取水泵站的设计.docx

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取水泵站的设计

泵与泵站课程设计

取水泵站设计

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<八>泵房建筑高度的确定………………………………………………………………...…9

某市新建水源工程的取水泵站初步设计

一、设计说明书

（一）设计资料

1.水量资料：

近期水量：

12万吨；远期水量：

24万吨；取水泵站向给水厂昼夜均匀供水。

2.水压资料：

给水厂配水井面标高为32米，泵站到给水厂的输水管线长2000米。

3.水文情况：

取水水源地为—大江1%的设计概率水位为23米，最枯水位HMIN=15米（97%概率），常水位为19米。

4.水泵站所在地区为：

地质情况：

土壤竖向分布情况;粘土地下水位：

-0.9m

土壤冰冻深度：

-0.2m地震烈度：

2度

5.取水泵站所在地区的地形情况图：

二、设计概要

取水泵站在水厂中也称一级泵站.在地面水水源中,取水泵站一般由吸水井、泵房及闸阀井三部分组成。

取水泵站由于它靠江临水的确良特点，所以河道的水文、水运、地质以及航道的变化等都会影响到取水泵上本身的埋深、结构形式以及工程造价等。

其从水源中吸进所需处理的水量,经泵站输送到水处理工艺流程进行净化处理。

设计中通过粗估流量以及扬程的方法粗略的选取水泵；作水泵并联工况点判断各水泵是否在各自的高效段工作，以此来评估经济合理性以及各泵的利用情况。

取水泵房布置采用圆形钢筋混凝土结构，以此节约用地，根据布置原则确定各尺寸间距及长度，选取吸水管路和压水管路的管路配件，各辅助设备之后，绘制得取水泵站平面图及取水泵站立体剖面图各一张。

设计取水泵房时，在土建结构方面应考虑到河岸的稳定性，在泵房的抗浮、抗裂、抗倾覆、防滑波等方面均应有周详的计算。

在施工过程中，应考虑到争取在河道枯水位时施工，要抢季节，要有比较周全的施工组织计划。

在泵房投产后，在运行管理方面必须很好地使用通风、采光、起重、排水以及水锤防护等设施。

此外，取水泵站由于其扩建比较困难，所以在新建给水工程时，可以采取近远期结合，对于本例中，对于机组的基础、吸压水管的穿插嵌管，以及电气容量等我们应该考虑到远期扩建的可能性，所以用远期的容量及扬程计算。

三、设计计算

<一>设计流量的确定和设计扬程估算：

（1）设计流量Q

为了减小取水构筑物、输水管道各净水构筑物的尺寸，节约基建投资，在这种情况下，我们要求一级泵站中的泵昼夜不均匀工作。

因此，泵站的设计流量应为：

式中Qr——一级泵站中水泵所供给的流量（m3／h）；

Qd——供水对象最高日用水量（m3／d）；

α——为计及输水管漏损和净水构筑物自身用水而加的系数，一般取α=1.05-1.1

T——为一级泵站在一昼夜内工作小时数。

考虑到输水干管漏损和净化厂本身用水，取水自用系数α=1.05,则

近期设计流量为Q=1.05×120000/24=5250m3/h=1.458m3/s

远期设计流量为Q=1.05×240000/24=10500m3/h=2.917m3/s

（2）设计扬程H

①静扬程HST的计算

通过取水部分的计算已知在最不利情况下（即一条自流管道检修，另一条自流管道通过75%的设计流量时），从取水头部到泵房吸水间的全部水头损失为1m，则吸水间中水面标高为23.00-1.00=22.00m,最低水面标高为15.00-1.00=14.00m,所以泵所需静扬程HST为：

洪水位时，HST=32-22=10m

枯水位时，HST=32-14=18m

②输水干管中的水头损失∑h

设采用两条DN1200的铸铁管并联作为原水输水干管，当一条输水管检修，

另一条输水管应通过75%的设计流量（按远期考虑），即Q=0.75×10500=7875m3/h=2.1875m3/s,查水力计算表得管内流速v=1.928m/s,i=3.137‰,所以输水管路水头损失；

=1.1×0.003137×2000=6.90m（式中1.1包括局部损失而加大的系数）

③泵站内管路中的水头损失∑h

粗估2m，安全水头2m，

则泵设计扬程为：

枯水位时：

Hmax=18+6.9+2+2=28.9m

洪水位时：

Hmin=10+6.9+2+2=20.9m

<二>、初选泵和电机

（1）水泵选择

（2）选泵的主要依据：

流量、扬程以及其变化规律

①大小兼顾，调配灵活

②型号整齐，互为备用

③合理地用尽各水泵的高效段

④要近远期相结合。

“小泵大基础”

