二级泵站课程设计(原稿).doc

目录1.1设计资料12.1 水泵和电机的初步选择22.1.1 二级泵站的组成及特点22.1.1.1 二级泵站的组成22.1.1.2 二级泵站的特点22.1.2 泵站设计参数的确定22.1.2.1 流量的确定22.1.2.2扬程的确定22.1.3选择水泵32.1.3.1水泵选择的基本原则32.1.3.2 初选水泵和电机42.2水泵机组的设计62.2.1机组基础设计62.3 水泵吸水管和压水管系统的设计82.3.1吸水管路82.3.1.1吸水管路的布置要求82.3.1.2 吸水管径82.3.2 压水管路92.3.2.1压水管路的布置92.3.2.2 压水管管径92.3.3 管路附件选配92.4布置机组和管道102.4.1泵的布置形式102.4.2吸水井的设计102.4.3泵标高的计算112.5机组校核122.5.1水泵扬程校核122.5.2消防校核122.6辅助设备的选择122.6.1引水设备122.6.2计量设备132.6.3起重设备132.6.4排水设备132.6.5通风采暖设备142.6.6防水锤设备142.6.7噪声消除设备142.7泵站平面尺寸和初步规划142.7.1泵房高度计算142.7.2泵站的平面图和剖面图14参考文献15结束语15 1.1设计资料1基本情况。某市地处华东平原，为满足城市生活及生产用水需要，拟新建给水工程。取水泵站和给水泵站是给水工程中的重要组成部分。2气象资料。年平均气温15.9，最高气温39.5，最低气温1.6，最大冻土深度0.2m。主导风向，夏季为东南风，冬季为东北风。3水源及用水量资料。设计供水量近期为 8万吨/日，远期为 15万吨/日。采用固定取水泵泵房，采用两条自流管从江中取水，自流取水管全长255m。水源洪水位标高为131.20m，枯水位标高为128.60m。取水泵站到自来水厂的输水干管全长1600m。自用水系数=1.051.1，泵房底板高度取11.5m。4.给水系统工艺设计中拟定泵站分二级工作：1）一级供水每小时供水量为设计日工水量的5.5，此时输配水管网压力损失值为23.00mH2O2）二级供水每小时供水量为设计日工水量的3.4 5.净水厂设计资料。净水构筑物前配水井的水面标高为155.50m。净水厂地面标高151.55m，清水池最高水位151.39m，清水池最低水位149.23m.。6.给水管网最不利供水点地面标高为166.29m自由水压H为28mH2O2.1 水泵和电机的初步选择2.1.1 二级泵站的组成及特点2.1.1.1 二级泵站的组成1）水泵机组包括水泵和电动机，是泵站中最重要的组成部分；2）吸压管路指水泵的吸水（进水）管路和压水（出水）管路，水泵通过吸水管从水井中吸水，经水泵加压后通过压水管路送至用户；3）饮水设备指真空引水设备（如真空泵、引水罐等）和灌水设备。当水泵工作为吸入式启动时，需引水设备。4）起重设备指泵站内的设备及管道安装，检修用的吊车，电动葫芦等设备。5）排水设备指排水泵、排水沟、集水坑、用以排除地面污水；6）计量设备指流量计、压力计、真空泵、温度计等；7）采暖及通风设备指采暖用的散热器、电热器、火炉及通风设备；8）电气设备指变电设备、配电设备；9）防水锤设备指水锤消除器；10）其他设备包括照明、通信、安全与防水设施等。 注：在泵站中除设有机器间（安装水泵机组的房间）外，还设有高低压配电室、控制室、值班室、修理间等辅助房间。2.1.1.2 二级泵站的特点 二级泵站通常设在净水厂内，经水厂净化后的水进入清水池贮存，清水池中的水经管道自流入吸水井，水泵从吸水井吸水，经加压后送入城市输配水管网。其工艺流程如：清水池吸水井送水泵站输配水管网用户。 基本特点：泵站埋深较浅，通常建成地面式或半地面式，为了适应用户水量、水质的变化，需要设置多台水泵机组，因而，泵房面积较大，泵房一般为矩形形状，砖混结构。2.1.2 泵站设计参数的确定2.1.2.1 流量的确定近期流量设计：泵站一级工作时的设计流量：Q1=800005.5%=4400m3/h=1222.2L/s泵站二级工作时的设计流量：Q2=800003.4%=2720m3/h=755.5L/s远期流量设计：泵站一级工作时的设计流量：Q2=1500005.5%=82500m3/h=2291.7L/s泵站二级工作时的设计流量：Q2=1500003.4%=5100m3/h=1416.7L/s2.1.2.2扬程的确定 H=Zc+H0+h+h泵站内+Hc=166.29-148.23+28+23+2+1.5=72.56mZc最不利点的地面标高和吸水井最低水位的高程差（m）；H0自由水压（m）；h管网中总水头损失（m）；h泵站内泵站内的损失（估计为2m）；Hc安全水头（取1.5m）；2.1.3选择水泵2.1.3.1水泵选择的基本原则选泵要点 （1）大小兼顾，调配灵活 再用水量和所需的水压变化较大的情况下，选用性能不同的泵的台数越多，越能适应用水量变化的要求，浪费的能量越少。