二级泵站设计计算说明书.docx

学院：土木建筑工程学院
专业：给水排水专业
班级：081
指导教师：张鑫
姓名：徐琦
学号：080504009
水泵站课程设计任务书
一 、设计题目：送水泵站（二级泵站）设计
二 、原始资料：
1、泵站的设计水量为（4）万m3/d。
2、 给水管网设计的部分成果：
①根据用水曲线确定二泵站工作制度，分两级工作。
第一级，每小时占全天用水量的（2.9%）。
第二级，每小时占全天用水量的（5.07%）。
②城市设计最不利点的地面标高为20m,建筑层数7层，自由水压为20m。
③给水管网平差得出的二泵站至最不利点的输水管和配水管网的总水头损失为32m。
④清水池所在地地面标高为15m，清水池最低水位在地面以下3.0m。
3 、城市冰冻线为（1.5）米，城市的最高温度为(3℃)最低温度为(-25℃)
4 、站所在地土壤良好，地下水位为(25m)米。
5 、。
三 、设计任务
城市送水泵站的技术设计的工艺部分
四 、计算说明书内容
1. 绪论
2．初选水泵和电机
根据水量、水压变化情况选泵，工作泵和备用泵型号和台数。
3泵房形式的选择
4.机组基础设计、平面尺寸及高度
5.计算水泵吸水管和压力管直径
选用各种配件的型号、规格种类及安装尺寸（说明特点）。吸水井设计（尺寸和水位）

7.泵房中个标高的确定
室内地面、基础顶面、水泵安装高度、泵房建筑高度。
8. 复合水泵电机
计算吸水管机泵站内压水管损失、求出总扬程、校核所选水泵。如不合适，则重选水泵和电机。重新确定泵站的各级供水量。

10.计算和选择附属设备
①设备的选择和布置
②计量设备
③起重设备
④排水泵及水锤消除器等
11.确定泵站平面尺寸、初步规划泵房总面积
泵房的长度和宽度，总平面布置包括：配电室、机器间、值班室、修理间等。
五、图纸要求
泵站平面及剖面图（机器间），应绘出主要设备、管路、配件及辅助设备的位置、尺寸、标高，列出主要设备表和材料表（比例尺1:100）
发放设计任务书日期：
2011 年 6 月 27 日
交 设 计 日 期：2011 年7月 8日
设计指导教师 （签字）：
目 录
水泵和电机的初步选择………………………………………………5
二级泵站的组成及特点…………………………………………5
.1二级泵站的组成……………………………………………5
.2二级泵站的特点……………………………………………5
泵站设计参数的确定……………………………………………5
.1 流量的确定……………………………………………………5
.2扬程的确定…………………………………………………6
选择水泵…………………………………………………………6
.1水泵选择的基本原则………………………………………6
.2 初选水泵……………………………………………………7
.3确定电机……………………………………………………12
水泵机组的基础计算…………………………………………………12
水泵吸水管和压水管系统的设计……………………………………14
吸水管路…………………………………………………………14
.1 吸水管路的布置要求………………………………………14
.2 吸水管径……………………………………………………15
压水管路…………………………………………………………15
.1压水管路的布置……………………………………………15
.2 压水管管径…………………………………………………15
管路附件选配……………………………………………………16
2.4布置机组和管道………………………………………………………16
泵房形式的选择………………………………………………………17
吸水井的设计…………………………………………………………18
各工艺标高的设计……………………………………………………18
复核水泵和电机………………………………………………………19
2.9 消防校核………………………………………………………………19
设备的选择……………………………………………………………20
引水设备…………………………………………………………20
计量设备…………………………………………………………21
起重设备…………………………………………………………21
泵房高度…………………………………………………………21
排水设备…………………………………………………………21
防水锤设备………………………………………………………22
2.11 泵房的建筑高度和平面尺寸的确定…………………………………22
2.12 设计二级泵站平面图和泡面图………………………………………22
水泵和电机的初步选择
2.1.1二级泵站的组成及特点
.1二级泵站的组成
1）水泵机组 包括水泵和电动机，是泵站中最重要的组成部分；
2）吸压管路 指水泵的吸水（进水）管路和压水（出水）管路，水泵通过吸水管从水井中吸水，经水泵加压后通过压水管路送至用户；
3）饮水设备 指真空引水设备（如真空泵、引水罐等）和灌水设备。当水泵工作为吸入式启动时，需引水设备。
4）起重设备 指泵站内的设备及管道安装，检修用的吊车，电动葫芦等设备。
5）排水设备 指排水泵、排水沟、集水坑、用以排除地面污水；
6）计量设备 指流量计、压力计、真空泵、温度计等；
7）采暖及通风设备 指采暖用的散热器、电热器、火炉及通风设备；
8）电气设备 指变电设备、配电设备；
9）防水锤设备 指水锤消除器；
10）其他设备 包括照明、通信、安全与防水设施等。
在泵站中除设有机器间（安装水泵机组的房间）外，还设有高低压配电室、控制室、值班室、修理间等辅助房间。
.2二级泵站的特点
二级泵站通常设在净水厂内，经水厂净化后的水进入清水池贮存，清水池中的水经管道自流入吸水井，水泵从吸水井吸水，经加压后送入城市输配水管网。其工艺流程如：清水池—吸水井—送水泵站—输配水管网—用户。
基本特点：泵站埋深较浅，通常建成地面式或半地面式，为了适应用户水量、水质的变化，需要设置多台水泵机组，因而，泵房面积较大，泵房一般为矩形形状，砖混结构。
泵站设计参数的确定
.1 流量的确定
泵站一级工作时的设计工作流量

