计算汇总荷载名称竖向力 ()水平力 ()对底板中心下 1.5m 处的力矩( m)向下向上向右向左正+(顺时负- (逆时针)针）自重水重水平水压力浮托力土压力合计8抗滑稳定计算9 地基应力校核10 抗浮稳定性校核