泵站综合设计Word格式.docx

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4.36

4.15

（2）在设计决定城市管网、二泵站、清水池、高位水池（水塔）的共同工作状况时，经方案比较后已决定二泵站采用两级供水，即0~4点，每小时供水量为2.5%；

4~24点，每小时供水量为4.5%。

（3）该城市在最高日最高用水时情况：

①二泵站供水量：

425L/s（即4.5%）；

②输配水管网中的水头损失：

18.50m；

③管网中控制点（即水压的不利点）所需的自由水头：

28.00m；

④二泵站吸水池最低水位到控制点的地面高差：

16.00m。

（4）该城市在消防时（发生在最高日最高用水时）情况：

566L/s；

32.81m；

③管网中要求的最低自由水头：

10m；

16.5m。

（5）该城市在最大转输时情况；

236L/s；

5.7m；

③二泵站吸水池最低水位到对置水塔最高水位的高差：

50m。

（6）该城市不允许间断供水，备用泵至少应有一台。

（7）二泵站（清水池附近）的地质情况是：

地面表层（约2米）为粘土，2米以下为页岩。

（8）清水池有关尺寸如下图所示（单位：

米）。

（9）该水泵站海拔为200米，夏季最高水温为30℃。

图1.1清水池相关尺寸图

1.3设计任务

根据上述资料，进行该二泵站的初步设计，编写设计计算说明书共一份，绘制二泵站的平、剖面图一张（1号图纸一张）。

2计算说明书

2.1流量和扬程的确定

2.1.1水泵站供水设计流量的计算

原始资料给出，该市用于泵站设计计算的最高日设计用水量为33975m3；

在设计决定城市管网、二泵站、清水池、高位水池（水塔）的共同工作状况时，经方案比较后决定二泵站采用两级供水，即0~4点，每小时供水量为2.5%；

则每级供水的的设计流量计算如下：

最大转输供水：

二级供水：

消防供水：

2.1.2水泵站供水扬程的计算

1.根据《水泵及水泵站》中的内容，向城市管网供水扬程可用如下公式计算：

（式2.1）

式中H——总扬程，mH2O；

hST——二泵站吸水池最低水位到控制点的地面高差，mH2O；

∑h——总损失，包括管路损失和泵站损失，其中泵站内吸压水管路水头损失一般取值2.0H2O；

hsev——管网中控制点所需的自由水头，28mH2O；

h安全——安全水头，本设计取为2mH2O。

2.管路特性曲线方程为：

（式2.2）

式中∑h管网——管路总损失，单位mH2O；

——代表长度、直径一定的管道的沿程阻损与局部阻力之和的系数。

（根据原始资料中给出的二级供水输配水管网中的水头损失为18.5m，即

，推算出管网的阻力系数S=102.42s2/m5）。

——流量，单位

。

3.水泵站各级供水扬程计算

根据上述公式以及原始资料对各级供水扬程计算如下：

根据

，计算输配水管网中的水头损失为可得

；

二泵站吸水池最低水位到对置水塔最高水位差50.00m；

则水泵站最大转输供水的设计扬程：

管网中控制点（即水压的不利点）所需的自由水头28m；

二泵站吸水池最低水位到控制点的地面高差为16.0m。

则水泵站二级供水的设计扬程：

消防供水：

输配水管网中的水头损失根据

，计算输配水管网中的水头损失可得

管网中控制点（即水压的不利点）所需的自由水头为10m；

二泵站吸水池最低水位到控制点的地面高差为16.5m。

则水泵站消防供水的设计扬程：

2.1.3水泵站供水设计流量和扬程汇总

各级供水情况下水泵站供水设计流量和扬程见表2-1。

表2-1：

级供水情况下水泵站供水设计流量和扬程汇总表

流量（L/s）

扬程（m）

最大转输

236

59.70

二级供水

425

66.50

消防供水

566

63.31

2.2水泵初选及方案比较和电机选配

2.2.1选泵的主要依据

选泵的主要依据是所需的流量、扬程及其变化规律。

2.2.2选泵要点

（1）大小兼顾，调配灵活，合理使用水泵的高效段；

（2）型号整齐，互为备用；

（3）考虑泵站的发展，实行近期和远期建设相结合；

（4）大中型泵站需作方案比较；

（5）合理选择水泵的构造形式；

（6）保证吸水条件，照顾基础平齐，减少泵站埋深；

（7）大小兼顾，合理调配的原则下，尽量选大泵；

（8）考虑必要的备用泵；

（9）选泵后应进行校核；

（10）因地制宜，尽量选用当地成批生产的水泵型号。

2.2.3选泵的主要原则

（1）选泵首先要满足最高时供水工况的流量和扬程要求；

在平均流量时，水泵应在高效段运行；

在最高与最低流量时，水泵应能安全、稳定运行。

所选水泵特性曲线的高效率范围应尽量平缓，以适应各种工况的流量和扬程要求。

对于特殊的工况，必要时可另设专用水泵来满足其要求（例如不设专用消防管道的高压消防制系统，为满足消防时的压力一般可另设消防专用泵），本设计不设消防专用泵。

（2）尽可能选用同型号水泵，互为备用；

或扬程相近、流量大小搭配的泵。

（3）水泵选择必须考虑节约能源，除了选用高效率泵外，还可考虑运行工况的调节；

应考虑近远期结合，一般可考虑远期增加水泵台数或换装大泵。

对于埋深较大的水源泵房，远期可采用更换水泵的方式，减少泵房面积。

（4）应在保证水泵的正常吸水条件，在不发生气蚀的前提下，尽可能选用允许吸上真空度值大或必需汽蚀余量值小的泵，应充分利用水泵的允许吸上真空高度，以提高水泵安装高度，减少泵房埋深，降低造价。

