水泵站课程设计

扬 州 大 学

能源与动力工程学院

（水泵站课程设计）

中 国 必 胜

姓 名： 郑天轶

学 号：101604158 专 业： 热能与动力工程 指导老师： 陈松山

2013.7.4

目 录

第一章 综合说明-----------------------------------------------------------------------------3 1-1 兴建缘由

1-2 工程位置、规模、作用 1-3 基本资料

第二章 设计参数确定-----------------------------------------------------------------------4 2-1 设计流量的确定

2-2 水位分析及特征扬程的确定 2-3 工程设计等级

第三章 机组选型-----------------------------------------------------------------------------5 3-1 水泵选型 3-2 电机选型

第四章 枢纽布置及进出水建筑物设计--------------------------------------------------8 4-1 站房结构形式 4-2 进水池设计 4-3 前池设计 4-4 下游翼墙 4-5 出水池设计 4-6 上游翼墙

4-7 交通及其他附属建筑

第五章 站房设计----------------------------------------------------------------------------12 5-1 站房形式与布置 5-2 站房平面尺寸的确定 5-3 站房各部分高程的确定

第六章 水泵工况点校核-------------------------------------------------------------------14 第七章 辅设备选择和布置----------------------------------------------------------------17 7-1机电设备布置

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7-2 起重设备选择与布置 7-3 拦污栅的选择与布置 7-4 工作桥的布置

第八章 附加说明----------------------------------------------------------------------------17 附录 泵站剖面图以及平面图-------------------------------------------------------------18 参考文献----------------------------------------------------------------------------------------18

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第一章 综合说明 1-1 兴建缘由

徐州市某县为满足向大运河补水要求，计划兴建补水泵站一座。 1-2 工程位置、规模、作用

补水站位于徐州市某县靠近运河的水利要道上，要求泵站设计流量达到17.3m3/s，该建筑物等级为Ⅲ级，主要作用是，通过该补水泵站实现由小渠等小水利向大运河补水的要求。 1-3 基本资料 一、地质条件

地面以下土质均为中粉质壤土，夹铁锰质结核，贯入击数26击，地基允许承载力180KPa，内摩擦角24°，凝聚力26KPa。地面高程低于下游引水河道堤顶高程0.5m。 二、水位特征值

表1 水位特征值

下游水位（m） 设计运 行水位 26.2 最低运 行水位 25.4 下游引水河道 河底 高程（m） 24.0

第二章 设计参数确定 2-1 设计流量的确定

根据规划要求，设计流量为14.5m3/s。 2-2 水位分析及特征扬程的确定

河底宽（m） 10 边坡 1:2 堤顶宽（m） 6 河底 高程（m） 28.1 防 洪 水 位 30.4 设计运 行水位 30.8 上游水位（m） 最低运 行水位 30.2 上游出水河道 河底宽（m） 10 边坡 1:2 堤顶宽（m） 6 防 洪 水 位 31.4 3

泵站的特征水位主要有8个，具体分为进水池水位和出水池水位。 进水池水位又包括4个特征水位：

最高防洪水位按泵站工程防洪设计标准确定。该水位是确定泵房等具有防洪要求的防洪墙及电机层高度的依据，是保证泵站安全所必需的水位。

最高运行水位即历年平均最高水位，用于水泵工作点的校核。对于离心泵站，进水池最高运行水位还是确定最低扬程时配套电机功率的依据。

设计水位是计算水泵设计扬程的依据。

最低运行水位是确定水泵安装高程的依据。对轴流泵站而言，最低运行水位也是确定水泵最高扬程和配套电机功率的依据。

出水池水位也包括4个特征水位：

出水池最高水位应与输水渠道或河道的防洪水位相适应。在出水池直接与外河连接时，才有最高水位。该水位是确定出水池高程的依据。

最高运行水位一般为泵站运行最大流量所相应的水位。该水位是确定水泵最高扬程和出水池高程的依据。

设计水位用于计算设计扬程。

最低运行水位为泵站运行最小流量所相应的水位。该水位是确定水泵最低扬程和确定出水管口高程的依据。

特征扬程可以根据以上各水位的相互关系计算得出。结果见表。

特征扬程（净扬程）的确定

设计扬程=出水池设计水位-进水池设计水位（m） 最高扬程=出水池最高水位-进水池最低运行水位 最低扬程=出水池最低水位-进水池最高运行水位（m） 2-3 工程设计等级