泵站二级工作时的设计工作流量

.2扬程的确定

其中 —最不利点的地面标高和清水池最低水位的高程差（m）；
—自由水压(m)；
—总水头损失(m)；
—泵站内损失（初步估计为m）。
—
选择水泵
.1水泵选择的基本原则
选泵要点
（1）大小兼顾，调配灵活
再用水量和所需的水压变化较大的情况下，选用性能不同的泵的台数越多，越能适应用水量变化的要求，浪费的能量越少。
（2）型号齐全，互为备用
希望能选择同型号的泵并联工作，这样无论是电机、电气设备的配套与设备管道配件的安装与制作均会带来很大的方便。
（3）合理的用尽各泵的高效段
单级双吸是离心泵是给水工程中常见的一种离心泵（如SH型、SA型）。他们的经济工作范围（即高效段），一般在之间（为泵铭牌上的额流量值）。
（4）近远相结合的观点在选泵的过程中应给予相当的重视，特别是在经济发展活跃的地区和年代，以及扩建比较困难的取水泵站中，可考虑近期用小泵大基础的办法，近期发展采用还大泵轮以增大水量，远期采用换大泵得办法。
（5）大中型泵站需要选泵方案比较。
考虑因素：
（1）泵的构造形式对泵房的大小、结构形式和泵房内部布置等有影响，因而对泵站的造价很有关系。
（2）应保证泵的正常吸水条件，在保证不发生汽蚀的前提是下，应充分利用泵的允许席上真空高度，以减少泵的埋深，降低工程造价。
（3）应选择效率较高的泵，劲量选用大泵，因为一般而言大泵比小泵要要效率高，
（4）根据供水对象对供水可靠性的不同要求，选用一定数量的备用泵，以满足在事故情况下的用水要求：
①再不允许减少供水量的情况下，应有两套备用机组。
②允许短时间内减少供水量的情况下，备用泵只保证事故用水量。
③允许短时间内中断供水时，可只设一台备用泵，城市给水系统中的泵站，一般也只设一台备用泵，通常备用泵的型号可以和泵站中最大的工作泵相同。
④当管网中无水塔且泵站内机组较多时，也可考虑增设一台备用泵，它的型号和最长运行的工作泵相同。
（5）如果给水系统中就有足够大容积的高的水池或水塔时，可以部分或全部代替泵站进行短时间供水，则泵站中可不设备用泵，仅在仓库中贮存一套备用机组即可。
.2 初选水泵
1）在型谱图上绘制一条参考管道系统特性曲线ab。
其中a点坐标为

