泵与泵站课程设计—取水泵站的设计.doc

一、设计说明书工程概述(一) 工程概括市因发展需要，原有的第一水厂已不能满足居民的用水要求，因此，规划设计日产水能力为9.5万m3的第二水厂，给水管线设计已经完成，现需设计该水厂取水泵房。(二) 设计资料市新建第二水厂工程近期设计水量为85000m3/d，要求远期发展到95000m3/d，采用固定取水泵房用两条直径为800mm的自流管从江中取水。水源洪水位标高为38.00m，枯水位标高为24.60m。净水构筑物前配水井的水面标高为57.20m，自流取水管全长280m，泵站到净化场的输水干管全长1500m。自用水系数=1.051.1，取水头部到泵房吸水间的全部水头损失为10kPa，泵房底板高度取11.5m。二、设计概要 取水泵站在水厂中也称一级泵站.在地面水水源中,取水泵站一般由吸水井、泵房及闸阀井三部分组成。取水泵站由于它靠江临水的确良特点，所以河道的水文、水运、地质以及航道的变化等都会影响到取水泵上本身的埋深、结构形式以及工程造价等。其从水源中吸进所需处理的水量,经泵站输送到水处理工艺流程进行净化处理。本次课程设计仅以取水泵房为例进行设计，设计中通过粗估流量以及扬程的方法粗略的选取水泵；作水泵并联工况点判断各水泵是否在各自的高效段工作，以此来评估经济合理性以及各泵的利用情况。取水泵房布置采用圆形钢筋混凝土结构，以此节约用地，根据布置原则确定各尺寸间距及长度，选取吸水管路和压水管路的管路配件，各辅助设备之后，绘制得取水泵站平面图及取水泵站立体剖面图各一张。设计取水泵房时，在土建结构方面应考虑到河岸的稳定性，在泵房的抗浮、抗裂、抗倾覆、防滑波等方面均应有周详的计算。在施工过程中，应考虑到争取在河道枯水位时施工，要抢季节，要有比较周全的施工组织计划。在泵房投产后，在运行管理方面必须很好地使用通风、采光、起重、排水以及水锤防护等设施。此外，取水泵站由于其扩建比较困难，所以在新建给水工程时，可以采取近远期结合，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能性，所以用远期的容量及扬程计算。对于机组的配置，我们可以暂时只布置三台500S59A型水泵（一台备用，两台工作），远期需要扩建时，再增加一台同型号的水泵。三、设计计算 设计流量的确定和设计扬程估算：(1) 设计流量Q为了减小取水构筑物、输水管道各净水构筑物的尺寸，节约基建投资，在这种情况下，我们要求一级泵站中的泵昼夜不均匀工作。因此，泵站的设计流量应为：式中 Qr一级泵站中水泵所供给的流量(m3h)；Qd供水对象最高日用水量(m3d)；为计及输水管漏损和净水构筑物自身用水而加的系数，一般取=1.05-1.1T为一级泵站在一昼夜内工作小时数。考虑到输水干管漏损和净化厂本身用水，取水自用系数=1.05,则近期设计流量为 Q=1.05 =3718.75m3/h=1.033 m3/s远期设计流量为 Q=1.05=4156.25m3/h=1.155 m3/s(2)设计扬程HST静扬程HST的计算 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为1m，则吸水间中水面标高为38.00-1.00=37.00m,最低水面标高为24.60-1.00=23.60m,所以泵所需静扬程HST 为：洪水位时，HST=57.20-37.00=20.20m枯水位时，HST=57.20-23.60=33.60m输水干管中的水头损失h 设采用两条DN800的铸铁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（按远期考虑），即Q=0.754156.25=3117.2m3/h=0.866m3/s,查水力计算表得管内流速 v=1.72m/s,i=4.25,所以输水管路水头损失；=1.10.004251500=7.0125m (式中1.1包括局部损失而加大的系数)泵站内管路中的水头损失h粗估1.8m，安全水头2m，则泵设计扬程为：枯水位时：Hmax=33.60+7.0125+1.8+2=44.4125m洪水位时：Hmin=20.20+7.0125+1.8+2=31.0125m、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 H=HST+=HST+SQ2式中 HST 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/sHST=33.60m ,把Q=4156.25m3/h,H=44.41m,代入上式得:S=8.10所以管路特性曲线即为:H= HST+8.10Q2=33.60+8.10Q2 可由此方程绘制出管路特性曲线,见图1表1 管路特性曲线Q-H关系表Q(m3/h)0600100017002000h(m)0.000.230.631.812.50H(m033.6032.8333.2334.4135.10Q(m3/h)25002800340039004200h(m)3.914.907.2310.8012.10H(m)36.5137.5039.8344.4144.70(2） 水泵选择选泵的主要依据：流量、扬程以及其变化规律 大小兼顾，调配灵活 型号整齐，互为备用 合理地用尽各水泵的高效段 要近远期相结合。