根据其重要性，规划为III级。

第三章 机组选型 3-1 水泵选型 一、水泵选型的原则

能满足泵站规划所需要的扬程和设计流量；

H设计扬程=30.8-26.2=4.6m H最高扬程=31.8-25.4=6m H最低扬程=30.2-30.4=-0.2m 4

能正常运行； 能在高效区运行； 管理、保养、维修要方便。 二、水泵选型的步骤 （一）、水泵台数的确定 1.主机组台数的确定

泵站主机组的台数，应结合工程投资、机泵供货情况、管理水平、运行费用等因素综合考虑。一般对于小型泵站，以2~3台为宜。对中型泵站，以3~7台为宜。根据《泵站设计规范》可知，设计流量14.5m3/s的泵站为中型泵站，故最终确定泵站主机组台数为5台。 2.备用机组台数的确定

对于中小型灌排站，以及年利用时间较低的中型泵站，可以不设备用机组。综合考虑本站的投资成本和泵站等级，最终确定不需要设置备用机组。

故，对于泵站，最终总的主泵机组的台数即为5台。 （二）、水泵扬程的确定 1.水泵口径的初步确定

在水泵台数确定之后，根据泵站总流量即可求得水泵的单台流量。

单泵流量

Q=14.5/5=2.9m3/s

2.管路水头损失的估计

在管路水头损失估计公式中，有一个管路水头损失相当于净扬程的百分数K（%）根据净扬程和水泵的口径查表为20。

hfKHa0.24.60.92m

3.水泵设计扬程的确定

在初步确定了水泵管路水头损失后，水泵的设计扬程也可确定如下：

HH净hf4.60.925.52m

（三）、水泵结构类型的选择 1.水泵结构形式的选择

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混流泵具有结构简单、调节容易、安装检修方便的特点。同时，混流泵高校区范围宽、功率曲线平稳、空蚀性能好，因此在可使用混流泵的场合，应优选混流泵。

在低扬程地区，如要选用混流泵而又必须降速运行才能保证泵在高效区运行时，如降速范围超过转速的40%，宜选用轴流泵。 2.水泵安装形式的选择

根据水泵轴的位置，水泵安装形式有卧式、立式和斜式三种。在选型时，不同的安装方式对泵站的运行管理、安装检修以及工程投资均有较大影响。

立式泵要求的泵房平面尺寸较小，水泵叶轮淹没于水下，起动方便。电动机安装在上层，有利于防潮和通风。但立式泵安装要求高，所要求的泵房结构较为复杂，泵房高度较高。立式泵适用于水源水位变幅相对较大的场合。

根据该站的特点初步确定为立式安装形式。 3.水泵产品的选型

根据设计扬程（5.52m）和每台泵的设计流量(2.9轴流泵。900ZLB-100 型轴流泵的工作参数见下

)可以选用900ZLB-100 型

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（以下参数为叶片为0°时的参数）

900ZLB-100 Q=10994m3/h H=5.61m n=590rpm D=850mm N配用功率=260KW ŋ=86.4％

3-2 电机选型 P=

KgQH1000泵=1.05*1000*9.8*2.9*(6/0.85)/（1000*0.86）=244KW

传动可选用JSL-15-10型电动机

其高度为2.20m，水平最大圆直径为1.45m，其技术数据为 额定 功率/kW 260 额定 电压/V 6000 转速/r/min 600 满载时 效率 86.5% 功率因素 0.806 在选择水泵时，水泵厂家给出了相应的配套电机为JSL-15-10，他的功率为260kW，工作电压为6kV，且与水泵采用的是直连传动，无论从什么角度都满足要求，故可以不需要再确定其他形式的电机。

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机座号 Frame no. 额定功率kw 15 260 6000 额定电压V 转速r/min D L P M N f g R S n H1 H2 h 规 格 安装尺寸表 Mounting dimensions(mm) 145136125120 210 32 129 220 28 12 0 0 0 40 600 1822205 0

第四章 枢纽布置及进出水建筑物设计 4-1 站房结构型式

根据地形布置，为了减少进水池和出水池的工程量，泵站进水池采用正向开敞式进水方式，出水池采用开敞式正向出水池，穿堤涵洞采用钢筋混凝土涵洞。该泵站的泵型为立式轴流泵，泵房的形式采用湿室型泵房。

