泵站课程设计参考.docx
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泵站课程设计参考
1设计原始资料
南部县新建自来水厂净化处理后的干净水送入清水池，经过二级泵站加压配送至城市配水管网。
南部县最高日设计用水量为3.8万m3/d。
用水量：
全天小时（0～24小时）用水量见表1.1（百分数表示）。
表1.1最大日用水量变化表
时间
用水量百分比
时间
用水量百分比
时间
用水量百分比
时间
用水量百分比
1
3.03
7
4.41
13
4.35
19
4.16
2
2.95
8
4.80
14
4.06
20
4.33
3
2.66
9
5.02
15
4.08
21
4.36
4
2.76
10
5.47
16
4.33
22
4.67
5
3.95
11
4.80
17
4.51
23
4.42
6
4.17
12
4.62
18
4.49
24
3.90
南部县最不利点的地面标高为15m,建筑层数14层，自由水压为20m。
该城市最高日最高用水时，给水管网平差得到的二级泵站到最不利点的输水管和配水管网的全部水头损失为26m。
清水池所在地地面标高为12m，清水池最低水位在地面以下3.0m。
南部县的冰冻线为0.5米，城市的最高温度为37.0℃，最低温度为-2℃。
泵站所在地土质良好，地下水水位为25m米。
电源承载功率满足用电要求，电价0.45元/kw.h。
消防用水量50L/s。
2设计主要内容
2.1水泵站供水设计流量的计算
南部县用于泵站设计计算的最高日设计用水量为38000m3；依据各小时用水量变化综合考虑后决定该二级泵站采用两级供水，即23~6点，每小时供水量为3.48%；6~23点，每小时供水量为4.51%。
图2.1最高日用水量变化曲线
则每级供水的的设计流量:
一级供水：
（2-1）
二级供水：
（2-2）
2.2水泵站供水扬程的计算
该镇管网供水扬程公式：
（2-3）
泵站内吸压水管路水头损失取值2.0mH2O；安全水头取为2mH2O。
依据最原始设计资料中给出的数据，南部县二级供水输配水管网中的水头损失为26m，即
=
，计算得出管网的阻力系数S=108.91s2/m5。
――流量，单位m3/s。
依据上述公式以及最初水文设计资料对各级供水扬程计算如下：
一级供水：
南部县的最高日最高时用水时情况如下：
输水和配水管网中的水头损失是16.2m（根据
，计算可得
）；管网中的控制点（即水压的最不利点）所要有的自由水头为20m；二级泵站吸水池的最低点水位到控制点的地面高度差是15m。
所以送水泵站一级供水的设计扬程为：
（2-4）
二级供水：
南部县的最高日最高用水时状况如下：
输水和配水管网中的水头损失为26m；管网中的控制点（即水压的不利点）所要的自由水头为20m；二级泵站吸水池的最低水位到控制点的地面高度差为6m。
所以送水泵站二级供水的设计扬程为：
（2-5）
消防供水：
南部县的最高日最高用水时情况如下：
输水和配水管网中的水头损失为26m；管网中的控制点（即水压的不利点）所需要的自由水头为10m；二级泵站吸水池最低水位到控制点的地面高度差为6m。
所以水泵站消防供水的设计扬程：
（2-6）
2.3水泵站供水设计流量和扬程汇总
南部县送水泵站一级，二级供水情况下，该送水泵站供水设计流量与扬程见表2.1。
表2.1各级供水流量及扬程
流量（L/s）
扬程（m）
一级供水
385.7
46.2
二级供水
488.6
56
消防供水
538.6
52
2.4水泵初选及方案比较
2.4.1水泵初选
依据选泵的主要原则，给出两个方案，然后根据流量和扬程的要求，南部县送水泵站设计中选用的水泵均为单级双吸式离心水泵。
初选水泵方案见表2.2。
方
案
水泵个数及型号
额定流量
额定扬程
所配电机
效率η（%）
（m3/h）
（m）
型号
功率
方案一
3台
（一台备用）
300S58A
720
49
Y315M2-4
160
81
2台
（一台备用）
500S59
2020
59
Y450-46-6
450
83
方案二
3台
（一台备用）
300S90B
720
67
Y335M1-4
220
73
2台
（一台备用）
350S75
1260
75
Y400-39-4
355
85
表2.2水泵选型方案