⑤大中型泵站需作选泵方案比较。

根据上述选泵要点以及离心泵性能曲线型谱图和选泵参考书综合考虑初步拟定以下：

近期选择两台24SH-19型泵（Q=700~1100m3/h,H=22~37m，N=380kW，Hs=2.5m,M=2400Kg），两台工作，一台备用。

远期增加一台24SH-19型泵，三台工作一台备用。

根据24SH-19型泵的要求选用Y630-6型异步电动机（500kW，10kV）。

（3）机组基础尺寸的确定

查泵与电机样本，计算出24SH-19型泵机组基础平面尺寸为4200mm×1800mm,机组总重量W=Wp+Wm=24000+54000=78000N。

基础深度H可按下使计算H=6.0W/L×B×γ

式中L—— 基础长度，L=4.2m

B——基础宽度，B=1.8m

γ——基础所用材料的容重，对于混泥土基础，γ=23520N/m3

故H=6.0×78000/（4.2×1.8×23520）=2.63m

基础实际深度连同泵房底板在内，应为3.83m

<三>、吸水管路与压水管路计算

流量Q

Q1=2.917m3/s/3=0.972m3/s

（1）吸水管路的要求

①不漏气管材及接逢

②不积气管路安装

③不吸气吸水管进口位置

④设计流速：

管径小于250㎜时，V取1.0～1.2m/s

管径等于或大于250㎜时，V取1.2～1.6m/s

（2）压水管路要求

①要求坚固而不漏水,通常采用钢管,并尽量焊接口,为便于拆装与检修,在适当地点可高法兰接口。

为了防止不倒流，应在泵压水管路上设置止回阀。

②压水管的设计流速：

管径小于250㎜时，为1.5～2.0m/s

管径等于或大于250㎜时，为2.0～2.5m/s

（3）吸水管路直径

采用DN1000×10钢管，则V=1.25m/s，i=1.67‰

压水管的选取

采用DN700×10钢管，则V=2.55m/s，i=11.0‰

<四>、机组与管道布置

<1>基础布置

基础布置情况见取水泵站祥图。

泵机组布置原则：

在不妨碍操作和维修的需要下，尽量减少泵房建筑面积的大小，以节约成本。

<2>机组的排列方式

采用机组横向排列方式，这种布置的优点是：

布置紧凑，泵房跨度小，适用于双吸式泵，不仅管路布置简单，且水力条件好。

同时因各机组轴线在同一直线上，便于选择起重设备。

本取水泵房采用圆形钢筋混凝土结构，此类泵房平面面积相对较小，可以减少工程造价。

每台泵有单独的吸水管、压水管引出泵房后连接起来。

泵出水管上设有液压蝶阀（（c）HDZs41X-10）和手动蝶阀（D2241X-10），吸水管上设手动闸板闸阀（Z545T-6）。

为了减少泵房建设面积，闸阀切换井设在泵房外面，两条DN1200的输水干管用每条输水管上各设有切换用的蝶阀（GD371Xp-1）一个。

<五>、吸水管路与压水管路的水头损失的计算

取一条最不利线路，从吸水口到输水干管上切换闸阀止为计算线路图

吸水管路中水头损失∑hs:

∑hs=∑hfs+∑hls

1、吸水管路沿程水头损失:

∑hfs=l1×is=1.67‰×1.255=0.0021m

2、局部水头损失:

∑hls=（ζ1+ζ2）

+ζ3

式中ζ1———吸水管进口局部阻力系数，ζ1=0.75

ζ2———DN1200钢管闸阀局部阻力系数，按开启度

=0.125考虑，ζ2=0.15

ζ3———偏心渐缩管DN1000×600,ζ3=0.21

则∑hls=（0.75+0.15）×1.252/2g+0.21×3.472/2g=0.20m

所以吸水管路总水头损失为:

∑hs=∑hfs+∑hls=0.0021+0.20=0.20m

压水管路水头损失∑hd:

∑hd=∑hfd+∑hld

1、压水管路沿程水头损失:

∑hfd=（l2+l3+l4+l5）id1+l6×id2

∑hfd=（6+11.54+5.554+1.387）×11‰+2.642×3.137‰=0.28m

2、局部水头损失:

∑hld=ζ4V32/2g+（2ζ5+ζ6+ζ7+ζ8+2ζ9+ζ10）V42/2g+（ζ11+2ζ12+2ζ13）V52/2g

式中ζ4———DN400×700渐放管，ζ4=0.32；

ζ5———DN700钢制45o弯头，ζ5=0.51；

ζ6———DN700液控蝶阀，ζ6=0.15；

ζ7———DN700伸缩接头，ζ7=0.21；

ζ8———DN700手动蝶阀，ζ8=0.15；

ζ9———DN700钢制90o弯头，ζ9=1.02；

ζ10———DN700×1200渐放管，ζ10=0.47；

ζ11———DN1200钢制斜三通，ζ11=0.5；

ζ12———DN1200钢制正三通，ζ12=1.5；

ζ13———DN1200蝶阀，ζ13=0.15；

则

∑hld=0.32×7.812/2g+（0.51×2+0.15+0.21+0.15+2×1.02+0.47）×2.552/2g+（0.5+2×1.5+2×0.15）×0.872/2g=0.996+1.340+0.147=2.48m

所以压水管路总水头损失为∑hd=∑hfd+∑hld=0.28+2.48=2.76m

则泵站内水头损失:

∑h=∑s+∑d=0.20+2.76=2.96m，比假设的实际水头损失高了0.76米，但仍在泵的扬程范围内。

<六>泵安装高度和泵房筒体高度确定

为了便于用沉井法施工，将泵房机器间底板放在与吸水间底板同一标高，因而泵为自灌式工作，所以泵的安装高度小于其允许吸上真空高度，无需计算。

已知吸水间最低动水位标高为14m，为保证吸水管的正常吸水，取吸水管的中心标高为12.00m（吸水管上缘淹没深度为14-12.00-（D/2）=1.5m）。

取吸水管下缘距吸水间底板0.7，则吸水间底板标高为12.00-（D/2+0.7）=10.80m。

操作平台标高为26.77m。

故泵房筒体高度为：

H=26.77-10.8=15.97m

<七>辅助设备设计

（1）引水设备

泵系自灌式工作，不需要引水设备。

（2）起重设备的选择

①选型由前面设计可知，选用Y630-6型电动机，其重量为5400Kg，最大起吊高度为15.20+2=17.20m（其中2.0m是考虑操作平台上汽车的高度）。

为此，选用环形吊车（定制，起重量7t，双梁,跨度22.5m，CD1-18D电动葫芦，起吊高度18m）

（3）排水设备

由于泵房较深，故采用电动泵排水。

沿泵房内壁设排水沟，将水汇集到集水坑内，然后用泵抽回到吸水间去。

取水泵房的排水量一般按20～40m3/h考虑，排水泵的静扬程按17.5m计，水头损失大约5m，故总扬程在17.5+5=22.5m左右，可选用IS65–50–160A型离心泵（Q=15～28m3/h,H=27～22m,N=3kW,n=2900r/min）两台，一台工作一台备用，配套电机为Y100L–2。

（4）通风设备

由于与泵配套的电机为水冷式，无需专用通风设备进行空–––––空冷却，但由于泵房筒体较深，仍选用风机进行换气通风。

选用两台T35–11型轴流风机（叶轮直径700㎜，转速960r/min，叶片角度15°，风量10127m3/h，风压90Pa，配套电机YSF–8026,N=0.37kW）。

（5）计量设备

由于在净化场的送水泵站内安装电磁流量计统一计量，故本泵站内不再设计量设备。

<八>泵房建筑高度的确定

泵房筒体高度已知为15.97m，操作平台以上的建筑高度，根据起重设备及起吊高度、电梯机房的高度、采光及通风的要求，吊车梁底板到操作平台楼板的距离为8.8m，从平台楼板到房顶底板净高为11.3m。

泵房平面尺寸的确定

根据泵机组、吸水与压水管道的布置条件以及排水泵机组和通风机等附属设备的情况，从给水排水设计手册中查出有关设备和管道配件尺寸，通过计算，求得泵房内径为22m。

四、参考文献

（1）《泵与泵站》（第五版）,中国建筑工业出版社。

（3）《给水排水设计手册》

（4）《给水排水工程快速设计手册1－给水工程》

（5）《给水排水工程快速设计手册5—水力计算表》