“小泵大基础 ”大中型泵站需作选泵方案比较。根据上述选泵要点以及离心泵性能曲线型谱图(图2)和选泵参考书综合考虑初步拟定以下：近期选择三台500S59A型泵，两台工作一台备用，单泵工况点为（1980，44.5），满足近期工况的要求。远期增加一台500S59A型泵，三台工作一台备用。远期三台水泵并联时单泵工况点为(1860,50.06),此时三台泵均工作在高效段工作。图1 水泵并联工况点的求解图500S59A型泵基本参数图2 离心泵性能曲线图(3) 水泵参数500S59A型单能双吸式离心式水泵性能参数如下：流量Q=15002170m3/s，扬程H=5739m，转数n=970r/min,泵轴额定功率：N=333kW，电动机型号为Y400-54-6型异步电动机，配电机功率为400 kw，效率为72%74%，气蚀余量：Hs=6m表2 500S59A型水泵外型尺寸（不带底座）（单位：m）LL1L2L3BB13510186011675801000810B3AHH1H2H3800710400800370480EhW水泵W电机nd80012002235 N3000 N435表3 进口法兰尺寸 表4 出口法兰尺寸DN1D01D1n1-d1500 62067020-26DN2D02D2n2-d235046050516-22500S59A型泵工作曲线图500S59A型泵安装尺寸、吸水管路的设计(1) 流量QQ1=1385.52 m3/h = 0.385 m3/s(2)吸水管路的要求 不漏气 管材及接逢 不积气 管路安装 不吸气 吸水管进口位置 设计流速： 管径小于250时，V取1.01.2 m/s 管径等于或大于250时，V取1.21.6 m/s(3) 吸水管路直径 采用DN6008钢管，则V=1.32m/s ，i=3.56(4) 吸水管路的管件布置喇叭口设计喇叭口扩大直径 D(1.31.5)d=1.4600=840 取800 喇叭口高度 4（D-DN）=4（800-600）=800 喇叭口距墙壁的距离 a(0.751.0)D 取a=0.9800=720 取700 喇叭口距室底的距离 h1(0.60.8)D=0.75800=1200 喇叭口之间距离 l1（1.52.0）D=1.5800=1200 喇叭口淹没深度 h2（1.01.25）D=1.25800=1200 喇叭口中心线与后墙的距离C=（0.81.0）D=0。9800=720 取700 喇叭口与进水室的距离 l3D=2400 手动闸阀 采用Z45T10正齿轮转动暗杆楔式闸阀，其规格为：500S59A： DM=700，L=6603偏心渐缩管 为了防止吸水管积有空气，所以采用偏心渐缩管，查表得：500S59A： DN700 500，L=600,=0.20 90弯头 500S59A: DN600, T=700, =1.06、压水管路的设计(1) 流量QQ1=1385.52 m3/h = 0.385 m3/s(2)压水管路要求要求坚固而不漏水,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。压水管的设计流速：管径小于250时，为1.52.0 m/s 管径等于或大于250时，为2.02.5 m/s压水管的选取采用DN4506钢管，则V=2.34 m/s，i=16.2(3)、压水管路配件 止回阀 采用HH4410微阻缓闭式止回阀，其规格为 500S59A： DN600，L=1180，=0.39 电动闸阀 采用Z945T10电动暗杆楔式闸阀，其规格为： 500S59A： DN600, L=600,W=1018 kg , =0.06手动闸阀 设置在水管路上的常开阀门，采用Z45T25暗杆闸阀， 其规格为：500S59A： DN600,L=600,W=1540 kg , =0.06 同心渐扩管 压水管路上的渐扩管规格如下：500S59A，DN500 600, L=600, =0.11设在联络管上的渐扩管规格: DN600 800,L=800, =0.34 