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送水泵站二泵站课程设计

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2020年4月19日
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课程设计(论文)说明书

课题名称
吉林省某城镇送水泵站设计
院 （系）
市政与环境工程学院
专 业
给排水工程
姓 名

学 号

起讫日期
12月16日-12月29日
指导教师

年 12 月 27 日

前 言

送水泵站在水厂中也称为二级泵站，一般建在水厂内，它抽送的是清水，所
以又称为清水泵站。由净水构筑物处理后的出厂水，有清水池进入吸水井，送水
泵站中的泵从吸水井中吸水，经过输水干管将水输往管网。送水泵站的供水情况
直接受用户用水影响，其出厂流量与水压在一天内各个时段中是不断变化的。送
水泵站的吸水井，它既有利于泵吸水管道布置，又有利于清水池的维修。吸水井
的形状取决于吸水管道的布置要求，送水泵站一般都呈长方形，吸水井一般也为
长方形。
送水泵站吸水水位变化范围较小，一般不超过 3~4 米，因此泵站埋深较浅。
一般可建成地面式或半地下式。送水泵站为了适应管网中用户水量和水压的变
化，必须设置各种不同型号和台数的泵机组，从而导致泵站建筑面积增大，运行
管理复杂。因此泵的调速运行在送水泵站中显得尤为重要。送水泵站在城市供水
系统中作用，犹如人体的心脏，经过主动脉以及无数的支微血管，将血液输送到
人体的各个部位上去。在无水塔管网系统中工作的送水泵站，这种类比性就更加
明显。
另外，送水泵站由于其扩建比较困难，因此在新建给水工程时，能够采取近远期结合，对于本例中，对于机组的基础、吸压水管的穿插嵌管，以及电气容量等我们应该考虑到远期扩建的可性，因此用远期的容量及扬程计算。
《水泵及水泵站》课程设计任务书
一、设计题目：吉林省某城镇送水泵站设计
二、设计任务：新建给水送水泵站设计
三、设计阶段：初步设计
四、设计依据：吉林省某地区计划经济委员会计资字[ ]第116号文件：“关于吉林省某城镇给水送水工程计划任务书的批复”同意该城镇建设给水送水泵站。
五、主要设计资料：
1、基础资料
（1）城镇现状图、规划总平面图
（2）城镇地形图
（3）水源地地形图
（4）水源地水文地质、工程地质资料
（5）水源地附近或城镇的供电、交通等资料
（6）当地自然气候条件
年平均气温8.6℃,冻土深度：1.6m；最高气温32.5℃，最低气温-28.3℃；地面最高水温28.6℃，冻土深度：1.20m；地下水位：-2.2m，地耐力：12～20T/㎡。
2、水文资料
（1）最高洪水位（百年一遇）：140.42m
（2）最低水位（保证率97%）：128.56m
（3）常水位：130.70m
（4）河床底标高：120.50m
（5）河床标高：131.00m
（6）河水最大流量：360m3/s
（7）河水最小流量：60 m3/s
3、城市管网资料
（1）城市平均日用水量：近期为6.1万t/d，远期为10.1万t/d，要求不间断供水；
（2）新建城市无用水量变化曲线，参考周边类似城市选取；
（3）城市人口20万人；
（4）根据当地建筑物的特点，供水须满足5层楼所需水压；
（5）城市输水干管的最高日最高时情况下水头损失为2.4m，配水管网到达控制点的水头损失为12.3m，控制点地面标高为136.70m，消防时最不利管段水头损失增加以20%计。
六、设计内容：
（1）送水泵站的工艺设计；
（2）送水泵站水力计算；
（3）送水泵站消防校核。
六、设计时间安排
工艺设计2天，水力计算2天，编写计算书2天，绘图1天。
七、设计成果要求
送水泵站平面图、剖面图各一张（2#图），设计计算说明书一

