泵站课程设计说明书分析.doc

送水泵站设计说明书
第一章 泵站设计控制值出水量及扬程确定
1.1 设计工况点确定
Qmax采用城市高日高时用水量加水厂自用水量，
（m） 　 （1）式中　—管网最不利点标高（m），为22m；
—泵站吸水池最低水面标高（m），吸水井最低水位16m；
—管网最不利点自由水头（m），为 28m；
—最高日最高时管网水头损失（m）；
—最高日最高时输水管水头损失（m），有时输水管很短，这部分常包括在内；
—泵站内吸、压水管管路系统水头损失（m），估算为2～2.5m；
1.05—安全系数；
—泵站按Qmax供水时扬程（m）。

；

1.2 校核工况点确定
1）高日高时加消防时校核
（L/s）　　 （2）
（m） （3）

式中　—城市消防用水量（L/s）；
—消防时泵站总供水量（L/s）；
—消防时管网水头损失（m）；
—消防时输水管水头损失（m）；
10—低压制消防时应保证最不利点自由水头（m）；
—消防时泵站扬程（m）。
800 + 40 = 840L/s

>满足要求。

第二章 水泵选择
水泵选择包括确定水泵型号和台数。所选定泵站中工作泵（并联）最大供水量和扬程应满足Qmax和HP，同时要使水泵效率较高。选择单级双吸泵，若现有水泵不合适时，可以采用调节水泵性能方法，如切削叶轮等。

2.1 画设计参考线
在水泵综合性能图上通过以下两点连直线，得选泵时可参考管路特性曲线——设计参考线。
b点： Q=30（L/s），H=Z0-ZP+H0+38.3m
a点： Q=800（L/s），H51.8m
在水泵综合性能图上及设计参考线相交且并联后能满足设计工况点泵型，都可作为拟选泵，在组成方案时加以考虑。

2.2 选泵方案比较
表2-2 选泵方案比较

方 案
编 号
用水量变化 范 围（L/s）
运行泵型号及台数
水泵扬 程(m)
所需扬程(m)
扬程利用率 %
水泵效率%
方案一需要：
一台20SH-9
一台14SH-13
两台12SH-9A
660~800
1台20SH-9
1台12SH-9A
60~52
50~52
83.33~100
83~80
83~84

500~660
1台20SH-9
63~50
49~50
77.78~100
84~79

420~500
1台14SH-13
1台12SH-9A
55~49
48~49
87.27~100
82~83
82~83

310~420
2台12SH-9A
59~48
47~48
79.66~100
64~75

230~300
1台14SH-13
57~47
46~47
80.7~100
74~83

＜230
1台12SH-13
＞46
＜46

＜84
方案二需要：
一台14SH-13
三台12SH-9A
680~800
1台14SH-13
3台12SH-9A
62~52
50~52
80.65~100
83
83~84

500~680
1台14SH-13
2台12SH-9A
62~50
49~50
79.03~100
82~83
82~83

420~500
1台14SH-13
1台12SH-9A
56~49
48~49
85.71~100
82~83
82~83

310~420
2台12SH-9A
59~48
47~48
79.66~100
64~75

230~310
1台14SH-13
57~47
46~47
80.7~100
74~83

＜230
1台12SH-9A
＞46
＜46

＜84

对以上两个方案进行比较，可以看出第二套方案运行效率高，故选用第二种方案，选用一台14SH-13和三台12SH-9A组合，并选用一台14SH-13作为备用泵。
2.3 选泵后校核
选泵后，按照发生火灾供水情况，校核泵站是否能满足消防要求。把泵站中备用泵及最大供水时所用工作泵并联起来，画出并联曲线，可以看出消防时所需工况点（Q'，HP'）位于并联曲线之下，如图校核合格。
管网事故时泵站供水能力也按上述原则进行校核。

第三章 动力设备配置
动力设备采用电动机，水泵选定后，根据水泵样本载明电动机来选择。
列表说明所选水泵配备之电动机功率、转数、电压及型号。
表3-1 电机配置

水泵型号
水泵重量(kg)
轴功率（kw）
转数(r/min)
电动机型号
电动机重量（kg）
功率(kw)
转数(r/min)
电压(伏)
350S44
1105
164~189
1450
Y355M-4
2020
220
1500
552
300S58A
809
99.2~131
1450
Y315M2-4
1048
160
1480
550

