给水泵站课程设计指导书.docx

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给水泵站课程设计指导书

给水排水工程专业

课程设计指导书

（水泵与泵站）

市政与环境工程系

2012.12.17

给水泵站课程设计指导书

一、要求

1、在设计过程中要综合考虑、应用所学有关知识，掌握泵站设计的步骤、方法。

2、重点培养学生独立思考独立工作的能力及熟悉手册、样本、规范的使用。

二、设计内容

选择水泵、配置动力设备，布置机组、设计吸水及压水管路和计算确定水泵的安装高度。

另外要进行泵站平面和高程设计及泵站内主要附属设备的选择。

三、设计原则

1、在满足最大工况要求的水量和水压条件下，应尽可能减少能量的浪费。

2、力求泵型统一，使型号整齐，互为备用。

当用水量与∑h值变化大时，应考虑大小泵搭配，但型号不宜过多，电机电压尽量一致。

3、事故时泵站不允许断水，但可以适当降低供水量，其保证率与管网相同。

4、保证吸水条件，减少泵站埋深以节省基建投资。

四、设计步骤

1、泵站设计流量及扬程的确定

（1）设计工况点的确定

Qmax采用城市最高日最高时用水量，（L／s）

HP=（Z0—Zp十Hsev十h管网十h输水十h站内）×1.05（m）

式中：

HP—泵站按Qmax供水时的扬程；

Z0—管网最不利点的地形标高；

Zp—泵站吸水池最低水面标高；

Hsev—管网最不利点的自由水头；

h管网—最高日最高时供水量时管网水头损失：

h输水—最高日最高时供水量时输水管水头损失：

有时输水管很短，这部分损失常包括在h管网内；

h站内—泵站内吸、压水管管路系统水头损失，估算为2—2.5m；

1.05—安全系数。

（2）校核工况点的确定

Q’=Qmax+Q消（L/s）

HP’=（Z0—Zp十10十h’管网十h’输水十h’站内）×1.05（m）

式中：

Q消—城市消防用水量；

Q’—消防时泵站总供水量；

h’管网—消防时管网的水头损失；

h’输水—消防时输水管水头损失；

10—消防时的自由水头；

HP’—消防时泵站的扬程。

2．水泵的选择

水泵的选择包括确定水泵的型号和台数。

必须注意所选定的泵站中工作泵的最大供水量和扬程应满足Qmax和Hp，同时要使水泵的效率较高。

建议工作泵的台数采用3~6台，备用泵一般采用一台，其型号与泵站内最大的工作泵相同。

若现有水泵型号不合适时，可以采用调节水泵性能的方法，如切削叶轮等。

作为参考，可以按下面的方法进行选泵。

（1）画设计参考线

在水泵综合性能图上（如教材第152页图4-12）通过以下两点连直线，得选泵时参考管路特性曲线——设计参考线。

Q=30，H=（Z0—Zp十Hsev十2）×1.05

Q=Qmax，H=（Z0—Zp十Hsev十h管网十h输水十h站内）×1.05

在水泵综合性能图上与设计参考线相交的且并联后能满足设计工况点的泵型，都可作为方案考虑，至少选出两套可行的备选方案，进行方案比较。

（2）选泵方案比较

参考教材第123页表4-l的方法，用表列出各方案每台泵或泵的组合在哪种用水量变化范围内使用，能量浪费情况及效率。

必须强调，在选泵时，一定要根据用水量变化曲线，注意出现用水机率高的范围。

使选定方案在该用水范围内有较高的运行效率，同时要考虑远近期结合，水泵的吸水性能以及泵型台数的多少等因素，最后确定出最佳方案。

选泵后，还必须按照发生火灾时的供水情况，校核泵站是否能满足消防要求。

校核时，应把泵站中备用泵与最大供水时所用的工作泵并联起来，画出并联曲线，如消防时所需工况点（Q’，HP’）位于该并联曲线之下则校核合格，说明泵站的备用泵开动后总流量和扬程都超过消防时所需流量和扬程的要求；如开动备用泵后仍满足不了消防时的总流量要求，可再设一台备用泵以增加流量。

