灌溉泵站设计.doc

1、某灌溉泵站设计一 基本设计资料1 基本情况 本区地势较高，历年旱情比较严重，粮食产量低。根据规划，拟从附近湖中扬水灌溉该区的6.7万亩农田，使之达到高产稳产的目的。 机电扬水灌区内主要作物有小麦、玉米、谷子和棉花等。灌区缺少灌溉制度，现参考附近老灌区的灌水经验，拟定出本灌区灌溉保证率为75%的灌溉制度。其设计毛灌水率如表1所示。表1 设计年内毛灌水率灌水时间（日/月）1/3-15/416/4-10/611/6-30/71/9-30/915/11-10/12灌水率（l/(s千亩)）30.0022.0016.5022.5030.75 图1 站地地形图2 地质及水文地质资料根据可能选择的站址，布置6

2、个钻孔。由地质柱状图明显的看出，3米以内表土主要是粘壤土，经土工试验，得到的有关物理指标为粘壤土的内摩擦角=35，承载力为200kN/m2。站址附近的地下水位多年平均在307.2m左右（系黄海高程）。3 气象资料夏季多年平均旬最高气温34，春、秋季干旱少雨，年平均降雨量为524mm，降雨年内分配极不均匀，每年7、8、9月的降雨量占全年降雨量的80以上。年平均无霜期为200天左右，多年平均最低气温为-8，最大冻土深度为o.44m。平均年地面温度为15，平均年日照时数为2600.4h。累积年平均辐射总量为527.4l kJcm，平均日照百分率为59 。热量和积温都比较丰富，能满足一年两熟作物生长的

3、需要。4 水源灌区西北有一湖泊，是规划灌区的水源，其水量充沛。灌溉保证率为75 时的湖泊月平均水位如表2所示。表2 湖泊月平均水位（保证率为75%）月份123456789101112水位（m）308.9308.9309.2309.3309.5309.7312.0313.0313.2309.8309.8308.9灌溉保证率为90%时，灌溉期间旬平均最低水位为308.8m。5年一遇的旬平均最高水位达3l2.5m，夏季多年旬平均最高水温为23。5 其它根据规划，为保证扬水后自流灌溉，出水池水位均不应低于327m。站址附近有6.3 kV高压电力线通过，已经有关部门批准，可供泵站使用。该地区劳动力充足，

4、交通方便。除水泥、金属材料以及泵站建设中所需的特殊材料外，当地可提供砖、石、砂、瓦、木材等建筑用材。根据机电设备的运行特性，每天按20h运行设计。6 要求 完成泵站设计中初设阶段的部分内容，成果包括设计图纸和设计说明书。（1） 图纸1） 枢纽平面布置图（绘制在地形图上）2） 泵房平面图，泵房纵、横剖面图。（2） 设计说明书1） 概述建站目的，设计任务，资料分析，设计所依据的规范和标准。2） 机电设备选择的依据和计算。3） 泵站各建筑物的型式、结构选择的依据、计算结果及其草图。4） 泵房尺寸拟定的依据和设备布置的说明。5） 验证机组选择的合理性，并说明其在使用中应注意的问题。6） 必要的附图、附

5、表、参考文献。（3） 枢纽中心线 因所给资料不足，无法知道控制区面积如何，但是根据资料可知，该地区高差不大，总体呈上升趋势，没有坡升坡降的情况，于是拟定采用单站集中控制方式。同时，采用正向进水、正向出水的建筑物布置型式。初步拟定枢纽中心线。拟定情况如图2所示（在原地形图的基础上绘制）。 图2 枢纽中心线布置图二 泵站设计1 泵站主要设计参数（1） 设计水位 出水池水位327.0米，水源设计最低水位308.8米，5年一遇的旬平均最高水位312.5米。（2） 泵站设计流量： 为了便于选择同型号水泵，按以下原则将灌水率图修正成等阶梯形状，具体如下。 1) 灌水日期的移动或者灌水时间的变动不应影响作物

6、的正常需水(变动天数不超过23天)。 2) 每次灌水的灌水率数值不应相差太大(最小灌水率不应小于最大值的40)，以便渠道流量比较平稳，泵站机组利用率较高。3) 修正后的灌水率应适应我国目前的管理水平，对旱作灌区，一般的灌水率在20351/（s干亩)之间。 图3 灌水率图 （3） 按每天开机19小时，将修正后的毛灌水率换算成机灌灌水率。公式为q机= q设*24/ t机式中 q机修正后的设计毛灌水率1(s千亩)； t机机组每天开机的小时数。表3 设计年内毛灌水率灌水时间（日/月）1/3-15/416/4-10/611/6-30/71/9-30/915/11-10/12毛灌水率（l/(s千亩)）30

7、.0022.0016.5022.5030.75机灌水率37.8927.7920.8428.4238.84图4 机灌灌水率图（4） 取灌水率图中之最大的灌水率来计算泵站的设计流量，其计算公式为 Q设= qmax机/渠系式中 qmax机修正后的最大灌水率l/(s千亩)； 设计的灌溉面积千亩； 渠系渠系水利用系数（%）。Q设=38.84*67/0.65=4003.5l/s2 泵站设计扬程估算（1） 泵站设计的水源水位；最高水位；313.2；最低水位；308.9；设计水位；312.5；最低运行水位；灌溉保证率为90%时，灌溉期间旬平均最低水位为308.8。出水池按最低要求327m设计净扬程；327-3

