天津大学给水泵站设计说明书.doc

送水泵站设计说明书
1、　泵站设计控制值出水量及扬程的确定
（1）设计工况点的确定
Qmax采用城市高日高时用水量加水厂自用水量，
（m） 　 （1）式中　—管网最不利点的标高（m），为24.9m；
—泵站吸水池最低水面标高（m），吸水井最低水位17.5m；
—管网最不利点的自由水头20m；
—最高日最高时管网水头损失（m），根据管网平差结果为7.8m；
—最高日最高时输水管水头损失（m），有时输水管很短，这部分常包括在内；
—泵站内吸、压水管管路系统水头损失（m），估算为2～2.5m；
1.05—安全系数；
—泵站按Qmax供水时的扬程（m）。

（2）校核工况点的确定
1）高日高时加消防时校核
（L/s）　　 （2）
（m） （3）
式中　—城市消防用水量（L/s）；
—消防时泵站总供水量（L/s）；
—消防时管网的水头损失（m），根据消防校核平差结果为6.522m；
—消防时输水管水头损失（m）；
10—低压制消防时应保证的最不利点自由水头（m）；
—消防时泵站的扬程（m）。

HP >满足要求。
2、水泵的选择
水泵的选择包括确定水泵的型号和台数。所选定的泵站中工作泵（并联）的最大供水量和扬程应满足Qmax和HP，同时要使水泵的效率较高。选择单级双吸泵，若现有水泵不合适时，可以采用调节水泵性能的方法，如切削叶轮等。
（1）画设计参考线
在水泵综合性能图上通过以下两点连直线，得选泵时可参考的管路特性曲线——设计参考线。
b点： Q=30（L/s），H=Z0-ZP+H0+5=21.9-17.5+20+5=32.4m
a点： Q=811.93（L/s），H=39.06+1.95=41.01m
式中　　5m是管网流量为最低时的总水头损失,1.95是选泵时应加的5%左右的富裕水头。
在水泵综合性能图上与设计参考线相交的且并联后能满足设计工况点的泵型，都可作为拟选泵，在组成方案时加以考虑
（2）选泵方案结果比较
表1　　选泵方案1
方 案
编 号
用水量变化 范 围（L/s）
运行泵型号及台数
水泵扬 程(m)
所需扬程(m)
扬程利用率 %
水泵效率%
运行效率%
第一方案描述：
一台350S44，一台350S44A,三台300S32
<580
一台350S44A一台300S32
约41
约39
95
约84
约84
580~670
一台350S44
一台300S32
45~43
40~39
89~91
79.7~85.2
71.7~81.8
670~740
三台300S32

45~44
40~41
90~91
75.1~85.4
67.6~80.2
740~820
一台350S44
一台350S44A
47~45
40~41
88~91
68.8~83.6
65~82

表2　　选泵方案2
方 案
编 号
用水量变化 范 围（L/s）
运行泵型号及台数
水泵扬 程 (m)
所需扬程(m)
扬程利用率 %
水泵效率%
运行效率%
第二方案描述：
两台
350S44
两台250S39
<580
一台350S44
一台250S39
约41
约39
约95
约83
约75
580~670
两台250S39
一台250S39
45~42
40~39
89~93
74.5~83.3
71.7~81.8
670~740
两台350S44

51~46
40~39
78~85
75.2~81.5
75.2~81.5
740~820
一台350S44
两台250S39
44~42
41~40
93~95
78.3~83.6
71.9~76.9

对以上两个方案进行比较，有管网需求曲线可知，用水量集中在670-740L/s范围中，可以看出第二套方案的运行效率高，故选用第二种方案，选用三台350S44和两台250S39水泵，其中一台350S44作为备用泵。
（3）选泵后的校核
选泵后，按照发生火灾的供水情况，校核泵站是否能满足消防要求。把泵站中备用泵与最大供水时所用的工作泵并联起来，画出并联曲线，可以看出消防时所需工况点（Q'，HP'）位于并联曲线之下,校核合格。
管网事故时泵站供水能力也按上述原则进行校核。
350S44水泵的外形尺寸如下表：

