水泵站设计计算书.doc

第一部分 设计说明书1 清水池1.1 清水池尺寸新建配水厂清水池采用两座蓉量各为4000m3的方形水池，平面尺寸31.2m31.2m，池内存水高度4.2m，安全超高0.3m，保温覆土0.7m；为无梁楼盖钢筋混凝土结构。1.2 清水池容积式中： W 清水池总容量, m3 ； W1 清水池调节容积, m3 ； W2 消防总水量， m3 ； W3 安全贮水量， m3。1.清水池调节容积W1真正的调节容量以最高日供水量的18%计，W1=2550018%=4590m3。2.清水池消防总量W2 根据城市发展规模远期人口超过10万，消防流量应为45升/秒，两处同时着火，救火时间为两小时。 消防总流量= 452=90L/s = 324立方米/时； 消防总用水量=3242 = 648立方米。3.计算安全贮水量W3 安全贮水按占最高日用水量的27%计算，W3=2550027%=6885m3。4.清水池总容量W=4590+648+6885=121233 图1 清水池尺寸故新建两座4000 m3的清水池，连同市区老配水厂4座1000 m3的清水池，全系统清水池总容量达到12000 m3，为最高日需水量2.55万立方米的47%。1.3 清水池填挖土方量为利于抗震，清水池为半地下式，池内底标高-2.2米，0.1米地基基础，0.2米池底混凝土浇注，故挖深为-2.5米，一座清水池的开挖土方量为31.231.22.5=2433.6m3。由于二连浩特市平均气温较低，最低温度为-40.2，故池顶的覆土厚度为0.7米，池外侧覆土采用三层台的挡土墙方式。每层高1.0米，宽2.0米，可在其上种植花草。故一座清水池填土方量为31.231.20.7+（35.235.231.231.2）1+(39.239.231.231.2) 1+(43.243.231.231.2) 1= 681.488+265.6+563.2+892.8=2403m3；填土量和开挖量相差无几，几乎不需要运土。 图2 清水池剖面图 图3 清水池填挖方量计算图1.3 清水池水位确定(h为水深，H为相对于地面的水位)1、清水池最高水位 h0 = 400031.22 = 4.11m，取4.2m。 H0 = 4.112.2=1.91m 2、最高时 此时池内存安全储水和消防水量共7533 m，按新旧水厂存水比例新水厂存水量为5022 m，所以 最小水深 h2= （50222)31.22 =2.58 m 最低水位 H2= 2.582.2 = 0.38m 设计水位 H2设 = (H0H2)=（1.912.2）/2 =-0.145 3、最高时+消防时 此种工况允许把清水池中的水用完，最终池中几乎没有水，此时 最小水深 h1= h0 = 0 最低水位 H1= 3.85.5 = -1.7m 设计水位 H1设 =(H0H1)=（1.912.2）/2 =-0.145 4、事故时 此时池内只存有消防水量648 m，按比例新水厂存水量432 m，所以 最小水深 h3= （4322)31.22 = 0.22 m 最低水位 H3= 0.222.2 = 1.98 m 设计水位 H3设 = (H0H2)=（1.912.2）/2 =-0.1451.4 清水池配管进水管共两根，管径按水厂最高日平均时制水量、设计流速0.9m/s计算；出水管共4根，管径按最高日最高时用水量、设计流速1.5m/s计算。最高日平均时流量为 Q = 1360024 = 566.7 m3/h = 0.157最高日最高时流量为 Q = 13600241.5 = 850 m3/h = 0.236则每座清水池进水管管径为d =m，取标准管径DN350。出水管管径为d =m，取标准管径DN250,喇叭口直径D=1.3d=1.3250=325mm，取标准管径DN350。溢流管每池一根，管径取DN400，管端为喇叭口；排泥管每池一根，用管径DN200；两池间设连通管DN600。2 供水泵站主泵房2.1 扬程、流量确定2.1.1 市政给水管网平差计算 给水管网平差计算原理介绍市政给水管网平差计算采用鸿业市政管线软件计算。