泵站设计计算书-.docx

摘 要博斯腾泵站位于孔雀河上游，具有排水、灌溉、发电、保护水质四方面的效益。该泵站设计流量为25 m3/s，泵站主体建筑物按级建筑设计，有4台型号为1600ZLQ8.5-7.5的立式轴流泵，相应的配套电机为TL800-24/2150TH。考虑到博斯腾泵站地处偏远，在设计进水流道时选择钟型进水流道，以便于施工、节省造价。进水池的设计采取延长进水流道的方式，这样不仅可以安置检修闸门和拦污栅，还可以使闸门与拦污栅的间距增大，获得更好的流态效果。考虑到交通要求，在出水侧设计了一座4米宽的10级公路桥，在进水侧隔墩上建造一工作桥，用于人行和起吊闸门及拦污栅。泵房横剖面图以1：50的比例绘制于1号图上，将泵房平面图两张以1：50的比例绘制于1号图纸上，泵站枢纽图则以1：100的比例绘于1号图纸上。AbstractBosten pump station is located in the upper reaches of the Peacock River. It offers the benefit of drain, irrigation , power generation and protection of water quality. The rate of flow designed for the pump station is 40m3/s. The main building of the pump station is designed by the level standard for architecture , which has 7 vertical axial Pump (model:1600ZLQ8.5-7.5) corresponding the supporting electric motors TL800-24/2150TH.Given that peripheral location of the Bosten pump station , the inlet passage for water entry is designed like the shape of the bell, in order to facilitate the construction as well as to reduce the cost. The design of the suction sump adopts the way of extending the inlet passage of water entry. By doing that, not only can the overhaul sluice gate and the trash rack be arranged, but also can enlarge the space between them to make the water flow better. In consideration of the transportation , a 4-meter broad and 10-grade highway bridges has been designed beside the water exist. Also, a service bridge has been build beside the water entry for pedestrian as well as hoisting the sluice gate and trash rack. On the picture 1, the transverse section picture of the pump house will be drawn in the proportion of 1:50, and two pictures of its plane figure in the proportion of 1:50, and key water control in the proportion of 1:100.第一章 泵站兴建缘由及概况第一节 建站缘由博斯腾湖位于我国新疆巴音郭楞蒙自治州境内。其上游为开都河、下游为孔雀河。故博湖既是开都河水系和焉耆盆地地面径流的归宿地，又是孔雀河的发源地。多年来孔雀河水道狭窄，芦苇丛生，博湖水出流不畅，沿岸湖宽水浅，湖面蒸发损失很大（年蒸发量约10亿立方米），因而造成孔雀河灌区农业用水不足，整个焉耆盆地地下水位升高，土壤盐渍化严重。