泵与泵站课程设计—取水泵站的设计

市因发展需要，原有的第一水厂已不能满足居民的用水要求，因此，规划设计日产水能力为9.5万m3的第二水厂，给水管线设计已经完成，现需设计该水厂取水泵房。 (二) 设计资料

市新建第二水厂工程近期设计水量为85000m3/d，要求远期发展到95000m3/d，采用固定取水泵房用两条直径为800mm的自流管从江中取水。水源洪水位标高为38.00m，枯水位标高为24.60m。净水构筑物前配水井的水面标高为57.20m，自流取水管全长280m，泵站到净化场的输水干管全长1500m。自用水系数α=1.05~1.1，取水头部到泵房吸水间的全部水头损失为10kPa，泵房底板高度取1~1.5m。 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。本次课程设计仅以取水泵房为例进行设计，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。对于机组的配置，我们可以暂时只布置三台500S59A型水泵（一台备用，两台工作），远期需要扩建时，再增加一台同型号的水泵。

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，

泵与泵站课程设计

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：

QrQdT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

8500033

=3718.75m/h=1.033 m/s 249500033

远期设计流量为 Q=1.05×=4156.25m/h=1.155 m/s

24近期设计流量为 Q=1.05×

(2)设计扬程HST 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38.00-1.00=37.00m,最低水面标高为24.60-1.00=23.60m,所以泵所需静扬程HST 为： 洪水位时，HST=57.20-37.00=20.20m 枯水位时，HST=57.20-23.60=33.60m ②输水干管中的水头损失∑h

设采用两条DN800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=0.75×4156.25=3117.2m/h=0.866m/s,查水力计算表得管内流速 v=1.72m/s,i=4.25‰,所以 输水管路水头损失；

3

3

h=1.1×0.00425×1500=7.0125m

(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1.8m，安全水头2m， 则泵设计扬程为：

枯水位时：Hmax=33.60+7.0125+1.8+2=44.4125m 洪水位时：Hmin=20.20+7.0125+1.8+2=31.0125m <二>、初选泵和电机

(1) 管道特性曲线的绘制 管道特性曲线的方程为 H=HST+

h=H+SQ

2

ST

式中 HST ——最高时水泵的净扬程，m;

1

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S——沿程摩阻与局部阻力之和的系数；

3

Q——最高时水泵流量，m/s

3

HST=33.60m ,把Q=4156.25m/h,H=44.41m,代入上式得:S=8.10

22

所以管路特性曲线即为:H= HST+8.10Q=33.60+8.10Q

可由此方程绘制出管路特性曲线,见图1

表1 管路特性曲线Q-H关系表 Q(m3/h) 600 1000 0 ∑h(m) 0.00 0.23 0.63 H(m0 33.60 32.83 33.23 Q(m3/h) 2500 2800 3400 ∑h(m) 3.91 4.90 7.23 H(m) 36.51 37.50 39.83 (2） 水泵选择

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。

h———水头损失总数，m;

1700 1.81 34.41 3900 10.80 44.41 2000 2.50 35.10 4200 12.10 44.70 根据上述选泵要点以及离心泵性能曲线型谱图(图2)和选泵参考书综合考虑初步拟定以下： 近期选择三台500S59A型泵，两台工作一台备用，单泵工况点为（1980，44.5），满足近期工况的要求。

远期增加一台500S59A型泵，三台工作一台备用。远期三台水泵并联时单泵工况点为(1860,50.06),此时三台泵均工作在高效段工作。

三台500S59A型泵并联工况点70.0060.0050.00H(m)管路特性曲线500S59A型泵特性曲线两台500S59A型水泵并联特性曲线三台500S59A型泵并联特性曲线40.0030.0020.0010.000.0001000200030004000Q(m3/s)5000600070008000

2

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图1 水泵并联工况点的求解图

500S59A型泵基本参数

3

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图2 离心泵性能曲线图

4

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(3) 水泵参数

500S59A型单能双吸式离心式水泵性能参数如下：

流量Q=1500～2170m3/s，扬程H=57～39m，转数n=970r/min,泵轴额定功率：N=333kW，电动机型号为Y400-54-6型异步电动机，配电机功率为400 kw，效率为72%～74%，气蚀余量：Hs=6m