2.4.2方案比较
水泵方案比较见表2.3：
表2.3选泵方案比选
编号
供水
情况
工作泵台数及型号
额定供水流量
额定扬程
每台泵的流量
每台泵效率η（%）
水泵扬程H实（m）
所需扬程H需
（m）
扬程利用率H需/H实（%）
（m3/h）
（m）
（m3/h）
方案一
一级供水
2台300S58A
720
49
720
84
49
46.2
94
二级供水
1台500S59
2020
59
2020
83
59
56
95
方案二
一级供水
1台350S75
1260
75
1440
85
65
46.2
71
二级供水
2台300S90B
720
67
900
70
57
56
98
2.4.3方案比选分析
由表2.3中可以看出，方案一水泵效率全部都是处在高效段，方案二二级供水时水泵机械效率较低。
各级供水的扬程利用率，方案一扬程利用率均达到90%以上，方案二在二级供水时虽然扬程利用率高，但是水泵扬程过于接近所需扬程，可能发生扬程不够的情况。
水泵流量方面，方案一的流量满足泵站所需流量并且稍大于方案一的流量，方案一供水更加有保障。
从泵站运行稳定性方面，方案一需使用3台较小的水泵和2台较大的水泵，方案二需使用5台较小的水泵，本着大小水泵相结合的思想，方案一更具稳定性。
从长远的角度来看，方案一的能源利用率显然比较高，节能效果也比方案二好的多。
综合上述因素，根据选泵的原则，决定选用方案一。
2.4.4选择合适的备用泵
根据综合情况考虑，备用水泵选择使用一台300S58A型水泵,一台500S59型水泵。
2.4.5按最不利情况进行消防校核
消防时流量：
Q=488.6+50=538.6L/s（2-7）
消防时管网的总水头损失：
（2-8）
（2-9）
H=59m>52m，扬程满足。
2.5水泵机组的布置
2.5.1水泵机组的布置方式
根据《给水排水设计手册》第3册，水泵机组布置方式的比较见表2.4：
表2.4水泵机组各种布置方式的比较
布置形式
优缺点
适用条件
平行单排
优点：
①悬挂式水泵的吸收管可以呈顺直的状态；
②排列紧凑，泵房使用面积小；
③电动机机轴移动方便；
缺点：
①泵房空间大；
②管道管件比较多；
③水力条件较差；
④用单轨起吊水泵和电动机较不方便
①单级单吸悬臂式离心泵，绝大多数的水泵如单级双吸离心泵，Sh型泵均适用。
②一般适用于小泵房。
续表2.4
布置形式
优缺点
适用条件
直线单行
优点：
泵房跨度小；
②进出水管顺直，水力条件好；③可减少水头损失和电耗
缺点：
泵房较长；
②管道配件拆装不便
①侧向进水和侧向出水的水泵，如sh型，SA型单级双吸卧式离心泵
②中小水厂采用较广泛；③泵房内水泵的工作台数最好不要超过5台或6台；
④吸水管阀门也可以放在泵房里。
横向双行
优点：
①泵房机组排列紧凑，泵房使用面积较小；
②管件配制简单，水力条件好
缺点：
①泵房空间大；
②水泵改变安装方向，订货和维修比较麻烦；
③泵房里面比较拥挤，维修空间不足；
④常需采用大型起重机
①适用于比较大的双吸卧式离心水泵；
②水泵在6台以上；
③施工要求使用沉井法施工，而不允许泵房太长的时候；
④机组排列方式可以参考单行排列的相关规定。
根据本次设计实际综合因素考虑，选用的水泵全部都是单级双吸离心泵。
是从侧面进水和出水的水泵，工作泵台数为3台300S58A，2台500S59（包含了备用水泵），从表2.4分析对比我们可以知道，最好采用直线单行排列方式，这种布置方式虽然稍微增加了泵房的长度，但进出水管顺直，而且使得泵房跨度变的较小，极大的节省电耗，水利条件也比较好。
2.5.2水泵基础设计计算
300S58型号水泵的基础尺寸如图2.2所示：
图2.2水泵基础尺寸
300S58型水泵配套电机技术数据见表2.5：
表2.5300S58A、500S59型水泵配套电机数据
型号
电动机尺寸
E
L
L2
B
A
n-φd
300S58A
457
508
4-28
300
2347
753
500S59
1120
800
4-35
800
3730
1227
根据上面列出的资料，本次设计选用的300S58A型水泵不带底座，所以其计算基础参数如下：
基础长度：
L=螺孔间距L+0.4~0.5m=2.347+0.4=2.847m（2-10）
基础宽度：
B=螺孔间距A+0.4~0.5m（2-11）