因此，巴音郭楞蒙古自治州粮食产量一直较低。每年均由国家调进粮食。由于孔雀河枯水季节流量小，故不能满足下游两个水电站发电的需水量。其中铁门关水电站58500kw装机，只能运行一台，石灰窑水电站2300023200kw机也不能满足机组的发电量。同时由于湖面蒸发损失的增加，近20年以来，博湖的水质也发生了很大的变化，湖水的矿化度1958年为0.3830.390g/L，而1981年68月的平均矿化度为1.8g/L。22年中平均每年增高0.064g/L博湖已由淡水湖变为微咸湖，水质变坏的趋势，近几年更为严重。为此，决定在博湖的西南面，孔雀河口以东约两公里处建设泵站，目的在于：1.根据焉耆盆地治碱、排水，降低地下水位的要求，保证湖水位低于1046m高程；2.调节孔雀河流量，满足库尔勒和塔里木两灌区灌溉用水的需要；3.保证铁门关水电站和石灰窑电站枯水期的发电流量,满足负荷要求,冬季不要限电；4.促进湖水循环,防止湖水继续咸化,同时限制地下水位升高,减轻土壤盐渍化程度。博湖泵站建成后,可兼收排水、灌溉、发电、保护水质四方面的效益,一举而数得。第二节 基本资料一、地形资料1博斯腾湖水系示意图；2站址附近地形图(1/500)。二、地质资料泵站站址处：地表下02m,厚2m,亚砂土(干容重干=1.5t/m3)；地表下212m厚10m细砂土(干容重干=1.55 t/m3)；贯入10cm数达60次；地表下12112m厚100m,亚砂土(干容重干=1.8t/m3),贯入3cm,击数为70次；地下水位1047.081047.78m,低于湖水位,由湖水补给。细砂渗透系数K4.0810.00m/昼夜，地下水矿化度高达24.2526.037g/L，并含有侵蚀性CO2，CO2含量为10.75161.75mg/L，对普通水泥有侵蚀性。博湖水矿化度如前所述，不含CO2。三、气象资料1山间盆地与峡谷区：海拔30004500m，气候严寒，年平均气温5.1，年最低气温40.5（发生在一月）。雨量多，年降水量300mm，集中于6、7、8三个月。冬季长5个月，最大冻土深4.4m，最大风速20m/s，多为西北风。2焉耆盆地：海拔10481200m，气候冰爽，年平均气温8.6，年最高气温38.8(发生在八月)，最低气温35.2（发生在一月），无霜期平均为145天，日照时树平均为3174小时，年降水量66mm，年蒸发量1983mm，最大风速20m/s，多为西北风，积雪期31天，冻土深1.05 m，不宜种冬麦。3库尔勒平原：海拔800950m，受塔里木沙漠气候影响，大陆性气候显著，冬寒夏热，年平均气温10.7，年最高气温43.1(发生在八月)，年最低气温32.7（发生在一月）。年降水量61.2mm，年蒸发量2668.3mm，日照时数为3001小时，无霜期长，平均为195天，适宜种植棉花及复种玉米。最大风速16m/s，多为西北风，并有来自沙漠的旱风，出现在45月份，积雪期32天，冻土深0.65m。四、水文资料1水位资料(1）泵站最高下水位 1048.0m；(2）泵站设计下水位 1043.0m；(3）泵站最低下水位 1043.0m；(4）出水池校核水位 1050.2m；(5）出水池设计水位 1050.0m；(6）出水池最低水位 1047.4m。2流量资料设计流量为 25 m3/s。五、建筑物等级博湖泵站是铁门关、石灰窑两级电站的水源泵站,并兼负降低博斯腾湖水位、灌溉库尔勒地区农田的任务,参照铁门关水电站主体建筑物等级(级),据此确定本泵站主体建筑物按级建筑设计,其它附属建筑物按级设计。六、其他资料1地震烈度：已建的铁门关水电站采用8度，博斯腾湖泵站工程也按8度设计。2能源：泵站用电由铁门关水电站供给，在铁门关水电站的110kV升压站接网，用53公里110kV架空输电线路输送至本站。3交通、建材：本地交通方便，陆路可通汽车，水路可通船舶；建筑材料可以保证供应,砂石料更可就地取材。第二章 工程规划第一节 站址选择一、 选址原则1.泵站站址应根据流域或城建建设总体规划，泵站工程规模、运行特点和综合利用要求，考虑地形、地质、水源或容泄区、电源、枢纽布置、对外交通、占地、拆迁、施工、管理等因素，并考虑扩建的可能性，经技术经济比较确定。2.站址最好选在地形开阔、岸坡适宜，有利于工程布置的地点；宜选择在岩土坚实、抗渗性能良好的天然地基上，不应设在大的或活动性的断裂构造带及其他不良地质地段。3.