取水泵站设计.doc

泵与泵站设计

设计题目：取水泵站工艺扩大初步设计

目录
设计说明书 1
<一>工程概述 2
(一) 工程概括 2
(二) (二) 设计资料 2
<二>设计计算 2
（一）设计流量Q…………………………………………………2
（二）设计扬程 2
（三）初选泵和电机 3
（四）吸水、压水管路设计.............................................................7
（五）吸水井设计计算 8
（六）水泵间布置 8
（七）吸水管与压水管的水头损失计算.............……………… 10
（八）泵安装高度的确定和泵房筒体高度计算 12
（九）辅助设备设计……………………………...........……… 13
（十）泵房建筑高度的确定…………………………………… 14
设计图纸（附）

设计说明书

<一>设计概述
（一）设计概括
因发展需要，规划设计日产水能力为8万m3的水厂，现需设计该水厂取水泵站。
（二）设计资料
1、 设计流量8万m3/d（不包括厂内自用水），水厂自用水系数α=10%。
2、 水质符合国家饮用水水源卫生规定。河边无冰冻现象，根据河岸地质地形已确定采用固定式取水泵房，从吸水井中抽水，吸水井采用自流从江中取水，取水头部到吸水井间自流管的长度为100米。
3、 水源洪水位标高为80.3米（1%频率），枯水位标高为55.2米（97%频率），常年平均水位为70.75米。
4、 净化场混合井水面标高为98.25米，取水泵站到净化场输水干管全长为130米。
水厂为双电源进线，电力充分保证。
<二>设计计算
（一） 设计流量Q
已知日产水量8万m3(不包括厂内自用水)，自用水α=10%，曲T=24h，则
设计流量为 Q=1.1×=3666.7 m3/h=1.02 m3/s
（二） 设计扬程H
1）泵所需静扬程
通过取水部分的计算已知在最不利情况下（即一条自流管道检修，另一条自流管道通过75%的设计流量时），从取水头部到泵房吸水间的全部水头损失。
设采用两条DN900的钢制自流管并联作为原水输水干管，当一条输水管检修，另一条输水管应通过75%的设计流量，即Q=0.75×3666.7=2750m3/h=0.764m3/s
查水力计算表得管内流速 v=1.21m/s,i=1.8‰
沿程水头损失：m
局部水头损失：查局部水头损失表，局部水头损失系数=0.56
=0.56=0.042m
全部水头损失
所以，从取水头部到泵房吸水间的全部水头损失为0.222m，则吸水井中最高水面标高为80.3-0.222=80.08m，最低水面标高为55.2-0.222=54.98m，所以泵所需静扬程为：
洪水位时，=98.25-80.08=18.17m
枯水位时，=98.25-54.98=43.27m
2）输水干管中的水头损失∑h
设采用两条DN900的钢制自流管并联作为原水输水干管，当一条输水管检修，另一条输水管应通过75%的设计流量，即Q=0.75×3666.7=2750m3/h=0.764m3/s
查水力计算表得管内流速 v=1.21m/s,i=1.8‰
输水管路水头损失；=1.1×0.0018×130=0.2574m
(式中1.1包括局部损失而加大的系数)
3）泵站内管路中的水头损失∑h
粗估2.0m，安全水头2m
则泵设计扬程为：
枯水水位时：
洪水水位时：

（三） 初选泵和电机
(1) 管道特性曲线的绘制
管道特性曲线的方程为
式中 ——最高时水泵的净扬程，m;
——水头损失总数，m;
S ——沿程摩阻与局部阻力之和的系数；
Q——最高时水泵流量，m3/s
=43.27m，把Q=0.764m3/s,H=47.53m，代入上式得:S=7.3所以，管路特性曲线即为:H=+7.3=43.27+7.3

可由此方程绘制出管路特性曲线,见表1
表1 管路特性曲线Q-H关系表
Q(m3/h)
0
500
1000
1500
2000
∑h(m)
0.00
0.14
0.57
1.29
2.29
H(m)
43.27
43.41
43.84
44.56
45.56
Q(m3/h)
2500
3000
3500
4000
4500
∑h(m)
3.48
5.15
6.87
9.16
11.41
H(m)
46.75
48.42
50.14
52.43
54.68