DN500 800,L=800. =0.31 三通管 DN500 800,L=1200, =0.78、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）+（400500）基础宽：B=水泵地脚螺钉间距（宽方向）+（400500）基础高：H=（2.54.0）（W水泵+W电机）/(L)因此，500S59A型泵： L=B+L2+L3+（400500）=1000+1167+580+453=3200 B=A+450=710+450B+450=1250 取1250 H=3.0（3000+2235）（3.21.252400）=1630 取1700 电机基础高H0=1700+800-400=2100 (2) 基础布置 基础布置情况见取水泵站祥图。 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。机组的排列方式采用机组横向排列方式，这种布置的优点是：布置紧凑，泵房跨度小，适用于双吸式泵，不仅管路布置简单，且水力条件好。同时因各机组轴线在同一直线上，便于选择起重设备。 机组与管道布置本取水泵房采用圆形钢筋混凝土结构，此类泵房平面面积相对较小，可以减少工程造价。为了尽可能地充分利用泵房内的面积将四台机组交错并列成两排，两台为正常转向，两台为反向转向，在订货时应予以说明。每台泵有单独的吸水管、压水管引出泵房后两两连接起来。对于房内机组的配置，我们可以采用近期购买安装三台500S59A型水泵，两台工作，一台备用。远期需扩建时，再添加一台500S59A型水泵，三台工作，一台备用。水泵间平面尺寸的确定 水泵机组采用四台交错并列布置成两排,泵房采用圆形钢筋混凝土结构。横向排列各个部分尺寸应满足下列要求：D1:进水侧泵与墙壁的净距 D11000，取D1=1200B1:出水侧泵基础与墙壁的净距 B13000,取B1=3000A1:泵凸出部分到墙壁的净距 A1=最大设备宽度+0.5m=1250+1000=2250取2700C1:电机凸出部分与配电设备的净距 C1=电机轴长+0.5m。所以C1=1860+500=2360但是,低压配电设备应C11.5m; 高压配电设备应C12m,C1取2360应该是满足的。E1:泵基础之间的净E1值与C1要求相同,即E1=C1=2360B:管与管之间的净距 B0.7m F:管外壁与机组突出部分的距离 对于功率大于50KW的电机，F要求大于1000，取F=1225A2:泵及电机突出部分长度 A2=200250D1:压水管路管径 D1=450L:机组基础长度 L=3200所以，可得R=B1+F+D1+L+E1=3000+225+1225+3200+1350=9000水泵房安装高度 (1) 水泵安装高度 Hss=Hsvhshva 式中 Hss安装高度,泵轴至最低水位的几何高度； Pa 水面上的绝对大气压； Hsv水泵的气蚀余量； hs吸水管路总水头损失； hva实际水温下的饱和蒸汽压力。 500S59A: Hss=60.510.43=3.16 m 吸水间最低水位=24.60-2804.25=23.41 m泵轴标高=吸水间最低水位+Hss=23.41+3.26=26.67m（2）泵房中各标高确定泵房内底地面标高=泵轴标高h10.4 =26.671.30.4 =24.97m（0.4为基础突出地面高）水泵基础顶标高=泵轴标高+H1=26.67+0.5=27.17m水泵基础底标高=26.670.8=25.87m电机基础顶标高=27.17+1.2=28.37m水泵进水口中心标高=泵轴标高 H2=26.670.37=26.30m水泵出水口中心标高=泵轴标高- H4 =26.670.47=26.20m地下部分筒体高度=室外地面高度泵房内底标高 =34.60-24.97=9.63 m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 =（38.00+1）-24.97 =14.03m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 =38.00+1=39.00m泵房顶标高=操作平台标高+泵房地上部分高度 =39.00+5.8=44.80m总的筒体高度=泵房顶标高泵房内底标高 =44.8024.97=19.83m 吸水管与压水管的水损计算中心取一条最不利线路，从吸水口到输水干管上切换闸阀止为计算线路图吸水管路中水头损失h s: h s=h fs+h ls1、吸水管路沿程水头损失:h fs=l1is=3.566.870=0.024m2、局部水头损失:h ls=(1+2) + 