第四章 泵站机组布置
确定水泵及电动机之后，机组（水泵及电动机）尺寸大小，从手册第11册水泵样本上查到。基础平面尺寸和深度依据机组底盘尺寸或水泵、电机底脚螺栓位置。
机组布置分为两种：纵向布置及横向布置。由于本设计中选用水泵为双吸式水泵，为保证进出口处水力条件，节省电耗，故机组布置采用横向排列，轴线成一列布置。
本次设计采用横线排列（直线单行），其主要优点是跨度小，管配件简单，水力条件好，检修场地较宽畅；缺点是泵房长度较大，操作管理路线较长，管配件拆装较麻烦，但适用于S 、Sh、SA 等双吸离心泵。
机组布置应使泵站工作可靠、管理方便、管道布置简单，泵站建筑面积及跨度最小，并考虑有发展可能。
机组布置应满足下列要求：（参见给水排水工程设计及施工规范）
表4-1 水泵外形尺寸

型号

350S44
1232.5
675
600
500
1080
510
690
500
980
620
300
300
4-34
300S58A
1073
588
510
450
1070
530
620
550
855
510
250
310
4-27

续上表：
型号
进口法兰尺寸
出口法兰尺寸

350S44
350
460
500
16-23
300
400
440
12-23
300S58A
300
400
440
12-23
250
350
390
12-23

4.1 基础尺寸计算
4.1.1 尺寸计算
泵机组安装尺寸如下表：
表4-2　　水泵机组(不带底座)安装尺寸 单位：mm
型号
电动机尺寸

出口锥管法兰尺寸

350S44
1570
355
905
630
610
4-28
300
2807.5
854
350
460
500
16-23
300S58A
1270
315
865
457
508
4-28
300
2347
753
300
400
440
12-23

计算基础尺寸：
对于不带底座大中型水泵：
基础长度L=水泵机组底脚螺孔长向间距+(0.4~0.5)m
基础宽度B=水泵或电机底脚螺栓宽度宽向间距较大者+(0.4~0.5)m
基础高度=水泵底脚螺孔长度+(0.15~0.20)m
其中对于350S44型水泵：
水泵机组底脚螺孔长向间距
水泵或电机底脚螺栓宽度宽向间距较大者
水泵底脚螺孔长度
因此：
对于350S44型水泵：
基础长度
基础宽度
基础深度
对于300S58A型水泵：

因此，
对于300S58A型水泵：
基础长度
基础宽度
基础深度
4.1.2 尺寸高度校核
为保证机组稳定工作，应校核基础总质量，一般基础质量应为机组总质量2.5~4.0倍。
350S44型水泵取基础质量为机组总质量2.5倍，
则
基础以钢筋混凝土浇筑，密度取2.5g/cm3
有平面尺寸算出其高度
和基础深度相比，取较大者1.32m。

300S58A型水泵取基础质量为机组总质量2.5倍，
则
基础以钢筋混凝土浇筑，密度取2.5g/cm3
有平面尺寸算出其高度
和基础深度相比，取较大者1.32m。
4.1.3 机组布置应满足要求
1）相邻两个机组基础间净距：
电机容量<55千瓦时，过道宽度>0.8m；
电机容量>55千瓦时，过道宽度>1.2m。
2）相邻两个机组突出部分间净距以及突出部分及墙壁间净距：
电机容量<55千瓦时，净距>0.7m；
电机容量>55千瓦时，净距>1.0m；
还应保证泵轴和电机转子在检修时能拆卸。
3）泵房主要通道宽度不小于1.2m。
4）当考虑就地检修时，至少在每个机组一侧设置大于水泵机组宽度0.5m通道。
第五章 吸水管及压水管设计
5.1 吸水管设计要求
1）不漏气
吸水管管壁或接头容易漏气，当吸水管中压力小于大气压时会漏入空气。因此吸水管应采用不透气材料（钢管），接头采用法兰接头。
2）不积气
为防止形成空气气囊，影响水泵工作。在敷设吸水管时，应向水泵方向连续上升，具有不小于0.005坡度，消除形成空气囊条件。
3）不吸气
吸水管入口进入深度不够时入水口处水流形成漩涡而吸入空气。
并且，每台水泵应有单独吸水管，这样便于水泵迅速启动，安全运行。
为避免吸水管入口吸入空气，吸水井中最低水位至吸水口最小淹没深度h应避免产生有害涡旋，一般最小淹没深度不应小于0.5~1.0m．本次设计选定h=1.0m，采用钢制管材。
压水管路经常承受较高压力，要求坚固耐压，采用钢管，及闸阀和逆止阀连接处采用法兰接头。
5.2 管径计算
吸水管管径按最大抽水量Qmax及设计流速决定。
(Qmax指该泵在单独或并联工作中可能出现最大出水量)
设计流速可按下述数据决定：
DN<250mm，v采用1.0～1.2m/s
DN >250mm，v采用1.2～1.6m/s
当为自灌式时，设计流速可增至1.6～2.0m/s。
压水管管径按通过最大流量及设计流速决定，设计流速可按下述数据决定：
DN < 250mm，v采用1.5～2.0m/s
DN >250mm，v采用2.0～2.5m/s
总压水管管径在泵站内按上述原则决定，在站外按输水管管径决定。
各台水泵吸压水管径见表5-1：
表5-1 吸压水管管径计算表