此软件的给水管网平差计算采用的是解节点方程的方法，平差计算准备工作较少，计算时采用柯尔勃洛克公式。解节点方程不需要预先分配管道流量，它是从假定管道流量，反算各节点压力，再根据算出的节点压力计算管道流量的一个迭代过程。 给水管网平差计算结果最高时工况、最高+消防工况、事故工况时水源入网点的自由水压分别为37.288m、36.555m、40.500m；流量分别为236.11L/s、281.11 L/s、165.27L/s。2.1.2 扬程（H） 扬程H = 清水池最低水位与入网点高程的差入网点自由水压水厂内管路损失根据城市管网平差图，选66点为控制点，与入网点高差为6m。水厂内管路损失假定为2m，累及管路损失及自由水压查阅城市管网平差图可知。1.最高时工况：入网点高程为961.000m，自由水压为37.288m。则在清水池不同水位时的水泵扬程为：最高水位时：H = 2.91037.2882 = 36.378m设计水位时：H = 2.14537.2882 = 37.143m最低水位时：H = 1.38037.2882 = 37.908m2.消防工况：入网点高程为961.000m，自由水压为36.555m。则在清水池不同水位时的水泵扬程为：最高水位时：H = 2.91036.5552 = 35.645m设计水位时：H = 0.85536.5552 = 37.700m最低水位时：H = 1.20036.5552 = 39.755m3.事故工况：入网点高程为961.000m，自由水压为40.500m。则在清水池不同水位时的水泵扬程为：最高水位时：H = 2.91040.5002 =39.590m设计水位时：H = 0.93040.5002 = 41.570m最低水位时：H = 0.98040.5002 = 43.480m2.1.3 流量(Q)新水厂的设计供水量为1.92万立方米/日，日变化系数取1.5。则：1.最高时工况：Q=（1360010001.5）243600=236.11 L/s2.消防工况： Q= 236.1145=281.11 L/s3.事故工况： Q=281.1170%=165.27 L/s2.2 水泵初定安装高程根据清水池最低水位时，保证水泵可以将清水池的水抽干。集水坑底高程为底=-3.05m，吸水喇叭口高于集水坑底0.8D=0.8350=280mm，吸水管的淹没深度取h淹=0.7m，因此吸水管中心线标高为： 吸=底0.8Dh淹 D/2 =-3.050.280.70.25/2 =-1.945m查Sh型离心泵外形及安装尺寸图、表得水泵进口中心线距泵轴线160mm，出水管中心线到泵轴线的距离为165mm，所以：水泵的初定安装高程：泵=吸0.16=-1.9450.16=-1.785出水管中心线高程为：出=泵0.165=-1.7850.165=-1.950m。查得水泵轴线距底座350mm，取底座厚200m，则室内地坪高地为： 地=泵0.350.2 =-1.7850.350.2 =-2.3352.3 进、出水管管径确定2.3.1 进水管清水池出水管即为水泵进水管，管径DN250。管路设备有：喇叭口、90弯管、伸缩蝶阀、等径三（四）通、偏心渐缩管等。2.3.2出水管管径可根据经济流速v=2.03.0m/s选择，则出水管径，取标准化管径DN200，并联后合为两根出水管，其管径为，取标准化管径DN350，管路设备有：正心渐扩管、伸缩蝶阀、缓闭止回阀、90弯管、等径三（四）通等。2.4 泵房平面、高度水泵机组布置采用横向排列，进出水管顺直，水力条件好，节省电耗。查Sh型离心泵外形及安装尺寸图表知，8Sh13型泵尺寸为1.698m0.55m，配套电动机型号为Y250M2。 1、泵房长度：泵间距采用1.2m,电动机靠墙一侧与墙净距取1.4m，走到平台宽度取1.5m，水泵靠墙一侧与墙净距取1.2m，在泵东侧设检修间，宽度取用2.5m。L=1.6985+1.24+1.4+1.2+2.5+1.52=21.42、泵房宽度：将进、出水连通管全部置于泵房内，这样需要加大泵房宽度，取B=9.0m。 连通管与墙的间距； 、 分别为出口短管、闸阀、止回阀、水泵出口渐扩短管、进口渐缩短管的长度； 水泵基础宽度。