同时应避免泵站内各泵安装高度相差太大，致使各泵的基础埋深参差不齐或整个泵站埋深增加。

（5）水泵的台数及流量配比根据供水系统的运行调度要求、泵房的性质及规模、近远期结合方式等作综合考虑，并结合调速装置的应用进行多方案比较后确定。

（6）水泵的构造形式对泵房的大小、结构形式和泵房内部布置、泵站造价等有影响，因此要合理选择水泵的构造形式。

（7）选泵时应尽量结合地区条件优先选择当地制造的成系列生产的、比较定型的和性能良好的产品。

2.2.4备用泵的选择原则

根据供水对象对供水可靠性的不同要求，选用一定数量的备用泵，以满足供水对象对供水可靠性的不同要求：

①在不允许减少供水量的情况下，应有两套备用机组。

②允许短时间内减少供水量的情况下，备用泵只保证供应事故用水量。

③允许短时间内中断供水时，可只设一台备用泵。

④城市给水系统中的泵站，一般也只设一台备用泵。

通常备用泵的型号可以和泵站中最大的工作泵相同。

当管网中无水塔且泵站内机组较多时，也可考虑增设一台备用泵，它的型号相最常运行的工作泵相同。

⑤如果给水系统中有足够大容积的高地水池或水塔时，则泵站中可不设备用泵，仅在仓库中贮存一套备用机组即可。

⑥备用泵与其它工作泵一样，应处于随时可以启动的状态。

2.2.5水泵初选

IS型单级单吸悬臂式离心泵供水流量较小，本设计初选水泵为单级双吸式离心泵。

本小组根据选泵原则，形成三个初选方案，具体如下：

方案一：

选用三台同型号300S90A水泵，一级供水由一台泵单独运行提供；

二级供水增加一台同型号的泵并联工作；

校核两台水泵供水是否满足消防要求，若满足，则只需再选用一台同型号的泵作为备用泵；

若消防校核不满足则采用两台工作泵加一台备用泵并联工作。

方案二：

首先选择两台250S65泵并联一级供水；

二级供水则再增加两台同型号泵之并联；

校核水泵供水是否满足消防要求，若满足，则再选用一台同型号泵作为备用泵；

若不满足则采用四台工作泵加一台备用泵并联工作。

方案三：

一台300S90B泵用于一级供水；

另一台16SA-9B泵用于二级供水；

选择一台型号16SA-9B泵作为备用泵，校核消防时用两台工作泵并联是否满足要求。

初选水泵各参数见表2-2。

表2-2水泵初选方案表

水泵及型号

额定流量

（L/s）

额定扬程

（m）

转速

（r/min）

轴功率

（KW）

所配电机

效率η（%）

汽蚀余量

型号

功率（KW）

方案一

三台300S90A

（一台备用）

160-255

70-86

1450

218.46

280

70-74

2.6

方案二

五台250S65

100-170

56-71

100.67

132

方案三

一台300S90B

150-250

52-72

195.28

220

二台16SA-9B

300-450

68-78

347.67

440

2.2.6方案比较表

2-3方案比较表

选泵方案

供水情况

工作泵台数及型号

水泵扬程（m）

需要扬程（m）

浪费扬程（m）

扬程利用率（%）

单泵效率

单泵轴功率（KW）

总流量

各泵流量

一台300S90A

73.47

59.7

13.77

81.26

72.92

233.11

4.0

两台300S90A

212.5

77.57

66.5

