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取水工程课程设计计算书

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2020年4月19日
文档仅供参考
《城市水资源与取水工程》课程设计任务书
一．任务书
本课程设计的任务是根据所给定的原始资料设计某城市新建水源工程的取水泵房。
一、设计目的
本课程设计的主要目的是把《泵与泵站》、《城市水资源与取水工程》中所获得的理论知识加以系统化，并应用于设计工作中，使所学知识得到巩固和提高，同时培养同学们有条理地创造性地处理设计资料的独立工作能力。
二、设计基本资料
1、近期设计水量6,8,10万米3/日，要求远期9,12,15万米3/日（不包括水厂自用水）。
2、原水水质符合饮用水规定。河边无冰冻现象，根据河岸地质地形以决定采用固定式泵房由吸水井中抽水，吸水井采用自流管从取水头部取水，取水头部采用箱式。取水头部到吸水井的距离为 100 米。
3、水源洪水位标高为 73.2米（1%频率）；估水位标高为 65.5米（97%频率）；常年平均水位标高为 68.2 米。地面标高70.00。
4、净水厂混合井水面标高为 95.20米，取水泵房到净水厂管道长 380(1000)米。
5、地区气象资料可根据设计需要由当地气象部门提供。
6、水厂为双电源进行。
三、工作内容及要求
本设计的工作内容由两部分组成：
1、 说明说
2、 设计图纸
其具体要求如下：
1、 说明书
（1）设计任务书
（2）总述
（3）取水头部设计计算
（4）自流管设计计算
（5）水泵设计流量及扬程
（6）水泵机组选择
（7）吸、压水管的设计
（8）机组及管路布置
（9）泵站内管路的水力计算
（10）辅助设备的选择和布置
（11）泵站各部分标高的确定
（11）泵房平面尺寸确定
（12）取水构筑物总体布置草图（包括取水头部和取水泵站）
2、 设计图纸
根据设计计算成果及取水构筑物的布置草图，按工艺初步设计要求绘制取水头部平面图、剖面图；取水泵房平面图、剖面图及机组大样图，图中应绘出各主要设备、管道、配件及辅助设备的位置、尺寸、标高。绘制取水工程枢纽图。
泵站建筑部分可示意性表示或省略，在图纸上应列出泵站和取水头部主要设备及管材配件的等材料表。

二、总述
本次设计为一级泵站，给水泵站采用圆形钢筋混凝土结构，泵房设计外径为16m，泵房上设操作平台。自流管采用DN800的钢管，吸水管采用DN600的钢管，压水管为DN450的钢管，输水干管采用DN600的钢管。筒体为钢筋混凝土结构，所有管路配件均为钢制零件。水泵机组采用14sh—13A型水泵，JS—116—4型异步电动机，近期二用一备，远期三用一备。起重机选用DL型电动单梁桥式，，排水设备选用WQ20-15型潜水泵，通风设备选用T35-11型轴流风机两台。
三、取水头部设计计算
1.设计流量Q的确定：
考虑到输水干管漏损和净化场本身用水，取水用水系数α=1.05，因此
近期设计流量为：
Q近=αQd24h=1.05×6×104×10324×3600Ls=729.17L/s