水泵型 号
水泵最大流量水量（m³/h）
水泵最大
流水量（L/s）
设计流速（m/s）
吸水管管径
（mm）
1000i
设计流速（m/s）
压水管管径
（mm）
1000i
350S44
1116
310
1.58
500
6.37
2.47
400
21.1
300S58A
828
230
1.47
450
6.38
2.39
350
23.3

因压水管管径DN>300mm，一般采用电动闸阀。
吸水管入口做成喇叭口，直径D是吸水管管径1.3~1.5倍，即
350S44型号水泵,D=1.5 x 500=750mm。喇叭口距吸水井底高度h1应按进口阻力最小确定，根据实验资料,h=0.8D=0.8 x 750=600mm。
300S58A型号水泵,D=1.5 x 450=675mm。喇叭口距吸水井底高度h1应按进口阻力最小确定，根据实验资料,h=0.8D=0.8 x 675=540mm。
5.3 管道敷设地点
当泵站内管道直径大于500mm时，管道设在管沟中不经济，可直接敷设在地板上。
本次设计为半地下式泵站，将管道直接设在地板上。管道伸出泵房之后应埋在冰冻线之下。

第六章 水泵安装高度计算
6.1 计算HS
由选定水泵在水泵性能曲线上找出允许吸上真空高度HS，必须注意每台泵HS在抽水量不同时也不同，因而应根据该泵在可能工作范围内最大抽水量来查出对应HS，如果水泵安装地点气压不是10.33m水柱或水温不是20℃时，应对HS作出修正，变为，按最大抽水量时HS计算：
查泵性能曲线可知，12Sh-9A最小水量所对应允许吸上真空高度为4.5m，14Sh-13最小水量所对应允许吸上真空高度为3.5m，且查表知水温为35℃时饱和蒸汽压为0.43，因此：
对于350S44型水泵
对于300S58A型水泵
6.2 计算HSS
由下式计算该泵安装高度HSS：
　　 （5）
式中　　—吸水管中水头损失；
—安装真空表处水头损失。
应从吸水池最低水位算至泵轴（对大泵则算至吸水口上端）。包括从吸水喇叭口至真空表安装处所有水头损失（沿程及局部）。可以根据最大抽水量和真空表处过水断面积来计算。 其中吸水管中局部水头损失局部应按水力公式计算，其中局部阻力系数由设计手册查得。
这时由于立管长度未定(见下图1)，沿程水头损失未知，但水平长度L已知，可近似地令：L=10m（认为 HSS=X ）。

L
真空表
Hss
X

图1　　吸水管示意图

计算结果如下：
表6-1　　局部水头损失计算表

局部水头损失计算表——350S44
管件
管径(mm)
局部阻力系数ε
最大抽水量(m³/h)
最大流速(m/s)
v1^2/2g
h=εX(v^2/2g)
喇叭口
750
0.1
1116
0.70
0.025
0.0025
钢制焊接90°弯头
500
0.96
1116
1.58
0.127
0.1219
伸缩接头
500
0.21
1116
1.58
0.127
0.0267
偏心渐缩管
500—350
0.19
1116
3.22
0.53
0.1007
闸阀
500
0.06
1116
1.58
0.127
0.0076
局部水头损失总和