8、12.5=14.5m最高净扬程；327-308.8=18.2m最低净扬程；327-313.2=13.8m（2） 计算平均实际扬程，公式为式中 H实i相应时段ti时的出水池水位与进水池水位之差，m； Qi相应时段ti时的泵站供水流量，1/s，； ti不同灌溉时段的泵站工作天数，天。 表4 实际扬程计算表灌水时间（日/月）1/3-15/416/4-10/611/6-30/71/9-30/915/11-10/12机灌灌水率（l/(s千亩)）37.8927.7920.8428.4238.84供水流量1/s3905.62864.52148.12929.44003.5Qi ti175752157547.5

9、10740087882100087.5H实i Qi t3122527.23036357.8出水池按最低要求327m。=17.636m（3）确定水泵的设计扬程，公式为：H设= +h损（1+k）式中 h损管路沿程和局部水头损失。m； K管路水头损失占平均实际扬程的百分比，其值可按表课本5-2初定。取k=20%H设= +h损（1+k）=21.163m3 初步选泵(1) 水泵选型的原则。具体如下。 1) 在设计扬程下，能满足设计流量的要求， 2) 当实际扬程变化时，水泵能在高效区内工作， 3) 在能够适应灌溉流量变化的前提下，尽量选用较大的水泵，以减少台数，节省基建、维修费用。另外大泵的效率较高。 4

10、) 在一个泵站中，尽可能选用同型号的水泵。 5) 如进水池的水位变化幅度较小时、优先选用卧式机组。 6) 在满足流量和扬程的前提下，尽量选用吸水性能好的水泵。(2) 主泵类型的选择。 因为此泵站的设计扬程为 21.163m ，设计流量为 4003.5l/s 查水泵站设计示例与习题中的水泵性能表得 种泵型均符合扬程要求，作为比较方案，进行经济性能等方面的优选。其性能如表所示：表5 泵型方案性能(3) 确定主泵台数 有关系式，可据此确定两种泵型所需的台数。型泵 台，取 台。型泵 台，取 台。(4) 拟合流量过程曲线按选定的水泵型号和台数，在流量过程线上拟合，当选择水泵 型台数为时，拟合后的流量过程

11、线和设计流量过程线配合较好，故说明选择方案可以满足流量变化过程的要求。故本设计选用 型泵这一方案是合理的。所以选用 台 型泵，其中 为备用。4 动力机组配套选型由于在站址有高压输电线路通过，靠近电源，故动力类型选配电动机。(1) 电动机配套功率N配计算其计算公式如下： 式中：K动力备用系数，取1.1；N轴水泵工作范围内的最大轴功率，查前表得 kW；传动效率，水泵转速为 r/min，初步假定用同步转速 r/min的异步电动机直接传动，则取为 。算得。(2) 确定机型根据水泵额定转速 r/min和配套功率 kW，配套 电机。5 水泵机组的布置与基础本设计采用的是 台 系列 泵，因此机组布置采用横向

12、排列方式。机组基础采用混凝土基础，混凝土容重23520N/m3,机组的基础深度计算公式为H （2.2）式中，W机组总重量（N），L基础长度（m）， B基础宽度（m）， 基础所用材料的容重（N/m3）。查给水排水设计手册，得到 型水泵机组的基础平面尺寸为 ，机组总重量为2550kg，则根据公式（2.2）计算出其基础深度为1.29m. 6 管路水头损失计算由于钢管管材可以有所不同，计算方法也不同的强度高，接口可焊接，密封性远胜于铸铁管，因此吸水管路和出水管（泵房内）均采用壁厚为10mm的钢管，敷设在泵房地板上。压水管采用球墨铸铁管。每台水泵均有单独的吸水管，深入进水池中。(1) 吸水管路和压水管路

13、中水头损失的计算管路沿程水头损失可按比阻法计算，对于钢管，计算公式如下:hf=Ak1k2LQ2式中，k1钢管壁厚不等于10mm时的修正系数，对于本次设计k11 k3管中平均流速小于1.2m/s的修正系数 A比阻值管路局部水头损失计算公式如下：hm式中，局部水头损失系数因此，管路总水头损失hshfhm。(2) 吸水管路水头损失的计算1） 沿程水头损失计算沿程水头损失用下式计算 式中 n管道内壁糙率，铸铁为0.013；L管道长度11.0m；D管道直径950mm；Q管道设计流量1.1 m3/s。则计算可得。2） 局部水头损失计算局部水头损失用下式计算 式中 管路局部阻力系数，查资料得：，；D局部阻力