如开动备用泵后，由于消防时管网中水头损失太大而不能满足消防时的扬程的，那么泵站中的工作泵在消防时都将不能使用，这时应另选一组为消防时的工作水泵，其流量为消防总流量Q’，扬程为HP’。

这样将使泵站设备投资大大增加，因而是不合理的，出现这种情况时，应调整管网设计中个别管段管径，使消防扬程下降，用备用泵就能满足消防要求是比较合理的。

对泵站校核消防的目的是检查泵站是否具有供给消防时总流量及消防扬程的能力，由于火灾是一种偶然的非常事件，在消防时并不要求泵站具有较高的运行效率，只要求泵站能满足消防工况要求，以保障人民生命财产，而不必要考虑其效率的高低。

管网事故时泵站供水能力也按上述原则进行校核。

（本次课程设计可不做事故校核）。

这部分说明书中应说明最大用水量、扬程、用水量与扬程的变化情况，消防校核情况、选用水泵的型号、台数以及备用泵情况。

如果选择的水泵是经过切削叶轮的应在说明书中予以说明。

3．动力设备的配置

动力设备采用电动机，当水泵选定后，可以根据水泵样本载明的电动机来选择，水泵样本可参见“给水排水设计手册”（以下简称手册）第11册。

如果选择的水泵是要求改变转速或切削叶轮的，则功率和转数应该根据比例率或切削率计算，并据此确定电机的参数。

选择电机时一般考虑四个因素：

水泵的轴功率N轴，水泵的转数n，周围的环境和电源电压。

注意，在水泵样本中常配有合适的电机，一般可据此选择。

当需要自行配置电动机时，可根据确定的电机参数，在手册第3册第318页表5-10中或手册第11册中进行选择。

这部分说明书中应说明所选水泵配备的电动机的功率、转数、电压及型号，可列成下表说明。

水泵型号

轴功率

转数

电动机型号

功率

转数

电压

4．泵站机组的布置

在确定水泵型号和台数及配套的电动机之后，机组（水泵与电机）尺寸大小，可从手册第11册水泵样本上查到。

基础的平面尺寸和深度依据机组底盘尺寸或水泵、电机的地脚螺栓的位置按教材第165页的有关规定进行计算。

机组的布置在水泵台数不多时（不超过6台），最好采用单行排列。

在选用B型泵的情况下，两种单行排列图式（轴线平行或成一直线）均可考虑、选用S、Sh、SA型泵时应采用轴线成一列布置。

机组布置应使泵站工作可靠、管理方便、管道布置简单，泵站建筑面积及跨度最小，并考虑有发展的可能。

机组布置应满足下列要求：

（市外给水设计规范GB50013-2006）

卧式水泵和小叶轮立式水泵机组的布置应遵守下列规定：

A．单排布置时，相邻两个机组及机组与墙壁间净距

电机容量≤55千瓦时，≥1.0米；

电机容量>55千瓦时，≥1.2米。

B．还应保证泵轴和电机转子在检修时能拆卸。

C．泵房主要通道不小于l.2米。

D．当考虑就地检修时，至少在每个机组一侧设置大于水泵机组宽度0.5米的通道。

这部分说明书应该用草图画出布置图式（可以和下边管道布置合为一张），注上尺寸，草图可参考教材或手册第3册第366~369页进行布置，并配以简单的文字说明，叙述选用该布置的优点和存在的问题。

5．吸水管和压水管的设计

在决定了机组布置形式之后，可以进行管道设计，其主要内容如下：

（1）布置图式

一般吸水管从专设的吸水池或直接从清水池吸水（必须注意应该从能分成完全隔开的两个独立的吸水池或清水池中吸水），一般每台泵有一条独立的吸水管，吸水管上一般不设闸阀。

但当吸水池中水位有可能比水泵安装位置高时才设闸阀。

吸水管进口应设喇叭口，喇叭口直径为管道直径的1.3～1.5倍的进水管直径。

压水管应该彼此连通，经连通管后的总压水管的根数等于管网输水管数，一般至少为两根（中、小型泵站多为两根，大型泵站两根以上）。

为了减小泵站面积，连通管及不常开关的闸阀可设在泵站外，在每台水泵的压水管上应该有逆止阀和闸阀，此外，在连通管上应设闸阀，闸阀的数量应根据事故时必须保证的供水安全程度决定，在任一管道、机组、闸阀或逆止阀发生事故时泵站不允许断水，但供水量可有适当降低，应与管网的供水量保证率相一致。