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4-2 进水池设计

开敞式进水池具有结构简单、施工方便，投资节省的特点。开敞式进水池的作用在于进一步改善前池来流的流态，为水泵提供良好的工作条件。

喇叭口直径D1=1.4D=1.4×0.85=1.19m，（D1=1.3—1.4D）

进水池宽度B=4×D隔蹲＋2.5D1×5=4×0.5＋2.5×1.19×5=16.875m

（取D隔蹲=0.5，B=2—2.5D1）

水泵吸水管口位置P=0.8D1=0.8×1,19=0.925m，（P=0.5—0.8D1）

在水泵产品要求的0.75~1m范围之内

吸水管口淹没深度hs=2.05m（根据水泵图纸的出，转速为590的水泵淹没深度为2.05m）

水深h：h=2.05+0.925+0.5=3.475m

管口距进水池后墙的距离T=0.4D1=0.4×1.19=0.476m，（T=0.3—0.5D1）

进水池长度L1=

KQ2014.55.018>4D1=4.42m，=（当Q>0.5m3/s时，Ｋ＝

hB3.42516.87510—20）进水池可以适当延长，这里取7.1233m

池底高程

进水池底=进minh25.43.47521.925m

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4-3 前池设计布置

正向进水前池型式简单，施工方便，池中水流比较平顺；但是，如果受地形条件或机组台数较多，可能使前池长度、宽度过大，增加工程投资，这时，采用侧向进水前池可能比较经济。侧向进水前池中的水力条件较差，由于流向的改变，池内容易形成回流、漩涡，造成管口处流速分布不均，影响水泵性能。经过综合比较分析，本站确定为正向进水前池。

正向进水前池的尺寸图见图2，其确定过程如下。

前池尺寸

前池扩散角：30o （ɑ=20°—40°） 前池长度：LBb2tan216.8751012.82m

2*tan15o11前池池底坡度选择i=0.16根据设计实际情况的出（i=3—）

54-4下游翼墙

根据进水池深,选择悬臂式挡土墙。

B0.6~0.8D查资料得H 0.15~0.3

H11114 H2(~)H,取则H1H,H7.913m

15102015取B=0.7H=5.5391m, D=0.25B=1.384775m l115cm,l220cm,l320cm. 4-5 出水池设计

泵站出水池采用正向开敞式出水池，钢筋混凝土结构。

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与进水池的结构相近，参照出水池的尺寸图对其各部分的尺寸数据设计过程如下。

出水管管径：D0KK=0.84），

出水池宽度

B(n1)n(D02b)40.55(1.4320.51.43)16.3m

Q单0.842.91.43m（出水管采用铸铁管，

（：隔墩厚度，0.5m，b:出水管至边墩或池壁的距离b=0.5D0） 出口流速

04QD0单242.91.4321.81m/s

管口下缘至池底距离P：一般为10~20cm，在此取20cm 管口上缘最小淹没深度h淹没(2~3) 管口上缘最大淹没深度

hs1.810.334m 2g9.8出22：

hs底防洪-河底高程-D0P31.428.11.430.21.67m

出水池底板高程

低（-h淹没D出P）30.20.3341.430.228.236m

出水池最低水位：H330.2m；出水池最高水位：H231.4m

a0.5m；出水池安全超高：出水池墙顶高程H1H2a31.40.531.9m

出水池高度：HH1H431.928.2363.6m

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出水池长度Lk的确定：

上游引水河道高程28.1m<出水池池底高程28.236m，则出水池中不需台坎， 出水管选取水平淹没出流由于无台坎m=0流速V0≧1.5m/s,所以试验系数K=7：

LK(h)7(1.671.81)12.86m。一般出水池都比渠道宽，因

2g29.820S2此在两者之间有一过渡段，收缩角通常取30°~45°，此处选用40°。 过渡段长度Lg：LgBb16.3108.65m 2tan202tan2护砌长度为Lh：在紧靠过渡段的一段干渠中，由于水流紊乱，可能行成冲刷，因此该段应进行护砌，护砌长度为Lh：Lh(4~5)h渠，其中

h渠出max渠31.4-28.13.3m，所以Lh=4h渠=13.2m。

出水池内水跃校验：V池2m/s，所以不发生水跃。 4-6上游翼墙

根据出水池深,选择悬臂式挡土墙。

B0.6~0.8D查资料得H 0.15~0.3

H111 H2(~)H,取

10201514则H1H,H3.6m

15取B=0.8H=2.9312m, D=0.25B=0.7328m l115cm,l220cm,l320cm. 4-7 交通和其附属建筑

该泵站处于水利交通要道，故输水比较方

便，可以省去一些附加的建筑物。但在出水口出仍需要设计拍门，以及在出水涵洞口处需要设置一座闸门，而其他部分则不需设置。此外，为了更好的导流，可在喇叭口下方设置一个导水锥，且建议设计为1/4椭圆型曲线。