Q远=αQd24h=1.05×9×104×10324×3600L/s=1093.75L/s
2.取水头部的设计和计算
本设计中取水头部选用箱式取水头部
格栅面积公式：F=Q（v×k1×k2），（m2）
式中：Q——设计流量，1.09375（m3/s）
V——过栅流速，取0.4m/s
k1——栅条的堵塞系数，取0.75
k2——栅条的面积减小系数，k2=b/（b+s）
b——栅条净间距，取40mm
s——栅条厚度，取10mm
则：k2=b/（b+s）=40/（40+10）=0.8
F=Q（v×k1×k2）=1.093750.4×0.75×0.8=4.48m2
取水头部两面进水，采用4个栅格，单个栅格的面积为f=F/4=4.48/4=1.12m2
查《给水排水设计手册》第三册得：
选用的栅格尺寸为：B×H=1500mm×1100mm
进水口尺寸为：B1×H1=1400mm×1000mm
有效面积为：1.18m2
标准图号为S321-1，型号为12
四、自流管设计计算
采用远期流量进行计算，由于采用两条自流管输水，因此单管的输水流量Q输=Q远2 =546.88L/s，根据输水管的流速范围1.0-1.5m/s，选取V=1.2 m/s，得D=4Q输1.2π=761.75mm，因此输水管采用800mm的钢管。
五、水泵设计流量及扬程
1.取水头部到泵房吸水间的水头损失
在正常工作最大流量下的情况下，由于有两条自流管，当一条自流管检修时，另一条输水管应经过75%的设计流量，即
Q'=Q远×75%=1093.75×0.75L/s=820.31L/s
查《给排水设计手册》中的钢管水力计算表，选用两条DN800的钢管作为自流管，查水力计算表得：
Q1=820 L/s 时， V1=1.63m/s， 1000i1=3.81
Q2=830 L/s 时， V1=1.65m/s， 1000i2=3.90
利用内插法求得，Q'=820.31 L/s时，1000i=3.86，V=1.63 m/s<2 m/s,符合要求。
由式h=il（l=100m），得h自流管=1.1×3.86×10-3×100=0.42m(1.1是包括局部水头损失而加大的系数)。
取水头部的水头损失取h2=0.4m；
因此从吸水头部到吸水井的水头损失H=h自流管+ h2=0.82m
2.水泵所需的净扬程HST
因为从吸水头部到吸水井的水头损失为0.82m，则吸水间中的最高水位标高：
H洪=（73.2-0.82）m=72.38m
H枯=（65.5-0.82）m=64.68m
因此所需的净扬程HST为：
洪水位时，HST洪=95.20-72.38=22.82m
枯水位时，HST枯=95.20-64.68=30.52m
3.输水干管中的水头损失h输（按远期考虑）
设采用两条DN800钢管并联作为原水输水干管， 一条管管检修时，另一条输水管应经过75%的设计流量（按远期考虑），即：
Q2=0.75Q远=820.31L/s
查水力计算表得管内流速V=1.63 m/s，1000i=3.86，因此：
h输=1.1×3.86×10-3×380=1.61m（式中1.1为局部损失加大系数）
4.泵站内管路的水头损失
粗估为2m，考虑安全水头为2m
则泵设计扬程为：
估水位时，Hmax=30.52+1.61+2+2=36.13m
洪水位时，Hmin=22.82+1.61+2+2=28.43m
六、水泵机组选择
1.初选泵和电机
近期三台14Sh-13A型泵（Q=240~370L/s，H=41~30m，N=121~136kW，Hs=3.5m，m1=1000kg），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。
根据14Sh-13A型泵的要求选用JS-116-4型异步电动机（N=155kW, n=1470r/min, m2=1080kg）
2. 机组基础尺寸的确定
查泵与电机安装尺寸，计算出14Sh-13A型泵机组基础平面尺寸为2468mm×1020mm，机组总重量W=Wp+Wm=10548+9800=20348N
H1=3.0WL×B×γ
式中L——基础长度，L/m
B——基础宽度，B/m
——基础所用材料的容重，对于混凝土基础，=23520N/m3
因此H=3.0WL×B×γ=3.0×203482.468×1.02×23520=1.03m
七、吸压水管的设计
1.吸水管
已知 Q远=10943=365L/s，因此
吸水管采用DN600的钢管，V=1.25m/s,1000i=3.54
2.压水管
压水管采用DN450的钢管， V=2.22m/s,1000i=14.48
八、机组及管路布置
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，在订货时应予以说明。每台水泵有单独的吸水管，吸水管与压水管采用直进直出方式布置，压水管引出泵房后两两连接起来。泵出水管上设有止回阀（H44T（X）-10型）、电动蝶阀（D941型）和手动蝶阀（D341型），吸水管上设手动闸阀（Z45W-10型）。为了减少泵房建筑面积，闸阀切换井设在泵房外面，两条DN900输水管用DN900蝶阀（D341型）连接起来，每条输水管上各设切换用的蝶阀（D341型）一个。
九、泵站内管路的水力计算
按一条最不利路线（见如下草图）