目 录

第一章 设计流量的确定和设计扬程的计算------------------------01
第二章 初选水泵和电机------------------------------------------------02
第三章 机组基础尺寸的确定------------------------------------------04
第四章 吸、压水管管径的确定---------------------------------------04
第五章 机组与管道布置------------------------------------------------05
第六章 吸、压水管路中的水头损失的计算------------------------07
第七章 消防校核---------------------------------------------------------09
第八章 各工艺标高的确定和泵房筒体高度的计算------------------09
第九章 附属设备的选择------------------------------------------------10
第十章 泵房平面尺寸的确定------------------------------------------11

第一章、设计流量的确定和设计扬程的估算：
（1）部分设计的成果
①本设计采用分级供水方式，共分两级，一级工作时间为5时到23时，每小时供水量占全天用水量的4.5％，二级工作时间为23时到5时，每小时供水量占全天用水量的3.1％。
②城市的设计最不利点的地面标高136.7m，建筑层数5层，自由水压24m。
③泵站至最不利点的输水管和管网的总水头损失最大为2.4+12.3=14.7m。
④城市人口为20万人，取同时起火两处，每处消防用水45L/s，则消防流量为90L/s，消防扬程为1.2×14.7=17.64m。
⑤清水池所在地面标高为132m；清水地最低水位在地面以下4.5m。
⑥城市冰冻线为1.6m，最高温度32.5℃，最低温度为-28.3℃。
⑦泵站为双电源。
（2）设计流量Q
经查资料知，该地区的日变化系数Kd =1.3，即Q=1.3×61000=79300m3/d
泵站一级工作时的设计流量Q1=79300×4.5%=3568.5m3/h=991.25L/s
泵站二级工作时的设计流量Q2=79300×3.1%=2458.3m3/h=682.8L/s。
（3）设计扬程H
=(136.7-132)+24+14.7+2+2=47.4m

:管网控制点的地面标高与清水池最低水位的高差，m。
:给水管网中控制点要求的最小的服务水头，m。
:管网及输水管路的水头损失，m。
:泵站内水头损失(粗估为2m)。
:安全水头损失，m。

第二章、初选泵和电机
（1）初选水泵
方案一：近期三台14sh-13型泵，一调两定并联工作，并有一台14sh-13型泵备用。两台12sh-9型泵，互为备用。
方案二：近期一台20sh-13型泵，并有一台20sh-13型泵备用。两台14sh-13型泵，互为备用。
其中，方案二的泵组在并联工作时效率不如方案一。且大型泵台数略少，无法满足远期需求。最终，比较后确定选择方案一，当远期供水时，添加一台14Sh-13型号泵。详见表2-1。

表2-1 sh型单级双吸离心泵的性能表
型号
流量Q(L/s)
扬程H(m)
转速
n(r/min)
泵轴功率N(kW)
效率
(％)
允许吸上真空高度Hs(m)
泵重(kg)
14Sh-13
270~410
50~37
1470
164~180
79~84
3.5
1000
12Sh-9
160~270
65~50
1470
127~167
79~84
4.5
773

（2）电机的选择
根据14sh-13型泵的要求配用JS-127-4型电动机，根据12sh-9型泵的要求配用JS-126-4型电动机。详见下表2-2和表2-3。

表2-2 14sh-13型单级双吸离心泵安装(mm)（不带底座）
型号
电动机型号
泵外型尺寸(mm)

14sh-13
JS-127-4
1291
713
600
1180
560
600

1134
620
320
383
34

安装尺寸(mm)

b
2676
893
800
650
300
710

C

990
450
5
32

表2-3 12sh-9型单级双吸离心泵安装(mm)（不带底座）
型号
电动机型号
泵外型尺寸(mm)

12sh-9
JS-126-4
1143.5
639
320
1020
500
520

890
520
265
304
25

安装尺寸(mm)

b
2918.5
959
750
550
500
710

C

990
450
5
32

第三章、机组基础尺寸的确定
两种型号水泵不带底座，因此选定其基础为混凝土块式基础，则查找上表
计算出基础尺寸。
（1）14Sh-13型水泵不带底座，因此选定其基础为混凝土块式基础，则
基础长度
L=713+600+893+450=2656mm
基础宽度
B=710+440=1150mm
基础高度