在决定了管道布置图式后，可以进行管径的计算。

（2）管径计算

吸水管管径应根据泵的最大抽水量及设计流速决定。

最大抽水量是指该泵在单独工作或并联中可能出现的最大出水量，设计流速根据《室外给水设计规范》GB50013-2006可按下述数据决定：

d<250mmv采用1.0~1.2m/s；

d=250～1000mmv采用1.2~1.6m/s；

d≥1000mmv采用1.5~2.0m/s。

当水泵为自灌式时，设计流速可增至1.6~2.0m/s。

压水管管径按通过的最大流量及设计流速决定，设计流速可按下述数据决定：

d<250mmv采用l.5~2.0m/s；

d=250～1000mmv采用2.0~2.5m/s；

d≥1000mmv采用2.0~3.0m/s。

总压水管管径在泵站内按上述原则决定，在站外按输水管管径决定。

有关水泵吸、压水管路的设计与布置可参考教材第166页~174页或手册第3册第376~394页进行布置。

（3）管材及配件规格决定

站内管道可用焊接钢管、管道上的配件如弯头、三通、四通、大小头、吸水喇叭口等均可采用钢板焊制、管道上闸阀及逆止阀可用法兰接头的铸铁制品，其规格可按手册第12册查得。

口径应和管道一致。

一般吸水管和连通管上不常开的闸阀采用手动，直径大于400mm以上的闸阀可用电动，泵压水管上的闸阀因开关频繁采用电动，有关闸阀的选型参见手册第12册。

配件的规格可以根据管道口径及管道布置图式决定，如弯头口径和管道相同，大小头按前后管径决定，三通四通亦可根据前后连接管道口径决定其规格。

在草图上各种配件可用符号表示，这部分参考手册第l册中有关给排水图例。

（4）管道敷设地点

当泵站为地面式或埋深不大时，站内管道直径小于500mm时，管道一般设在管沟中，管沟的宽度视管径的大小而定（这部分可参考手册第3册第384~386页或教材第173页），沟底应有1％坡度坡向集水坑。

站内管道大于500毫米时，可设在专门的地下室中，这时闸阀应在机器间内操作，地下室高度不小于1.8米，地下室顶盖应有部分能揭开的以便把管件运入或拆出。

半地下式泵站，（埋深约为2-3米）可把管道直接设在地板上。

吸水及压水管道设计部分的说明书中应用文字说明采用的管材、设计流速和各管道的设计流量，管径的计算、管道的敷设地点、管道布置图式的安全保证率、闸门的开启方式，并应附以草图表示管道的布置（可与机组布置合为一张）。