表3.1　　水泵的外形尺寸

外形尺寸（mm）
型号
L
L1
L2
L3
B
B1
B2
350S44
1232.5
675
600
500
1080
510
690

续表3.1　　水泵的外形尺寸

外形尺寸（mm）
型号
B3
H
H1
H2
H3
n-Фd
350S44
500
980
620
300
300
4-34

250S39水泵的外形尺寸如下表：

表3.2　 水泵的外形尺寸

外形尺寸（mm）
型号
L
L1
L2
L3
B
B1
B2
250S39
943.5
512
410
350
890
440
510

续表3.2　　水泵的外形尺寸

外形尺寸（mm）
型号
B3
H
H1
H2
H3
n-Фd
250S39
400
735
450
200
260
4-27

3、动力设备的配置
动力设备采用电动机，水泵选定后，根据水泵样本载明的电动机来选择。
列表说明所选水泵配备之电动机的功率、转数、电压及型号。

表4.1　　电机配置
水泵型号
轴功率
转数
电动机型号
功率
转数
电压
重量(kg)
350S44
177.6
1450
Y335M-4
220
1450
380
2020

表4.2　　电机配置
水泵型号
轴功率
转数
电动机型号
功率
转数
电压
重量(kg)
250S39
54.8
1450
Y280S-4
75
1450
380
728

4、泵站机组的布置
水泵及电机性能如下表5：

表5.1　　水泵及电动机性能
水泵
型号
流量（m3/h）
扬程（m）
轴功率（kW）
转数（r/min）
效率
汽蚀余量（m）
泵重（kg）
电动机
型号
电动机
功率（kW）
350S44
972
50
164
1450
81
6.3
1120
Y355M-4
220
1260
44
177.6
87
1476
37
189
79

表5.2　　水泵及电动机性能
水泵
型号
流量（m3/h）
扬程（m）
轴功率（kW）
转数（r/min）
效率
汽蚀余量（m）
泵重（kg）
电动机
型号
电动机
功率（kW）
250S39
360
42.5
54.8
1450
76
3.2
500/128
Y280S-4
75
485
39
62.1
83
612
32.5
68.6
79

确定水泵及电动机之后，机组（水泵与电动机）尺寸大小，从手册第11册水泵样本上查到。基础的平面尺寸和深度依据机组底盘尺寸或水泵、电机的底脚螺栓的位置。
机组布置分为两种：纵向布置及横向布置。由于本设计中选用水泵为双吸式水泵，为保证进出口处的水力条件，节省电耗，故机组布置采用横向排列，轴线成一列布置。
本次设计采用横线排列（直线单行），其主要优点是跨度小，管配件简单，水力条件好，检修场地较宽畅；缺点是泵房长度较大，操作管理路线较长，管配件拆装较麻烦，但适用于S 、Sh、SA 等双吸离心泵。
机组布置应使泵站工作可靠、管理方便、管道布置简单，泵站建筑面积及跨度最小，并考虑有发展的可能。
5、基础的尺寸计算
（1）尺寸的计算
泵机组安装尺寸如下表：

表6.1　　水泵机组(不带底座）的安装尺寸 单位：mm
型号
电机尺寸
外形尺寸
350S44
L1
H
h
B
A
n-Фd
E
n1-Фd1
1570
355
905
630
610
4-28
300
4-34

续表6.1　　水泵机组(不带底座）的安装尺寸 单位：mm
型号
外形尺寸
出口法兰尺寸
350S44
L
L2
L3
DN3
D03
D3
n3-Фd3
2807.5
854
500
350
460
500
16-23

计算基础的尺寸：
对于不带底座的大中型水泵：
基础长度L=水泵机组底脚螺孔长向间距+(0.4~0.5)m
基础宽度B=水泵或电机底脚螺栓宽度宽向间距较大者+(0.4~0.5)m
基础高度=水泵底脚螺孔的长度+(0.15~0.20)m
其中：
水泵机组底脚螺孔长向间距
水泵或电机底脚螺栓宽度宽向间距较大者
水泵底脚螺孔的长度
因此：
对于350S44型水泵：
基础长度
基础宽度
基础深度
表6.2　　水泵机组(带底座）的安装尺寸

型号
底座尺寸
250S39

b

n-Фd
1578
250
1080
540
680
8-23

计算基础的尺寸：
对于带底座的小型水泵：
基础长度L=水泵底座长度+(0.15~0.2)m
基础宽度B=水泵底座螺孔间距+(0.2~0.3)m
基础高度=水泵底脚螺孔的长度+(0.15~0.20)m
因此：
对于250S39型水泵：
基础长度
基础宽度
基础高度

（2）尺寸高度的校核
为保证机组稳定工作，应校核基础的总质量，一般基础质量应为机组总质量的2.5~4.0倍。
350S44型水泵取基础质量为机组总质量的2.5倍，
则　　
基础以钢筋混凝土浇筑，密度取2.4g/cm3
有平面尺寸算出其高度
和基础深度相比，取较大者1.27m，取1.3m，顶面高于室内地坪0.3m。