经比较取基础高度为1.0m
（2）12Sh-9型水泵不带底座，因此选定其基础为混凝土块式基础，则
基础长度
L=693+320+959+450=2368mm
基础宽度
B=710+440=1150mm
基础高度

经比较取基础高度为1.2m

第四章、吸水管路与压水管路计算
为了合理的利用水泵的允许吸上真空高度，每台泵都设置独立的吸水管以及
压水管。
（1） 已知一台14Sh-13型水泵的最大工作流量为410L/s。为水泵吸水管和压水管所经过的最大流量。初步选定吸水管管径为DN=600mm，压水管管径为DN=500mm。
当吸水管DN=600mm时，流速v=1.45m/s（在1.2-1.6m/s的范围内）。i=4.5‰
压水管DN=500mm时，流速v=2.09m/s（在2.0-2.5m/s的范围内）。i=12‰
（2） 已知一台12Sh-9型水泵的最大工作流量为270L/s。为水泵吸水管和压水管所经过的最大流量。初步选定吸水管管径为DN=500mm，压水管管径为DN=400mm。
当吸水管DN=500mm时，流速v=1.37m/s（在1.2-1.6m/s的范围内）。i=5.1‰
压水管DN=400mm时，流速v=2.15m/s（在2.0-2.5m/s的范围内）。i=17‰
（3） 横向联络管的流量为三台大泵并联流量，每条输水管按最大总流量的75%考虑。本设计采用DN=800mm的钢管。

第五章、机组与管道布置
（1）为了布置紧凑，充分利用建筑面积，水泵机组采用单排顺列式布置。由于管径较大，相应的连接配件（如三通，大小头等）没有全国通用的标准系列产品，本设计中便采用了一些自制配件，在其它设计中，以选用全国通用标准产品为宜。详细的管道附件见下表5-1和5-2。
表5-1 14sh-13型吸压水管
名称
型号规格
主要尺寸mm
喇叭口
DN600钢制

90°弯头
DN600
L=600 D=600
蝶阀
DN600 D3T41X-6-10
L=500 W=544kg
偏心渐缩管
DN600×DN350
L=650
同心渐扩管
DN350×DN500
L=450
同心渐扩管
DN500×DN800
L=750
缓闭止回阀
DN500 HH44T-10
L=600
十字管
DN800×DN800
L=800 D=800
90°弯头
DN800
L=800 D=800
电动蝶阀
DN500 DX941X-10
L=350 W=544kg

表5-2 12sh-9型吸压水管
名称
型号规格
主要尺寸mm
喇叭口
DN500钢制

90°弯头
DN500
L=500 D=500
蝶阀
DN500 D40X-0-5
L=400 W=112kg
偏心渐缩管
DN500×DN300
L=550
同心渐扩管
DN300×DN400
L=350
同心渐扩管
DN400×DN800
L=950
缓闭止回阀
DN400 HH44T-10
L=500
十字管
DN800×DN800
L=800 D=800
90°弯头
DN800
L=800 D=800
电动蝶阀
DN400 DX941X-10
L=310 W=450kg