式中 ——管网最不利点的地面标高和清水池最低水位的高程差（m）
——自由水头（m）
——输水管和管网中的水头损失（m）
b点坐标为

2）过a点绘制一条的水平线。
3）在ab和都相交的高效方框图中，选2~3台进行并联组合，即在等扬程下流量相加求出并联组合的组合方案，所选得各泵的高效段与ab线的交点，以及两两并联或三台水泵并联曲线与ab线的交点，就是分级界限工况点。
4）所选出的水泵经管路布置、确定管径后，在验算初步确定的值是否合适，即精选水泵。

图1 选泵参考特性曲线
在泵综合性能图上作出b点。在图1中，同时与ab线及水平线相交的方框有：12sh—9、14sh—9A、20sh—9等三种水泵，从中选出三台泵在等扬程下并联综合流量的组合：
方案1：一台14sh—9A与两台12sh—9组合，如图1所示流量为：（260+175+175）L/s=610L/s
方案2：一台20sh—9与两台12sh—9.。
还有许多的组合方案，但均不如上述两个方案，就不再列出。
方案1和方案2列表进行详细比较，如图1所示，主要比较养成利用率 ，重点比较平均日平均时附近的扬程利用率，因出现的几率很低，一年中绝大部分时间在平均日平均是附近流量运行。平均日平均是用水量为535.88L/s。
表1选泵方案比较
方案编号
用水变化范
围/(L/s)
运行及台数
水泵扬
程/m
所需
扬程/m　
扬程利
用率/%
水泵效
率/%
方案1选用
一台14sh-9A
两台12sh-9

450～564
一台14sh-9A
70～64
55
79～100
79～89
两台12sh-9
79～84
420～450
一台14sh-9A
65～55
45～55
69～100
76～89
一台12sh-9
78～86
380～420
一台14sh-9A
56～45
44～45
79～100
78～84
175～380
两台12sh-9
65～44
42～44
65～100
76～86
＜175
一台12sh-9
＞42
＜42

＜84
方案2选用
一台20sh-9
两台12sh-9

535～564
一台20sh-9
70～64
56～64
80～100
77～83
两台12sh-9
79～84
500～564
一台20sh-9
66～65
55～56
80～100
78～84
一台12sh-9
78～84
175～380
两台12sh-9
65～44
42～44
65～100
76～86
＜175
一台12sh-9
＞42
＜42

＜84
从表1可以看出，方案1能量略好于方案2，特别是在出现几率较大时，如在220～450 L/s的范围内（这一范围内用水量接近平时用水量），能量浪费较少，而且水泵台数两个方案均相等。
可用管路特性曲线进行选泵。先求出管路特性曲线方程中的参数，因为：

所以：

表2 管路特性曲线关系表

0.1

查给水排水设计手册sh型单级双吸离心泵的性能表可知：
表3 sh型单级双吸离心泵的性能表
泵型号
流量Q
扬程
H
（m）
转速
n
（r/min）
功率N（KW）
效率

（%）
最大允
许席上
真空高
度（m）

L/s
轴功率
Pa
配套功
率

12sh-9
576
160
65
1450
128
180
80

792
220
58
149
84
972
270
50
168
79
14sh-9A
900
250
70
1450
220
300
78

1170
325
65
247
84
1330
370
56
257
79
20sh-9

1150
430
66
970
340
500
82
4

2016
560
59
390
83
2450
680
50
433
77
根据分析反复比较选泵参考特性曲线得出结论：
在两者轴功率相同及相差不大的前提下，为了方便日后水泵的管理和维修，选择四台不同样型号的水泵，互为备用，第一级工作时一台水泵单独工作。，第二级工作时两台水泵并联工作。
.3确定电机
根据水泵样本提供的配套可选电机，选定JR138-4电机，其参数如下：
。
2.2 水泵机组的基础设计
表4 14sh-9型单级双吸是离心泵（不带底座）安装尺寸（mm）
型
号
电动机尺寸

