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2015至2016學(xué)年第1學(xué)期 水泵與水泵站課程設(shè)計 設(shè)計題目 取水泵站設(shè)計 專 業(yè) 給水排水科學(xué)與工程 姓 名 馮羽中 學(xué) 號 1130570057 完成日期 2015年11月 指導(dǎo)教師 潘翠霞 浙 江 科 技 學(xué) 院 第1章設(shè)計說明 3 1.1設(shè)計任務(wù) 3 1.2設(shè)計條件 3 1.3設(shè)計內(nèi)容 4 1.4總體布置 4 1.5泵站工藝設(shè)計 4 1.5.1設(shè)計范圍 4 1.5.2泵站工藝設(shè)計 4 1.5.3輔助設(shè)備 4 1.5.4管材選擇 5 1.5.5其他 5 第2章計算過程 5 2.1設(shè)計揚程的計算 5 2.1.1水泵設(shè)計流量 5 2.1.2設(shè)計靜揚程 5 2.1.3輸水管的水頭損失 6 2.1.4泵站內(nèi)水頭損失 6 2.1.5設(shè)計揚程 6 2.2水泵的選型 6 2.3水泵基礎(chǔ)設(shè)計 9 2.4吸水管路和壓水管路設(shè)計計算 10 2.5吸水井設(shè)計布置 10 2.6機組與管道布置 10 2.7吸水管路和壓水管路中水頭損失的計算 10 2.7.1吸水管路中的水頭損失hs 11 2.7.2壓水管路中水頭損失hd 11 2.7.3泵站內(nèi)水頭損失h 11 2.7.4泵的實際揚程 11 2.7.5消防校核 11 2.8泵安裝高度的確定和泵房筒體高度計算 12 2.9附屬設(shè)備的選擇 12 2.9.1起重設(shè)備 12 2.9.2引水設(shè)備 12 2.9.3排水設(shè)備 12 2.9.4通風(fēng)設(shè)備 12 2.9.5計量設(shè)備 13 2.10泵房建筑高度的確定 13 2.11泵房平面尺寸的確定 13 2.12設(shè)計圖紙 13 第1章設(shè)計說明 1.1設(shè)計任務(wù) 設(shè)計一近期供水能力為33600m3/d+（學(xué)號后兩位）*200 m3/天（45000），遠期為50000 m3/d+（學(xué)號后兩位）*200 m3/天（61400）的取水泵站。 計算得，近期供水能力為33600+57*200=45000m3/天，遠期為50000+57*200=61400m3/天。 1.2設(shè)計條件 水源枯水位4.51m(97%頻率)，水源洪水位標(biāo)高為15m（1%頻率）岸邊地面標(biāo)高9.60 m，水廠混合水池水面標(biāo)高30m。 水源至吸水井長150m，泵站到凈水廠的輸水干管全長1000m。 1.3設(shè)計內(nèi)容 1、選定建筑物總體布置方案。 2、確定泵站的設(shè)計流量及設(shè)計揚程。 3、根據(jù)泵樣本及經(jīng)濟原則，確定水泵的類型及數(shù)目，并作經(jīng)濟方案比較。 4、根據(jù)選定的水泵，選擇配套動力機及主要的輔助設(shè)備。 5、確定進出水管及附件的材料、數(shù)目和經(jīng)濟管徑。 6、確定水泵工作點及安裝高程。 7、確定機電設(shè)備的布置方案及泵房結(jié)構(gòu)類型和尺寸。 8、完成進出水建筑物的設(shè)計、布置。 9、校核計算水泵的工況點。 10、泵站整體穩(wěn)定分析。 1.4總體布置 該泵站整體布局為長方形，長36m，寬13.24m，設(shè)一座配電房，設(shè)控制值班室。泵站內(nèi)為半地下式泵站，現(xiàn)狀地勢平坦，地形標(biāo)高9.60m，泵站設(shè)計地平標(biāo)高為9.60m。 1.5泵站工藝設(shè)計 1.5.1設(shè)計范圍 本次設(shè)計包括取水泵房的工藝設(shè)計；泵站取水管路的設(shè)計、 泵站至水廠管路連接的設(shè)計。 