（2）水泵及电机的选择
根据管路特性曲线、流量和扬程及选泵要点，本设计可以选用四台14SA-10A型泵（Q=250-350L/s， H=54-60m， N=209.99KW， Hs=2.6m），三台工作，一台备用。
根据14SA-10A型泵的要求选用Y355-39-4中型交流异步电动机（250KW，380V，IP33冷水式）。
（3）水泵及电机参数
14SA-10A型单级双吸离心式水泵性能参数如下：
流量Q=250-350L/s，扬程H=54-60m，转数n=1450r/min,泵轴额定功率：N=209.99kW，电动机型号为Y355-39-4中型交流异步电动机，配电机功率为250kw，效率为70-74%，气蚀余量：Hs=2.6m

表2 14SA-10A型水泵外型尺寸（单位：mm）

A0
A1
A2
A3
B0
B1
B2
B3
1391
758
720
600
1392
770
790
300
B4
B5
H0
H1
H3
H4

泵重量（kg）
300
190
1017.5
600
335
435
35
1210

表3 Y355-39-4中型交流异步电动机外形尺寸（mm）

L1
B
A
b
H
h
h1

电机重量
（kg）
979
900
630
800
600
1255
30
28
1990

表4 进、出口法兰尺寸（mm）

进口法兰
出口法兰
锥管出口法兰
DN
D
D1
D2

DN
D
D1
D2

DN
D
D1
D2

350
520
470
435
16-25
300
460
410
375
12-25
350
500
460
428
16-23

（四） 吸水、压水管路设计
（1）流量Q
Q==1222.2m3/h = 0.34 m3/s
（2）吸水管路的要求
① 不漏气 管材及接逢
② 不积气 管路安装
③ 不吸气 吸水管进口位置
④ 设计流速：管径小于250㎜时，V取1.0～1.2 m/s
管径等于或大于250㎜时，V取1.2～1.6 m/s
（3）吸水管的选取
采用DN500钢管，则V=1..66m/s ，i=7.19‰

(a) 压水管路要求
①要求坚固而不漏水,通常采用钢管,并尽量焊接口,为便于拆装与检修,在适当地点可高法兰接口。为了防止不倒流，应在泵压水管路上设置止回阀。
②压水管的设计流速：管径小于250㎜时，为1.5～2.0 m/s
管径等于或大于250㎜时，为2.0～2.5 m/s
③压水管的选取
（b）压水管的选取
采用DN450钢管，则V=2.06 m/s，i=12.6‰

（五） 吸水间设计计算（此设计为岸边取水泵房）
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：最低水面标高为55.2-0.222=54.98m
吸水井最高水位：最高水面标高为80.3-0.222=80.08m

喇叭口设计计算：
喇叭口扩大直径 D≥(1.3～1.5)d=1.4×500=700㎜ 取700㎜
喇叭口高度 4（D-DN）=4×（900-500）=1200㎜
喇叭口距墙壁的距离 a>(0.75～1.0)D 取a=0.9×700=630㎜ 取600㎜
喇叭口距室底的距离 h1≥(0.6～0.8)D=0.7×700=490㎜ 取500mm
喇叭口之间距离 l1≥（1.5～2.0）D=2.0×700=1400㎜
喇叭口淹没深度 h2≥（1.0～1.25）D=1.2×700=840㎜ 取900mm

所以，吸水井长度＝700×4+600×2+1400×3＝8200mm（注：最后还
要参考水泵机组之间距离调整确定）。
吸水井宽度＝600×2+700＝1900mm。
吸水井高度＝80080-54980+500+900+300=26800mm（包括超高 300）。