14sh-9
3454
1125
930
875
640
4-12
600
型
号

出口锥管法兰尺寸

14sh-9
860
500
350
460
505
16-22

图2 14sh-9型单级双吸是离心泵（不带底座）安装尺寸图
14sh-9A型水泵不带底座，所以选定其基础为混凝土块式基础，则
基础长度L＝地角螺钉间距+（400～500）
＝
基础宽度B＝地角螺钉间距+（400～500）
＝
基础高度H＝
＝
其中—水泵重量（kg）—电机重量（kg）
—基础长度（m）
—基础宽度（m）
—基础密度（kg/m3）(混凝土密度ρ＝2400kg/m3)
最终确定水泵占地2.3m×1.1m×。
表5 14sh-9型单级双吸是离心泵外形尺寸（mm）
型号
外形尺寸

14sh-9
1533
822
510
440
1300
650
900
360
1106
560
50
型号
外形尺寸
进口法兰尺寸
出口法兰尺寸

14sh-9
260
14-23
350
460
500
16-23
250
350
390
12-23

14sh-9型单级双吸式离心泵外形尺寸图
2.3 水泵吸水管和压水管系统的设计
当泵站为以及供水时，一台12sh-9型单级双吸是离心泵单独工作时，其流量。
当水泵为二级供水时，一台14sh-9A和两台12sh-9单级双吸是离心泵并联工作，其流量，其单台出水泵最大流量为，水泵吸水管和压水管所通过的流量应按最大流量设计，管材采用钢管。
吸水管路
.1吸水管路的布置要求
吸水管路通常处在高压状态下工作，所以对吸水管路的基本要求时不漏气、不积气、不吸气，否则会使水泵的工作产生故障，为此常采用以下措施：
① 为保证吸水管路不漏气，要求管材必须严格。
② 为使水泵能及时排走吸水管路中的气体，吸水管应有沿水流方向连续上升的坡度。
③ 吸水管的安装与铺设应该避免管道内形成气囊。
④ 吸水管安装在吸水井内，吸水井的有效容积不应小于最大一台泵5min的抽水量。
⑤ 吸入式的水泵，每台水泵都应单独设立吸水管。
⑥ 当吸水池的水位高于水泵的轴线时，吸水管上应设闸阀，以利于水泵检修。
⑦ 当水中有大量杂质时，喇叭口下应设置滤网。
⑧ 吸水管路设计的流速一般为：时，；时，；时，
.2 吸水管径
当时，由钢管水力计算表查的管径，流速，单位管短的损失每台水泵都单独设有吸水管，并设有手动常开检修阀门，型号为D371J-10，DN＝600mm，L＝154mm，W＝380kg
压水管路
.1压水管路的布置
对压水管路的基本要求就是耐高压，不漏水，供水安全，安装及检修方便。
① 压水管路常采用钢管，采用焊接接口，与设备连接处或需要经常检修的地方采用法兰连接。
② 为了避免管路上的应力传至水泵，以及安装和拆卸的方便，可在压水管路适当的位置上设补偿接头或可绕性接头。
③ 离心泵必须要关阀启动。
④ 当不允许水倒流时，需设置止回阀。
⑤ 压水管路设计流速时，；时，；
.2 压水管管径
当时，由钢管水力计算表查的管径，流速，单位管短的损失，压水管设有多功能水泵控制阀，型号JD745X-25，DN＝500mm，L＝1100mm，W＝1200kg。并设有联络管（DN＝600mm），由两条输水干管（DN＝600mm）送往城市管网。
管路附件选配
名称
型号
规格
单位
数量
喇叭口