14、处管径，查资料得：D进=1.2m，D缩=0.8m；其余符合同上。则得。则吸水管路水头损失为：m。7 水泵安装高度计算本设计工作水温与水面大气压均超过标准值，用公式计算修正后的允许吸上真空高度，水泵允许吸上真空高度7.5m；大气修正值，海拔 m，查资料得 m；工作水温 ，则查资料得 m；算得= 。=4Q/(D2)m/s， 水泵进口处流速。 水泵安装高度用下式计算 ， 8 水泵安装高程的确定水泵安装高程用下式计算： ，进水池最低水位 m；K安全值，取0.2m。则m。水泵安装状况如图所示仅供参考，结果不同图形有所不同。 图4 水泵安装高程示意图9 出水管经济管径的计算 (1) 设几种待选的管径，并在

15、水泵性能曲线图上求的每种管径的工况点，计算结果见下表。计算公式表6 不同管径需要扬程性能表D=700mm流量（）h（m）D=800mm流量（）h（m）D=900mm流量（）h（m）D=1000mm流量（）h（m）D=1100mm流量（）h（m）D=1200mm流量（）h（m）表7 不同管径水泵工况点参数表管径（mm）工况点参数Q（）H（m）（%）P（kW）700800900100011001200(2) 计算不同管径时，抽灌溉水量W= 万m所需要的电费。计算公式为 （）式中 W年灌溉用水量，m。 每种管径相应工况点的流量和水泵轴功率。e单位电价，。表8 计算结果见下表管径（mm）7008009

16、00100011001200年电费(3) 计算每种水管的管壁厚度。 计算公式为计算结果见下表表9 管径与管壁厚度表管径（mm）700800900100011001200Hp（m）（mm）由于计算所需的管壁厚度太小，所以取0.8mm。(4) 水管投资。计算公式 （元） 式中 b钢板价格，元。换算成每年投入为 元年表10 计算结果见下表管径（mm）700800900100011001200C（万元）A（万元年）(5) 年维修管理费计算公式为 表11 年维修管理费表管径（mm）700800900100011001200(6) 不同管径时的年费用 计算公式为 R= 表12 计算结果见下表管径（mm）7

17、00800900100011001200年费用R 结果出水管选用的经济管径为D= 。 10 出水建筑物设计1 出水池根据站址地形，本设计采用开敞式侧向出水池，用出口拍门阻止池水倒泄。（1） 立面尺寸 1） 池顶高程。用下式确定 ， 式中 出水池最高水位；安全超高，查资料取 m。则=5m。2） 池底高程。由下式确定： ，式中 出水池最低水位，本设计为 m；出水管渐扩出口直径，本设计为 m；出水管渐扩出口上缘最小淹没深度，要求大于两倍出口流速水头。本设计取 倍出口流速水头，h淹=；P出水管渐扩出口下缘至池底净距，本设计取 m。则= 。出水池立面尺寸如图所示图中为水平出水，如设计方案不同方法也有所不

18、同，参考课本。(2) 平面尺寸 1) 池长L。用下式确定 2) 池宽B。，式中 边管出口处池宽，拟取 m。则B= ，出水池平面尺寸如图所示。出水池平面尺寸示意图三 泵房初步布置设计1 确定泵房结构型式卧式离心泵泵房型式取决于水泵有效吸程与水源水位变幅的关系。（1） 水泵有效吸程值计算按下式计算：，式中Z水泵安装基准面距底座间（此处为底面）的距离，查资料可得 ；h水泵基础高出机坑地面高度（此处为0.1m），余者符号意义跟前同。则=。(2) 水源水位变幅渠道最高水位 m，最低水位 m，则水位变幅H= 。（3） 泵房结构型式确定由上面的计算结果可知选用 型泵房。 2 辅助设备的选择(1) 起重设备

19、(2) 排水设备 (3) 通风设备(4) 计量设备(5) 水环式真空泵3 泵房建筑高度的确定四 水泵运行工况校核先求出吸水管和出水管的水头损失：列出水泵性能参数。型号流量Q（L/s）扬程H（m）转速n（r/min）轴功率N轴（kW）效率（%）允许吸上真空高度HS(m)重量（kg）因为H需=H净+ H损根据泵站最高净扬程，最低净扬程，计算水泵的实际扬程为：设计枯水位时：HmaxH最高+H损设计洪水位时：HminH最低+ H损对比水泵性能参数可知，泵站总流量均能满足供水要求，水泵工作点始终在高效范围区内运行，初选水泵机组符合要求。四 泵房稳定分析 泵站稳定主要受泵房自重，土压力，扬压力和其他荷载。1 泵房自重计算表15 泵站自重计算表（取一计算段）部位体积(m3)距主底板中心距离(m)重度(kN/m3)重力(kN)弯矩（kNm）底板支墩排架水泵梁水泵进水池后墙泵房墙体电机层楼板大梁电机层楼板屋顶电机层梁电机站房底板下的土层2 泵室内水重 3 水平水压力 4 浮托力 5 土压力 6 自然土区 7 作用荷载计算将上述各荷载汇总于表7-2表16 作用荷载计算汇总荷载名称竖向力(kN)水平力(kN)对底板中心下1.5m处的力矩(kN m)向下向上向右向左正+（顺时针）负-（逆时针）自重水重水平水压力浮托力土压力合计8 抗滑稳定计算9 地基应力校核10 抗浮稳定性校核17