水泵站课程设计说明书与计算书.docx

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水泵站课程设计说明书与计算书

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送水泵站工艺设计

设计题目：

送水泵站工艺设计

学生姓名：

专业名称:

环境工程

班级名称：

学号：

指导教师：

完成时间：

2013-7-5

2013年6月30日

12.水泵机组基础设计

14.其他附属设备的选择及其布置

第一部分设计说明书

1.设计概述：

1.1设计资料：

1.1.1工程概况：

某送水泵站日最大设计流量Q=（98000+1100i）m3/d。

泵站分为二级工作，为某建筑物供水，该建筑物需要的自由水压Hc=（16+i）m，输水管和给水管网总水头损失∑h1=（10+i）m，吸水井最低水位到设计最不利地面高差Zc=（13.4+i）m，吸水井到泵站距离为5m，该泵站室外的地面标高为290m，该地区冰冻深度为1.7m。

泵站一级工作从5点到22点，每小时水量占全天用水量的5.21％。

泵站二级工作从22点到5点，每小时水量占全天用水量的3.01％。

消防水量Qx=146m3/h，消防时，输水管和供水管网总水头损失∑h1=（15+i）m,其中i为学号，i=1,2,……20。

2．设计目的：

通过课程设计，掌握送水泵站的基本原理和基本方法加深对课堂知识的理解，培养自身进行产品的设计，水泵改造及科学研究等方面的能力并使水泵能够经济安全的将水输送到目的地。

3．基础设计：

3.1机组选择：

3.1.1选泵参数的确定：

送水泵站日最大设计水量Q=（98000+1100×1）=99100m3/d

则泵站一级工作时的设计工作流量：

QⅠ=99100×5.21％=1434.2L/S=5163.1m3/h

泵站二级工作时的设计工作流量：

QⅡ=99100×3.01％=828.6L/S=2982.9m3/h

设计扬程：

水泵站的设计扬程与用户的位置和高度、管路布置及给水系统的工作方式等有关。

泵站一级工作时的设计扬程：

HⅠ=Zc+H0+∑h+∑h泵站内+H安全

=13.4+1+16+1+10+1+2+1.5

=45.9m

3.1.2选择水泵：

可用管路特性曲线和型谱图进行选泵，管路特性曲线和水泵特性曲线交点为工况点。

因为HST/m=13.4+1+16+1+0.5=31.9m

所以S/（h2/m5）=（∑h+∑h泵站内）/Q2=（11+2）/5163.12=4.9×10-7（h2/m5）

因此H=31.9+4.9×10-7Q2

由管路特性曲线H=31.9+4.9×10-7Q2与水泵特性曲线的交点即工况点来确定正常工作

情况下的流量和扬程与一级工作时的流量和扬程相比较，设计流量应略大于实际工作时的流量，并考虑并联或串联以提高泵的给水量及扬程，又要确保工况点在高效率区以减少浪费。

在实际选泵时还应考虑泵的安装形式及输送的液体的物理和化学性质以及满足最不利工况点。

反复比较推敲选定两个方案：

方案一:

1台20sh-9,1台24sh-9A.

方案二：

4台14sh-9A并联.

选泵时，首先确定水泵类型如S型、SH型、IS型、JQ型等，再从确定的类型水泵中选定水泵型号如S250-470（I）型水泵。

  对上述两个方案进行比较，主要在台数、效率及扬程浪费几个方面进行比较。

 以下是选定的水泵工况点的确定。

方案一：

水泵特性曲线管路特性曲线和水泵工况点（1台20sh-9,1台24sh-9A）。

方案二：

水泵特性曲线管路特性曲线和水泵工况点（4台14sh-9A）。

比较结果见表：

从表中可以看出，在扬程利用和水泵效率方面，方案二均好于方案一，只是水泵台数比方案一多两台，增加了基础建筑投资，但是，设计计算证明由于方案二能耗小于方案一，运行费用的节省在几年内可以抵消增加的基建投资。

所以，选定工作泵为4台14sh-9A型号水泵，

一台14sh-9A型水泵备用。

一台14sh-9A型水泵备用。

其性能参数如下：

Q=900~1332m3/h;H=70~56m;n=1470r/min;

电机功率N=300KW;HSV=3.5m;η=78%~84%;

泵重W=1200Kg.