路径所涉及的管件局部阻力系数见下表：

14sh-13A型水泵

吸水管路
编号
设备名称
规格型号
局部阻力系数ξ
1
吸水管进口
DN600
0.5
2
手动闸阀
DN=600，Z45T-2.5暗杆楔式闸阀 ,L=600
0.15（按ad=18）
3
偏心渐缩管
DN600×350,L=556
0.25

压水管路
4
同心阔渐管
DN300×450，L=768
0.25
5
止回阀
DN450,H44X-10型旋启式,L=880
2.15
6
钢制45°弯头
DN450
0.34
7
电动蝶阀
DN450，D941X-10型电动蝶阀，L=330
0.15
8
伸缩接头
DN450
0.21
9
手动蝶阀
A型对夹式蝶阀，L=109
0.15
10
钢制90°弯头
DN450
1.01
11
渐放管
DN800×450,L=561
0.34
12
钢制斜三通
DN800
0.5
13
钢制正三通
DN800
0.11
14
电动蝶阀
DN800，D940X-0.5，L=260
0.15

1.吸水管路中的水头损失 hs

其中，
V1-偏心渐缩管出口流速，
2.压水管路的水头损失hd

其中，
V3-渐放管进口流速，
V4-压水管路DN450流速，V4=2.22m/s
V5-输水干管在事故时流速，V5=1.63m/s
因此，h=hs+hd=0.238+2.164=2.402m
水泵实际扬程：
枯水位：Hmax=30.52+1.61+2.402+2=36.532m
洪水位：Hmin=22.82+1.61+2.402+2=28.832m
由此可见，初选水泵机组符合要求。

十、辅助设备的选择和布置
1.起重设备
最大起重量为JS-116-4型电机重量Wm=1080kg，最大起重高度为11.77+2.0＝13.77m（其中2.0m是考虑操作平台上汽车的高度）。选用DL型电动单梁桥式起重机（定制，起重量为2t，跨度19.5m，起重高度18m）。
2.引水设备
水泵是自灌式工作，不需要引水设备。
3.排水设备
由于泵房较深，故采用电动水泵排水。沿泵房内壁设排水沟，将水汇集到集水坑内，然后抽回到吸水间去。
取水泵房的排水量一般按20～40m3/h考虑，排水泵的静扬程15.5m计，水头损失大约5m，故总扬程在15.5+5=20.5m左右，可选用IS65-50-160A型离心泵（Q=15～28m3/h，H=27～22m，N=3kW，n=2900r/min）两台，一用一备，配电机为Y100L-2。
4.通风设备
由于与水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）。
5.计量设备
在净水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。

十一、泵站各部分标高的确定
1.水泵安装高度的确定
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，因而水泵为自灌式工作，因此水泵的安装高度小于其允许吸上真空高度，无须计算。
2.泵房筒体高度的计算
已知吸水间最低动水位标高为64.68m，为保证吸水管的正常吸水，取吸水管的中心标高为63.12m（吸水管上缘的淹没深度为64.68-63.12-（D/2）=1.16m）。取吸水管下缘距吸水间底板0.7m，则吸水间底板的标高为63.12-（D/2+0.7）=62.02m。
洪水位标高为73.20m，考虑1.0m的浪高，则操作平台标高为73.20+1.0=74.20m。故泵房筒体高度为：H=74.2-62.43=14.48m。
3.泵房建筑高度的确定
泵房筒体高度已知为14.48m，操作平台以上的建筑高度，根据起重设备及起吊高度、电梯井机房的高度、采光及通风的要求，吊车梁底板到操作平台楼板的距离为6.3m，则吊车梁底板的标高为74.2+6.3=80.5m，从平台楼板底到房顶底板净高为10m。

十二、泵房平面尺寸确定
根据泵机组、吸水与压水管道的布置条件以及排水泵机组和通风机等附属设备的设置情况，从给水排水设计手册中查出有关设备和管道配件的尺寸，经过计算，求得泵房内径为16m。

十三、取水构筑物总体布置草图（包括取水头部和取水泵）