250S39型水泵取基础质量为机组总质量的2.5倍，
则　　
基础以钢筋混凝土浇筑，密度取2.4g/cm3
有平面尺寸算出其高度
和基础深度相比，取较大者0.93m，取0.9m，顶面高于室内地坪0.3m。

（3）机组布置应满足的要求：
1）相邻两个机组基础间净距：
电机容量<55千瓦时，过道宽度>0.8m；
电机容量>55千瓦时，过道宽度>1.2m。
2）相邻两个机组的突出部分间的净距以及突出部分与墙壁间的净距：
电机容量<55千瓦时，净距>0.7m；
电机容量>55千瓦时，净距>1.0m；
还应保证泵轴和电机转子在检修时能拆卸。
3）泵房主要通道宽度不小于1.2m。
4）当考虑就地检修时，至少在每个机组一侧设置大于水泵机组宽度0.5m的通道。
6、吸水管及压水管的设计
（1）吸水管的设计应满足以下要求
1）不漏气
吸水管管壁或接头容易漏气，当吸水管中压力小于大气压时会漏入空气。因此吸水管应采用不透气材料（钢管），接头采用法兰接头。
2）不积气
为防止形成空气气囊，影响水泵的工作。在敷设吸水管时，应向水泵方向连续上升，具有不小于0.005的坡度，消除形成空气囊的条件。
3）不吸气
吸水管入口进入深度不够时入水口处水流形成漩涡而吸入空气。
并且，每台水泵应有单独的吸水管，这样便于水泵迅速启动，安全运行。
为避免吸水管入口吸入空气，吸水井中最低水位至吸水口的最小淹没深度h应避免产生有害的涡旋，一般最小淹没深度不应小于0.5~1.0m．本次设计选定h=1.0m，采用钢制管材。
压水管路经常承受较高压力，要求坚固耐压，采用钢管，与闸阀和逆止阀连接处采用法兰接头。
（2）管径计算:
吸水管管径按最大抽水量Qmax及设计流速决定。
(Qmax指该泵在单独或并联工作中可能出现的最大出水量)
设计流速可按下述数据决定：
DN<250mm，v采用1.0～1.2m/s
DN >250mm，v采用1.2～1.6m/s
当为自灌式时，设计流速可增至1.6～2.0m/s。
压水管管径按通过的最大流量及设计流速决定，设计流速可按下述数据决定：
DN < 250mm，v采用1.5～2.0m/s
DN >250mm，v采用2.0～2.5m/s
总压水管管径在泵站内按上述原则决定，在站外按输水管管径决定。
各台水泵的吸压水管径见表7：

表7.1　　吸压水管管径计算表
水泵型号
最大抽水量（m3/h）
吸水管
设计流速（m/s）
吸水管
管径
计算
Q/v(mm)
吸水管
管径
(mm)
压水管
设计流速（m/s）
压水管
管径
计算值Q/v(mm)
压水管
管径
（mm）
350S44
1400
1.5
575
600
2.5
446
450

表7.2　　吸压水管管径计算表
水泵型号
最大抽水量（m3/h）
吸水管
设计流速（m/s）
吸水管
管径
计算
Q/v(mm)
吸水管
管径
(mm)
压水管
设计流速（m/s）
压水管
管径
计算值Q/v(mm)
压水管
管径
（mm）
250S39
544
1.5
358
400
2.5
277
300

因压水管管径DN>300mm，一般采用电动闸阀。
吸水管入口做成喇叭口，直径D是吸水管管径1.3~1.5倍，即
350S44型水泵。喇叭口距吸水井底的高度h1应按进口阻力最小确定，根据实验资料。
250S39型水泵。喇叭口距吸水井底的高度h1应按进口阻力最小确定，根据实验资料。

3）管道敷设地点
当泵站内管道直径大于500mm时，管道设在管沟中不经济，可直接敷设在地板上。
本次设计为半地下式泵站，将管道直接设在地板上。管道伸出泵房之后应埋在冰冻线之下。
7、水泵安装高度的计算
（1）计算HS：
由选定的水泵在水泵性能曲线上找出允许吸上真空高度HS，必须注意每台泵的HS在抽水量不同时也不同，因而应根据该泵在可能的工作范围内的最大抽水量来查出对应的HS，如果水泵的安装地点的气压不是10.33m水柱或水温不是20℃时，应对HS作出修正，变为，按最大抽水量时的HS计算：
查泵的性能曲线可知，350S44型泵对应其最大抽水量1400m3/h的允许吸上真空高度为3.5m。
因此：
对于350S44水泵