11.07

85.73

73.97

218.47

消防

188.7

81.52

63.3

18.22

77.65

73.53

205.05

两台250S65

118

68.24

8.54

87.49

78.42

100.66

3.0

四台250S65

106.25

70.12

3.62

94.84

76.51

95.46

141.5

63.49

0.19

99.70

78.52

112.18

60.3

0.6

99.00

71.44

一台16SA-9B

70.5

94.33

85.75

4.3

158

71.5

8.2

88.53

70.88

156.32

408

85.29

337.67

2.2.7方案比选分析

从型号整齐方面看方案一、方案二中的泵都为同型号泵，比三方案泵型更为整齐，便于安装管理和维修；

从水泵效率方面看方案二、三的水泵效率相对方案一较高，从长期运行费用考虑，方案二和三更节能；

从扬程利用率方面看方案三的扬程利用最高，能够较好贴合供水要求，方案一二利用率较低；

从基建方面考虑，一、三方案所需水泵数量少，二方案所需水泵数量多，所需泵站面积大，基建费用明显增加；

比较三种方案中在供水工况点附近流量扬程变化幅度，发现第三种方案在运行工况点附近更稳定；

综合上述因素，本小组选方案三。

备用泵选择：

首先考虑了16SA-9B工作泵损坏时，只有备用该同型号的泵才能保证供水；

其次，考虑了16SA-9B水泵工作时间较长，更容易损坏；

再者，考虑了300S90B工作水泵损坏时，由于管网中有调节构筑物，可用大泵供水，多出的流量可贮存在水塔中，不影响供水。

综合上述可考虑，选择一台16SA-9B水泵作为备用泵。

2.2.8电机选配

由《给水排水设计可册》第11册或样本等资料查得与所选水泵的轴功率和转数对应的电动机。

其选泵原则如下：

①根据所要求的最大功率、转矩和转数选用：

一般N机＝1.05～1.5N泵，电动机的启动转矩大于水泵的启动转矩，转数与水泵的设计转数基本一致；

卧式水泵配卧式电动机，立式水泵配立式电动机。

②根据电动机的功率大小,参考外电网的电压,选择电动机的电压:

容量在200KW以下的，选用380V低压电动机；

功率在200～300KW之间的，视泵房的供电电压可选用380V、6KV、10KV等三种电动机，且泵房内若多数电动机为高压，则选高压，反之，则选低压；

功率在300KW以上的，视泵房的配电电压可选用6KV或10KV电动机电动机电压宜与配电电压一致。

同泵房内各电动机电压应最好一致。

③根据工作环境和条件决定电动机的外形和构造形式：

不潮湿、无灰尘、无有害气体的场合，地面式、半地下式以及地下室泵房，一般根据IP23防护等级选用一般防护式电动机；

地下室泵房较深时则采用防潮电动机。

④根据投资少、效率高、运行简便等条件，确定电动机类型：

常用三相交流异步电动机（鼠笼型价廉、简单、维护方便但启动电流大且不能调节转速，使用最多，为Y系列；

绕线型则适用与其东转聚合功率较大或需要条苏的条件，但控制较复杂，为YR系列）。

有时用同步电动机（用于驱动不要求调速和功率较大的或功率不大但转速较低的各种水泵，适用于大型给水泵站，价高、维护及启动复杂，但功率因素高，功率在300KW以上的大型机组可采用）。