DN800 600
个
3
90度弯头

DN600
个
3
蝶阀
D371J-10
DN600 L＝154
个
7
三通

DN600 600
个
3
多功能阀
JD745X-25
DN500 L＝1100
个
3
同心渐扩管

DN350 500
个
3
同心渐扩管

DN500 600
个
3
吸水管、压水管连同泵一起安装在机器间的地板上，管道直进直出，弯头少，可节约电耗。在选择配件时，选择的是全国通用的产品。
2.4 布置机组和管道
水泵机组布置的基本要求是；供水安全可靠，管道布置简短、安装与维护方便、机组排列整齐、起重设备简单并留有扩建余地。
常见的布置形式；
1） 纵向排列
适用于IS型单级单吸挂壁式离心泵。采用这种排列形式的可以保持吸水管顺直，机组布置较为紧凑整齐，检修方便，泵房长度较小但宽度较大（IS型水泵轻，可以用移动式吊装设备）。
2） 横向排列（泵轴线呈一直线布置）
横向排列这种排列形式适用于侧向进水、侧向出水的SH型双吸式水泵，进出水管道顺直，水利条件好，这种布置形式虽然泵房长度大胆跨度小，吊装设备采用单轨电车即可。
3） 横向双行排列
横向双行排列这总布置形式更为紧凑，节省建筑面积。泵房跨度大、起重设备需考虑采用桥式行车。适用于泵房中机组较多的圆形取水泵站。但这种布置形式两行泵的转向从电机方向看去时彼此相反的，因此，在泵订购时应向泵厂特别说明，一边水泵厂配置不同转向的轴套止锁装置。
2.5 泵房形式的选择
根据清水池最低水位标高和水泵的条件，确定泵房为矩形地面式。泵房左侧设有设备出入的大门，右侧设有控制室，配电室等。
泵的布置形式
（一）纵向排列
此种排列方式适用于如IS型单级单吸挂壁式离心泵。因为悬臂式系顶端进水，采用纵向排列能使吸水管保持顺直状态，如果泵房中兼有侧向进水和侧向出水的离心泵，则纵向排列的方案就值得商量。如果是SH型泵占大多数，纵向排列方案就不可取。
（二）横向排列
侧向进、出水的泵，如单级双吸卧式离心泵SH型、SA型采用横向排列比较好。横向排列虽然稍增长了泵房的长度，胆跨度可减小，进出水顺直，水利条件好，节省电耗故被广泛采用。根据以上药店和实际情况，本泵站采用横向布置，横向排列的各部尺寸应符合下列要求：
根据机组和管道布置经反复比较，最终取水泵间距2m，水泵与配电设备间距2.5m，水泵距大门口5m，水泵距吸水管侧墙2.5m，水泵距出水管侧墙4.5m。
泵房总长度：

