泵站设计案例.doc

目 录

第一章 综合说明……………………………………

第二章 设计参数的确定……………………………

第三章 机组选型……………………………………

第四章 进出水布置及进出水建筑物设计…………

第五章 站房设计……………………………………

第六章 出水管路设计………………………………

第七章 水泵工况点的校核…………………………

第八章 校核计算…………………………………

参考资料………………………………………………

课程设计及目的和要求
通过泵站工程设计，培养学生应用所学知识解决工程实际问题的能力，具体要求：
1.综合运用已学过的专业基础课，专业课的知识，完成所给定的泵站工程初步设计阶段设计任务书。通过设计进一步巩固、深化已学知识，扩大知识面，了解和初步掌握小型泵站设计的过程、任务要求及设计方法。
2.培养树立正确的设计思想。
3.训练收集、应用资料、计算分析、绘制工程设计图和编写设计说明书的能力。
4.课程设计应各自独立进行，按期完成任务，提交规定的成果，不得抄袭。

第一章 综合说明
1-1 兴建缘由
徐州某县为满足向大运河补水要求，计划兴建补水泵站一座。

1-2 工程位置、规模、作用
工程位置选在徐州市某县主要河流旁，规模为一般补水型泵站，主要是为了满足该县向大运河的补水。

1-3 基本资料
一、地质条件
地面以下土质均为中粉质壤土，夹铁锰质结核，贯入击数26击，地基允许承载力180KPa，内摩擦角24°，凝聚力26K Pa。地面高程低于下游引水河道堤顶高程0.5m。

二、 水位特征值
下游水位（m）
上游水位（m）
设计运
行水位
最低运
行水位
最高
洪水位
设计运
行水位
最低运
行水位
防洪
水位
26.0
25.2
30.6
31.2
31.0
31.7
下游引水河道
上游引水河道
河底高程（m）
河底宽（m）
边坡
堤顶宽（m）
河底高程（m）
河底宽（m）
边坡
堤顶宽（m）
24.2
12
1∶2.5
6
28.3
12
1∶2.5
6

第二章 设计参数的确定
2-1 设计流量的确定
设计流量为泵站流量即为17.1
初选7台水泵，则每台水泵流量为q=14.5/7=2.07
2-2 水位分析及特征扬程的确定
设计扬程=出口设计水位—进口设计水位
最大扬程=出口设计水位—进口最低运行水位
最小扬程=出口最低水位—进口最高运行水位

2-3 工程设计等级
建筑物等级为Ⅲ级

第三章 机组选型
1.适宜的泵机组台数为4—8台，初步选择n=7台。
2.单泵流量：

3-1方案比较、水泵选型
1.根据设计扬程（5.98m）和每台泵的设计流量（2.443）可以选用900ZLB-2.8~6.8型和1000ZLB-8.7型轴流泵。
2.从流量角度考虑，前者流量更接近设计工况下的流量。
3.从扬程角度考虑，前者扬程更接近设计工况下的扬程。
4.前者在最优工况下的效率为84.9%，而后者为80.9%。又两者角度均为-4。.故综合考虑后选择7台900ZLB-2.8~6.8型水泵。
900ZLB-2.8~6.8型轴流泵的部分工作参数如下：
流量Q
扬程H
转速n
效 率η
叶轮直径D
轴功率p
叶片安装角
2456 L/s
6.7m
490 r/min
84.9%
850 mm
190.4kW
-4°
该泵的喇叭口直径为1250mm，高度为3.1m，水平最大宽度为1.64m。
3-2电机选型

因为水泵的轴功率大于100kW，所以K=1.05
此处Q查水泵叶片角度-2时的流量，为2.68m/s
∴
又水泵厂家推荐使用电机JSL-14-12型，其功率为210kw。所以可选用JSL-14-12型电动机。此参数如下：
水平最大圆直径为1.25m
高度
/m
额定
功率/kw
额定
电压/V
满载时
堵转电流
——
额定电流
堵转转矩
——
额定转矩
最大转矩——
额定转矩
转子转动惯量kgm
转速/r/min
定子
电流/A
效率
功率因素
1.87
210
380
494
423.4
93.3%
0.806
5.54
1.37
2.23
42.5
电机与水泵采用联轴器直联传动