=A+0.500.508+0.50=1.08m；
螺栓埋入深度：
＝20~30×螺栓直径＋0.03~0.05m（2-12）
=30×0.028+0.05=0.89m；
基础高度：
H=水泵机组的螺栓埋入深度＋0.150~0.200m（2-13）
=0.89+0.200=1.09m
0.5~0.7m，符合要求。
校核水泵基础高度：
本设计水泵基础使用混凝土基础，该混凝土密度是
。
基础的质量为：
（2-14）
机组的总质量：
（2-15）
符合要求。
经计算，500S59型泵基础尺寸也符合要求，具体尺寸如表2.6：
表2.6基础尺寸汇总表
水泵
电动机
基础尺寸
型号
质量（kg）
型号
质量（kg）
L（m）
B（m）
H（m）
300S58
943
Y315M2-4
1010
2.847
1.08
1.09
500S59
2747
Y450-46-6
3800
4.13
1.3
1.25
2.6水泵吸水管和压水管路的设计
机组及管路布置示意如图2.3所示：
图2.3机组及管路布置示意图
2.6.1管径计算
吸压水管流速和直径的设计要求：
本设计吸水管路与出水管路的设计流速由表2.7确定。
吸压水管流速和直径的设计要求：
本设计吸水管路与出水管路的设计流速由表2.7确定。
表2.7吸压水管路管径流速对照表
管径（mm）
D<250
250
D<1000
吸水管内流速（m/s）
1～1.2
1.2～1.6
压水管内流速（m/s）
1.5～2.0
2.0～2.5
2.6.2水泵吸压水管道的确定
1.进出水管均采用钢管，每台泵有单独的吸水管路。
一级供水时有2台泵工作，每台流量为200L/s。
吸水管路采用400mm的管道，流速为1.54m/s∈（1.2~1.6m/s），i=0.0082。
压水管路采用350mm的管道，流速为2.0m/s∈（2.0~2.5m/s），i=0.0163。
2.当为二级供水时，1台水泵工作，一台泵流量Q=561.1L/s。
吸水管路采用700mm的管道，流速为1.46m/s∈（1.2~1.6m/s），i=0.0036。
压水管路采用550mm管道，流速为2.35m/s∈（2.0~2.5m/s），i=0.0094。
3.管道尺寸汇总
表2.8管道尺寸汇总
供水情况
管道种类
管径
（mm）
流量
（L/s）
流速（m/s）
水力坡度
一级供水
吸水管道
400
200
1.54
0.0082
压水管道
350
200
2.0
0.0163
二级供水
吸水管道
700
561.1
1.46
0.0036
压水管道
550
561.1
2.35
0.0094
2.6.3泵站内吸压水管路水头损失的计算
找一条最不利线路，计算最大供水量，即二级供水时，泵站范围内吸、压水管路的准确水头损失[7]。
这水头损失包括了从吸水管喇叭口开始至送水泵站外水表井的所有沿程水头损失和局部水头损失，计算一台功率最大的泵路线，水表井内水表的损失可粗略估算为0.2m。
泵站二级供水时的最不利输水线路如下图2.4所示：
图2.4泵站内最不利线路示意图
1.吸水管路中的水头损失的计算
沿程损失：
（2-16）
局部损失：
（2-17）
根据给水排水工程水力计算图表查得：
1—吸水喇叭口局部阻力系数，
=0.1
2—DN700闸阀局部阻力系数，
2=0.06
3—偏心渐缩管DN700-300局部阻力系数，
3=0.2
（2-18）
2．压水管路水头损失的计算
沿程损失（至室外水表井）：
局部损失：
（2-19）
查局部阻力系数表得：
5—偏心渐缩管DN500-550局部阻力系数，
5=0.17
6—止回阀DN550局部阻力系数，
6=1.7
7—闸阀DN550局部阻力系数，
7=0.06
8—三通DN550局部阻力系数，
8=1.5
9—闸阀DN550局部阻力系数，
9=0.06
10—三通DN550局部阻力系数，
10=1.5
11—闸阀DN450局部阻力系数，
11=0.07
12—三通DN450局部阻力系数，
12=1.5
13—闸阀DN450局部阻力系数，
13=0.07
14—闸阀DN450局部阻力系数，
14=0.07
（2-21）
由以上计算可以得出，泵站内吸水管路和压水管路的全部水头损失为：
（2-20）
3.管道附件选配
各配件规格型号及主要尺寸如表2.9所示：
表2.9主要配件规格及型号
编号
名称