（六） 水泵间布置
（1）基础尺寸确定
机组基础的作用是支撑和固定机组，便其运行不致发生剧烈震动，更不允许产生基础沉陷。因此对基础的要求如下：
a) 坚实牢固，除能承受机组的静荷载外，还能承受机械振动荷载。
b) 要浇在较坚实的地基上，不宜浇在松软的地基或新填土上，以免发生基础下沉或不均匀沉陷。
结合以上要点及所选泵的类型，本次设计选用混凝土块式基础。由于所选泵均不带底座，所以基础尺寸的确定如下：
基础长：L=水泵地脚螺钉间距（长度方向）+（400～500）
基础宽：B=水泵地脚螺钉间距（宽方向）+（400～500）
基础高：H=（2.5～4.0）×（W水泵+W电机）/(LB)
查泵和电机样本，计算出14SA-10A型泵机组基础平面尺寸为3600mm×1200mm，机组总重量W=Wp+Wm=32000N。
基础高H可按下式计算：
H=
式中 L—基础长度，L=3.6m
B—基础宽度，B=1.2m
—基础所用材料的容量，混凝土容重=23520N/m3
H=,取1m
(2) 基础布置
泵机组布置原则：在不妨碍操作和维修的需要下，尽量减少泵房建筑面积的大小，以节约成本。
<1>机组的排列方式
采用机组单行顺列式排列，在泵房中机组较多的矩形取水泵站采用这种布置可节省较多的基建造价，布置紧凑，面积小，适用于双吸式泵。
<2>机组与管道布置
本取水泵房采用矩形钢筋混凝土结构，为了尽可能地充分利用泵房内的面积将四台机组单行顺列式排列。每台泵有单独的吸水管、压水管引出泵房后连接起来。对于泵房内机组的配置，我们可以购买安装四台 14SA-10A型单级双吸离心式水泵，三台工作，一台备用。
<3>水泵间平面尺寸的确定
横向排列各个部分尺寸应满足下列要求：
（1）泵凸出部分到墙壁的净距A1=最大设备宽度+1m=1200+1000=2.2m；
（2）出水侧泵基础与墙壁的净距B1应按谁管配件安装需要确定，但是，考虑到泵出水侧是管理操作的主要通道，故B1宜不小于3m，故取B1=4m；
（3）进水侧泵基础与墙壁的净距D1，也应更具管道配件的安装要求决定，但不小于1m，故取D1=2m;
(4) 电机凸出部分与配电设备的净距 C1=电机轴长+0.5m。所以C1=1455+500=1955㎜但是,低压配电设备应C1≥1.5m; 高压配电设备应C1≥2m,故C1取2m应该是满足的。
（5） 泵基础之间的净E1值与C1要求相同,即E1=C1=2m。
所以，泵房长度L=C1+A1+3E1+4倍基础长=2+2.2+32+43.6=24.6m
泵房宽度B= B1+D1+基础宽=4+2+1.2=7.2m

（七） 吸水管与压水管的水头损失计算
取一条最不利线路，从吸水口到输水干管上切换闸阀止为计算线路图，如下：

（1）吸水管路中的水头损失
1、沿程水头损失:
2、局部水头损失：

式中 ——吸水管进口喇叭口局部助理系数，=0.56
——DN500钢制90°弯头，=0.96
——DN500闸阀局部阻力系数，按开启度考虑，=0.15
——偏心渐缩管DN500350，=0.19
所以吸水管路总水头损失为: =0.040+0.82=0.86m
（2）压水管路水头损失:

1、沿程水头损失:
= （6.172+2.153+9.112+5.039+2.351）=0.33m
2、局部水头损失:
=
式中 ζ4——DN350450渐放管， ζ4=0.13；
ζ5——DN钢制45°弯头， ζ5=0.51；
ζ6——DN450液控蝶阀， ζ6=0.15；
ζ7——DN450手动蝶阀， ζ7=0.15；
ζ8——DN450钢制90°弯头，ζ8=1.01；
ζ9——DN450渐放管， ζ9=0.34;
ζ10——DN900钢制斜三通， ζ10=0.5；
ζ11——DN900钢制正三通， ζ11=1.0
ζ12——DN900 蝶阀， ζ12=0.15
=+（20.51+0.15+0.15+21.01+0.34）+（0.5+1.0+0.15）=1.0m
所以压水管路总水头损失为=0.33+1.0=1.33m
则泵站内水头损失:∑h=∑s+∑d=0.82+1.33=2.15m，
因此，泵的实际扬程为：
枯水水位时：
洪水水位时：
由此可见，初选的泵机组负荷要求。