⑤查《给水排水设计手册》得出水泵配套电动机如下表：

水泵

轴功率（KW）

电动机型号

额定电压（v）

转速（r/min）

电动机重量（Kg）

300S90B

380

1690

16SA-9B

3300

表2-4水泵配套电动机选用表

2.3基础设计

2.3.1基础设计要求

（1）基础设计原则

根据《给排水手册》第三册：

机组（水泵和电动机）安装在共同的基础上。

基础的作用是支撑并固定机组，使它运行平稳，不致发生剧烈振动，更不允许基础沉陷。

因此，对基础的要求是：

①坚实牢固，除能承受机组的静荷载外，还能承受机械震动荷载；

②要浇制在较坚实的地基上，不易浇制在松软地基或新填土上，以免发生基础下沉或不均匀沉陷。

③卧式水泵均为块式基础，其尺寸大小一般均按所选水泵安装尺寸所提供的数据确定。

基础的高度还可用以下的方法校核，基础重量应大于机组总重量的2.5~4.5倍。

（2）水泵基础的平面尺寸设计

①对于带底座的小型泵可选取如下公式计算：

基础长度L=底座长度（L1）+（0.20~0.30）m（两侧平分）

基础宽度B=底部螺孔间距（在宽度方向上）+（0.3）m

基础高度H=底部地脚螺栓长度+（0.15~0.20）m

②对于不带底座的大中型泵，基础设计计算的相关公式为：

长：

L=螺孔间距+0.4~0.6m

宽：

B=螺孔间距+0.4~0.6m

高：

H=螺栓埋入深度＋150~200mm

螺栓埋入深度＝20~30×

螺栓直径＋30~50mm（螺孔间距根据所选水泵的安装图进行确定）

（3）水泵机组的高度设计

①对于不带底座的水泵

基础高度H=底座地脚螺栓的长度+（0.1~0.15）

②校核：

③一般情况下，H≥50～70cm；

水泵机组基础顶面高出室内地坪10～20cm

2.3.2基础设计计算

方案三中的两种泵的安装尺寸见图2-4~2-5。

图2-4300S90B

1.300S90B的基础设计

根据上述资料，本次选用的型水泵300S90B不带底座，则计算其基础参数如下：

基础长度：

L=螺孔间距+（0.4~0.6）m=

，所以取基础长为2.2m；

基础宽度：

B=螺孔间距+0.4~0.6m=A+0.60=0.610+0.6=1.21m；

取B=1.3m;

基础高度=20×

地脚螺钉孔直径-（0.03~0.05m）+（0.10～0.15）=20×

0.027-0.05+0.13=0.62m

0.5~0.7m，符合要求。

校核基础高度：

基础选用混凝土基础，混凝土密度混凝土密度为2400

则基础的质量为：

机组的总质量：

，不符合要求，则基础重量至少需要6368Kg，计算出相应基础高度至少为93cm。

2.16SA-9B的基础设计

图2-516SA-9B

根据上述资料，本次选用的型水泵16SA-9B不带底座，则计算其基础参数如下：

L=螺孔间距+0.4~0.6m=0.87+1.128+0.82+0.6=3.418m，所以取基础长为3.5m；

B=螺孔间距+0.4~0.6m=A+0.60=0.94+0.6=1.540m；

取B=1.6m；

基础高度：

20×

地脚螺钉孔直径=（0.03~0.05m）+（0.10～0.15）=20×

0.035-0.03+0.15=0.82

基础的质量为：

不符合要求，基础重量至少需要13025Kg，计算出基础高度为97cm。

表2-5基础尺寸汇总表

泵型号

基础尺寸（mm）

2200

1300

930

3500

1600

970

2.3.3基础尺寸草图

基础用混凝土浇筑，混能土基础应高出室内地坪约10~20cm。

由于泵与电机高度不一，基础有高差，300S90B型水泵的基础草图见图2-6；

16SA-9B型水泵的基础草图见图2-7。

图2-6：

300S90B型水泵图2-7：

16SA-9B型水泵

2.4泵站形式

2.4.1最大安装高度的计算