草图应表示出平面及立面的布置情况，注上管径及尺寸，草图上管道可用单线表示，各种配件用符号表示。

这里要注意，平面尺寸这时已可决定，由于泵的安装高度末定，因而立面上有一段立管尺寸未定，需留待计算水泵安装高度后方可确定。

（5）吸水井的设计计算

一般离心泵的吸水井设在泵房前，水泵吸水管伸入井内吸水。

当多台水泵吸水管共用一井时，常将吸水井分成二格，中间隔墙上设置连通管和闸阀，或不设阀门，用虹吸管连通，以便分隔清洗使用。

A.吸水井的平面尺寸（参见课本第167～168页和手册3第380-382页）

吸水井的长度=nD+（n-1）×（1.5-2.0）×D+2×（0.75-1.0）D

其中，D为喇叭口直径，n为吸水喇叭口的个数。

吸水井的宽度=（0.75-1.0）D+4D

吸水井的有效高度=吸水井的最高水位标高-吸水井的最低水位标高+吸水喇叭口的最小淹没深度h1+吸水喇叭口距井底的距离h2。

吸水喇叭口的最小淹没深度h1与吸水井进水流速、吸水管的流速、悬空高度、吸水井边壁形状及喇叭口的布置形式有关，其中：

喇叭口垂直布置时，h1≥（1.0—1.25）D

喇叭口水平布置时，h1≥（1.8—2.0）D

如果根据上面吸水井尺寸计算出来吸水井的有效容积小于泵站内最大一台泵的5min抽水量，则吸水井的最小容积按后者取。

（6）校核选择泵和电机

根据管道和管件情况计算实际水头损失，与初选泵和电机进行校核，选定泵和电机。

6．水泵安装高度的计算

根据选定的水泵可在手册11水泵性能曲线上找出最大允许吸上真空高度HS，必须注意每合泵的Hs在抽水量不同时也不同，因而应根据该泵在可能的工作范围内的最大抽水量来查得对应的Hs。

如果水泵的安装地点的气压不是10.33米水柱或水温不是20℃时，应对HS作出修正，变为HS’（见教材第81～82页），并由下式计算该泵的安装高度Hss。

式中，hs—吸水管中水头损失；

—为安装真空表处的流速头；

对卧式泵Hss应从吸水池最低水位算至泵轴（对大泵则算至吸水口上端），hs包括从吸水喇叭口至真空表安装处的所有水头损失（沿程与局部）。

可以根据最大抽水量和真空表处的过水断面积来计算。

当管道布置已定时，配件与管径也已定，所以吸水管中局部水头损失h局部应按水力公式计算，其中局部阻力系数由设计手册查得。

这时由于立管长度未定（见下图），沿程水头损失未知，但水平管的长度L己知，可近似的令：

Hss=1

所以有：

式中：

i——吸水管水力坡度，可查表。

或：

式中：

h水平——为吸水管水平段的水头损失，

由上式计算得的Hss为最大允许安装高度，在选定水泵的安装高度时可以比Hss小，而不能大，泵站中各泵计算的Hss是不一样的，而泵站地面是一样高的，因而按最小的Hss为最不利情况，以此为标准（该台泵泵轴标高起控制作用）来确定其余各泵和管道的安装高度。

一般泵站建在地面上造价最低。

如计算的最Hss值从最低吸水水位算起比泵站所在地地平面高，那么泵站地面取大致和地平面齐，以此可决定水泵的安装高度（水泵轴线位置）。

如最小的Hss比地面低，则据Hss值决定水泵轴线标高（最低吸水水位标高+Hss）后再决定泵站地面标高。

一般水泵基础比地板高20-30厘米。

水泵安装位置决定后，管道立面布置尺寸也就决定了。

注意吸、压水管道水平段的标高是由起控制作用的那台泵的轴线标高、通过吸，压水口以及偏心异径管与泵轴高差推出的。

然后根据其余各泵吸，压水管管径，压水管交联情况可推出各泵的泵轴标高。

最后可确定各机组基础的标高。

这部分说明书对每一水泵列出吸水管线上水头损失表如下，并列出每台水泵的Hss值。

7．泵站平面，高程布置及尺寸的确定

有关泵站布置的一般要求可参考手册第3册第285—298页的有关内容。

在机组及管道布置决定之后，可以决定泵站尺寸。

二泵站一般为地面或半地下式，平面形状一般采用矩形。

房屋面积大小可根据机组及管道布置所必须的间距确定，但考虑到二泵站运转调度较频繁，所以泵站面积应略为宽裕些，站内除机组管道外尚须设置仪表台，配电盘和开关箱以及其它辅助设备、机组设备、管道之间距离应符合规范要求。