0.2594
局部水头损失计算表——300S58A
管件
管径(mm)
局部阻力系数ε
最大抽水量(m³/h)
最大流速(m/s)
v1^2/2g
h=ε*(v^2/2g)
喇叭口
675
0.1
828
0.64
0.021
0.0021
钢制焊接90°弯头
450
1.01
828
1.47
0.11
0.1111
伸缩接头
450
0.21
828
1.47
0.11
0.0231
偏心渐缩管
450—300
0.19
828
3.25
0.54
0.1026
闸阀
450
0.07
828
1.47
0.11
0.0077
局部水头损失总和

0.2466

表6-2　　最大安装高度计算表

型号
1000i
L(m)
iL
∑h局 （m）
v1²/2g （m）
Hs' （m）
1+i
Hss （m）
350S44
6.37
10
0.0637
0.2594
0.53
3.31
1.00637
2.44
300S58A
6.38
10
0.0638
0.2466
0.54
4.31
1.00638
3.44

由上式计算为在=X即不安装喇叭口时，吸水管末端安装隔板装置并且及水平面恰好相切情况下，最大抽水量所对应允许安装高度，在选定水泵安装高度时可以比小，而不能大。因而按比HSS稍小为最不利情况，以此为标准（该台泵泵轴标高起控制作用）来确定其余各泵和管道安装高度。

第七章 泵站平面及尺寸设计
泵房设置要求：
矩形泵房宽度，根据水泵尺寸，进出水管道上阀门，配件等尺寸确定，若采取标准预制构件屋面梁，泵房跨度为6、9、12、15、18、21m等。本次设计选泵房跨度为9m、半地下式泵房。
泵房主要通道宽度不小于1.2m。
可用下图2方法初步确定泵站（机器间）平面尺寸B和L。
图中　a—机组基础长度， 350S44型=2.614m 300S58A型=2.167m；
b—机组基础间距，电机轴长+0.5m，355S44型b=+0.5=2.07m，300S58A型b’=+0.5=1.77m；
c—机组基础及墙距离，2.11m。
，B取8m
考虑到检修面积、配电设备、值班室、变压器及主通道等面积，泵站平面尺寸：

c
a
b
a
b
a
c
L
B
泵
机器间

图2　　机器间平面布置示意图

第八章 二泵站吸水井
8.1 吸水井高程计算
吸水井最低水位为16m，最高水位为18m，地面标高为19m，地下水位为16.5m，考虑到本次设计吸水管不设阀门，泵轴线应高于或等于吸水井最高水位，这里取泵轴线标高18.00m，则实际安装高度HSS‘应小于或等于2m，给予安全考虑，取HSS =2m，但根据上述计算结果，350S44型泵HSS =2.44m，吸水井淹没深度应小于或等于0.44m，吸水喇叭口高0.53m,距井底0.6m,
则吸水井总高度19-16+0.44+0.53+0.6=4.57m。
则对于300S58A型泵，
吸水井淹没深度为0.5m，吸水喇叭口高取0.53m，距井底0.54m。
8.2 吸水井平面尺寸计算
采用最小尺寸法计算吸水井容积，最小容量法校核吸水井容积。
1）最小尺寸法：
吸水管在吸水井中位置应满足：相邻吸水管中心线间距(1.5~2.0)，取1.5；喇叭口中心线至侧墙距离取1.5，喇叭口中心线至后墙距离取(0.8~1.0)，取，喇叭口中心线至吸水井进口距离同喇叭口距后墙距离取。
以最大型号泵350S44作为参考，则吸水井长度应大于

考虑到泵站吸水管直线连接，减少吸水阻力吸水井长度
宽度大于

平面尺寸：
吸水井尺寸：
2）采用最小容量法校核吸水井容积：
　　　　　　 　　　　　 （6）
式中　—最小容量(m3)；
—水泵最大流量(m3/s)；
t—给定时间(s)，中小型水泵， t=30~140s；大型水泵，。
上式为计算单泵吸水井公式，对于联合吸水井，最小容量为所有水泵计算容量之和。

由吸水井尺寸可知，吸水井容积

，满足校核要求。

第九章 起重机设计
根据手册，起重量大于2.0t，起重设备形式应选择电动起重设备，由泵及电机重量可知，起重机可以选择额定起重量为3.0tLDH 型电动单梁起重机。相关技术数据及外形尺寸如下：

