泵站工程课程设计书 精品.docx
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泵站工程课程设计书
一、设计目的
综合运用《水泵及水泵站》及相关课程基础与理论知识，以泵站设计参数为依据，通过课程设计，进一步强化对课程内容的理解，同时提升学生分析问题和解决问题的能力
本次课程设计的主要内容包括：
水泵选型与动力机配套，泵站枢纽布置与设计，泵房内部布置与泵房设计，进出水管路布置与设计，水泵工作点校核与泵站效率计算，泵站水锤分析与防护方案选择等。
二、设计基本资料
1.泵站功能：
农业供水，总供水灌溉面积5200hm2。
2.泵站最大供水流量：
2.5m3/s。
3.水位
拦污栅后进水池设计水位
2.00m；最低运行水位
1.60m；最高运行水位
3.00m；多年平均水位
2.20m。
没有防洪问题。
出水池设计水位
50.00m；最低运行水位
49.00m；最高运行水位
50.50m；多年平均水位
49.60m。
4.设计净扬程：
48.00m。
5.输水管线总长3500m，纵剖面见图1所示。
6.设计年内不同时期的供水量如表1，图2所示。
表1各月设计供水量（单位：
m3/s）
月
输水量
月
输水量
月
输水量
月
输水量
1月
0.652
4月
0.592
7月
0.951
10月
1.844
0.592
0.416
0.962
1.523
0.310
0.439
0.996
1.504
0.703
0.546
1.469
1.528
1.033
0.519
1.612
1.295
0.573
0.521
2.498
1.508
2月
0.552
5月
0.487
8月
2.496
11月
1.294
0.496
0.418
1.924
0.916
0.318
0.453
1.823
1.034
0.285
0.510
1.877
0.828
0.555
0.954
1.385
1.103
0.623
0.858
1.045
0.911
3月
0.524
6月
0.712
9月
1.339
12月
0.809
0.369
0.710
1.316
0.594
0.507
1.076
1.064
0.582
0.267
0.455
1.047
0.523
0.259
0.445
2.051
0.348
0.318
0.804
2.069
0.537
图1泵站出水管路纵剖面图
图2设计年供水过程线
三、水泵总扬程的初步拟定
3.1设计扬程
设计扬程是水泵型式选择的主要依据，必须满足设计流量的要求，按泵站进出水池设计水位差，并计入进出水管道的沿程和局部水力损失来确定。
净扬程H净=50.00-2.00=48m
输水管路的总损失包括水泵前后总水头损失Hf1和输水管路损失Hf2两部分
水泵前后管路总水头损失假定为1.0——1.5m，本次设计取Hf1=1.5m。
输水管路损失Hf2包括管路沿程损失和局部水头损失沿程损失可按哈森·威廉斯公式计算：
式中C——流速系数，可取为130。
设计中取流量为最大供水流量，即Q=2.5m3/s=9000m3/h，管径D根据经验公式确定经济管径所得，由于Q>120m3/h，则。
研究管道的布置路径，发现中间有较大的转折。
适当增加出水管管径，可以减小管道中流速，从而减小波动流速。
同时，管径增大能够减小阻力，缓冲了传播过程，能够有效地控制管路中的水锤，因此，本次设计将在经济管径的基础上适当增加管径，取D=1.35m。
所以，
。
局部损失假定按输水管路沿程水头损失的5%——10%估算。
在本次设计中取为8%，则局部水头损失为
因此，输水管路损失Hf2=5.79+0.46=6.25m。
综上，水泵设计扬程H=48+1.5+6.25=55.75m。
可初步拟定扬程为56m。
3.2平均扬程
平均扬程是泵站运行历史最长的工作扬程。
在进行泵站选型时应保证水泵在平均扬程工况下，处于高效区。
对于本泵站提水流量年内水位变化较小，平均扬程按泵站进出水池平均水位之差，加上进出水管道系统的阻力损失来确定。
H平均=（49.6-2.2）+7.75=55.15m。
3.3最高扬程
最高扬程是泵站运行的上限扬程，也是水泵型式选择和配套电机选择的依据。
最高扬程应按泵站出水池最高运行水位与进水池最低运行水位之差，并计入管路阻力损失来确定。