站内面积应满足小修要求，半地下式泵站可以专设一走道平台。

压水管及连通管如在平台下，则平台部分地板应能揭开，以便安装修理。

可用下图的方法初步确定泵站（机器间）的平面尺寸B和L。

图中：

a——机组基础长度：

b——机组基础间距：

c——机组基础与墙距离；

l5——机组基础宽度；

l1，l2，l3，l4，l6——分别为三通，闸阀，逆止阀以及水泵进、出口异径管的长度。

按上图计算出B和L后，还应考虑修理场地、起吊设备的跨度等因素，便可最后确定泵站机器间的平面尺寸（最后的B与L还应考虑到建筑模数的要求）。

若采用标准的预制构件屋面梁，泵房的跨度一般为6m、9m、12m、15m、18m、21m等。

泵站总平面尺寸还应包括变压器室、配电室、机器间值班室等单元。

有关矩形泵房的布置型式与尺寸可参考手册第3册。

泵站高度应满足设备起吊要求，在无起重设备时，泵房高度应不小于3米（指进口处室内地面至内屋顶梁底的距离）。

当有起重设备时，其高度通过计算确定，方法详见手手册第3册第348—351页。

具体规定：

（1）当一台水泵机组吊起时应能在已安装好的机组上方自由通过且距机组顶应不小于0.5米；

（2）起重机最高点与屋面大梁底部距离不应小于0.3m；

（3）地下式泵房尚需满足吊运时吊起物底部与地面层地坪间的净距不小于0.3m；

（4）水泵层净高不宜小于4.0m.

给水二泵站一般不设专门的休息室或生活间，可以附有一个小的储藏室以存放润滑油，小的零配件及修理工具等。

泵站的门应能便于机组设备运入或运出，大小应能通过最大的设备。

对大型泵房，还应考虑汽车能进入，使起重机械能直接从车上起吊设备。

另外可设一小门用来经常出入。

这部分说明书应以草图为主，配以简要文字，说明决定平面及高程尺寸的原因，并简单说明门窗、采暖通风等问题，草图可以和管道及机组布置合为一张，注明尺寸。

8．泵站内主要附属设备的选择

管道上的附件如闸阀、逆止阀及喇叭口均在管道设计时选定，这部分附件可列入材料设备表中，这里主要讲真空泵、流量计、起重设备以及排水设备的选择。

二泵站一般为了降低泵站造价，不能埋深过大，往往用真空泵起动，真空泵应按起动最大的一台水泵计算。

必须注意真空泵的抽气量在不同的真空度下是不同的，真空泵在抽气时，实际所抽空气的压力是变化的，为了简化起见可以取水泵安装高度作为计算真空高度（这是偏于安全的）。

真空泵的抽气量可近似按泵房中最大一台泵的泵体和吸水管路中的空气容积除以限定的抽气时间来确定。

抽气量（m3/h）

真空度

式中WP，WS—为泵壳和吸水管体积，由吸水喇叭口到逆止阀，计算不必过于精细，泵壳可按圆柱体计算。

K——漏气系数，一般取1.05~1.10；

T——起动时间，对生活用水泵取5分钟，消防泵取3分钟；

Ha——大气压的水柱高度；

——真空度，可用水银柱或以百分数表示，如HSS为4米，Ha为10.33米水柱，则：

毫米汞柱，或

然后按计算之Q及HVMAX在第11册上查得合用的真空泵。

真空泵一般应选一台工作，一台备用。

流量计可用电磁流量计或超声波流量计等，一般在每条总压水管上设一水表，选择方法可参阅教材或手册。

起重设备的选择参见教材第205页或手册第3册第345-348页和第ll册第4章。

排水设备的选择参见手册第3册360-361页，对地面式泵站可考虑地面自流排水。

这部分说明书应该用文字简要说明所选用的设备型式和数量并附以必要的计算，说明书中也应说明施工及特殊的技术措施的考虑，如泵站内排水及管道安装的方法等。

五、参考资料

[1]姜乃昌主编.水泵及水泵站（M）（第五版）.北京：

中国建筑工业出版社，2008，12.

[2]中国市政工程西南设计研究院主编.给水排水设计手册（M）（第二版第1册）.北京：

中国建筑工业出版社，2000，10.

[3]上海市政工程设计研究院主编.给水排水设计手册（M）（第二版第3册）.北京：

中国建筑工业出版社，2004，4.

[4]中国市政工程西北设计研究院主编.给水排水设计手册（M）（第二版第11册）.北京：

中国建筑工业出版社，2002，6.

[5]中国市政工程华北设计研究院主编.给水排水设计手册（M）（第二版第12册）.北京：

中国建筑工业出版社，2001，6.

[6]上海市建设和交通委员会主编.室外给水设计规范（GB50013-2006）.北京：

中国计划出版社，2006，4.

[7]中华人民共和国水利部主编.泵站设计规范（GB/T50265-97）.北京：

中国计划出版社，2006，3.