3式中 1吸水管进口局部阻力系数，1=0.0752 DN6008钢管闸阀局部阻力系数，按开启度=0.125考虑，2=0.45；1.905 3 偏心渐缩管DN700500 ,3=0.80则 h ls=（0.75+0.45）+0.2=1.934m 所以吸水管路总水头损失为:h s=h fs+h ls=1.934+0.024=1.96m压水管路水头损失h d:h d=h fd+h ld1、压水管路沿程水头损失: h fd=il=0.00394+0.0032310+0.008435=0.08m2、局部水头损失:h ld=（1+2+3+4+5+6+7） 式中 1止回阀局部阻力系数:0.41； 2手动闸阀局部阻力系数:0.06；3压水管上的电动闸阀局部阻力系数:0.06；4同心渐扩管局部阻力系数:0.215连接三通的同心渐扩管局部阻力系数:0.31；6出水管上的电动机闸阀局部阻力系数:0.06;7三通局部阻力系数:1.02； v2压水管的流速:1.81m/s。h ld=（0.41+0.063+0.21+0.31+1.02）=0.63m所以压水管路总水头损失为h d=h fd+h ld=0.08+0.63=0.71m则泵站内水头损失:h=s+d=1.96+0.71=2.67m，符合假设的实际水头损失。辅助设备设计 (1)引水设备选用真空泵作为引水设备，其特点是水泵引水快，运行可靠，易于实现自动化控制，真空泵的排气量计算：Qv= 式中 Qv真空泵排气量，单位为m3/min; Wp泵站内最大一台水泵泵壳内的空气容积，相当于泵吸入口到出水闸阀 的距离乘以吸入口面积，单位为m3; k漏气系数，取k=1.05; Ws 吸水井最低水位算起到吸水管中空气容积，单位为m3; Ha 大气压的水柱高度，取10.33m; Hss 离心泵安装高度，单位为m; T 水泵充水时间，取5 min。 500S59A型水泵的各部分参数： Wp=0.7210=3.85 Ws=0.52(0.6+1.18+0.267)=0.40 则 Qv= =1.27 m3/min最大真空值： Hsmax=Hss73.6=3.20673.6=235.96Hg 因此选择2台SZ2型水环真空泵（一台备用），其性能如下： 抽气量1.36 m3/min,极限真空度-88.5Kpa,耗水量10 L/min，重量W=140kg,配套电机:Y112M-4，功率4Kw，转速n=1450 r/min. 69 SZ-2型真空泵外形尺寸（带底座）：（单位：mm）LL1L2L3L4B11001809590527190495B2B3B4H1H2H344539334347228282 基础尺寸： 基础长度=809+（150200）=809+200=1009，取1000 基础宽度=445+155=600 基础高=82+（150200）=82+200=282，取300(2)起重设备的选择 选型 由前面设计可知，最大设备的重量为Y400546型电动机，其重量为3000，泵房宽18000,据此选用LDT3.2S型电动双梁式起重机，最大起重量为3200，配电葫芦型号为AS416162/1，配UE小车，起升速度8m/min工字钢630。其安装尺寸: W=2500, E=476, H=687, L1=1131, L2=1790, b1=1125 泵房高度确定 泵房高度: H1=a+c+d+e+h式中 a双轨吊车高度，0.687m； c行车轨道底至起重机钩中心的距离，1.125m； d起重绳的垂直长度（电动机1.2x，x为起重机部件长度，1.86m）； e电机高度，1.2m； h起吊物与平台距离，取0.5m。则泵房地上部分高度H1=0.687+1.125+1.862+1.2+0.5=5.744m,为了安全起见取5.8m所以泵房总高度=17.94+5.8=23.74m(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2040 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IS6550160A型离心泵（Q=1528m3/h, H=2722m, N=3kW, n=2900 r/min）两台，一台工作一台备用，配套电机为Y100L2。 (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T3511型轴流风机（叶轮直径700，转速960 r/min，叶片角度15，风量10127m3/h，风压90Pa，配套电机YSF8026, 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。