规格
数量（个）
1
喇叭口
DN500
2
2
喇叭口
DN700
1
3
闸阀
DN500
6
4
闸阀
DN350
2
5
闸阀
DN700
1
6
闸阀
DN550
3
7
偏心渐缩管
DN500*300
2
续表2.9
编号
名称
规格
数量（个）
7
偏心渐缩管
DN500*300
2
8
偏心渐缩管
DN500*350
2
9
偏心渐缩管
DN350*300
2
10
偏心渐缩管
DN700*500
1
11
偏心渐缩管
DN550*500
1
12
三通
DN500
2
13
三通
DN550
1
14
水表
DN500
1
15
水表
DN550
1
16
流量计
DN450
1
17
流量计
DN550
1
2.7水泵安装高度计算
为方便使用沉井法施工，本次送水泵站设计将泵房的底板与吸水池的底板设置在同一高程，所以水泵是自灌式工作，其允许吸上真空高度大于泵的安装高度，故不需要计算水泵安装高度。
2.8吸水喇叭口布置
本设计吸水池底板高度采用和泵房一样的高度，故喇叭口横向排列方式与泵房内水泵布置方式一致。
竖向高度，喇叭口下沿距清水池底板0.7m，上沿距清水池最低水位线标高1.2m。
吸水喇叭口具体布置如图2.5：
图2.5吸水喇叭口布置方式
2.9清水池尺寸计算及吸水喇叭口的安装位置的确定
由于清水池与泵房底板在同一高程，故清水池尺寸由泵房水泵布置方式确定，长L=24.3m，宽B=13m。
2.10泵站的平面布置
1.泵房大门口要求通畅，既能容纳较大的设备，又有操作余地。
要求水泵突出部分与墙壁距离A值等于最大设备宽度加1m，但是不小于2m[3]，本设计A值取5m。
2.出水侧泵基础与墙壁净距B应按出水管配件安装要求确定，但是考虑到泵出水侧是管理操作的主要空间，故B值应不小于3m。
本设计B值采用7.9m。
3.进水侧泵与墙壁净距D应按吸水管配件安装要求确定，但不应小于1m。
本设计D值采用4.1m。
4.水泵机组突出部分与配电室里配电设备的距离，应该保证电机转子在维修时能拆解下来，并保持在规定的安全距离，数值要求为C=电机机轴长度加0.5m。
本次设计的C值取3.5m。
5.泵基础之间间距E值与C值要求相同。
本设计E1值取2m,E2取3m。
2.11水泵工况点校核
一级供水使用两台300S58A型泵，由计算得S=108.91s2/m5，绘制管路特性曲线Q-∑h。
H=Hst+SQ2=46.2+108.91×Q2（2-22）
与水泵性能曲线Q-H交于点M，M点为两台300S58A型泵并联后运行的工况点[13]，详见图2.6：
图2.6两台300S58A型泵并联运行工况点
由图中可以得出并联工况点为（1400，61），一级供水的设计流量为1388.52m3/h，扬程46.2m，工况点与要求流量扬程相符。
同上，二级供水时水泵工况点为（2020,59），二级供水的设计流量为1758.86m3/h，扬程56m，工况点与要求流量扬程相符。
可以使用微微改变闸阀的开启程度使管道系统的扬程特性曲线发生改变的方法，使水泵的工况点发生改变。
该工况点在水泵的高效运行段范围以内，所以水泵初选的方案符合要求，不需要另外重新选泵。
3泵站辅助设施的计算与选型
3.1起重设备和泵房的高度的确定
3.1.1起重设备
根据资料，大泵（500S559）的重量为2747
，所配电机的重量为3800
，重量大于2t，需使用电动起重设备。
根据《给水排水设计手册》（第11册常用设备）[8]，天津起重机设备总厂提供的LDT型电动单梁起重机，满足本次设计要求。
故本设计采用天津起重机设备总厂提供的LDT4-S型电动单梁起重机，电动葫芦选用AS310-244/1型。
主梁截面的形式为H型主梁。
选用AS型电动葫芦与LDT型电动单梁起重机配套使用，这样能达到最好的使用效果，并且此电动葫芦拥有三维全双速运转，即左右横行与前后纵行、起升、下降，都可以进行单速和双速运转。
3.1.2泵房高度
泵房高度指的是从泵房进口处室内平台到屋顶梁底部的高度，除了要考虑通风采光以及检修方便等条件外，当采用固定吊钩或可移动吊架时泵房高度不应该小于3m，有起重设备时应该有精确计算来确定泵房高度，使起吊最大部件的底部与调运越过的固定物顶部之间净距在0.5m以上。
因为本次设计采用的是单梁悬挂式吊车，泵房为半地下式，水泵为卧式，根据《给排水设计手册》第3册[12]的相关内容，单梁悬挂起重机所使用的泵房高度的计算公式为：