第四章 进出水布置及进出水建筑物设计
4-1进水池设计
1.边壁形状确定
采用渐开线型的进水池，这样对水泵吸水管管口水力损失ζ较小
2.尺寸确定
（1）池宽B：B=2.5D=2.51.25=3.125m（两边的池壁厚取0.7m）
隔墩厚度取=0.5m
进水池净宽： 取25m
（2）悬空高P：P=（0.5~0.8）D=0.64 D=0.641.25=0.8m
（3）淹没深度：喇叭管垂直布置，=（1.0~1.25）D=1.21.25=1.5m
（4）安全超高：取0.5m
（5）池深h:h=P++=0.8+1.5+0.5=2.8m
（6）池长L：L=，故取L=5 D=6.25m
（Q>0.5m/s,K=15）
（7）后壁距T:T=0.5 D=0.625m
（8）池底高程：由所选水泵安装图可得池底高程为
由此可知引渠与进水池落差为24.2－22.9＝1.3m，进水池要在引渠基础上往下挖1.3m
（9）管口距进水池边壁距离A： 取0.94m
（10）管口之间距离S：

4-2前池设计
1.类型确定
由水流方向可以确定前池的类型为正向进水式
2.扩散角α确定
前池扩散角一般采用20°到40°，此处采用
3.尺寸确定

（1）池长L： 取20.6m
（2）池底纵向坡度i：由于前池较长，纵坡只设置在靠近进水池的一段，i=0.2

4-3出水池设计
1.类型确定
由水流方向可以确定出水池的类型为正向出水式
2.尺寸确定（水面漩滚法）

出水管管径:==0.84=1.31m 取标准管径1.30m
（出水管采用铸铁管，K=0.84）
出口流速

（1） 管口下缘至池底距离P：一般为10~20cm，在此取15cm
（2） 管口上缘最小淹没深度=（2~3）=
（3） 出水池宽度 B= 取28.7m
（：隔墩厚度，0.2m，b:出水管至边墩或池壁的距离，）
（4） 出水池底板高程
（5） 出水池池顶高程
（Q>6，）
（6）管口上缘最大淹没深度：=上游防洪水位-上游引水河道河底高程-
（7）池长L
上游引水河道高程28.3m<出水池池底高程29.21m，则出水池中无台坎，m=0,K=7

3. 出水池和干渠的衔接

（1）收缩角：α=30°到45°，最大不超过60°，这里取α=45°
（2）过渡段长度：
（3）护砌长度
=上游防洪水位-上游引水河道河底高程=31.7-28.3=3.4m
==13.6m

第五章 站房设计
5-1 站房结构型式与布置
1.结构型式
采用湿式墩墙式，进水条件好，各台机组可单独检修，互不干扰

2.内部布置
主机组布置：采用纵向一列式，简单整齐，机房横向跨度较小
配电设备布置：采用一端式布置，机房跨度小，进出水侧可以开窗，不影响通风采光。
检修间布置：设在机房靠近大门的一端，并留有空地存放工具等用物
交通道布置：宽度取2m，布置在出水侧，与配电间地板同高
充水系统布置：布置在检修间
排水系统布置：机房地面应有向前池方向倾斜的坡度，设排水沟，至支沟沿机组基础布置，必要时加排水泵，集水井设在机房最低处
通风布置：合理布置门窗，利用风压或热压实现自然通风
电缆沟布置：从开关柜至机组的电缆整齐地铺设在泵房地面下的电缆沟内

5-2 站房尺寸的确定
1.各部分高程确定
（1）水泵进水口高程
（2）底板高程
（3）电机层地面楼板高程
（4）机房屋面大梁底高程
机房高度H=1.9+0.3+3.1+2.635+0.5+0.2=8.64m
（：电动机高度 ：安全操作距离 ：起吊件高度，电机为1.9m，水泵为3.1m，取大的为3.1m ：起重绳索垂直长度：对水泵m，对电机m，取大值，所以m ：吊钩最高位置距吊车顶部距离取0.5m :机组顶部到起吊物底部之间安全操作间距0.2m）