（2）型号齐全，互为备用 希望能选择同型号的泵并联工作，这样无论是电机、电气设备的配套与设备管道配件的安装与制作均会带来很大的方便。（3）合理的用尽各泵的高效段 单级双吸是离心泵是给水工程中常见的一种离心泵（如SH型、SA型）。他们的经济工作范围（即高效段），一般在0.85Qp-1.05Qp之间（Qp为泵铭牌上的额流量值）。（4）近远相结合的观点在选泵的过程中应给予相当的重视，特别是在经济发展活跃的地区和年代，以及扩建比较困难的取水泵站中，可考虑近期用小泵大基础的办法，近 期发展采用还大泵轮以增大水量，远期采用换大泵得办法。（5）大中型泵站需要选泵方案比较。考虑因素：（1）泵的构造形式对泵房的大小、结构形式和泵房内部布置等有影响，因而对泵站的造价很有关系。（2）应保证泵的正常吸水条件，在保证不发生汽蚀的前提是下，应充分利用泵的允许席上真空高度，以减少泵的埋深，降低工程造价。（3）应选择效率较高的泵，劲量选用大泵，因为一般而言大泵比小泵要要效率高，（4）根据供水对象对供水可靠性的不同要求，选用一定数量的备用泵，以满足在事故情况下的用水要求： 再不允许减少供水量的情况下，应有两套备用机组。 允许短时间内减少供水量的情况下，备用泵只保证事故用水量。 允许短时间内中断供水时，可只设一台备用泵，城市给水系统中的泵站，一般也只设一台备用泵，通常备用泵的型号可以和泵站中最大的工作泵相同。 当管网中无水塔且泵站内机组较多时，也可考虑增设一台备用泵，它的型号和最长运行的工作泵相同。 （5）如果给水系统中就有足够大容积的高的水池或水塔时，可以部分或全部代替泵站进行短时间供水，则泵站中可不设备用泵，仅在仓库中贮存一套备用机组即可。2.1.3.2 初选水泵和电机1）在型谱图上绘制一条参考管道系统特性曲线ab。 其中a点坐标为： Qmax=Qh=1222.2L/sHm=H=72.56m,其中泵的净扬程为46.06mb点坐标：Qmin=50m3/s=13.8L/s,此时设总水损为2m，则所需泵的扬程为：H=46.06+2+1.5=49.56m2）过a点绘制一条H=Hm的水平线3）在ab线和H=Hm都相交的高效方框图中，选23台进行并联组合，即在H=Hm等扬程下流量相加求出并联组合Q1+2+3Qmax的组合方案，所选得各泵的高效段与ab线的交点，以及两两并联或三台水泵并联曲线与ab线的交点，就是分级界限工况点。4）所选出的水泵经管路布置、确定管径后，在验算初步确定的h值是否合适，即精选水泵。如上图，为SA型泵的综合性能图，与ab线和H=Hm都相交的方框都有28SA-10,24SA-10,16SA-9B,10SA-6B等;SA型单级双吸离心泵性能表型号流量Q扬程H配带电机效率L/sm功率kw型号%10SA-6B12085.3220Y315M-4741508479200768016SA-9B30078450Y400-4773507682450688624SA-1072078900Y500-685.59507189.51000698928SA-10A1162801400Y560-678135676.683162765.682根据上述分析反复比较有以下方案：方案一：24SA-10x2(一用一备)，16SA-9B 方案二：28SA-10Ax2(一用一备),10SA-6B一级供水时：s=H+h+hcQ2=23+2+1.51.22222=17.74s2/m5所以：H1=HST+sQ2=46.06+16.74Q2一级供水时管道特性曲线关系表Q（m）0100200300400500600700H1(L/s)46.0646.237446.769647.656648.898450.49552.446454.7526Q(m)800900100011001200130014001500H1(L/s)56.773659.619462.866.315470.165674.350678.870483.725二级供水时：s=H+h+hcQ2=23+2+1.50.75552=46.43s2/m5所以：H2=HST+sQ2=46.06+46.43Q2二供水时管道特性曲线关系表Q(L/s)1002003004005009001000H2(m)46.524347.917250.238753.488857.667583.668392.49方案一：一级供水：24SA-10和16SA-9B并联供水；二级供水：单开一台24SA-10水泵；由下图可知，均符合一级、二级水泵所需的供水要求，泵基本在高效段范围内工作，减少了能量的损失浪费。