进水管上伸缩蝶阀DN250长约400mm；进口偏心渐缩管l =2（D-d）+150=2（250-200）+150=250mm，（查得泵进口直径为200mm）；出口正心渐扩管l=2（D-d）+150=2（200-125）+150=300mm（查得泵出口直径为125mm）；止回阀长约600mm；进、出水管连同管外壁距墙净距至少为0.5m，可以容工作人员进行检修。取标准柱间距5.1m，因此（21.41）5.1=4，共4个开间，5根柱子，主子尺寸取为400400mm。 3 水泵工作点校核及调速计算3.1 管路损失计算 1.沿程管路损失阻力系数S沿计算：表1 管路沿程阻力系数计算表 水泵名称管段管长L（m）糙率n管径D（mm）S并联点前水泵进水管21.50.0120.2551.56出水管4.90.2038.60合计90.16并联点前水泵进水管23.50.0120.2556.36出水管30.2023.63合计79.99并联点前水泵进水管26.50.0120.2561.15出水管4.90.2038.60合计99.75并联点后水泵出水管840.0120.3533.522.局部管路损失阻力系数S局计算：表2 管路局部阻力系数计算表水泵名称管段管件名称规格数量管径D(m)损失系数S并联点前水泵进水管喇叭口D=350，25010.30 0.66.1290弯管10.25 0.816.92闸阀10.25 0.071.48伸缩蝶阀SD341X-610.25 0.163.38三通10.25 1.531.73偏心渐缩管D=250,D=20010.2250.185.80出水管正心渐扩管D=125,D=20010.1625 0.067.11伸缩蝶阀SD341X-610.200.2211.36微阻缓闭止回阀10.20 0.157.7590弯管10.20 0.525.82闸阀20.20 0.088.262异径四通D=300，20010.250.24.23合计129.96并联点前水泵进水管喇叭口D=350，25010.3 0.66.1290弯管10.25 0.816.92闸阀10.25 0.071.48等直径四通管10.25 484.60伸缩蝶阀SD341X-610.25 0.163.38偏心渐缩管D=250,D=20010.225 0.185.80出水管正心渐扩管D=125,20010.1625 0.2226.07伸缩蝶阀SD341X-610.20 0.168.26微阻缓闭止回阀10.200.157.75异径四通D=300，20010.25 0.24.23合计164.62并联点前水泵进水管喇叭口D=350，25010.3 0.66.1290弯管10.25 0.816.92闸阀30.25 0.071.48等直径四通管10.25 484.60伸缩蝶阀SD341X-620.25 0.163.38三通10.25 363.45偏心渐缩管D=250,D=20010.225 0.185.80出水管正心渐扩管D=125,20010.16250.2226.07微阻缓闭止回阀10.20 0.157075三通10.20 1.577.46伸缩蝶阀SD341X-610.200.168.26闸阀20.20 0.084.13异径四通D=300，20010.25 0.24.23合计320.13合并后出水管流量计10.30 0.22.04闸阀10.30 0.070.71等直径三通管10.30 1.515.3090弯管10.30 0.77.14合计合计25.19阻力参数和：水泵的阻力参数为：S= S沿 + S局=90.16 + 129.96=220.12 s2/m5水泵的阻力参数为：S= S沿 + S局=79.99 + 164.62=244.61 s2/m5水泵的阻力参数为：S= S沿 + S局=99.75 + 320.13=419.88 s2/m5并联后的阻力参数为：S = S沿+S局=33.32+25.19=58.51 s2/m53. 