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第五章 站房设计 5-1 站房结构形式与布置

站房采用湿室式墩墙式，进水条件好，各台机组可单独检修，互不干扰。 主机组布置：采用纵向一列式，简单整齐，机房横向跨度较小。

配电设备布置：采用集中于一侧式布置，机组台数较多时，有利于监视机组的运行。

检修间布置：设在机房靠近大门的一端，并留有空地存放工具等用物。 交通道布置：宽度取2.5m，布置在进水侧，与配电间地板同高。

排水系统布置：机房地面应有向前池方向倾斜的坡度，设排水沟，至支沟沿机组基础布置，必要时加排水泵，集水井设在机房最低处。

通风布置：合理布置门窗，利用风压或热压实现自然通风。

电缆沟布置：从开关柜至机组的电缆整齐地铺设在泵房地面下的电缆沟内。 5-2 站房平面尺寸确定

站房平面布置如图5-1所示。

5-1 站房平面布置图

\\

机组中心距：LLa2.25D10.52.680.53.18m (L'：站墩间净距

a：中墩厚度)由于水泵中心距为，2.5D1+D

隔蹲

'=2.5×1.19+0.5=3.475m>L,所以机

组中心距取3.475m

站房长度L：LnL(n1)a2b52.6840.54223.4m

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'

(配电间和检修间的宽均取4m)

机房宽度 JSL-15-10型电动机水平最大圆直径为1.45m 电机两旁各取宽度2.5m和1.75m。 所以机房宽度为1.45﹢2.5﹢1.75＝5.7m

5-3 站房各部分高程的确定

图5-2 站房纵剖图

站房的纵剖图如图5-2，则其各部分高程计算如下： 底板高程：H1=21.975m

叶轮中心高程：H2=H1+P+0.5=21.975+0.925+0.5= 23.35m

水泵梁高：H3=H2+S=23.4+0.998=24.348 m，(S为叶轮中心线到水泵底座的高度)

电机层楼板高程：H4=H进max+a=30.4+0.6=30.8m，（a安全超高，取0.6 m） 机房高程：H5=H4+H

电机H2电机=2.20m

安全操作距离h2安全操作距离=0.3m 起吊件高度h3起吊件高度=3.51m

起重绳索长度h4起重绳索长度=1.2P=1.2×1.45=1.74m 吊车最高点距吊车顶部距离h5吊车最高点距吊车顶部距离=0.5m 吊车顶部到房顶下缘之间距离h6吊车顶部到房顶下缘之间距离=0.2m

泵房高度Ｈ房＝H2电机+h2安全操作距离+h3起吊件高度+h4起重绳索长度+h5吊车最高点

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距吊车顶部距离+h6吊车顶部到吊车下缘之间距离 ＝ 2.2+0.3+6.51+1.74+0.5+0.2 =8.45m H为机房的高度，根据检修轴需提升高度和行车的上升距离以及安装尺寸等要素确定机房高度为8.2m，故H5=H4+H=30.8+8.45=39.25m。

第六章 水泵工况点校核 一、管道阻力损失计算

n2l22管路水头损失：hf=h沿+h局=（10.295.330.883局 )Q=SQ4dd出水管道选择钢筋混凝土管，其表面粗糙系数n=0.014，管路总长约10 m，管口直径按经济流速来计算：d=0.84Q=0.842.9=1.43m，管道各部分局部阻力系数如下：

带滤网的底阀3.5~8.5； 带喇叭口的进口2.0~3.0； 拍门1.57~1.13； 渐扩管0.1~0.25。

则，管路水头损失：hf=0.108Q2 二、水泵工况点校核

根据上述设计取管道出口的标准直径为1.45m。

查泵站课程设计参考资料知，拍门的规格选1450mm，采用圆形整块拍门（铸铁制造），由于重量重，所以开启角度一般为50°~70°。取ζ1=0.4。

考虑到机房及出水池间的不均匀沉陷，在管道的外弯头侧和出水池前各按一个软接头，其大小由施工时给出，其损失系数为ζ

2=

20.2=0.4。

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在出水管末端按一个渐扩管道，直径由1m（水泵出水口径为1m）渐扩为1.45m，渐扩段长取L(5~7)(D大D小)2.5m，