H=H1+H2（3-1）
式中：
H1：
泵房地上部分高度；
H2：
泵房地下部分高度；
H泵房高度，单位m；
H2：
吊起部件底部与泵房进口处室内或平台的安全距离；
H1=a+c1+d+e+h；
式中：
a1：
吊车梁高度，单位m；
c1：
行车梁底到起重钩中心的高度，单位m；
d：
起重绳的垂直长度，水泵为0.85x，电机为1.2x，x代表部件的宽度，单位m；
e：
功率最大的一台水泵或电动机的高度，单位m；
一般要求不小于0.3m~0.5m。
本设计的单梁悬挂式起重机的泵房各部分尺寸示意图见下图3.1：
图3.1单梁悬挂起重机尺寸示意图
a1＝0.600m；c1＝1.000m；水泵d＝0.85x=0.85×1.550=1.320m，电机d＝1.2x=1.200×1.250=1.500m，取d为1.500m；e＝1.300m；h=0.3m。
所以泵房高度：
H=a1+c1+d+e+h+H2=0.600+1.000+1.500+1.300+0.300+3.300=8.000m（3-2）
3.2引水设备
本设计水泵安装高度与吸水池底板在同一高程，系自灌式引水，无需引水设备。
3.3通风方式
根据《给水排水设计手册》第3册，通风方式选择可参考表2.10：
表2.10泵站通风方式
通风方式
适用条件
自然通风
适用于地面式泵房或埋深不大的半地下式泵房
机械通风
泵房埋深较大，电动机功率较大，自然通风难以满足要求的大中型泵房
采用水－空型自冷电机
泵房埋深较大，电动机功率较大，自然通风难以满足要求的大中型泵房。
由于电动机散热使泵房的温度升高，如电动机温升超过产品额定温度或泵房室内温度超出卫生标准时，必须有良好的通风[2]。
根据本设计的泵房属半地下式泵房，可采用自然通风的方式进行换气。
3.4计量设备
为记录泵站的出流量，需在出水侧设置相应的计量设备。
本设计在泵房出水侧两根管道上各设置一个电磁流量计，采用江苏美安特生产的LY-LDE-A分体式电磁流量计，该流量计在满足现场显示的同时，还可以输出4～20mA电流信号供记录、调节和控制用，现已广泛地应用于化工、环保、冶金、医药、造纸、给排水等工业技术和管理部门。
3.5排水设备
3.5.1排水方式
由于本设计泵房底板位置较深，故只能采取机械提升排水的方式排出泵房内的积水[9]，具体方法是沿着泵房吸水侧靠剪力墙处设置一条排水沟，将水集中到集水坑里，电缆沟也应于排水集水坑相连以排除沟内积水，但连接处需采取隔断措施，以免排水倒流入电缆沟；并还需在主泵进、出水管道的最低点或出水室的底部设置放空管。
然后用潜污泵抽排到室外散水沟，最终汇入市政污水管网中。
3.5.2排水沟设计和提升泵的选型
泵房内不同排水方式的一般要求见下表：
表2.11不同排水方式的一般要求
排水方式
一般要求
自流排水
1.适用于泵房室内地坪高于室外时
2.泵房内设沟管时应相互连通，如室外不会倒灌时，也可自流排水。
提升排水
1.半地下式泵房或管沟低于室外沟渠，有倒灌可能时，须用提升设备排除积水。
2.管沟应该有1%以上的坡度坡向集水坑。
3.小型泵房可采用水射器，大中型泵房用排水泵抽除集水坑中的水，集水坑有一定的容量，避免水泵启闭频繁。
4.排水泵应该能随集水坑中的水位自动操作。
泵房内部排水沟尺寸取经验数值300mm（宽）×200mm（深）设置，坡度为1%坡向集水坑，集水坑的体积按长1.5m×宽1.5m×深2m设置，坑内放置两台WQ型潜水排污泵（一用一备），泵排水流量按照8m3/h，扬程为8m来选型[11]。
根据上海凯泉泵业（集体）有限公司提供的《WQ/C系列小型潜水排污泵》，选择50WQ/C249-1.1型号。
50WQ/C249-1.1型潜污泵的性能见表2.12
表2.1250WQ/C249-1.1潜水排污泵的性能参数
序号
泵型号
电机额定功率
（KW）
泵重
（kg）
流量-扬程
（m3/h）-（m）
1
50WQ/C249-1.1
1.1
50
10-10
总结
本本次设计是对四川省南部县送水泵站的设计。
南部县新建自来水厂净化处理后的干净水送入清水池，经过本设计二级送水泵站加压配送至城市配水管网。
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