2.站房长度
（1）机组中心距
(:站墩间净距 :中墩厚度)
（2）站房长度 取29.1m
3.站房宽度
JSL-14-12型电动机水平最大圆直径为1.25m
电机两旁各取宽度2.25m和1.5m
所以站房宽度为1.25﹢2.25﹢1.5＝5m

4.机房长度

取30.6m
(配电间和检修间的宽分别取=2m和=3m)

5.机房宽度
立式电动机外径，查资料得：JSL-14-12型电机外径为。
泵房出水侧工作通道，取。
泵房进水侧主通道，取。
动力机层进水侧墙厚，取。
检修工作桥宽度，本设计取为。
故，

5-3起重设备选配
水泵重约为kg，电机重约为kg。查资料选用CD5-9D型电动葫芦。技术规格如下表：
起重量
（t）
升起高度
（m）
运行速度
（m/min）
起升速度
(m/min)
钢丝绳规格
钢丝绳长度
（m）
钢丝绳绳径
（mm）
运行轨道
总重量
（kg）
工字钢型号
最小曲率半径
（m）
5
9
20
8
637+1
22.43
15.5
32-45c
2.5
150

第六章 出水管路设计
1.水泵出口中心高程
由厂家给定的900ZLB-2.8~6.8型水泵安装尺寸确定水泵出口中心高程
=25.2－0.51－0.99+1.48+0.93=26.11m
2.出水管中心高程
根据出水部分的设计可以得出出水管中心的高程
=29.21+0.15+1.31/2=30m
3.管长
水泵出口法兰面与水平面呈60，
从水泵出口中心到出水管中心的垂直距离为30-26.11＝3.89m；
按出水池挡水墙建在泵房施工开挖线以外的原状土上为原则确定，避免日后出水池发生过多沉陷而影响管路安全。泵房底板地面与出水池挡水墙底板面高差为28.71-21.7=7.01m，两底板各留施工余量0.5m，泵房基坑开挖边坡取1:1，管口伸入水池约0.3m。则出水管路总长经逐段计算累加得8.36m，泵房与出水池净距为8.11m。

第七章 水泵工况点的校核
7-1 水泵运行工况点推求
1.水泵性能参数。
900ZLB-2.8~6.8型轴流泵-4°叶角，n为490r/min下的工作范围技术参数，如下表所列：
叶片安放角
流量Q
（m3/s）
扬程H
（m）
转速n
(r/min)
功率N
（kW）
效率η
（%）
叶轮直径
（mm）

-4°
2.963
3.6

490
127．8
81.0

850
2.752
5.1
164.6
83.6
2.456
6.7
190.4
84.9
2.183
7.8
206.1
81.0

2.管路性能参数。
管内壁糙率，本设计用铸铁管，查资料得。
管路总长度，。
管路直径，。
考虑到机房及出水池间的不均匀沉陷，在管道的外弯头侧和出水池前各按一个软接头，其大小由施工时给出，其损失系数为20.2=0.4；
在泵出口安装一个30°的弯头，以便与外管道连接，其ζ=0.33；
在出水管末端按一个渐扩管道，直径由1.0m（水泵出水口径为1.0m）渐扩为1.3m，其=0.2；
在泵进水口处因为有喇叭口，故其ζ=0.2；

局部阻力参数和管路局部阻力处直径，查资料得；；；；。
管路沿程阻力系数，。
管路局部阻力系数，
。
故，。
所以，。

3.工作点推求。

泵站
流量
（m3/s）
下游水位（m）
上游水位（m）
下游引水河道
上游引水河道
17.1
设计运行水位
最低运行水位
最高洪水位
设计运行水位
最低运行水位
防洪水位
河底高程（m）
河底宽（m）
边坡
堤顶宽（m）
河底高程（m）
河底宽（m）
边坡
堤顶宽（m）

26.0
25.2
30.6
31.2
31.0
31.7
24.2
12
1:2.5
6
28.3
12
1:2.5
6
叶片安放角
流量Q
（m3/s）
扬程H
（m）
转速n
(r/min)
功率N
（kW）
效率η
（%）
叶轮直径
（mm）