站址应尽量选在交通方便和靠近电源的地方以方便机械设备、建筑材料的运输和减少输电线路的长度。4.选址时还要特别注意进水水流的平稳和流速分布的均匀以及避免发生流向改变或形成回流、漩涡等现象。对于灌排结合泵站还应根据有利于外水内排和内水外排，灌溉水源水质不被污染和不致引起或加重土壤盐渍化，并兼顾灌排渠系的合理布置等要求，经综合比较选定。 因素站址地形工程量进水流态交通、供电湖堤以南地形开阔、地势平坦引渠穿堤，开方量大远离孔雀河入口，水流流态较好离铁门关稍远，增加交通及输电距离湖堤以北地形狭窄稍有坡度引渠较短，泵房挖方少湖堤之上挖开湖堤，开方量大东站点地形开阔、地势平坦岸坡较缓，引渠较长西站点地形开阔、地势平坦岸坡适宜，节约开方量流态稍差较为方便二、从湖泊取水的泵站应靠近湖泊出口的地方。考虑到供电、交通等因素，决定在博斯腾湖西南侧，孔雀河以东两公里左右处修建博斯腾湖泵站。在该区域地形开阔、岸坡适宜、有利于工程布置，并且地质良好，能满足正面进水和正面出水的要求。具体布置地点及形式见地形图所示。 第二节 设计扬程及设计流量的确定一、 设计扬程1(1）泵站最高下水位 （进max ）1048.0m；(2）泵站设计下水位 （进设）1043.0m；(3）泵站最低下水位（ 进min ）1043.0m；(4）出水池校核水位 （出max ）1050.2m；(5）出水池设计水位 （出设）1050.0m；(6）出水池最低水位（出低 ）1047.4m。2实际扬程实际最大扬程：Hmax=出max进min =1050.21043.0=7.2 m实际设计扬程：H设= 出设 进设=1050.01043.0=7.0 m实际最小扬程：Hmin=出低 进max=1047.41048.0=-0.6 m3初估扬程H=（1+K）H实 （因本泵站实际扬程H净=7米，流量Q1000L/s,根据管路损失扬程估算表新书表7-1，k取0.1）设计扬程计算如下：H设=（1+0.1）7.0=7.7 m二、设计流量Q设= 25 m3/s第三节 主机组选型及台数确定一、主水泵1水泵选型博斯腾湖水泵站属于低扬程、大流量的情况，且扬程变化小于10米，故初步选用轴流泵。根据设计扬程选择水泵型号，所选择的方案见下表：泵型参数1600ZLB(Q)-61400ZLB(Q)5.5-7.51600ZLQ8.5-7.51200ZLB(Q)-100H设（m）7.77.77.77.7单机Q（m3/s）6.255.008.333.35台数4537安装角（度）-2-20+2叶轮直径(mm)154012001450970N(r/min)300375300490(%)8586.889.083.0N轴(kw)单机565420705315总计2260210021152205N配(kw)单机800500800280总计3200250024002240电机型号TL800-20/2150TL800-20/2150L800-24/2150TH备注根据机电排灌设计手册表9-53，由于缺少TL800-20/2150型号电机资料，故在功率满足要求的前提下选用临近型号电机：TL800-24/2150，功率800KW，电压6000V，电流92A，转速250r/min2方案比较： 1号方案，1600ZLB(Q)-6.0泵型，查轴流泵设计选型手册P79工作性能曲线图可得当H设=7.7m，安装角为0时，流量Q=6.22（m3/s），与实际流量Q实（6.25 m3/s）的差距为0.48%，小于5%，故可选；2号方案，1400ZLB(Q)5.5-7.5泵型，查轴流泵设计选型手册P75工作性能曲线图可得当H设=7.7m，安装角为-2时，流量Q=5.15（m3/s），与实际流量Q实（5.0 m3/s）的差距为3%，小于5%，故可选；3号方案，1600ZLB8.5-7.5泵型，查轴流泵设计选型手册P80工作性能曲线图可得当H设=7.7m，安装角为0时，流量Q=8.3（m3/s），与实际流量Q实（8.3 m3/s）的差距为0.00%，小于5%，故可选；4号方案，1200ZLB（Q）-100泵型，查轴流泵设计选型手册P80工作性能曲线图可得当H设=7.7m，安装角为+2时，流量Q=3.35（m3/s），与实际流量Q实（3.57m3/s）的差距为6.2%，大于5%，故不可选； 在1，2，3号方案皆可选的前提下，由于3号方案效率较高，为89.0%，故初步定为3号方案，即1600ZLQ8.5-7.5泵型。3台数确定为了在正常检修或发生事故时泵站仍能达到设计流量的要求，多设一台备用机组。