泵站在最高扬程运行时应保证机组的稳定性。
H最高=（50.5-1.6）+7.75=56.65m。
3.4最低扬程
最低扬程是泵站运行的下限扬程，应按泵站进水池最高运行水位与出水池最低运行水位之差，并计入管路系统阻力损失来确定。
水泵机组在最低扬程下运行时，亦应保证其运行的稳定性，即不发生水泵汽蚀、振动等情况。
H最低=（49-3）+7.75=53.75m。
四、水泵类型的比较和确定
4.1由供水量和总扬程初拟水泵类型
根据本泵站的供水流量，水泵台数可以取为2—4台，计算可得单泵流量为1.25m3/s—0.625m3/s=75m3/min—37.5m3/min。
根据以上求得的单泵流量和总扬程，再根据水泵汽蚀要求，结合图3可知，可选择水泵类型为卧式双吸离心泵或立式单吸离心泵。
图3高扬程离心泵选型图
4.2水泵安装方式分析
水泵的安装一般应根当地的实际情况，大体上可以分为正吸式和负吸式两种，即吸上式和压入式。
其具体安装形式如图4所示。
图4水泵吸水方式
从两种方式的布置形式看，吸上式泵房挖方量小，能够节约开挖费用，而压入式的开挖费用则相对较高。
但同时考虑到汽蚀条件的制约，对于吸上式需选用低转速水泵，而压入式可做成压入式水泵。
因为本设计初拟水泵总扬程为56m，水泵转速应较高，所以优先选择压入式。
4.3水泵转速比较
水泵的安装高程，假定比进水池水位约低1m，查图结果如下：
卧式双吸离心泵：
转速6P（970r/min）。
立式单吸离心泵：
转速8P（730r/min）或10P（580r/min）
4.4泵全面综合比较
表2卧式双吸离心泵和立式单吸离心泵比较
序号
项目
离心泵
卧式
立式
双吸
单吸
1
要点
口径：
600×400mm50m3/min×57m×960r/min×650kW
口径：
600×400mm50m3/min×57m×960r/min×650kW
2
布置
压入式
压入式
3
特征
轴承
泵壳两侧均有轴承
只在泵壳上侧安有轴承
拆卸
拆卸叶轮时，只要取下泵壳上半部
拆卸叶轮时，要动电动机轴承等
荷重承受处
在较宽的底板上承受平面荷重
电动机层底板和水泵层底板均分别承受荷重
4
性能
流量-扬程特性
比转速Ns=231；与立式单吸式泵大体相同
比转速Ns=248；与卧式双吸式泵大体相同
流量-效率特性
效率高，整个特性曲线圆滑
同左
吸入性能
吸入性能良好
与左边大致相同，但稍微差一些
转速
6P（970r/min）
8P（r/min）
5
拆卸保养检修作业
叶轮
最简单；将上壳体和两个轴承盖取下来即可
因为要搬动电动机，操作较复杂，且要花费时间，有时还要特意把电动机层底板抬高
轴承
简单
比左边复杂
叶轮环、轴套
简单
复杂
6
房屋建筑
面积
泵房面积比立式宽；底板上承受的荷重减小
比卧式窄，作用于底板上的荷重增大；房屋构造与行车起吊余量有关，要增高
挖深
比立式单吸式泵的浅
比卧式双吸式泵的深（约0.8m）
7
重量
与立式单吸式泵大致相同
与卧式双吸式泵大致相同
8
价格
便宜
高
9
操作方式
水泵按压入式安装时，卧式与立式大体相同
同左
10
安装作业
简单
复杂
11
土建工程
简单
复杂
12
振动、噪音
因为水泵和电动机都设在地下、噪音变小
因为电动机设在上层，噪音增大
13
评价
价格、拆卸检修和维修保养作业等都较为有利
价格上、维修保管作业等较差
结论：
本设计卧式离心泵与立式离心泵的比较结果如下：
（1）卧式离心泵拆卸检修方便，有利于维修保养；
（2）卧式离心泵能设计成高转速，机电设备费用较省；
（3）与立式离心泵相比，两者土建费用相当；
（4）场地无特殊限制的情况下，两者都可以选用;
（5）立式离心泵占地面积小，但立面尺寸大，挖深较大，承力结构复杂，而卧式离心泵则反之。
综合上述各种理由，本次设计采用卧式双吸离心泵。
五、水泵口径与动力机功率的初步拟定
根据2—4台不同水泵台数的组合，可以有下述不同的流量方案，如表2所示。
表3不同水泵方案台数组合及相应的流量（m3/s）
方案
相同容量方案
不同容量方案
2台
1.25
2.0
0.5
3台
0.833
1.0×2台
0.5
4台
0.625
0.667×3台
0.5
根据设计资料给出的每半旬供水流量，运行期间出现0.5m3/s的机会很多，可以考虑选用1台小泵参与水泵台数的组合。