表9-1　　LDH 型电动单梁起重机外形尺寸

额定
起重量
(t)
跨度
(m)
起重机运行机构
电动葫芦
电动机
运行
速度
(m/min)
型号
运行
速度
(m/min)
起升
高度
(m)
起升
速度
(m/min)
功率(kW)
型号

3

11.5

ZDY
12-4

45

MD1或
CD1

20、30

6、9、12、18、24、30

8、8/0.8

续表9-1　　LDH 型电动单梁起重机外形尺寸 单位：mm

H
H1
H2
C1
C2
W1
W2
580
120
1150
819
1341
2000
2500

起重机总重量（包括电动葫芦）2.72t。

第十章 泵房高度计算
单梁悬挂式吊车泵房高度计算如下：
对于地下式泵房：

式中　H1——泵房地上部分高度(m)；
H2—泵房地下部分高度(m)。
　　　　　 （7）
式中　H—泵房高度（m）；
a1—行车轨道高度（m）；
h—吊起物底部及泵房进口处室内地坪距离，不小于0.3~0.5m，取0.315m；
c1—行车轨道底至起重钩中心距离（m）；
d—起重绳垂直高度（m），（对于水泵为0.85xm，对于电动机为1.2xm，x为起重部件宽度）；
e—最大一台水泵或电动机高度（m）；
n—行车梁距房顶距离，一般不小于0.3m,取0.3m;
根据起重机外形尺寸可知

泵房地坪标高为22.651m，地面标高19m,同时吸水井最低水位为16m，为2m，故轴线标高为16+2m=18m，则H2=19-18+0.62+0.2=1.82m
则泵房高度，取5.5m

第十一章 泵站内主要附属设备选择
管道上附件如闸阀、逆止阀及喇叭口均在管道设计时选定，这部分附件已列入材料设备表。
11.1 真空泵选择
一般为了降低泵站造价，二泵站不能埋深太大，往往用真空泵起动，真空泵应按起动最大一台水泵计算 ，真空泵抽气量在不同真空度下是不同，真空泵在抽气时，实际所抽取空气压力是变化，为了简化起见可以取水泵安装高度作为计算真空度：
抽气量 (m3/h) （8）
真空度　　
式中　—泵壳体积（m3）；
—吸水管体积（m3）；
K—漏气系数，一般取1.05～1.10；
T—起动时间（min），对生活用水泵取5分钟，消防泵3分钟；
Ha—大气压水柱高度（m）；
—真空度（m），可用水银柱或百分数表示。
表11-1　　壳和吸水管体积计算表

泵型号
泵壳
(m)
泵壳体积(m3)
吸水管管径D
（m）
吸水管管长LS
（m）
吸水管体积(m3)
350S44
0.50
0.098
0.5
10
1.96
300S58A
0.44
0.070
0.45
10
1.59

计算过程如下：
对于350S44型水泵，，
或mm汞柱
对于350S44型水泵，，
或mm汞柱
由以上计算数据查手册后，选择SZ-1J型水环式真空泵，一台工作，一台备用，共计两台。两台泵合用一套气水分离器和循环水补充水箱，布置在泵房边角，布置采用一形布置。
表11-2 真空泵尺寸表
型号
L
L1
L2
L3
L4
L5
L6
SZ-1J
1001
809
590
527
190
150
112

型号
B1
B2
B3
B4
H1
H2
H3
SZ-1J
495
445
393
343
472
282
82

11.2 流量计
本次设计选用LD600电磁流量计计量，在两条总压水上各安装一个，共计两个。
表11-2 流量计特性

型号
公称直径（mm）
衬里材质
精 度
介质电导率（μs/cm）
量程
（m/s）
工作压力（MPa）
环境温度（℃）
介质温度（℃）
LD
600
聚四氟乙烯
0.5
>10
0.5~1.0
4
-10~55
<180

11.3 排水设备
排水泵水量按5min排除集水井积水确定，本次设计选择QW型潜水泵，并设一台备用泵。集水井有效容积按6~8小时漏水量确定。

表11-3

潜水泵性能
型号
流量
（m³/h)
扬程
(m)
转速
(r/min)
配电动机功率
(kw)
重量
(kg)
150QW140-45-37
140
45
980
37
1100

天津大学仁爱学院建筑工程系
2015年12月10日

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