表2 500S59A型水泵外型尺寸（不带底座）（单位：m）

L L1 L2 L3 B B1 3510 1860 1167 580 1000 810 B3 A H H1 H2 H3 800 710 400 800 370 480 E h W水泵 W电机 n—φd 800 1200 2235 N 3000 N 4—35 表3 进口法兰尺寸 表4 出口法兰尺寸

DN1 D01 D1 n1-d1 DN2 D02 D2 n2-d2 500S59A型泵工作曲

500 620 670 20-26 350 460 505 16-22 线图

500S59A型泵安装尺寸

5

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<三>、吸水管路的设计

(1) 流量Q

Q1=

4156.2533

=1385.52 m/h = 0.385 m/s 3(2)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1.0～1.2 m/s 管径等于或大于250㎜时，V取1.2～1.6 m/s

(3) 吸水管路直径

采用DN600×8钢管，则V=1.32m/s ，i=3.56‰ (4) 吸水管路的管件布置 <1>喇叭口设计

喇叭口扩大直径 D≥(1.3～1.5)d=1.4×600=840㎜ 取800㎜ 喇叭口高度 4（D-DN）=4×（800-600）=800㎜

喇叭口距墙壁的距离 a>(0.75～1.0)D 取a=0.9×800=720㎜ 取700㎜ 喇叭口距室底的距离 h1≥(0.6～0.8)D=0.75×800=1200㎜ 喇叭口之间距离 l1≥（1.5～2.0）D=1.5×800=1200㎜

6

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喇叭口淹没深度 h2≥（1.0～1.25）D=1.25×800=1200㎜ 喇叭口中心线与后墙的距离C=（0.8～1.0）D=0。9×800=720 取700㎜ 喇叭口与进水室的距离 l≥3D=2400 ㎜

<2.>手动闸阀 采用Z45T—10正齿轮转动暗杆楔式闸阀，其规格为：

500S59A： DM=700㎜，L=660㎜

〈3〉偏心渐缩管 为了防止吸水管积有空气，所以采用偏心渐缩管，查表得：

500S59A： DN700 500，L=600㎜,ζ=0.20

<4>90°弯头

500S59A: DN600, T=700㎜, ζ=1.06

<四>、压水管路的设计

(1) 流量Q

Q1=

(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1.5～2.0 m/s 管径等于或大于250㎜时，为2.0～2.5 m/s ③压水管的选取

采用DN450×6钢管，则V=2.34 m/s，i=16.2‰

(3)、压水管路配件

① 止回阀 采用HH44－10微阻缓闭式止回阀，其规格为 500S59A： DN600，L=1180㎜，ζ=0.39

② 电动闸阀 采用Z945T－10电动暗杆楔式闸阀，其规格为： 500S59A： DN600, L=600㎜,W=1018 kg , ζ=0.06

③手动闸阀 设置在水管路上的常开阀门，采用Z45T－25暗杆闸阀， 其规格为：

500S59A： DN600,L=600㎜,W=1540 kg , ζ=0.06 ④同心渐扩管 压水管路上的渐扩管规格如下：

500S59A，DN500 600, L=600㎜, ζ=0.11 ⑤设在联络管上的渐扩管规格: DN600 800,L=800㎜, ζ=0.34

7

4156.2533

=1385.52 m/h = 0.385 m/s 3泵与泵站课程设计

DN500 800,L=800㎜. ζ=0.31

⑥ 三通管

DN500 800,L=1200, ζ=0.78

<五>、水泵间布置 (1)基础尺寸确定

机组基础的作用是支撑和固定机组，便其运行不致发生剧烈震动，更不允许产生基础沉陷。

因此对基础的要求如下：

a) 坚实牢固，除能承受机组的静荷载外，还能承受机械振动荷载。 b) 要浇在较坚实的地基上，不宜浇在松软的地基或新填土上，以免 发生基础下沉或不均匀沉陷。

结合以上要点及所选泵的类型，本次设计选用混凝土块式基础。由于所选泵均不带底座，所以基础尺寸的确定如下：

基础长：L=水泵地脚螺钉间距（长度方向）+（400～500） 基础宽：B=水泵地脚螺钉间距（宽方向）+（400～500） 基础高：H=（2.5～4.0）×（W水泵+W电机）/(Lβρ)

因此，500S59A型泵：

L=B+L2+L3+（400～500）=1000+1167+580+453=3200㎜ B=A+450=710+450〈B+450=1250 取1250㎜

H=3.0×（3000+2235）÷（3.2×1.25×2400）=1630 取1700㎜ 电机基础高H0=1700+800-400=2100 ㎜

(2) 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。

<1>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。 <2>机组与管道布置

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。为了尽可能地充分利用泵房内的面积将四台机组交错并列成两排，两台为正常转向，两台为反向转向，在订货时应予以说明。每台泵有单独的吸水管、压水管引出泵房后两两连接起来。对