由规范可知，对于灌排泵站，装机39台时，应有1台备用机组，因此本站采用四台机组。4安装方式确定轴流泵的安装方式有立式、卧式和斜式三种，其中立式和卧式较常用,立式机易受潮 ；管路短，损失小；吸水高度小，无真空出现；挠度小，磨损均匀；可置于洪水位以上，无需防洪。考虑到立式泵的上述优点比较适合本站的需要，故最终采用安装角为0度,型号为1600ZLQ8.5-7.5的四台立式全调节轴流泵。二、配套电机根据水泵的样本，选用配套电机为TL800-24/2150，其中电机的配套功率为2400kw。电压等级为6kV。三、水泵及电动机重量水泵部件重量见表 水泵部件重量 单位：t部件主轴叶轮外壳导叶体转轮体转动部件30度弯管总重重量1.90.91.41.95418.0电动机部件重量见表 电动机部件重量图 单位：t部件定子转子连轴上机架下机架总重重量4.85.42.51.115.2第四节 泵站枢纽布置枢纽布置要创造良好的水流条件，引水、进水流态要平稳，不能产生回流、死水区，以免淤积。由地形估计本站应用正面引水，所以引水直段至少要有35倍的机房长度。而且出水渠道应避免与容泄河道迎流顶冲。泵房的建造处见地形图。引渠、前池、进水池、出水池等枢纽布置的具体尺寸详见第三章，设计后的图见地形图及泵站枢纽图所示。第三章 枢纽建筑物设计第一节 泵房型式泵房是泵站中的主体建筑物，其是装设水泵主机组、辅助设备、电气设备及其他设备的主要建筑物，同时为机电设备及其运行管理人员提供良好的工作条件。固定式泵房主要有分基型、干室型、湿室型和块基型四种。泵房结构型式影响的因素较多，其中主要影响因素有下列几个方面：1、机组类型（本泵站选用的立式泵），水泵的吸水性能；2、水泵口径（1600ZLQ8.5-7.5出水口径为1600mm）；3、水源水位变幅（最高水位1048.0米，最低水位1043.0米，水位变幅5米，较大）；4、进出水流道型式；5、枢纽布置；6、地基条件。由于选择的泵型，其口径为1.6m, 为满足水泵进水流态的要求，需设置进水流道，同时为了增加整个泵房的整体稳定性，常将进水流道、机组基础和泵房基础浇筑成一整体，作为整个泵房的基础，即构成块基型，块基型又可按泵房与出水流道是否整体浇筑分为堤身式和堤后式，二者的优缺点如下表。形式优点缺点堤身式泵房作为大堤的一部分，可直接挡水；出水流道较短；设计合理时相对经济。适合于上下游水位差较小的场合。泵房承受上下游水位差所造成的水平推力作用，对泵房的稳定性及防洪要求高；由于破堤建站，当跨越汛期时施工要有安全度汛措施，对施工组织设计要求相对较高。堤后式挡水建筑物与站身分设，建筑物等级没有堤身式高，适合与上下游水位较大的场合。 站身不直接挡水，出水管路较长。综上考虑，选择堤身式泵房形式。第二节 引渠设计一、 设置引渠的作用使泵房尽可能接近供水区，以较小输水管路的长度，进而节省工程投资和能量损耗；为水泵正向进水提供条件；避免泵房与水源直接接触，从而简化泵房结构和方便施工。二、引渠路线的确定引渠路线的选择应根据选定的取水口及泵房位置，结合地形地质条件、施工条件及挖填方平衡等多方面因素，经技术经济比较后确定。引渠路线应避开地质构造复杂、渗透性强和崩塌可能的地段，渠身应坐落在挖方地基上，少占耕地。为减少工程量，渠线宜顺直。三、引渠的类型引渠通常分为有自动调节能力和无自动调节能力两种类型。本泵站属灌排结合泵站，且非从自流渠道中引水，故选用有自动调节能力的引渠，其渠顶是水平的，不会因渠道中流量的变化而发生漫溢。四、 引渠断面设计（一）引渠断面有关参数1.渠底比降渠底比降大，流速增大，可能引起渠首冲刷，也会增大水头损失；比降过小，又可能加大渠道断面面积，引起渠首淤积。含沙量较大时，可取，含沙量少时，可取，这里取。2.渠床糙率与渠道土壤、地质条件、施工质量及养护条件有关，还受通过的流量和含沙量的影响，一般的，流量范围在125m3/s，当养护条件正常时，可取。3.边坡系数渠道的边坡系数是渠道边坡倾斜程度的指标，其值等于边坡在水平方向的投影长度和在垂直方向投影长度的比值。要根据渠床土壤质地和渠道深度选择，本泵站为挖方渠道，渠床条件为砂土，流量为25 m3/s，大概估计水深在23m,故先取边坡系数m=2.25。（二）引渠断面形式设计渠道时应满足纵向稳定和平面稳定的要求。纵向稳定是指渠道在设计条件下不发生淤积，也不发生冲刷，或者在一定时期中冲淤保持平衡。平面稳定是指在设计条件下渠道不发生左右摆动，渠床和两岸不会局部冲刷或淤积。