管路损失计算 表3 管路损失计算表（m3/s）Q0.0100.0150.0200.0250.0300.0350.0400.0500.0600.070S1Q20.020.050.090.140.200.270.350.550.791.08SQ20.020.060.100.150.220.300.390.610.881.20SQ20.040.090.170.260.380.510.671.051.512.06Q0.0250.0500.0750.1000.1250.1500.1750.2000.2250.250SQ20.040.150.330.590.911.321.792.342.963.363.2 水泵性能曲线的绘制 在8sh-13水泵的性能曲线上分别纵减、号泵的并联点前的管路损失得到三泵的折引性能曲线，、号泵与、布置对称，分别将3，4，5台泵的折引性能曲线在同扬程下进行叠加，得到3条“并联泵”的性能曲线，如附图1所示。3.3 绘制并联点后的需要扬程曲线、工作点求解及校核3.3.1 需要扬程的计算表5 清水池各工况时设计水深水位表 工况 最高（m） 最高时+消防时（m） 最高时（m） 事故时（m） 水深 4.11 2.055 3.345 2.13 相对水位 1.91 -0.145 1.145 -0.07 绝对水位 963.91 961.885 963.145 961.9301)最高时： 设=963.145m则H需=961.0-963.145+37.288+SQ2H需=35.143SQ22)最高时+消防时： 设=961. 885m 则H需=961.0-961.885+36.555+SQ2 H需=35.67SQ23)事故时： 设=961.930m 则H需=961.0-961.930+40.500+SQ2 H需=39.57SQ2（以上S选取最不利泵吸水管路损失进行计算，即水泵所在管路。）3.3.2绘制并联点后的需要扬程曲线 将并联点后的管路特性曲线与净扬程叠加，分别得到三种工况下抽水系统的需要扬程曲线。3.3.3 进行工作点求解及校核1、求并联工作点：在8sh-13水泵的性能曲线上分别纵减、号泵的并联点前的管路损失得到三泵的折引性能曲线，、号泵与、布置对称，分别将、号泵的折引性能曲线在同扬程下进行叠加，得到3条“并联泵”的性能曲线，如附图1所示。三种工况下的需要扬程曲线QH需与（QH）+相交于不同三点，此三点即为并联以后的工况点，其横坐标表示三台泵并联以后的流量，纵坐标表示三台泵并联以后的扬程。2、求单泵工作点：通过并联工作点作横轴的平行线，交单泵的折引性能曲线于不同的三点，在通过这三点作垂线交单泵性能曲线于三点，此即为并联工作时各单泵的工作点，分别作垂线交QN、Q曲线所得点分别为并联工作时单泵的效率点和轴功率点。3.4 调速泵计算根据下表选择调速泵及定速泵台数。表5调速泵台数确定表工况流量范围QminQ1Q12Q12Q13Q13Q1(2n+1)Q1开泵情况一调两调两调一定两调n定调速泵最小流量QminQ1/2Q1/2Q1/23.4.1 最高时+消防时调速泵转速计算由附图查得最高+消防时，并联运行单泵工况点最小流量为QA=85.7 L/s，扬程为H=38.7m。最高+消防时：Q=281.11L/s（3Q34Q3），选两调两定。调速泵有两台、定速泵两台，调速泵的流量为QB=(Q2QA)/2=54.86 L/s，然后作垂线与QH需曲线交于一点，可知B点的扬程为HB=35.8m。由B点可得式k= HB/QB2=11895 (s2/m5)。因此可得相似抛物线方程H=11895Q2，按此式算出表。然后，按此表点绘出相似工况抛物线，如附图所示。与QH曲线交于C点，得QC=63 L/s，扬程HC=47.1m。表15相似工况抛物线上各点Q、H值关系 点号 0 1 2 3 4 5 6 流量Q(L/s） 0 10 20 30 40 50 60扬程H(m) 0 1.19 4.76 10.71 19.03 29.74 42.82用比例率公式: n1/n2=Q1/Q2, n2=n1QB/QC=295054.86/63=2568r/min3.4.2 最高时调速泵转速计算 由附图查得最高时，并联运行单泵工况点最小流量为QA=87L/s，扬程为H=38.2m。最高时：Q=236.11L/s（2Q33Q3），选两调一定。