ζ=0.17。

在泵进水口处因为有喇叭口，故其ζ=0.2，铸铁管n=0.013。 在泵出口安装一个弯头，以便与外管道连接，其ζ=0.15； 管路沿程阻力系数：

n2L20.0132*10h沿10.295.33Q10.29**2.90.00695m

d1.455.33管路局部阻力系数：

通过分析管路局部阻力系数，并按无变径附件时管路局部水头损失公式计算。表6详细列出了管路各局部阻力系数。

表6 管路局部阻力系数

带滤网底阀 渐扩管 12.0 30.2 带喇叭口的进口 拍门 20.1 41.6 则，局2.00.10.21.63.9

2.92h局0.083*3.9*0.616m 41.45hfh沿h局0.006960.6160.62296m

水泵管路阻力参数的计算

由管路水头损失的另一个计算公式可得：

S

hfQ20.79620.095s/m 22.9（三）、绘出泵站需要扬程曲线

在附录1的水泵900ZLB-100的性能曲线图上分别绘出三条需要扬程曲线，分别为： 设计工况下的需要扬程曲线：H需5.00.102Q，为图中铅笔绘出线的中间一根线； 最大扬程下的需要扬程曲线：H需6.00.102Q，为图中铅笔绘出线的上面一根线； 最小扬程下的需要扬程曲线：H需4.50.102Q，为图中铅笔绘出线的下面一根线；

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222

（四）、水泵运行工作点的确定

将手绘线与水泵性能曲线中叶片安装角为0°的那条流量-扬程曲线相交，即可得到不同工况下对应的工作流量和扬程，并在相应的效率、功率曲线图上找到对应的效率点和功率点，数据详见表7。

表7 水泵单独工作时工作点的确定

工 况 设计工况 最大扬程 最小扬程 Q（m3/s） 2.9 2.81 3.08 H（m） 5.9 6.9 5.5

二、水泵工况点的校核

由表7可知，所选泵产品在该泵站设计中，无论从流量、扬程、功率还是效率各方面都盲足要求，则只需进行允许吸上真空高度的校核。

水泵的安装高程：Hs10(1.2~1.4)h101.4*8.41.34m1.32m，故满足要求。（式中h为水泵的空蚀余量）

P（kW） 208 212 204 84.3 86 83.5 η（%） 在高效区内 在高效区内 在高效区内 第七章 辅设备选择和布置 7-1 机电设备布置

配电盘集中布置，将其与控制室布置在泵房的一端，另一端布置泵房大门和检修间。

7-2 起重设备的选择与布置

检修用起吊设备采用5t电动单轨吊车配手动葫芦，屋梁上架设36b工字钢，以便起吊。

7-3拦污栅的选择与布置

采用ф16的钢筋编成网，网格为15cm*15cm，周边用角钢80*80*6封边，分两块拼装。 7-4工作桥的布置

工作桥宽度取2m，护栏选用直径10cm的不锈钢管焊接而成，高度1.2m,并且每隔1.8m加一个立杆以固定。立杆为20cm*20cm。

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第八章 附加说明

1、冒水孔选取直径5cmPVC，孔间距离为1m。 2、引渠以及排水河道靠近站房一段采用浆基块石， 3、翼墙上护栏布置到泥土侧，高度1.2m，采用不锈钢管。 4、出水池隔墩高度取略高于上游洪水位。

5、在进水池隔墩两侧各开10cm狭缝，用于安装闸门以及拦污栅。

6、机房窗户分为2层，下层为2.5m*2.175m尺寸，上层为1.6m*2.175m尺寸。采用50*50立柱。

7、检修间高度以及窗户尺寸和机房一致，门宽3m。内侧采用25*25立柱，外侧采用50*50立柱，并且门两侧采用25*25立柱。

8、配电间高度为4m，窗户为2m*1.8m单层窗户。内侧采用25*25立柱，外侧采用50*50立柱，并且门两侧采用25*25立柱。

9、进水池闸门高度为高于下游设计水位0.5m,拦污栅高于设计水位1m。(不知道原因)

附录 泵站剖面图以及泵站平面布置图 参考文献

[1]泵站设计规范 GB/T50265-97 [2]水工混凝土结构设计规范 SL/T191-96 [3]水利工程水力计算规范 SL104-95 [4]灌溉与排水工程设计规范 GB20288-99

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[5]小型水利水电工程设计图集抽水站分册.水利电力出版社，1983.5 [6]给水排水设计手册（11）.中国建筑工业出版社，1986.12 [7]严登丰编著.泵站工程.中国水利电力出版社，2003.11

[8]储训，刘复新主编.中小型泵站设计与改造技术.河海大学出版社，2001.3

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