查泵的性能曲线可知，250S39型泵对应其最大抽水量544m3/h的允许吸上真空高度为6.8m。
因此：
对于350S44水泵

（2）计算HSS
由下式计算该泵的安装高度HSS：
　　 （5）
式中　　—吸水管中水头损失；
—安装真空表处的水头损失。
应从吸水池最低水位算至泵轴（对大泵则算至吸水口上端）。包括从吸水喇叭口至真空表安装处的所有水头损失（沿程与局部）。可以根据最大抽水量和真空表处的过水断面积来计算。 其中吸水管中局部水头损失局部应按水力公式计算，其中局部阻力系数由设计手册查得。
这时由于立管长度未定(见下图1)，沿程水头损失未知，但水平的长度L已知，可近似地令：L=6m（认为 HSS=X ）。

L
真空表
Hss
X

图1　　吸水管示意图

计算结果如下：

表8.1　　局部水头损失计算表
管件
管径(mm)
局部阻力系数ξ
最大抽水量(m3/h)
最大
流速(m/s)

喇叭口
900
0.40
1400
0.61
0.019
0.008
钢制焊接
90o弯管
600
1.01
1400
1.38
0.097
0.098
伸缩接头
600
0.21
1400
1.38
0.097
0.020
异径管(L=0.65m)
600-350
0.20
1400
4.05
0.836
0.167
水泵入口
350S44
1.00
1400
4.05
0.836
0.836
∑h局

1.129
表8.2　　局部水头损失计算表
管件
管径(mm)
局部阻力系数ξ
最大抽水量(m3/h)
最大
流速(m/s)

喇叭口
600
0.40
544
0.53
0.014
0.006
钢制焊接
90o弯管
400
1.01
544
1.203
0.074
0.075
伸缩接头
400
0.21
544
1.203
0.074
0.016
异径管(L=0.65m)
400-250
0.20
544
3.08
0.484
0.097
水泵入口
250S39
1.00
544
3.08
0.484
0.097
∑h局

0.291

表9.1　　最大安装高度计算表
型号
1000i
L(m)

(m)

(m)

(m)
1+i

(m)
350S44
6
6.00
0.036
1.129
0.836
3.18
1.006
1.172

表9.2　　最大安装高度计算表
型号
1000i
L(m)

(m)

(m)

(m)
1+i

(m)
250S39
6
6.00
0.036
0.291
0.484
6.48
1.006
5.635

由上式计算的为最大抽水量所对应的允许安装高度，在选定水泵的安装高度时可以比小，而不能大。因而按最小的HSS为最不利情况，以此为标准（该台泵泵轴标高起控制作用）来确定其余各泵和管道的安装高度，所以HSS=1.172m，为保证安全取1.100m。
8、泵站平面及尺寸的设计
泵房设置要求：
矩形泵房宽度，根据水泵尺寸，进出水管道上的阀门，配件等尺寸确定，若采取标准预制构件屋面梁，泵房跨度为6、9、12、15、18、21m等。本次设计选泵房跨度为9m、半地下式泵房。
泵房主要通道宽度不小于1.2m。
可用下图2的方法初步确定泵站（机器间）的平面尺寸B和L。
图中　a—机组基础长度，2.4m和1.73m;
b—机组基础间距，电机轴长+0.5m=2.078m；
c—机组基础与墙距离，2m。
，B取6.5m
考虑到检修面积、配电设备、值班室、变压器及主通道等面积，泵站平面尺寸：

c
a
b
a
b
a
c
L
B
泵
机器间

图2　　机器间平面布置示意图

9、二泵站吸水井
（1）吸水井的高度计算
由以上计算可知，吸水井最低水位距井底17.5m，最高水位为20m,保护高度0.5m,最小淹没深度取2.0m,则吸水井总高度5m。
（2）吸水井的平面尺寸计算
采用最小尺寸法计算吸水井容积，最小容量法校核吸水井容积。
1）最小尺寸法：
吸水管在吸水井中的位置应满足：相邻吸水管中心线间距(1.5~2.0)，取1.5；喇叭口中心线至侧墙的距离取1.5，喇叭口中心线至后墙的距离取(0.8~1.0)，取，喇叭口中心线至吸水井进口距离同喇叭口距后墙距离取。
则吸水井长度应大于

考虑到泵站吸水管直线连接，减少吸水阻力吸水井长度
宽度大于
平面尺寸：
吸水井的尺寸：
2）采用最小容量法校核吸水井容积：
　　　　　　 　　　　　 （6）
式中　—最小容量(m3)；
—水泵最大流量(m3/s)；
t—给定时间(s)，中小型水泵， t=30~140s；大型水泵，。
上式为计算单泵吸水井的公式，对于联合吸水井，最小容量为所有水泵计算容量之和。