由于梯形断面既可满足上述要求，又比较常用，这里采用梯形断面形式。（三）引渠断面尺寸断面尺寸计算时，可按明渠均匀流计算。其计算公式如下： A=(b+mh)hR=A/PC=Q=ACV=Q/A其计算结果如EXCEL计算断面尺寸表： 表中从计算表知，当渠道断面尺寸为b=10m,h=2.2m时断面满足： =0.0017480.05VcdVdVcs说明断面设计合理。（四）引渠渠底高程渠底=设计水位-h=1043.0m-2.2m=1040.8m EXCEL计算断面尺寸表bhARQQ设102291.46104121.1226325102.539.06251.75081232.0992425102.2533.890631.60771726.3104125102.232.891.57868925.2253125102.1531.900631.54951324.1641225VV不冲V不淤PCk0.7283670.6105020.91918719.8488642.609240.1550950.8217410.6365931.13312422.3110743.91369-0.283970.7763330.6240581.02587421.0799743.29406-0.052420.766960.6214361.00449620.8337443.16278-0.009010.7574810.6187710.9831420.5875243.028790.033435第三节 前池设计 一、 设置前池的作用合理的衔接引渠和进水池，使水流均匀平顺的流入进水池，为水泵吸水提供良好条件。二、前池的形式根据水流方向，前池分为正向进水前池和侧向进水前池两大类。正向进水前池是指前池的来水方向和进水池的进水方向一致，侧向进水前池是指来水方向和进水方向正交或斜交。由于正向进水前池形状简单、施工方便，且水流流态易满足要求，所以这里选择正向进水前池。 三、 前池的尺寸（一）前池的扩散角。正向进水前池在平面呈梯形，其短边等于引渠末端宽度、长边等于进水池总宽。前池的扩散角是影响前池流态及其尺寸大小的主要因素，过大，则前池尺长短、工程量小，但水流扩散太快，极易导致回流或漩涡；过小，则水流扩散平缓、可得到理想的流态，但这又导致前池过长，工程量增大，因此必须在合理范围内选取。水流在渐变段扩散流动时，在一定流速、水深下/2大于天然扩散角，水流因惯性而脱离边壁。根据公式计算天然扩散角。计算得/2=15.0012，则=30.0024则前池的天然扩散角为30.0024。一般的，前池的扩散角可取2040，这里取30，且满足a+（h2-h1）ctg时，ai=1/h2Qi/v+(h2-h1)a+1/2(h2-h1)2ctg。2) 当aaia+(h2-h1)ctg时，ai=1/h1Qi/v-1/2(ai-a)2ctg。3) 当aia时，ai=Qi/(h1v)。102030405060708090Fi/m20.14650.29300.43950.58600.73250.87901.0261.1721.319ai0.18170.34490.48380.60830.73040.85250.97501.0971.2193进口段尺寸的确定(1)流道宽度B=2a+D1=2*1.219+2.1=4.538m，取4.6m。(2)用h2作为B-B断面的高度hB=1.2m。（3）选择进口流速vA，使0.5vA1.0m/s，进口高度hA=2.8m进口流速vA=Q/B/hA=25/3/4.538/2.8=0.66m/s （满足VA在0.51.0m/s范围内的要求）。（4）=30 =0流道长度L=4.53m一般L=（3.54.0）D0=5.66.4m,超出范围不是很大。第六节 出水流道设计一、出水室形式出水流道是从水泵导叶出口到出水池之间的过流通道，出水流道的前段为水泵出水室，常见的有弯管出水和蜗壳出水，另外还有蘑菇型出水。弯管出水优缺点：（1） 积累了较多的设计和施工经验；（2） 水泵厂可以供给配套的部件；（3） 弯管出水，使泵体轴向尺寸增加，加长了泵轴长度和增加了泵房高度，但平面尺寸较小；（4） 当出口水位低于弯管出口高程时，出水流道要多转两个弯，增加施工麻烦和水流阻力损失；蜗壳出水优缺点：（1） 缩短了泵体轴向尺寸，可以降低泵房高度，但平面尺寸较大；（2） 缩短了泵轴长度，便于安装调整，并能减小机组运行时的震动；（3） 降低了出口高程，有可能避免低驼峰的布置形式；（4） 蜗