泵房总宽度：

2.6 吸水井的设计
吸水井尺寸应满足安装水泵吸水管进口喇叭口的要求。
吸水井最低水位＝清水池最低水位－清水池至吸水井水头损失
＝3-0.2＝2.8m；
具体尺寸要求：
（1）
（2） 水泵进水口应设喇叭口，以便吸水管进口水流稳定，减少损失。①水泵吸水管进口喇叭口大头直径D≥×600=800mm，
②水泵吸水管进口喇叭口长度L≥（3.0～7.0）×（D－d）=4×（800-600）=800mm；
③喇叭口距吸水井井壁距离≥×800＝800mm；
④喇叭口之间的距离≥×800＝1600mm；
⑤喇叭口距吸水井井底距离≥（0.8～1.0）D＝800mm；
⑥喇叭口淹没水深h≥（0.5～1.0）＝1.2m。
所以，吸水井长度为7200mm，但考虑水泵机组之间间距，将吸水井长度确定为8000mm，吸水井宽度为2400mm（最终调整为3000），吸水井高度为6500mm(包括超高300)。经计算吸水井有效容积为，大于泵站内最大一台泵5min的抽水量，故满足要求
2.7 各工艺标高的设计
14sh-9型水泵允许吸上真空高度可在水泵性能曲线上查的，当时，
泵轴安装高度，查表得5（喇叭口局部阻力系数）；（90度弯头局部阻力系数）；（阀门局部阻力系数）；（偏心减缩管局部阻力系数）；（三通）；（同心渐扩管局部阻力系数）；（同心渐扩管局部阻力系数）；（偏心减缩管局部阻力系数）。
经计算，但考虑长期运行后，水泵性能下降和管路阻力增加等，所以取。。
泵轴标高＝吸水井最低水位+Hss＝2.8+3.73=6.53m，。
基础顶面标高＝泵轴标高-泵轴至基础顶面高度＝6.53-0.51＝6m。
泵房地面标高＝基础顶面标高-0.20＝5.80m。
2.8 复核水泵和电机
根据已经确定得机组布置和管路情况重新计算泵房内得管路水头损失，复核所需扬程，然后校核水泵机组。
泵房内管路水头损失
，
所以，水泵扬程
，与估计扬程基本相同，选定得水泵机组合适。
2.9 消防校核
消防时，泵站的供水量
消防时，泵站的扬程：
其中—地形高差(m)；—自由水压(低压消防制取20m)；
—总水头损失(m)；—泵站内损失（m）。
根据和，在附图上绘制泵站在消防时需要得水泵工况点，见图中得X点，X点在两台水泵并联特性曲线得下方，所以，两台水泵并联工作就能满足消防时的水量和水压要求，说明所选水泵机组能够适应设计小区的消防灭火的要求。
2.10 设备的选择
2.10.1 引水设备
启动引水设备，选用水环式真空泵，真空泵的最大排气量

其中 —真空泵的最大排气量（m3/s）；
—漏气系数（1.05～1.10）；
—最大一台水泵泵壳内空气容积（m3）；
—吸水管中空气容积；
—一个大气压的水柱高度，取10.33；
—水泵引水时间（h），一般取5min；
—离心泵的安装高度（m）；
真空泵的最大真空度
其中 —真空泵的最大真空度（mmHg）；
—离心泵的安装高度（m），最好取吸水井最低水位至水泵顶部的高差。
根据和选取SZB-8型水环式真空泵2台，一备一用，布置在泵房靠墙边处。
2.10.2 计量设备
在压水管上设超声波流量计，选取SP-1型超声波流量计2台，安装在泵房外输水干管上，距离泵房7m。
在压水管上设压力表，型号为Y－60Z，测量范围为0.0～1.0MPa。在吸水管上设真空表，型号为Z－60Z，测量范围为0～760mmHg。
2.10.3 起重设备
选取单梁悬挂式起重机SDQ-2，起重量2t,跨度7.0m，起升高度3.0～10.0m。
根据起重机的要求计算确定泵房净高度12m。
2.10.4 泵房高度

—泵房平台以上高度；
—一般不小于0.1m，取0.1m；
—吊车梁高度0.6m；
—吊车梁底至起重机钩中心距离1.25m；
—起重绳的垂直长度1.54m；
—最大一台设备高度1130mm；
—起吊钩在平台上的超高2000mm；
所以泵房的高度为H=10m，为了以后的发展需要，取H=11m
2.10.5 排水设备
设潜水排污泵2台，一用一备，设集水坑一个，容积为
××3
选取50QW15-7-0.75型潜水排污泵，其参数为：
；；；
2.10.6 防水锤设备
采用缓闭阀门来减少水锤的冲击。
2.11 泵房的建筑高度和平面尺寸的确定
水泵机组采用单排横向排列式布置。泵房左端设以进出设备的大门，控制室、配电室、值班室设在泵房右侧地上一层。水泵间距2。5m，水泵与配电设备间距2.5m，水泵距大门口5.0m；水泵距吸水管侧墙2.0m； 泵房长32.0m,宽7.4m，净高11m；清水池长12.4m，宽3m，高6.5m；
2.12 设计二级泵站平面图和剖面图