8

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于房内机组的配置，我们可以采用近期购买安装三台500S59A型水泵，两台工作，一台备用。远期需扩建时，再添加一台500S59A型水泵，三台工作，一台备用。 <3>水泵间平面尺寸的确定

水泵机组采用四台交错并列布置成两排,泵房采用圆形钢筋混凝土结构。

横向排列各个部分尺寸应满足下列要求：

①D1:进水侧泵与墙壁的净距 D1≥1000，取D1=1200㎜ ②B1:出水侧泵基础与墙壁的净距 B1≥3000,取B1=3000㎜

③A1:泵凸出部分到墙壁的净距 A1=最大设备宽度+0.5m=1250+1000=2250㎜取2700㎜

④C1:电机凸出部分与配电设备的净距 C1=电机轴长+0.5m。所以C1=1860+500=2360㎜但是,低压配电设备应C1≥1.5m; 高压配电设备应C1≥2m,C1取2360㎜应该是满足的。 ⑤E1:泵基础之间的净E1值与C1要求相同,即E1=C1=2360㎜ ⑥B:管与管之间的净距 B≥0.7m

⑦F:管外壁与机组突出部分的距离 对于功率大于50KW的电机，F要求大于1000㎜，取F=1225㎜

⑧A2:泵及电机突出部分长度 A2=200～250㎜ ⑨D1:压水管路管径 D1=450㎜ ⑩L:机组基础长度 L=3200㎜ 11所以，可得R=B1+F+D1+L+E1=3000+225+1225+3200+1350=9000㎜

22

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<六>水泵房安装高度 (1) 水泵安装高度 Hss=

Pa－Hsv－∑hs－hva

g 式中 Hss——安装高度,泵轴至最低水位的几何高度； Pa—— 水面上的绝对大气压； Hsv——水泵的气蚀余量； ∑hs——吸水管路总水头损失； hva——实际水温下的饱和蒸汽压力。 500S59A: Hss=

1.01101.01054－6－0.51－0.43=3.16 m

吸水间最低水位=24.60-280×4.25‰=23.41 m

泵轴标高=吸水间最低水位+Hss=23.41+3.26=26.67m

（2）泵房中各标高确定

①泵房内底地面标高=泵轴标高－h1－0.4

=26.67－1.3－0.4

=24.97m（0.4为基础突出地面高）

②水泵基础顶标高=泵轴标高+H1=26.67+0.5=27.17m ③水泵基础底标高=26.67－0.8=25.87m ④电机基础顶标高=27.17+1.2=28.37m

⑤水泵进水口中心标高=泵轴标高－ H2=26.67－0.37=26.30m ⑥水泵出水口中心标高=泵轴标高- H4

=26.67－0.47=26.20m

⑦地下部分筒体高度=室外地面高度－泵房内底标高

=34.60-24.97=9.63 m

泵房筒体高度=操作平台标高－泵房内底标高

=（洪水位标高+1m浪高）－泵房内底标高 =（38.00+1）-24.97 =14.03m ⑧泵房上层建筑高度

根据起吊高度和采光，通风要求，从操作平台到房顶楼板间距离设计为 操作平台标高=洪水位标高+1m浪高 =38.00+1=39.00m

⑨泵房顶标高=操作平台标高+泵房地上部分高度

=39.00+5.8=44.80m

⑩总的筒体高度=泵房顶标高－泵房内底标高

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=44.80－24.97=19.83m

<七> 吸水管与压水管的水损计算中心

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

DN800

①吸水管路中水头损失∑h s:

∑h s=∑h fs+∑h ls 1、吸水管路沿程水头损失:

∑h fs=l1×is=3.56‰×6.870=0.024m

2、局部水头损失:

21v2v1∑h ls=(ζ1+ζ2) + ζ3

2g2g式中 ζ1———吸水管进口局部阻力系数，ζ1=0.075

ζ2 ———DN600×8钢管闸阀局部阻力系数，按开启度

ζ2=0.45；1.905

ζ3 ———偏心渐缩管DN700×500 ,ζ3=0.80

a=0.125考虑，d1.2621.812则 ∑h ls=（0.75+0.45）×+0.2×=1.934m

29.829.8 所以吸水管路总水头损失为:∑h s=∑h fs+∑h ls=1.934+0.024=1.96m

②压水管路水头损失∑h d:

∑h d=∑h fd+∑h ld

1、压水管路沿程水头损失:

∑h fd=il=0.0039×4+0.00323×10+0.00843×5=0.08m 2、局部水头损失:

2v2∑h ld=（ζ1+ζ2+ζ3+ζ4+ζ5+ζ6+ζ7）·

2g

式中 ζ1———止回阀局部阻力系数:0.41；

ζ2———手动闸阀局部阻力系数:0.06；

11

ζ3———压水管上的电动闸阀局部阻力系数:0.06；

ζ4———同心渐扩管局部阻力系数:0.21

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ζ5———连接三通的同心渐扩管局部阻力系数:0.31；

ζ6———出水管上的电动机闸阀局部阻力系

数:0.06;

ζ7———三通局部阻力系数:1.02； v2———压水管的流速:1.81m/s。

1.812∑h ld=（0.41+0.06×3+0.21+0.31+1.02）×=0.63m

29.8所以压水管路总水头损失为∑h d=∑h fd+∑h ld=0.08+0.63=0.71m

则泵站内水头损失:∑h=∑s+∑d=1.96+0.71=2.67m，符合假设的实际水头损失。

<七>辅助设备设计

(1)引水设备

选用真空泵作为引水设备，其特点是水泵引水快，运行可靠，易于实现自动化控制，真空泵的排气量计算：

Qv=

3

k(wpwS)HaT(HaHSS)

式中 Qv———真空泵排气量，单位为m/min;

Wp———泵站内最大一台水泵泵壳内的空气容积，相当于泵吸入口到出水闸阀 的距离乘以吸入口面积，单位为m; k———漏气系数，取k=1.05;

Ws——— 吸水井最低水位算起到吸水管中空气容积，单位为m; Ha——— 大气压的水柱高度，取10.33m; Hss——— 离心泵安装高度，单位为m; T——— 水泵充水时间，取5 min。 500S59A型水泵的各部分参数：

3

3

2

×0.7×10=3.85㎡ 42

Ws=×0.5×(0.6+1.18+0.267)=0.40㎡

4 Wp= 则 Qv= 最大真空值：

Hsmax=Hss×73.6=3.206×73.6=235.96㎜Hg

因此选择2台SZ—2型水环真空泵（一台备用），其性能如下：

抽气量1.36 m/min,极限真空度-88.5Kpa,耗水量10 L/min，重量W=140kg,配套电机:Y112M-4，功率4Kw，转速n=1450 r/min.

6—9 SZ-2型真空泵外形尺寸（带底座）：（单位：mm）

L 1001

3

1.05(3.850.40)10.333

=1.27 m/min

5(10.333.03)L1 809 L2 590 12

L3 527 L4 190 B1 495

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B2 445 基础尺寸：

B3 393 B4 343 H1 472 H2 282 H3 82 基础长度=809+（150～200）=809+200=1009，取1000㎜ 基础宽度=445+155=600㎜

基础高=82+（150～200）=82+200=282㎜，取300㎜

(2)起重设备的选择

①选型 由前面设计可知，最大设备的重量为Y400–54–6型电动机，其重量为3000㎏，泵房宽18000㎜,据此选用LDT3.2S–型电动双梁式起重机，最大起重量为3200㎏，配电葫芦型号为AS416–162/1，配UE小车，起升速度8m/min工字钢630㎜。 其安装尺寸:

W=2500㎜, E=476㎜, H=687㎜, L1=1131㎜, L2=1790㎜, b1=1125㎜

① 泵房高度确定 泵房高度:

H1=a+c+d+e+h 式中 a———双轨吊车高度，0.687m；

c———行车轨道底至起重机钩中心的距离，1.125m；

d———起重绳的垂直长度（电动机1.2x，x为起重机部件长度，1.86m）； e———电机高度，1.2m；

h———起吊物与平台距离，取0.5m。

则泵房地上部分高度H1=0.687+1.125+1.86×2+1.2+0.5=5.744m,为了安全起见取5.8m 所以泵房总高度=17.94+5.8=23.74m

(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20～40 m3/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=2900 r/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960 r/min，叶片角度15°，风量10127m3/h，风压90Pa，配套电机YSF–8026, N=0.37 kW）。 (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。

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