3.1.3电动机的选择：

水泵电机按结构分为卧式电机和立式电机。

因水泵的工作特性为启动力矩相对较小，启动频次相对较少，连续时间较长等特征，因此水泵电机为鼠笼转子的异步电动机或同步电动

机。

水泵电动机的选择：

①根据轴功率：

电机功率大于轴功率一个等级；②根据实际工况要求。

方案编号

水量变化范围/（m3/h）

运行水泵型号及台数

水泵扬程/m

管路所需扬程/m

扬程浪费/m

水泵效率/％

方案一

5618~4100

1台20sh-9

1台24sh-9A

65.0~50.0

38.0~50.0

27.0~0

78%~76%

90%

方案二

5400~4250

4台14sh-9A

56.0~45.0

40.0~45.0

16.0~0

84%~78%

4250~3350

3台14sh-9A

55.0~40.0

39.0~40.0

16.0~0

78%~84%

3350~2000

2台14sh-9A

56.0~39.0

34.0~39.0

22.0~0

84%~78%

根据水泵样本提供的配套可选电机.选定JS136-4型电机。

额定功率P=20KW,n=1475r/min,W=1880公斤。

4.机组基本尺寸的确定：

14sh-9A型水泵不带底座，所以选定其基础为混凝土块式基础，其基本计算如下：

基础长度：

L/mm=地脚螺钉间距+（400~500）

=1083+450=1533mm

基础宽度：

B/mm=地脚螺钉间距+（400~500）

=850+450=1300mm

基础高度：

H/m={（2.5~4.0）×（W水泵+W电机）}/（L×B×r）

={3.0×（1200+1880）}/（1.533×1.3×2400）

=1.9m

设计取2.0m

那么，混凝土块式基础的尺寸（m）为L×B×r=1.533×1.3×2.0

5.吸水管和压水管径的确定：

1台14sh-9A型水泵的最大工作流量为1332m3/h（370L/s），为水泵吸水管和压水管所通过的最大流量，初步选定吸水管DN=500mm，压水管管径DN=400mm：

吸水管：

DN=500mm时，流速v=1.48m/s

压水管：

DN=400mm时，流速v=2.31m/s

6.吸水井设计计算：

吸水井尺寸应满足安装水泵吸水管进口喇叭口的要求

吸水井最低水位/m=泵站所在位置地面标高-清水池有效水深-清水池至吸水井管路水头损失=290-3.0-2.0=285m

吸水井最高水位/m=清水池最高水位=泵站所在位置地面标高=290m

水泵吸水管进口喇叭口大头直径DN/mm≧（1.3~1.5）d=1.4×500=700mm.