所以选择方案一比较合理方案二：一级供水：28SA-10A和10SA-9B并联供水；二级供水：单开一台28SA-10A水泵；由下图可知，一级供水达到所需流量，但二级供水时泵不在高效段工作，浪费很多能量，所以排除此方案5）电机选择根据水泵样本提供的配套可选电机，16SA-9B选定Y400-4型电机;24SA-10选定Y500-6型电机2.2水泵机组的设计2.2.1机组基础设计泵外形尺寸表1）16SA-9B型水泵不带底座，所以选定其基础为混凝土块式基础，查尺寸表，可得： 基础长度L=地脚螺栓间距+（400500）= L1+L3+A2+（400500）=1510+1110+820+560=4000mm基础宽度B=地脚螺栓间距(宽度方向)+（400500） =A+（400500） =710+490 =1200mm基础高度H 2.9(1910+2770)/(4x1.2x2400)=1.2m基础密度，取2400kg/m32)24SA-10型水泵不带底座，所以选定其基础为混凝土块式基础，查尺寸表，可得： 基础长度L=地脚螺栓间距+（400500）= L1+L3+A2+（400500）=1510+1110+820+560=4000mm基础宽度B=地脚螺栓间距(宽度方向)+（400500） =B3+B4+（400500） =500+500+400 =1200mm基础高度H2.5(4100+4850)/(4x1.4x2400)=1.66m取1.8m2.3 水泵吸水管和压水管系统的设计 当泵站为一级供水时，一台16SA-9B和一台24SA-10并联工作，设计流量为1222.2L/s，其单台泵出水流量分别为375L/s，847.2L/s 当泵站为二级供水时，为一台23SA-10单独工作，设计流量为755.5L/s，泵的出水流量为755.5L/s。水泵吸水管和压水管所通过的流量应按最大流量计算，管材采用钢管。2.3.1吸水管路2.3.1.1吸水管路的布置要求吸水管路通常处在高压状态下工作，所以对吸水管路的基本要求时不漏气、不积气、不吸气，否则会使水泵的工作产生故障，为此常采用以下措施： 为保证吸水管路不漏气，要求管材必须严格。 为使水泵能及时排走吸水管路中的气体，吸水管应有沿水流方向连续上升的坡度。 吸水管的安装与铺设应该避免管道内形成气囊。 吸水管安装在吸水井内，吸水井的有效容积不应小于最大一台泵5min的抽水量。 吸入式的水泵，每台水泵都应单独设立吸水管。 当吸水池的水位高于水泵的轴线时，吸水管上应设闸阀，以利于水泵检修。 当水中有大量杂质时，喇叭口下应设置滤网。 吸水管路设计的流速一般为：D250mm V采用1.01.2m/s D250mm V采用1.21.6m/s2.3.1.2 吸水管径 钢管水力计算表得24SA-10泵吸水管：D=900mm,V=1.32m/s,1000i=2.14 16SA-9B吸水管：D=600mm,V=1.29m/s,1000i=3.372.3.2 压水管路2.3.2.1压水管路的布置 对压水管路的基本要求就是耐高压，不漏水，供水安全，安装及检修方便。 压水管路常采用钢管，采用焊接接口，与设备连接处或需要经常检修的地方采用法兰连接。 为了避免管路上的应力传至水泵，以及安装和拆卸的方便，可在压水管路适当的位置上设补偿接头或可绕性接头。 离心泵必须要关阀启动。 当不允许水倒流时，需设置止回阀。 压水管路设计流速: D250mm V采用1.01.2m/s D250mm V采用1.21.6m/s2.3.2.2 压水管管径24SA-10泵压水管：D=700mm,V=2.18m/s,1000i=8.1116SA-9B泵压水管：D=450mm,V=2.28m/s,1000i=15.4各压水管用DN450mm的联络管连接，由两条输水干管送往城市管网。