调速泵有两台、定速泵两台，调速泵的流量为QB=(QQA)/2=74.56 L/s，然后作垂线与QH需曲线交于一点，可知B点的扬程为HB=35.4m。由B点可得式k= HB/QB2=6368 (s2/m5)。因此可得相似抛物线方程H=6368Q2，按此式算出表。然后，按此表点绘出相似工况抛物线，如附图所示。与QH曲线交于C点，得QC=79.8 L/s，扬程HC=41.1m。表15相似工况抛物线上各点Q、H值关系 点号 0 1 2 3 4 5 6 7 流量Q(L/s） 0 10 20 30 40 50 60 70扬程H(m) 0 0.64 2.55 5.73 10.19 15.92 22.92 31.20 用比例率公式: n1/n2=Q1/Q2, n2=n1QB/QC=295074.56/79.8=2756r/min 同样方法可以求得事故时调速泵的转速。3.4.3 事故时调速泵的转速由附图查得事故时，并联运行单泵工况点最小流量为QA=77.5L/s，扬程为H=41.8m。最高时：Q=165.27L/s（2Q33Q3），选两调一定。调速泵有两台、定速泵两台，调速泵的流量为QB=(QQA)/2=43.88 L/s，然后作垂线与QH需曲线交于一点，可知B点的扬程为HB=39.7m。由B点可得式k= HB/QB2=6609 (s2/m5)。因此可得相似抛物线方程H=6609Q2，按此式算出表。然后，按此表点绘出相似工况抛物线，如附图所示。与QH曲线交于C点，得QC=49.9 L/s，扬程HC=50.3m。表15相似工况抛物线上各点Q、H值关系 点号 0 1 2 3 4 5 流量Q(L/s） 0 10 20 30 40 50 扬程H(m) 0 2.06 8.25 18.56 32.99 51.55 用比例率公式: n1/n2=Q1/Q2, n2=n1QB/QC=295043.88/49.9=2594r/min调速泵各工况运行及调速结果见下表：表18调速泵运行及各工况转速工况最高时+消防时最高时事故时开泵情况两调两定两调一定两调一定转速（r/min)2568275625944 泵房地下混凝土的配筋4.1 结果布置方案及基本假定1、 基本原则（1） 本设计泵房下墙体池壁按三边固定，一边自由计算弯矩和剪力；（2） 横墙长向池壁的长高比l/h = 21.4/3.22 = 6.6 3 ,属于单向板三边固定，顶端自由的情况；（3） 纵墙短向池壁的长高比l/h = 9/3.22 = 2.8 3 ,属于双向板三边固定，顶端自由的情况。2、基本数据荷载：只考虑地下纵墙承受回填土的静止土压力，为三角形分布荷载，其余荷载忽略。取土重度,。墙厚：370mm。混凝土采用，查给水排水工程结构附表1-1（6）可知，。钢筋采用HPB235，查给水排水工程结构附表1-1（3）可知，。3、截面尺寸的初步确定（1）、长墙壁厚度的确定在池内土压力作用下壁底端的最大负弯矩设计值为：假设配筋率为0.5%，则配筋率特征值相应的，截面有效高度h0的需要值可由下式计算确定：h0= mm 取长壁厚度为370mm（2）短墙壁厚度的确定取底端弯矩作为估算短壁厚度的依据，有给水排水工程结构附录33、附表34（1）查出Ly/Lx = 3.22/9 = 0.36时， = 0.01538在土压力作用下长壁底端弯矩：kNm同样假设配筋率为0.5%，则配筋率特征值相应的，截面有效高度h0的需要值可由下式计算确定：h0 = mm，取短壁厚度为370mm。4.2 横、纵墙内力计算1、横墙壁（单向板）竖向计算（1） 查给水排水工程结构P269,表9-14，三边支承，顶端自由按竖向单向计算水平向角隅处考虑角隅效应引起的水平负弯矩。