水泵吸水管进口喇叭口长度L/mm≧（3.0~7.0）×（700~500）=1000mm

喇叭口距吸水井井壁距离/mm≧（0.75~1.0）D=1.0×700=700mm

喇叭口之间的距离/mm≧（1.5~2.0）D=2.0×700=1400mm

喇叭口距吸水井井底距离/mm≧（0.75~1.0）D=1.0×700=700mm

喇叭口淹没水深h/m≧（0.5~1.0）=1.2

所以，吸水井长度=1000×4+1400×3+700×2=9600mm

吸水井宽度=700+700×2=2100mm

吸水井高度=700+1200+3000+1700+300=6900mm

7.各工艺标高的设计计算：

泵轴安装高度：

HSS=HS-V2/2g-∑hS

HSS——泵轴安装高度（m）

HS——水泵吸上高度（m）

g——重力加速度（m/s2）

∑hS——水泵吸水管路水头损失（m）

则HSS=3.5-1.482/2×9.81-1.00=2.39m

泵轴标高/m=吸水井最低水位+HSS=285+2.39=287.39m

基础顶面标高/m=泵轴标高-泵轴至基础顶面高度H1=287.39-0.56=286.83m

泵房地面标高/m=基础顶面标高-0.20=286.83-0.20=286.63m

8.复核水泵机组：

根据已经确定的机组布置和管路情况重新计算泵房内的管路水头损失，复核所需扬程，然后校核水泵机组。

泵房内管路水头损失：

∑h泵站内/m=∑hS+∑hd=1.00+1.00=2.00m

所以，水泵扬程：

HⅠ/m=ZC+Zd+HC+∑h+∑h泵站内=14.4+4.00+17+11+2.00=48.4m

与估计扬程基本相同，选定的水泵合适。

9.消防校核：

消防时，二级泵站的供水量：

Q火/（m3/h）=Qd+Qx=5163.1+146=5309.1（m3/h）

消防时，二级泵站扬程：

H火/m=ZC+H0火+∑h+∑h泵站内=14.4+10+11+2=37.4m

H0火-----自由水压，H0火=10.0（低压消防制）

根据Q火和H火，在图2上绘制泵站在消防时需要的水泵工况点X，X点在4台水泵并联特性曲线的下方。

所以，2台水泵并联工作就能听满足消防时的水量和水压的要求。

10.泵房形式的选择及机械间布置：

根据清水池最低水位标高和水泵HS（3.5m）的条件确定泵房为矩形半地下式.

10.1阀门：

每台水泵都单独设有吸水管，并设有手动常开检修阀门，型号为D941X—10，DN=500mm，L=350mm,W=500kg，压水管设有液压缓闭止回蝶阀，型号为HD741X—10液压止回阀，DN=400mm,L=900mm,W=533kg;

电动控制阀门，型号为D371X—10，DN=400mm,L=203mm,W=345kg.

设有联络管（DN=500mm）联络后，联络管上设有手动常开检修阀门，型号D341X—10，DN=500mm，L=203mm,W=410kg

11.机组和管道的布置：

11.1阐述对吸水管的设计要求：

不允许有泄漏，尤其是离心泵不允许漏气，否则会使水泵的工作发生严重故障，所以水泵吸水管一般采用金属管材，多为钢管，钢管强度高，密封性好，便于检修补漏。

不积气，应避免形成气囊，吸水管的真空值达到一定值时，水中溶解的气体就会因为压力减小而溢出，积存在管路的局部最高点处，形成气囊，影响吸水管的过水能力严重时会使真空破坏，吸水管停止吸水。

 为避免形成气囊，在设计吸水管路时应注意:

吸水管应有没水水流方向连续向上的坡度，一般i≥0.005；吸水管径大于进口直径需用渐缩管连接时，要用偏心渐缩管，渐缩管上部管壁与吸水管坡度相同；吸水管进口淹没深度要足够，以避免吸气。

尽可能减少吸水管长度，少用管件，以减少吸水管水头损失，减少深埋

每台水泵应有自己独立的吸水管。

吸水井水位高于泵轴时，应设手动常开检修闸阀。

吸水管设计流速一般采用数据如下：

      DN<250mm时，V=1.0~1.2m/s

DN250mm时，V=1.2~1.6 m/s

吸水管进口用底阀时，应设喇叭口，以使吸水管进口水流流动平稳减少损失。

当水中有大量杂质时，可在喇叭口前段加装滤网，以减少杂质的进入

水泵灌水启动时，应设有底阀。

底阀过去一般采用水下式，装于吸水管的末端。

底阀的样式很多，它的作用是水只能吸入水，而不能从吸水喇叭口流出，底阀上有滤网，以防止杂物进入水泵堵塞或损坏叶轮。

11.2压水管的设计要求：

水泵压水管路要承受高压，所以要求坚固不漏水，有承受高压的能力。

为安装方便和减小管路上的温度应力或水锤应力，在必要的地方设柔性接口或伸缩接头。

为承受管路中内应力所产生的内部推力，要在转弯，三通等受内部推力处设支墩或拉杆。

闸阀直径D400mm时，应使用电动或水力闸阀，因为在高水位下阀门启动较为困难。

压水管的设计流速一般应:

DN＜250mm时,v=1.5~2.0m/s

DN≥250mm时，v=2.0~2.5m/s

不允许水倒流时，要设置止回阀，在下列情况要设置止回阀：

水泵站，输水管长；井群给水系统；多水源，多泵站给水系统；管网可能产生负压的情况；遥控泵站无法关阀；管道的敷设原则；管路敷设时要求；管道不能直接埋于土中，要敷设；地沟内、地板上或地下室中；泵房出户管应敷设在冰冻线以下；泵房内管路不宜架空，必要时，要不妨碍通行及机组吊装和检修，不能架设在电气设备上方。

管路布置主要是解决水泵联合和代换工作的问题；阀门和管路的数目问题；局部有损坏和维修时对其他水泵工作的影响问题等。

11.3管路布置的原则要求：

输水干管一般为两条，要设检修闸阀

吸水管应避免设联络管

保证任一处干管、闸阀、联络管损坏时，水泵站能将水送往用户

保证任一台水泵、闸阀检修时，不影响其他水泵工作

任一台水泵都能输水到任一条输水干管

保证上述要求下，管配件、接头以及阀门数目最少

11.4总的布置的原则：

水泵机组的排列是泵房内布置的主要内容，它决定泵房建筑面积的大小。

机组之间的距离应便于操作和维护管理，并应保证运行安全。

总的要求是管道总长度最短，接头配件最少、水力条件好、阻力损失小等。

机组排列常采用以下几种形式:

11.4.1纵向排列：

纵向排列即为各机组轴线平行单排并列。

适用于Is型单级单吸悬臂式离心泵等，因该泵是顶端进水，采用纵向排列能使吸水管保持顺直状态，这种纵向排列其优点是水力条件较好、机组紧凑、泵房长度小。

这个用在供水设备上的缺点是增加泵房跨度，起重设备不便布置等。

纵向排列时，机组之间各部位尺寸应符合下列要求:

　　泵房大门口要求畅通，能容纳最大的水泵或电机，并有操作空间。

其场地宽度一般用管道外壁和墙壁的净距A表示。

其A值等于最大设备的宽度加1m，但不得小于2m。

管道之间的净距B值应大于0.7m，以方便工作人员通行。

管道外壁与配电设备应保持一定的安全操作距离C，当为低压配电设备时，C值不小于1.5m，高压配电设备C值不小于2m。

水泵外型凸出部分与墙壁的净距D。

应满足管道配件安装的要求以及便于就地检修，D值不宜小于1 m。

如果水泵外形不凸出基础，D值则表示基础与墙壁的距离。

电机外型凸出部分与墙壁的净距E，应保证电机转子检修时能拆卸，并适当留有余地。

E值一般为电机轴长加0. 5 m，但不宜小于3 m。

如电机外形不凸出基础，则E值表示基础与墙壁的距离。

管道外壁与相邻机组的凸出部分的净距F应不小于0.7 m。

如电机容量大于55 kW时，F应不小于1 m。

11.4.2横向排列：

水泵凸出部分到墙壁的净距A1，与纵向排列的第一条要求相同.如水泵外形不凸出基础，则A1，表示基础与墙壁的净距。

出水侧水泵基础与墙壁的净距B1，按管道配件安装的需要确定。

但考虑到水泵出水侧为操作管理的主通道，故B1不宜小于3m。

进水侧水泵基础与墙壁的净距离D1,也按管道配件的安装需要确定，但不小于1 m。

电机凸出部分与配件设备的净距，应保证电机转子检修时能拆卸，并保持一定的安全距离，其距离要求为：

C1=电机轴长+0.5 m。

但是低压配电设备应为C1≥3I.5 m， 

水泵基础之间的净距离E1值与C1要求相同，即E1 = C1。

若电机和水泵凸出基础，E1值则表示为凸出部分的净距。

为了减少泵房的跨度，条件许可时，可将吸水管道上的阀门设置在泵房外面。

11.4.3横向双行排列：

横向双行排列即为各机组轴线同行同轴线、行与行错位排列成两行。

这种排列更为紧凑，

节省建筑面积，泵房跨度大，起重设备可采用桥式行车。

但这种布置形式，两1行水泵的轴向从电机方向看去是彼此相反的，因此在水泵定货时必须向供应商特别说明，以便水泵厂家配置不同转向的轴套止锁装置。

12.水泵机组基础设计：

12.1基础的作用及要求：

水泵基础的作用是支撑并固定机组，以便于机组运行平稳，不产生振动。

因而要求基础坚实牢固，不发生下沉和不均匀称将现象，卧式泵多采用混凝土块是基础，立式泵多采用圆柱式混凝土基础或与泵房基础，楼板合建。

12.2卧式泵的块式基础的尺寸：

12.2.1带底座的小型水泵：

基础长度L/m=水泵底座基础长度L1+（0,15~0.20）；

基础宽度B/m=水泵底座螺孔间距B1+（0.15~0.20）；

基础高度H/m=水泵地脚螺栓长度l+（0.15~0.20）;

12.2.2不带底阀的大、中型水泵：

基础长度L/m=水泵机组底脚螺孔长度方向间距L1+（0,40~0.50）；

基础宽度B/m=水泵底脚螺孔宽度方向间距B1+（0.40~0.50）；

基础高度H/m=水泵地脚螺栓长度l+（0.15~0.20）；

13.高度校核：

为保证水泵稳定工作，基础必须有相当的重量，一般基础重量应大于2.5~4.0倍水泵机组总质量，在已知基础平面尺寸的条件下，根据基础的总质量可以算出其高度。

基础最小高度不小于500~700mm，以保证基础的稳定性，基础一般用混凝土浇筑,混凝土基础应高出室内地坪约10~20cm;

  基础在室内地坪以下的深度还取决于临近的管沟深度，不得小于管沟的深度。

由于水能促进震动的传播，所以应尽量使基础的底放在地下水位以上，否则应将泵房地板做成整体的连续钢筋混凝土板，而将机组安装在地板上凸出的基础座上。

14.其他附属设备的选择及其布置：

14.1引水设备：

启动引水设备选用水环式真空泵，真空泵的最大排气量为：

又Wp=S吸水管×（B+1000）/1000=（π/4）×0.52×（1300+1000）/1000=0.45m3

查表得：

WS=0.196（m3/m）

则QV/（m3/s）=1.0×{（0.45+0.196）×10.33}/{300×（10.33-3.5）}=0.03

真空泵的最大真空度：

HVMAX/Pa=HSS×1.01×105/10.33=3.5×1.01×105/10.33=34220.7Pa

选取S213一8型水环式真空泵2台。

一用一备，布置在泵房靠墙边处。

14.2计量设备：

在压水管上设超声波流量计，选取SP-1型超声波流量计2台。

安装在泵房外输水干管上。

距离泵房7m.

  在压水管上设压力表，型号为Y-602测量范围为0.0~1.0MPa。

在吸水管上设真空表，型号为Z-602范围为-1.01105~0Pa.

14.3起重设备：

选取单梁悬挂式起重机SDQ起重量2t跨度5.5~8.0m。

起升高度3.0~10.0m

14.4排水设备：

设污水泵2台，一用一备，设集水坑1个，容积（m3）取为2.01.01.5=3.0

选取50WQ10-10-0.75型潜水排污泵，取参数为：

Q=10L/S;H=10m;n=1440r/min;N=4.0kw

15.泵站平面布置：

根据泵站的布置原则，考虑到维护检修方便，巡视交通顺畅，将泵站总图布置的尽可能经济合理美观适用。

根据起重机的要求计算确定泵房净高度12m，泵站长度为41m，泵站高度为12m.。

第二部分计算书

1.选泵参数的确定：

送水泵站日最大设计水量Q=（98000+1100×1）=99100m3/d

则泵站一级工作时的设计工作流量：

QⅠ=99100×5.21％=1434.2L/S=5163.1m3/h

泵站二级工作时的设计工作流量：

QⅡ=99100×3.01％=828.6L/S=2982.9m3/h

泵站一级工作时的设计扬程：

HⅠ=ZC+H0+∑h+∑h泵站内+H安全

=13.4+1+16+1+10+1+2+1.5

=45.9m

2.选择水泵：

水泵静扬程:

HST/m=13.4+1+16+1+0.5=31.9m

S/（h2/m5）=（∑h+∑h泵站内）/Q2=（11+2）/5163.12=4.9×10-7（h2/5）

因此H=31.9+4.9×10-7Q2

3.机组基础尺寸的确定：

14sh-9A型水泵不带底座，所以选定其基础为混凝土块式基础，其基本计算如下：

基础长度：

L/mm=地脚螺钉间距+（400~500）

=1083+450=1533mm

基础宽度：

B/mm=地脚螺钉间距+（400~500）

=850+450=1300mm

基础高度：

H/m={（2.5~4.0）×（W水泵+W电机）}/（L×B×r）

={3.0×（1200+1880）}/（1.533×1.3×2400）

=1.9m

设计取2.0m

那么，混凝土块式基础的尺寸（m）为L×B×r=1.533×1.3×2.0=3.98m

4.吸水管和压水管径的确定：

1台14sh-9A型水泵的最大工作流量为1332m3/h（370L/s），为水泵吸水管和压水管所通过的最大流量，初步选定吸水管DN=500mm，压水管管径DN=400mm：

吸水管：

DN=500mm时，流速v=1.48m/s

压水管：

DN=400mm时，流速v=2.31m/s

5.吸水井设计计算：

吸水井尺寸应满足安装水泵吸水管进口喇叭口的要求

吸水井最低水位/m=泵站所在位置地面标高-清水池有效水深-清水池至吸水井管路水头损失=290-3.0-2.0=285m

吸水井最高水位/m=清水池最高水位=泵站所在位置地面标高=290m。

水泵吸水管进口喇叭口大头直径DN/mm≧（1.3~1.5）d=1.4×500=700mm.

水泵吸水管进口喇叭口长度L/mm≧（3.0~7.0）×（700~500）=1000mm

喇叭口距吸水井井壁距离/mm≧（0.75~1.0）D=1.0×700=700mm

喇叭口之间的距离/mm≧（1.5~2.0）D=2.0×700=1400mm

喇叭口距吸水井井底距离/mm≧（0.75~1.0）D=1.0×700=700mm

喇叭口淹没水深h/m≧（0.5~1.0）=1.2

所以，吸水井长度=1000×4+1400×3+700×2=9600mm

吸水井宽度=700+700×2=2100mm

吸水井高度=700+1200+3000+1700+300=6900mm

6.各工艺标高的设计计算：

泵轴安装高度：

HSS=HS-V2/2g-∑hS

HSS——泵轴安装高度（m）

HS——水泵吸上高度（m）

g——重力加速度（m/s2）

∑hS——水泵吸水管路水头损失（m）

则HSS=3.5-1.482/2×9.81-1.00=2.39m

泵轴标高/m=吸水井最低水位+HSS=285+2.39=287.39m

基础顶面标高/m=泵轴标高-泵轴至基础顶面高度H1=287.39-0.56=286.83m

泵房地面标高/m=基础顶面标高-0.20=286.83-0.20=286.63m

7.复核水泵机组：

泵房内管路水头损失：

∑h泵站内/m=∑hS+∑hd=1.00+1.00=2.00m

所以，水泵扬程：

HⅠ/m=Zc+Zd+Hc+∑h+∑h泵站内=14.4+4.00+17+11+2.00=48.4m

与估计扬程基本相同，选定的水泵合适。

8.消防校核：

消防时，二级泵站的供水量：

Q火/（m3/h）=Qd+Qx=5163.1+146=5309.1（m3/h）

消防时，二级泵站扬程：

H火/m=Zc+H0火+∑h+∑h泵站内=14.4+10+11+2=37.4m

H0火-----自由水压，H0火=10.0（低压消防制）

9.其他附属设备的选择及其布置：

9.1引水设备：

启动引水设备选用水环式真空泵，真空泵的最大排气量为：

又Wp=S吸水管×（B+1000）/1000=（π/4）×0.52×（1300+1000）/1000=0.45m3

查表得：