2.3.3 管路附件选配名称尺寸数量喇叭口DN450D1=675,H=5991喇叭口DN900D1=1650,L=1099mm290弯头DN450R=450mm,L=450mm190弯头DN900R=900mm,L=900mm2蝶阀DN450,D971XL=127mm3蝶阀DN700,D971XL=165mm2渐扩管DN350DN450L=494mm1渐扩管DN500DN700L=684mm2偏心渐缩管DN400DN600L=694mm1偏心渐缩管DN600DN900L=904mm2止回阀DN450,HH49X-10L=350mm1止回阀DN700,HH49X-10L=430mm2三通管DN700x700x450L1=1000mm2三通管DN450x450x450L1=900mm1吸水管、压水管连同泵一起安装在机器间的地板上，管道直进直出，弯头少，可节约电耗。在选择配件时，选择的是全国通用的产品。2.4布置机组和管道根据吸水井最低水位标高148.23m,泵的允许安装高度分别为3.2m,2m等条件，确定泵房为地下式，泵房左侧为大门，右侧设有控制室，配电室等。2.4.1泵的布置形式（一）纵向排列此种排列方式适用于如IS型单级单吸悬臂式离心泵。因为悬臂式系顶端进水，采用纵向排列能使吸水管保持顺直状态，如果泵房中兼有侧向进水和侧向出水的离心泵，则才纵向排列的方案就值得商榷。如果Sh型泵占多数时，纵向排列方案就不可取（二）横向排列 侧向进、出水的泵，如单级双吸卧式离心泵Sh型、SA型采用横向排列比较好。横向排列虽然稍增长了泵房的长度，但跨度可减小，进出水管顺直，水力条件好，节省电耗故被广泛采用。根据以上要点和实际情况，本泵站采用横向布置。根据机组和管道布置经反复比较，最终取水泵间距3m，水泵与配电设备间距3m，为了远期水量的考虑，在靠近配电间处设立一个最大泵的空位7m，防止以后改建泵之间的间距过短，并且平时可以作为机组检修位；水泵距大门口5m；水泵距吸水管侧墙2.0m；水泵距出水管侧墙3m。依据工艺要求，泵房尺寸为：泵房总长度L=5+3x4+3x3+3+3+7=39m泵房总宽度B=1.4+3+2=6.4m(最后调整为6.8m)2.4.2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设计。 1）吸水井最低水位清水池最低水位-引水管水损=148.23m； 2）水泵吸水管进口喇叭口大头直径D（1.251.5）d，取D=1.25900=1350mm； 3）水泵吸水喇叭口最小悬空高度为：h1=(0.60.8)D=1080mm取1.2m4）喇叭口最小淹深h2=(1.01.25)D=1.25D=1687.5mm,取2m5）喇叭口间净距a=(1.52)D=1.5D=1350mm取7m6)喇叭口中心线与后墙距离c=(0.81.0)D=D=900mm7)喇叭口中心线与侧墙距离b=1.5D=1350mm8)吸水井进水长度l=3D=2700mm所以，吸水井长度L=2b+D+14m=17.6m 吸水井宽度B=l+c=3.6m 吸水井高度H=h1+h2+(151.39-149.23)+0.3=5.66m,取6m2.4.3泵标高的计算1）水泵轴线标高 24SA-10型水泵允许吸上真空高度Hs可在水泵性能曲线上查得：当Q=847.2L/s时，Hs=2m。水泵允许安装高度为：Hss=Hs-V22g-hs吸水管长度暂按10m估算，则其沿程压力损失：hf=L=0.0021410=0.021mv22g=1+2+3v22g+4v022g =0.15+0.67+0.061.32229.8+0.21.6229.8 =0.104m式中，1喇叭口的局部阻力系数，取0.15； 290度弯头的局部阻力系数，取0.67； 3蝶阀的局部阻力系数，取0.06； 4渐缩管的局部阻力系数，取0.2； v吸水管中流速，取1.32m/s； v0水泵进口处流速，取1.6m/s；由以上计算可得吸水管总压力损失：hS=iL+v22g=0.021+0.104=0.125m考虑到长期运行后水泵性能下降和管路阻力增加等，所以取hS=1m。因此，Hss=Hs-V22g-hs=2-1.32229.8-1=0.9m同理，16SA-9B型水泵允许吸上真空高度查的为3.2m,则最大安装高度为：Hss=2.12m因24SA-10泵吸上真空高度较小，所以以24SA-10泵的吸上真空高度计算。