-4°
2.963
3.6

490
127．8
81.0

850
2.752
5.1
164.6
83.6
2.456
6.7
190.4
84.9
2.183
7.8
206.1
81.0

管路性能参数计算表如下：
Q(m3/s)
2.10
2.20
2.30
2.40
2.50
2.60
2.70
2.80
Q2
4.41
4.84
5.29
5.76
6.25
6.76
7.29
7.84
(m)
0.348
0.382
0.418
0.455
0.494
0.534
0.576
0.619
H= H+SQ(m)
5.548
5.582
5.618
5.655
5.694
5.734
5.776
5.819

泵运行工况图：
Q——H曲线图（叶片角度-4）
5.55
5.6
5.65
5.7
5.75
5.8
5.85
5.9
5.95
0
2.183
2.456
2.752
2.963

Q(m/s)
H(m)

4.泵站流量校核。
由上图可知，水泵工作点为两曲线交点P点（2.46，5.7m）
所以每台水泵的出水流量为2.46，扬程为5.7m>5.2m，输送流量为17.22>17.1m/s,满足要求。机组台数：17.1/2.46=6.96台，故取7台。

7-2 泵站效率预测
水泵运行效率，在设计工况下。
电机运行效率，。
机组传动效率，弹性联轴器传动取。
管路效率，。
水池效率，。
则，，
高于国家标准，符合规定要求。
结论，由以上设计可知，水泵定为900ZLB-2.8~6.8型-4°的轴流泵，电机定为JSL-14-12型210kW的电机，各需7台。

第八章 校核计算
8-1 校核气蚀性能
Hs=Ha—Hv——hsv=10——hsv

Hs=10—0.479—7.04=2.48m>0，安装在水面以上，符合气蚀性能。

8-2 校核电机功率
<210KW,满足要求。

8-3 站房稳定性分析
1.渗透稳定演算
在前池底部设置有梅花形防渗孔。
上游防洪水位31.7m，下游最低运行水位25.2m，渗径系数C：中砂有反滤层系数为5

实际渗径长度

满足要求。

2.站房运行期间稳定计算
结构容重：钢筋混凝土23.52，纯混凝土21.56，浆砌块石22.54，砖墙16.66，检修工作桥栏杆0.49KN/m，钢窗0.392，钢门0.441，木门0.147。
设备重量：水泵29.4KN/台，电机32.34 KN/台，工字钢0.587KN/m，配电柜2.45KN/块。
泵房稳定计算表：

2.基底压应力计算
（1） 偏心距e=m
（2） 基底压应力计算<180kp
<180kp
不均匀系数
3.抗滑系数

3 参考资料
1、 泵站设计规范 GB/T50265-97
2、 水闸设计规范 SD133-84
3、 水工混凝土结构设计规范 SL/T191-96
4、 防洪标准 GB50201-94
5、 水利工程水力计算规范 SL104-95
6、 提防工程设计规范 GB50286-98
7、 灌溉与排水工程设计规范 GB20288-99
8、 土工合成材料应用技术规范 GB50290-98
9、 水利水电工程设计洪水计算规范 SL44-93
10、 建筑桩基技术规范 JGJ94-94
11、 建筑设计防火规范 GBJ16-87
12、 水利水电工程设计防水规范 SDJ278-90
13、 小型水利水电工程设计图集抽水站分册 水利电力出版社 1983.5
14、水工设计手册（3） 水利电力出版社 1984.8
15、水工设计手册（8） 水利电力出版社 1984.11
16、给水排水设计手册（11） 中国建筑工业出版社 1986.12
17、水力计算手册 水利出版社 1980.12
18、水土混凝土结构设计手册 中国水利出版社 1999.1
19、沈阳迈主编 江都排灌站（第三版） 水利电力出版社 1986
20、大型电力排灌站 水利电力出版社 1984.12
21、严登丰主编 泵站工程 中国水利电力出版社 2003.11
22、河海大学编 泵站毕业设计参考资料 1986

18