（八） 泵安装高度的确定和泵房筒体高度计算
(1) 水泵安装高度

式中 ——安装高度,泵轴至最低水位的几何高度；
——水面上的绝对大气压；
——水泵的气蚀余量；
——吸水管路总水头损失；
——实际水温下的饱和蒸汽压力。
=－2.6－0.82－0.43=6.25 m

泵轴标高=吸水间最低水位+Hss=54.98+6.25=61.23
（2）泵房中各标高确定
①泵房内底地面标高=泵轴标高－h1－1.0
=61.23－0.5－1.0
=59.73m（1.0为基础突出地面高）
②水泵顶标高=泵轴标高+H1=61.23+0.5=61.73m
③水泵底标高=61.23－1.0-0.5=59.73m
④水泵进水口中心标高=泵轴标高－H2=61.23－0.335=60.90m
⑤水泵出水口中心标高=泵轴标高-H4
=61.23－0.435=60.80m
泵房筒体高度=操作平台标高－泵房内底标高
=（洪水位标高+1m浪高）－泵房内底标高
=（80.3+1）-59.73
=20.57m
⑧泵房上层建筑高度
根据起吊高度和采光，通风要求，从操作平台到房顶楼板间距离设计为
操作平台标高=洪水位标高+1m浪高
=80.3+1=81.3m
⑨泵房顶标高=操作平台标高+泵房地上部分高度
=81.3+6.0=87.3m
⑩总的筒体高度=泵房顶标高－泵房内底标高
=87.3－59.73=27.57m
（九） 辅助设备设计
(1)起重设备的选择
由前面设计可知，最大设备的重量为Y355-39-4中型交流异步电动机，其重量为1990㎏，最大吊起高度为30m。为此，选用LDT2-S（起重量2000kg，单梁，跨度19.5m，AS310-24 2/1 电动葫芦，起吊高度30m）。
(2) 引水设备
采用真空泵引水方式，根据，此设计选取SZ-3J型水环式真空泵两台，台工作一台备用，配套电机为Y200L1-6。
(3)排水设备
由于泵房较深，故采用电动泵排水。沿泵房内壁设排水沟，将水汇集到集水坑内，然后用泵抽回到吸水间去。
取水泵房的排水量一般按20～40 m3/h考虑，排水泵的静扬程按17.5m计，水头损失大约5m，故总扬程在17.5+5=22.5m左右，可选用IS65–50–160A型离心泵（Q=15～28m3/h, H=27～22m, N=3kW, n=2900 r/min）两台，一台工作一台备用，配套电机为Y100L–2。
(4)通风设备
由于与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500㎜，转速1450 r/min，叶片角度20°，风量6178m3/h，风压135Pa，配套电机YSF–7124, N=0.37 kW）。
(5)计量设备
由于在净化场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） 泵房建筑高度的确定
泵房筒体高度已知为27.57m，操作平台以上的建筑高度，根据其中设备及起吊高度，电梯机井房的高度，采光及通风的要求，吊车梁底到操作平台楼板的距离为7.80m，从平台楼板到房顶底板净高为10.30m。

参考文献
(1)《泵与泵站》(第五版),中国建筑工业出版社。
（2）《水源工程与管道系统设计计算》，中国建筑工业出版社。
（3）《给水排水设计手册》（第二版）第一册常用资料，中国建筑工业出版社
(4)《给水排水设计手册》（第二版）第十一册常用设备，中国建筑工业出版社
(5)《给水排水设计手册》（第二版）第三册城镇给水，中国建筑工业出版社

14