按H = 3.22m 计算横墙所受最大土压力设计值：P = H = 19.6 3.22 = 63.112KN/m,查表9-16，知：3.22PBAM图图5挡土墙横墙弯矩、剪力分布图底端剪力：底端弯矩：（2）长墙壁角隅水平弯矩和剪力（弯矩系数mc值查表9-24）角隅处的剪力，对于本设计顶端自由的墙壁，可近似按l/H = 3.0的双向板计算： 查附录4-4双向板边缘反力附表 4-4（4）查得xo=0.0725，yo=0.3548，则（指向池外）（指向池外）2、 纵墙壁（双向板）计算由Ly/Lx=3.27/9.37=0.35，弯矩系数查附表3-3、3-4（1）各项弯矩计算如下：水平向弯矩：竖向底端固端弯矩：水平向跨中弯矩：竖直向跨中弯矩： 2、 按线刚度分配方法计算弯矩：图6墙壁示意图对2号棱边进行弯矩分配号墙壁和墙壁板在（2）号棱边的边缘弯矩分别为：表明经过调整的节点弯矩处于平衡状态，-36.92即为所有池壁的侧边弯矩。综上所述，墙壁的各向弯矩设计值为：水平向跨中弯矩：MX=-29.16 kNm/m水平向支座弯矩：MX0= 39.62 kNm/m垂直方向不变，仍为：竖直向跨中弯矩：My= 4.43 kNm/m竖直向底端弯矩：My0=-82.56 kNm/m图7号墙壁弯矩分布图4、土压力作用下短向墙壁的剪力及水平压力对于短向纵墙边壁查附录4-4（4），有 lx/ly=9.37/3.27=2.87,内插法得：x0=0.0690,yo=0.3618,则有(指向壁外)1、 内力组合表8内力组合表内力短向纵墙墙壁角隅弯矩与剪力长向横墙墙壁My0MyMX0MXNXONyoMcx NCO底端剪力底端弯矩数值-82.564.4339.62-29.1640.876.67-36.9241.82-101.61-109.064.3 墙壁的截面设计1、 号墙壁钢筋计算（选用HPB235级钢筋）（1）、竖向钢筋的计算： 内侧：墙壁竖向按受弯构件计算，内侧钢筋由底端负弯矩确定，即MB=-109.06 kNm/m取h0=h-40=370-40=330mm，则相应145.75 mm 故属于大偏心受压构件 为便于施工选用对称配筋mm2=70 mm选用12140 As=808 mm22、号纵墙短向墙壁的截面设计（1）竖向钢筋的计算外侧钢筋：墙壁竖向按受弯构件计算，由表1外侧钢筋由底端负弯矩M=-82.56kNm/m确定。取h0=370-40=330mm，则相应=0.0637=0.614配筋率： 则选用12120，As=942 mm2内侧钢筋：由竖向跨中正弯矩M=4.43kNm/m确定。相应=0.0212配筋率：按最小配筋率配筋选用12120 As=942mm2（2）水平向钢筋计算水平钢筋同样以偏心受压构件计算，支座钢筋决定于支座负弯矩及相应的水平力，即：Mcx=36.92 NCO=40.80两端固定时，取l0 = 0.5l = 0.5(9+0.37) = 4.685m长细比：l0/h = 4.685/0.37 = 12.66从而根据规范确定2： 初始偏心距：其中根据规范规定附加偏心距ea取为偏心方向截面最大尺寸的1/30（即h/30）和20mm中的较大者：偏心距增大系数： 判定为大偏心受压构件。令x=mm,取 = 40 为便于施工选用对称配筋mm2=70 mm选用10/12140 As=684 mm24.4 基础本设计泵房荷载较大，工程地质条件较好，因此采用混凝土基础，混凝土强度等级全用C15.基础下面铺设100mm厚的混凝土垫层。基础配筋要求和型号与泵房基础下。目录第一章 清水池11.1 清水池尺寸11.2 清水池容积11.3 清水池填挖土方量21.3 清水池水位确定(h为水深，H为相对于地面的水位)21.4 清水池配管3第二章 供水泵站主泵房32.1 扬程、流量确定32.1.1 市政给水管网平差计算32.1.2 扬程（H）42.1.3 流量(Q)52.2 水泵初定安装高程52.3 进、出水管管径确定52.3.1 进水管52.3.2出水管52.4 泵房平面、高度6第三章 水泵工作点校核及调速计算73.1 管路损失计算73.2 水泵性能曲线的绘制93.3 绘制并联点后的需要扬程曲线、工作点求解及校核93.3.1 需要扬程的计算93.3.2绘制并联点后的需要扬程曲线103.3.3 进行工作点求解及校核103.4 调速泵计算103.4.1 最高时+消防时调速泵转速计算113.4.2 最高时调速泵转速计算113.4.3 事故时调速泵的转速12第四章 泵房地下混凝土的配筋124.1 结果布置方案及基本假定124.2 横、纵墙内力计算134.3墙壁的截面设计164.4 基础19