(2)机器间长度
因电机功率大于55kw，故基础间距取为1.5m。基础与墙壁间取为1.2m。除6台水泵外，机器间左端按最大一台机组布置，设一块检修场地，平面尺寸为4.0m×3.0m。则机器间总长度为：
L=5×2.656+2×2.368+1.2+1.2+4×1.5+4.0=29.21m
(3)机器间宽度
吸水管蝶阀距墙取1.0m，压水管蝶阀一侧留1.2m宽的管理道路。水泵基础与墙壁净距按水管配件安装的需要确定。
B=1.0+0.5+0.65+0.45+0.6+0.35+1.2+1.15=5.9m
考虑到水泵出水侧是管理、操作的主要通道，水泵基础与墙壁净距不宜小于3m，机器间采取标准预制构建屋面梁，机器间平面尺寸最后确定为长31.8米，宽为6.2米。
（4）管路敷设
为便于与室外冻土层下管道平接，室内管道均设在管沟内，沟顶加0.15m厚的钢筋混凝土盖板，与室内地坪齐平。
（5）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：Hmin=128m
最高水位：Hmax=128+4.5=132.5m
水泵吸水管进口喇叭口大头直径D≥（1.3~1.5)d，取1.33×600=800mm
水泵吸水管进口喇叭口长度L≥（3.0~7.0)×(D-d）取3.5×200=700mm
喇叭口距吸水井井壁距离≥（0.75~1.0)D，取0.9×800=720mm
喇叭口之间距离≥（1.5~2.0)D，取1.87×800=1500mm
喇叭口距吸水井井底距离≥0.8D，取0.8×800=640mm
喇叭口淹没水深h≥(0.5~1.0)m，取1.0m
吸水井井底标高为128-1.0-0.64=126.3m
因此，吸水井初定长度为720×2+800×6+5×1500=13.74m，初定宽度为720×2+800=2.24m。因为吸水井中蓄水量需要满足最大泵3分钟的抽水量。即410×3×60=73800L/s=73.8m3 。而初定吸水井枯水期的蓄水量为(128-126.3)×13.4×2.24=53.32m3,初定吸水井面积不满足用水需要，调整为长27.8m，宽2.3m。

第六章、吸水管路和压水管路中水头损失的计算
（1）水泵安装高度的验算
根据管路布置初定的吸水管顶高为132-1.6=130.4m，查样本，由水泵外形尺寸可知，14Sh-13型泵的轴线泵轴中心线高于进水管中心320mm，则其泵轴标高130.4-1/2×0.6+0.32=130.42m，安装高度为Hss=130.42-126.3=4.12m。
同理，12Sh-9型泵的轴线中心线高于进水管中心265mm，则其泵轴标高Hss=130.42-1/2×0.5+0.265=130.415m。
为使泵房地面取平，按Hss=4.12m验算。（取较小Hs者）水泵进口参数详情见表6-1。

表6-1 水泵进口参数
水泵型号
进口直径(mm)
进口流速(m/s)
HS (m)
流量L/s
14Sh-13
350
3.95
3.5
380
12Sh-9
300
3.53
4.5
250

因当地海拔高度为136.7m，故近似可取Hs=5.5m。水泵安装高度校核如下：
DN600的吸水管长L1=5m，i=4‰。沿程水头损失为5×0.004=0.02m
吸水管路局部水头损失见表6-2。

表6-2 吸水管路局部水头损失
管径
管件
阻力系数ζ
最大流量
流速
水头损失
DN600
喇叭口
0.56
410
1.45
0.059
90°弯头
1.01
410
1.45
0.107
蝶阀
0.15
410
1.45
0.016
600×350
偏心渐缩管
0.2
410
3.95
0.157
合计0.336m

则吸水管路水头损失之和为0.02+0.336=0.356m。
水泵允许最大安装高度4.34>HSS=4.12m，满足要求。
（2）复核水泵与电机
取最不利的压水管路，管长L2=20m，i=6.6‰。沿程水头损失为20×0.0066=0.132m。
压水管路局部水头损失见表6-3。

表6-2 压水管路局部水头损失
管径
管件
阻力系数ζ
最大流量
流速
水头损失
DN500
止回阀
1.7
410
2.09
0.374
蝶阀
0.15
410
2.09
0.033
DN800
十字管
0.2
410
0.81
0.006
90°弯头
0.96
410
0.81
0.032
500×800
渐扩管
0.42
410
2.09
0.093
350×500
渐扩管
0.21
410
4.26
0,194
合计0.732m

则吸水管路水头损失之和为0.132+0.732=0.864m。
则吸压水管总水头损失0.356+0.864=1.22m。
则水泵的实际扬程为H=(136.7-132)+24+14.7+1.22+2=46.62m。

第七章、 消防校核
Q=90+991.25=1081.25L/s
H=(136.7-132)+24+17.64+1.22+2=49.56m
当备用泵与最高时运行水泵同时启动时，为四台14Sh-13和两台12Sh-9并联工作。在水泵综合性能图上绘出六个泵并联总和Q-H曲线，与参考管道系统特性曲线的交点为Q=1081.25L/s，H=49.56m，说明所选水泵机组能够适应设计地区的消防灭火要求。