由表3可选择与表2中流量值所对应的水泵口径。
考虑动力机的功率，可整理如表4、表5所示的结果。
表4高扬程水泵的标准口径和流量
标准口径（mm）
流量（m3/min）
标准口径（mm）
流量（m3/min）
标准口径（mm）
流量（m3/min）
65
0.35~0.45
250
5~8
600
36~50
80
0.45~0.70
300
8~12
700
50~70
100
0.7~1.20
350
12~18
800
70~90
125
1.2~1.8
400
18~23
900
60~115
150
1.8~3.0
450
23~28
1000
115~150
200
3.0~5.0
500
28~36
1200
150~200
表5不同方案的水泵台数、口径及动力机功率
方案
相同容量
不同容量
大
小
2台
800mm×960kW
1000mm×1510kW
500mm×410kW
3台
600mm×650kW
700mm×770kW
500mm×410kW
4台
600mm×490kW
600mm×520kW
500mm×410kW
表6离心泵的效率与口径之间的关系
口径（mm）
效率（%）
口径（mm）
效率（%）
200
65
600
83
250
68
700
83.5
300
71
800
84
350
74
900
84.5
400
76
1000
85
450
78
1200
86
500
79
六、各种水泵台数方案的比较
本次设计依据最大供水流量进行，因此满负荷运行的情况不多，可以考虑不设备用机组。
6.1总体布置空间对比
（1）同型号、等流量方案
图5同型号等流量方案布置图
（2）同型号、不等流量方案
图6同型号不等流量布置方案
由上述布置图可以看出，同型号、等流量的两台水泵占地最小，布置简单，也将节约一定的土建费用。
同时，同型号水泵运行管理方便，在充分利用出水池调蓄能力的情况下能够避免频繁开机、停机的不足。
当水泵台数增加时，水泵运行灵活，可靠性增强，但也增加了管理的不便。
6.2口径对应效率的对比
表7不同口径对应的效率比较
方案
相同容量
不同容量
台数
2
3
4
2
3
4
口径
800
600
600
1000
500
700
500
600
500
效率
84
83
83
85
79
83.5
79
83
79
从表格中可以看出，口径越大，效率越好，但也会相应增加运行管理费用。
此外，通过土建费用概算对比、机电设备费用对比、运行费用对比、经济比较等一系列对比，可以发现选用同型号的水泵相对较好。
综上所述，本次设计选用同型号2台水泵，其主要理由为：
（1）它是最经济的方案；
（2）有利于运行管理；（3）对平面布置没有特别的限制；（4）如果出水池有足够的容量，水泵的频繁启动不会成为特殊的问题。
七、查水泵样本，确定水泵与动力机的型号
根据单台水泵流量、水泵扬程查水泵样本，确定泵型号为800S76B，叶轮直径为834mm。
其流量和扬程范围分别为3000m3/h～5000m3/h和51m～60m，最高效率点的流量和扬程分别为4680m3/h和55m，与本泵站单泵流量4500m3/h和扬程56m相近。
与800S76B型号水泵相匹配的电动机型号为Y1000-8/1180，此型号电动机功率为1000kW，电压为6000V。
表8所选泵的参数
泵型号
流量Q
扬程H（m）
转速n（r/min）
功率P（kw）
效率
（%）
汽蚀余量（m）
叶轮
直径（mm）
泵重量（kg）
m3/h
L/s
轴功率
电机功率
800S76B
3000
833.3
60
730
628.6
1000
78
6
834
7808
4680
1300
55
842.7
85
5500
1527.8
51
920.3
83
表9泵和电动机参数
泵型号
泵尺寸
800S76B
A0
A1
B0
B1
B2
B3
H
H1
H2
2330
1270
2350
1150
1300
1000
1985
1200
570
800S76B
H3
L1
L2
K
n-Фd5
-
-
-
-
745
1200
1000
70
4-Ф48
-
-
-
-
电动机
型号
功率（kw）
电压（v）
尺寸
A
B
h
h1
N-Фd4
-
-
Y1000-8/1180
1000
6000
1400
1800
910
1690
4-Ф48