24SA-10水泵泵轴标高=吸水井最低水位标高+Hss=148.23+0.9 =149.13m2)基础顶面标高=水泵泵轴标高-泵轴至基础顶面高度（H1） =149.13-0.95 =148.18m3)泵房地面标高=基础顶面标高-0.6=148.18-0.6=147.58m注：基础顶高出室内地面0.6m所以16SA-9B水泵泵轴标高=基础顶面标高+泵轴至基础顶面高度 =148.18+0.67 =148.85m2.5机组校核 2.5.1水泵扬程校核 根据已经确定得机组布置和管路情况重新计算泵房内得管路水头损失，复核所需扬程，然后校核水泵机组。 压水管长度暂按20m，压水管中水头损失为：hd=iL=0.015420=0.31m泵房内管路水头损失：h泵站内=hs+hd=1+0.31=1.31m则水泵扬程：H=Zc+H0+h+h泵站内+Hc =166.29-148.23+28+23+1.31+1.5 =71.87m与估计的扬程基本相同，选定的水泵机组合适。2.5.2消防校核 消防时，按两次同时着火计，qt=235=70L/s此时供水量：Q火=Q1+qt=1222.2+70=1292.2L/s消防时，泵站扬程为：H=Zc+H火+h+h泵站内+Hc =166.29-148.23+20+23+1.31+1.5 =63.87m 式中：H火自由水压（消防时取20m）;查并联后的性能曲线后可知扬程为63.87m时，泵的流量约为1525L/s，能满足火灾时的要求。2.6辅助设备的选择2.6.1引水设备选用水环式真空泵，真空泵的最大排气量： w=k（w1+w2）Ha THa+Hss=1.11.84+6.3610.3330010.33-0.9=1.98m3/min式中：k漏气系数（1.05-1.10）； w1最大一台水泵泵壳内空气容积（m3）； w2吸水管中空气容积； Ha 一个大气压的水柱高度; T水泵引水时间（min）; Hss离心泵的安装高度（m）；真空泵的最大真空度H=Hss76010.33=0.976010.33=66.2m根据w和H选取SK3型水环式真空泵两台，一用一备，布置在泵房靠墙边处。2.6.2计量设备 在输水管上设超声波流量计，选取DMU93型超声波流量计2台，安装在泵房外输水干管上，距离泵房6m。规格如下图：在压水管上设压力表，型号为Y150，测量范围为0.01.0MPa。在吸水管上设真空表，型号为Z60Z，测量范围为0760mmHg。2.6.3起重设备根据电机和水泵的重量结合水泵房的高度选择起重机的起吊重量，型号为LX型电动单梁悬挂桥式起重机。额定起重量5t,跨度6m，起升高度9m。2.6.4排水设备设潜水排污泵2台，一用一备，集水坑一个，容积为2.01.01.53.0m3选取50QW15-22-2.2型潜水排污泵，其参数为： 2.6.5通风采暖设备通风机采用轴流式风机,冬天要有采暖设备如暖气等,保持机械间温度为56左右。2.6.6防水锤设备采用缓闭阀门来减少水锤的冲击。2.6.7噪声消除设备泵房用共振消音器来消除机械间的噪音,休息间与机械间的墙壁内要有隔音材料。2.7泵站平面尺寸和初步规划2.7.1泵房高度计算 根据起吊设备和地下式泵房设计：H=H下+H上1）泵房地上部分高度H上=a1+c1+d+e+h =1.04+1.185+2.465+1.895+1 =7.585m式中：a1行车轨道的高度（m）； c1行车轨道底至起重钩中心的距离（m）； d起重绳的垂直长度（对于水泵为0.85xm,对于电动机为1.2xm,x为起重部件宽度）（m） e最大一台水泵或电动机的高度（m）； h吊起物底部与泵房进口处室内地坪或平台的距离（m）； 2）泵房地下部分高度H下=净水厂地面标高-泵房内地面标高 =151.55-147.58 =3.97 所以泵房高度H=7.585+3.97=11.555m,取12m 泵房长度L=39m 泵房宽度B=6.8m2.7.2泵站的平面图和剖面图 图见CAD参考文献1.给排水设计手册，中国建筑工业出版社2.给水排水标准图集，中国建筑工业出版社3.泵与泵站，姜乃昌，中国建筑工业出版社4.泵站设计规范，中国建筑工业出版社5.百度文库结束语通过一个星期的课程设计，我查阅的大量的设计规范，对泵与泵站的设计有了大致的了解。学会了如何快速的利用设计手册和规范来找到需要的数据。并且通过互联网的学习经历，让我了解到在这时代，一定要好好利用网络资源，学会利用网络来获得更广阔的视界。这次的设计我了解到了泵站的设计运行，摸清了泵站运行的时况，学会了如何分析泵单独和并联运行的工况。并进一步熟悉了CAD的操作，为以后的工作实习打下了良好的基础。 17