第八章、各工艺标高的确定和泵房筒体高度计算
14sh-13型水泵泵轴标高为130.42m，由外形尺寸表可查得泵轴至基
础顶面距离H=0.62m。
泵基础顶面标高＝泵轴标高-泵轴至基础顶面距离＝130.42-0.62＝129.8m
基础高出泵房底0.5m计，可得泵房室内地坪高程为129.8-0.5=129.3m。
其它工艺标高见表8-1。

表8-1 工艺标高 (m)

水泵型号

进水管管中心标高
泵轴至基础顶面高度
泵轴中心线高于进水管管中心距离
泵轴中心线高于出水管管中心距离

泵轴标高

出水管管中心标高
14sh-13
130.1
0.62
0.320
0.383
130.42
130.037
12sh-9
130.15
0.89
0.265
0.304
130.415
130.111

泵房室内地坪高程为129.3m，室外地面高程为132m，故泵房为半地下式。地下部分高度为132-129.3=2.7m。
已知控制点标高为136.70m，泵房分为地上部分和地下部分，已知地面以下部分2.7m，地面以上的建筑高度根据起重设备及起吊高度，采光及通风要求可约为8.6m，则泵房总高H=2.7+8.6=11.3m。
因此泵房的高度为H=11m，为了以后的发展需要，取H=12m。

第九章、附属设备的选择
(1)起重设备
最大起重量为 YR1000-10／1430 型电动机重量W=9700kg，最大起吊高度为8.12+2.0=10.12m（其中2.0是考虑操作平台上汽车的高度）。选用环形吊车。
(2)排水设备
设潜水排污泵2台，一用一备。容积为1.4×1.0×1.5＝2.1m3。选取50QW15-7-0.75型潜水排污泵。参数为Q=15m3 /h；H=7 m；n=2820r/min；N =0.75kW。
(3)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度，用量10127m3／h，风压90pa，配套电机YSF-8026,N=0.37Kw）。
（4）防水锤设备
采用缓闭阀门来减少水锤的冲击。
（5）引水设备
启动引水设备，选用水环式真空泵，选取SZB-8型水环式2台，一备一用，布置在泵房靠墙边处。

第十章、泵房平面尺寸的确定
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设置情况进行对泵房的布置。
本设计中，泵房机组采用单排横向排列布置。泵房右边设进出大门，泵房内四周有1.3m或1.5m的通道，以及三处楼梯。从给水排水设计手册中查出有关设备和管道配件尺寸，计算求得泵房总长度L=40.50m，宽度B=10.26m，净高12.0m。

小 结

本次课程设计主要是城市新建送水泵站的设计，我们要经过对水量对近远期要求的不同，来设计送水泵站的泵及装置个数及型号，以及对整个泵房的布置与设计。在这个课程设计中，让我对自己的专业课有了更深的认识和了解，对送水泵房的构造有了一定初步的掌握。在做设计的过程中能够把以前所学到的抽象的知识应用于具体的实践当中，对于以前的知识的掌握也就更加牢固。本次课程设计也让我对给排水设计手册有关送水泵站方面相关数据位置大致了解，这样能够为以后的工作及学习能够更熟练的运用给排水设计手册打下良好的基础。
最后，感谢老师一直以来的教导，而且感谢老师在本次设计期间，给予我的热情帮助和解答。

参考文献

1、《水工业工程设计手册—水工业工程设备》，张杰等。
2、《给水排水设计手册》（给排水设计手册 第1册、给排水设计手册 第3册、给排水设计手册 11册），中国建筑工业出版社,1986。
3、《泵与泵站》(第五版)， 姜乃昌主编 中国建筑工业出版社 。
4、《给水工程（第四版）》 严煦世，范瑾初，中国建筑工业出版社，1999。
5、《泵与风机—原理及应用》，徐士鸣。
6、《现代给水排水工程设计》 谢水波、余健主编 湖南大学出版社 。
7、《给水排水工程设计手册》 上海市政工程研究院主编，中国建筑工业出版社1997。