-
-
其他
C
L
L3
E
-
-
-
-
-
8
4820
1278
-
-
-
-
-
-
图7泵与电动机参考图
图8水泵与电机图
八、水泵安装方式的进一步研究
8.1吸上式与压入式的比较如表6所示。
表10水泵安装方式的比较
No
比较项目
吸上式
压入式
安装方式
2
启动·操作性能
因为水泵安装高程超过进水池高水位（HWL），作为水泵启动的条件，轴封用水及灌注引水操作是必不可少的
因为水泵设在低于进水池最低水位（LWL）的地下泵房，启动时不必进行灌注引水操作，启动操作简便
3
控制性能
因为水泵的驱动电机是水上电动机，能够很容易地与各种控制方式相适应
同左
4
辅助设备
需要设真空泵、水封装置
有必要设站内排水泵
5
运行控制和自动化
因为辅助设备种类多，运行控制较复杂
因为采用灌注引水操作，从连锁反应的角度出发，不倾向采用自动化，常常有必要设启动用灌注引水的装置
因为辅助设备种类少，运行控制简单，容易实现自动化
6
水锤防护
飞轮等能比较简单地与其相适应
同左
7
运行范围和吸入性能
由于吸上式安装的原因，从防止汽蚀看，运行范围受限制
由于压入式安装的原因，可取比较宽的运行范围
8
转速
12p，485r/min（吸上高度4.35m）
8p，730r/min（吸上高度-1.7m）
9
重量
由于是吸上式，水泵转速低，故体型稍大、比较重
水泵约15t，电动机约12t
由于是压入式，因为转速高，体型变小、变轻。
水泵约11t，电动机约8.5t
10
吊车容量
取决于电动机的重量
13t电动式
10t手动式
11
管理保养
因为是单层泵房，各种设备设在同一平面，检修容易
因为是地下泵房，检修比吸上式稍微复杂性
12
建筑设备
因为泵房在地面以上，照明容量较小
因为泵房在地面以下，照明容量稍微增大
13
换气设备
与压入式相比，用较小换气设备即可
由于是地下泵房，有必要选用考虑防潮功能的换气设备
14
实际应用情况
应用数量多
多用于较小型的泵站
多用于扬程低的场合
应用数量多
多用于大、中型及高扬程水泵的场合
8.2压入式吸水方式的采用
（1）土建、机械、安装费用省；
（2）启动时不用抽真空灌引水；（3）水泵、电动机重量减轻，行车容量减小，在土建结构上有利；（4）水泵运行范围可以取得比较宽，用水管理方便灵活。
九、泵房布置
9.1泵房的结构类型
对于卧式双吸离心泵，一般选用分基型泵房或干室型泵房，这里选用干室型泵房，理由如下：
分基型泵房一般用于单泵流量不大（Q<0.3m3/s）的中、小型卧式水泵机组；
分基型泵房所有设备布置在同一层，占地面积较大，且机组基础与泵房基础分离，不利于地基上受力；
干室型泵房分上下两层布置，机组基础与泵房基础连成一个整体，避免单位面积地基上所承受的重量超过其承载能力，可以降低对地基要求；
④干室型泵房对防潮、通风、照明、防渗排水等有一定要求。
9.2泵房内部布置及主要尺寸
泵房通常由主机组、配电间（包括主控室）、修配间和交通道四部分组成。
泵房内部布置应符合：
满足机电设备布置、安装、运行和检修的要求；
满足泵房结构布置的要求；
满足泵房内通风、采暖和采光的要求，且防潮、防火等；
满足泵房内对外交通运输的要求；
注意适当美观。
9.2.1室内设备布置
（1）主机组布置
这里选用2台800S76B水泵，可以采用一列式布置、对称式布置、平行式布置三种，从简单实用、减小进水池尺寸、且缩短泵房的长度，采用对称型布置比较好。
图9机组对称布置的泵房平面图
（2）配电设备布置
由于机组台数比较少，采用一端式布置。
这种布置方式的优点是泵房跨度小，进出水侧都可以开窗，有利于通风及采光。
本泵站主电动机单机容量在630kw及以上，且机组台数为2台的泵站，要建副产房，副厂房一般包括高压开关室、低压开关室、中控室、配电室、维修室等。
（3）检修间布置
检修间宜设置在主泵房内对外交通运输方便的一端或进水侧，其尺寸主要根据主机组的安装、检修要求确定，其面积大小应能满足一台机组安装或解体大修的要求，应能同时安放电动机转子连轴、上机架、水泵叶轮或主轴等大部件。
（4）交通道布置
泵房内主要交通道一般沿泵房长度方向布置，以便巡视及检修，其宽度不小于1.5m，其高程应高于主机坪地板一定高度，以利于跨越室内管路和闸阀的操作。
（5）三供一排系统
a.供水系统
供水对象包括技术供水、消费供水、生活供水。