由吸水井尺寸可知，吸水井容积

，满足校核要求。
10、起重机设计
根据手册，起重量大于2.0t，起重设备形式应选择电动起重设备，由泵及电机的重量可知，起重机可以选择额定起重量为3.0t的LX 型电动单梁起重机。相关技术数据及外形尺寸如下：

表10　　LX 型电动单梁起重机外形尺寸
额定
起重量
(t)
跨度
(m)
起重机运行机构
电动葫芦
电动机
运行
速度
(m/min)
型号
运行
速度
(m/min)
起升
高度
(m)
起升
速度
(m/min)
功率(kW)
型号

3

6.5

ZDY
12-4

20、30

CD1或MD1

20、30

6、9、12、18、24、30

8、8/0.8

续表10　　LX 型电动单梁起重机外形尺寸 单位：mm
外形尺寸
L

A
B
8000
750
278.5
151
930
904
395
420
1500

起重机的车轮工作直径（一组车轮）130mm，轨道工字钢130a~145c，起重机总重量（包括电动葫芦）1.32t。
11、泵房高度计算
单梁悬挂式吊车泵房高度计算如下：
对于地下式泵房：

式中　H1——泵房地上部分高度(m)；
H2—泵房地下部分高度(m)。
　　　　　 （7）
式中　H—泵房高度（m）；
a1—行车轨道的高度（m）；
h—吊起物底部与泵房进口处室内地坪的距离，不小于0.3~0.5m，取0.5m；
c1—行车轨道底至起重钩中心的距离（m）；
d—起重绳垂直高度（m），（对于水泵为0.85xm，对于电动机为1.2xm，x为起重部件宽度）；
e—最大一台水泵或电动机的高度（m）；
根据起重机的外形尺寸可知

泵房地坪标高为20m，同时吸水井的最低水位为17.5m，为1.1m，故轴线的标高为17.5+1.1=18.6m,则H2=20-18.6+0.3+1.3=3.00m
则泵房高度，取7.2m
12、泵站内主要附属设备的选择
管道上的附件如闸阀、逆止阀及喇叭口均在管道设计时选定，这部分附件已列入材料设备表。
（1）真空泵的选择
一般为了降低泵站造价，二泵站不能埋深太大，往往用真空泵起动，真空泵应按起动最大的一台水泵计算 ，真空泵的抽气量在不同的真空度下是不同的，真空泵在抽气时，实际所抽取空气的压力是变化的，为了简化起见可以取水泵安装高度作为计算真空度：
抽气量 (m3/h) （8）
真空度　　
式中　—为泵壳体积（m3）；
—吸水管体积（m3）；
K—漏气系数，一般取1.05～1.10；
T—起动时间（min），对生活用水泵取5分钟，消防泵3分钟；
Ha—大气压的水柱高度（m）；
—真空度（m），可用水银柱或百分数表示。

表11　　壳和吸水管体积计算表
泵型号
泵壳DP
（m）
泵壳LP
（m）
泵壳体积(m3)
吸水管管径DS
（m）
吸水管管长LS
（m）
吸水管体积(m3)
各单管路体积（m3）
350S44
0.5
0.5
0.098
0.6
8.5
2.40
2.50

计算过程如下：

由以上计算数据查手册后，选择SZ-1J型水环式真空泵，一台工作，一台备用，共计两台。两台泵合用一套气水分离器和循环水补充水箱，布置在泵房边角，布置采用一形布置。

表12　　SZ-1J真空泵的外形尺寸
型号
L
L1
L2
L3
L4
L5
SZ-1J
1001
809
590
527
190
150
H1
H2
H3
B1
B2
B3
B4
472
282
82
495
445
393
343

（2）流量计
本次设计选用LD600电磁流量计计量，在两条总压水上各安装一个，共计两个。

表13　　流量计特性
型号
公称直径（mm）
衬里材质
精 度
介质电导率（μs/cm）
量程
（m/s）
工作压力（MPa）
环境温度（℃）
介质温度（℃）
LD
600
聚四氟乙烯
0.5
>10
0.5~1.0
4
-10~55
<180

（3）排水设备：
排水泵水量按15~20min排除集水井积水确定，本次设计选择QX-5-10-030型潜水泵，并设一台备用泵。集水井的有效容积按6~8小时漏水量确定。

表14　　潜水泵
型号
流量（m3/h）
扬程（m）
转速（r/min）
功率（kW）
电压（V）
配管内径（mm）
重量（kg）
QX-5-10-030
5
10
2800
0.3
220
38
18

17 / 17