技术供水占全部供水量的85%，主要是给主机组和某些辅助设备的冷却润滑水，如大型电动机的空气冷却器用水、轴承油冷却器的冷却用水等。
b.供气系统
气系统主要包括高、低压缩空气系统和真空系统两部分。
高压系统主要用来为油压装置的压力油罐补气，以保证叶片调节机构所需要的压力。
高压系统宜设2台高压空气压缩机。
低压系统主要用于：
机组停机时，进行机组制动；采用虹吸式出水流道的泵房，用以破坏真空。
当卧式泵叶轮的淹没深度低于叶轮直径的3/4，或虹吸式出水流道需预抽真空才能顺利启动，应设真空系统。
低压系统应设贮气罐。
真空系统易设2台，互为备用。
c.供油系统。
油系统主要包括润滑油和绝缘油两类。
润滑油用于供主机组轴承润滑和叶片调节机构操作的透平油，供液压启闭机和液压减载装置用的液压油，供空气压缩机润滑的空气压缩机油等。
绝缘油主要是供油开关和变压器的变压用油。
d.排水系统。
泵站在运行检修过程中，需要排除泵房内的渗漏水，回水和积水，需借助排水系统排水。
可在地下室设置集水干、支沟，支沟沿机组基础布置，汇于干沟中，然后穿出墙壁自流到前池中，没有自排条件时，在泵房内一端设一集水池，再设立不少于两台排水泵进行抽排。
（6）通风、采暖、供电设备
主泵房和辅机房宜采用自然通风；主电动机宜采用管道通风、半管道通风或空气密闭循环通风。
（7）起重设备
当起重量较大时，可用两个单轨吊车同时起吊同一部件。
一般，不设桥式行车，价格较贵。
这里选用两个单轨吊车同时起吊同一部件。
（8）吊物孔、楼梯
为了方便检修地下室的机组、管道及附件，需要在出水管侧建一条悬空检修走道，紧贴着泵房墙壁。
由于泵房分上下两层，故需要在靠近检修间的一侧修建一座楼梯前往检修间，此外需要在交通道靠近配电间的一侧修一座通往机组地面的楼梯。
吊物孔为于机组的正上方，尺寸应按吊运的最大部件或设备外形尺寸各边加0.2m的安全距离确定，水泵叶轮2.35m×2.33m，电动机转子长度2.49m，即2.6m×2.7m。
9.2.2泵房尺寸的确定
（1）泵房跨度
根据水泵进出水侧阀门和管路配件的尺寸，穿墙套管的安装间隙，走道和配电盘的位置来确定。
对于进水侧，主要考虑检修闸阀长度，加上检修闸阀处调整流态的水平段和穿墙套管的安装间隙，水泵前管路长度为2.7m。
通过查表可知卧式离心泵法兰盘端面间距为2.35m。
对于出水侧，主要考虑两阶段关闭蝶阀和逆止阀的长度，加上闸阀处调整流态的水平段和穿墙套管的安装间隙，出水短管长度为5.25m。
泵房跨度L=A+B1+B2
式中
—离心泵法兰盘端要求面间的尺寸；B1
—吸水管侧的尺寸；B2
—出水管侧的尺寸。
即：
泵房的跨度L=2.7+2.35+5.25=10.3m
（2）泵房长度
泵房长度主要根据主机组台数、布置形式、机组间距、边机组段长度和安装检修间的布置等因素，并应满足机组吊运和泵房内部交通的要求。
机组基础长加上机组间距为机组中心距，该值应等于每台水泵要求的进水池宽度与池中隔墩厚度之和，两者不一致可通过调整，取两者中较大值。
此外，机组中心距还是泵房的柱距，一般取整数。
假定机组中心距为5000mm，减去机组基础长2330mm，机组间距为2670mm可以满足机组间距要求；一般，进水池的宽度B=3Din=3×1100=3300m，（Din为喇叭口直径，卧式泵为进水管直径），也满足要求。
这里，检修间和配电间分别布置在主机组两端，配电间和检修间的柱距可以与机组间的柱距相同，便于施工与布置。
因此，机组的总长度为5000×5=25000mm。
图10泵房布置
（3）泵房高度
1）水泵的安装高程
a.用[Δh]表达的水泵安装高程计算
安装最大允许高度[Hg]=
式中：
的实际压头，这里
高程接近基准海拔，取标准大气压头10.33；
被抽水实际温度下的汽化压头，20°C清水的汽化压头0.24m；
此水泵允许汽蚀余量为6m;
吸水管路水力损失；前面计算S吸水=0.089+0.041=0.13，S吸水Q2=0.2;
安装最大允许高度[Hg]=10.33-0.24-6-0.2=3.89m。
这里采用的是压入式卧式水泵，安装高程应在吸水面下方，说明不会发生汽蚀。
b.用淹没深度hsub来确定
对于卧式压入水泵，喇
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