1.5.2泵站工藝設(shè)計 （1）泵站形式：泵站為有人值守式泵站，泵房設(shè)計為半地下式； （2）設(shè)計取水量：取水水量為45000t/d，遠期61400t/d； （3）水泵揚程計算：洪水期水泵楊程為23.554m 枯水期水泵楊程為34.044m； （4）水泵設(shè)備選擇及安裝：本設(shè)計選用300S32-2泵，近期四臺，三用一備，遠期增加一臺,四用一備。水泵安裝應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品安裝條件設(shè)置埋件，埋件具體做法見結(jié)構(gòu)圖紙，其安裝調(diào)試應(yīng)在廠方技術(shù)人員指導(dǎo)下進行。 1.5.3輔助設(shè)備 選用兩臺T35-11軸流風(fēng)機，機械排風(fēng)。閘門、啟閉機、風(fēng)機等設(shè)備均應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品條件設(shè)置埋件，埋件做法見結(jié)構(gòu)圖紙。所有輔助設(shè)備的安裝調(diào)試應(yīng)在廠方技術(shù)人員指導(dǎo)下進行。 1.5.4管材選擇 （1）泵站內(nèi)均采用鋼制管道及管件； （2）鋼制管道管件內(nèi)外防腐均采用環(huán)氧煤瀝青，涂底漆一道，面漆三道，涂漆需在嚴格除銹后進行； （3）鋼管采用焊接連接，壓力管HDPE管采用熱熔連接。注明用法蘭處，采用法蘭連接，法蘭連接處采用3毫米厚石棉橡膠墊片密封； （4）管制鋼件、防水套管均見《給水排水標(biāo)準(zhǔn)圖集》，圖中管道長度均為理論長度，下料時應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)定扣除焊縫及密封厚度； （5）鋼制管道及其管件焊接均按《現(xiàn)場設(shè)備工業(yè)管道焊接施工及驗收規(guī)范》（GBJ235-82）執(zhí)行。HDPE管道安裝及驗收按《給水排水管道施工及驗收規(guī)范》（GB20568-97）執(zhí)行。 1.5.5其他 本設(shè)計潛水泵、閘門、風(fēng)機等設(shè)備安裝及預(yù)埋均參考有關(guān)廠家資料設(shè)計建設(shè)方最終選定設(shè)備不一定為該廠家設(shè)備，不同廠家產(chǎn)口預(yù)埋及安裝尺寸可能有所差異。故建設(shè)方應(yīng)在設(shè)備預(yù)埋件安裝前選定設(shè)備，以便及時調(diào)整設(shè)備的安裝尺寸。 第2章計算過程 2.1設(shè)計揚程的計算 2.1.1水泵設(shè)計流量 自用水系數(shù)取0.05。 近期Q=47250m3/天=0.547m3/s 遠期Q=64470m3/天=0.746m3/s 2.1.2設(shè)計靜揚程 取水頭部至泵房吸水間Q設(shè)=0.746m3/s，設(shè)計時單管按75%流量計算，Q設(shè)=0.560 m3/s 經(jīng)濟流速取1.5m/s，計算得D=676mm。 查水力計算表后，取DN700，v=1.46m/s，1000i=3.60。 取水頭部至吸水間的水頭損失h1=1.1*i*150=0.594m。 則吸水間中水面標(biāo)高： 洪水期：15-0.594=14.406m 枯水期：4.51-0.594=3.916m 對應(yīng)的水泵靜揚程： 洪水期：30- 14.406=15.594m 枯水期：30-3.916=26.084m 2.1.3輸水管的水頭損失 輸水管流量與取水管相同，設(shè)計師與取水管取相同設(shè)計。 取DN700，v=1.46m/s，1000i=3.60。 輸水管水頭損失h2=1.1*i*1000=3.96m。 2.1.4泵站內(nèi)水頭損失 泵站內(nèi)水頭損失粗估為2m，安全水頭取2m。 2.1.5設(shè)計揚程 洪水期：15.594+3.96+2+2=23.554m 枯水期：26.084+3.96+2+2=34.044m 2.2水泵的選型 水泵設(shè)計流量： 近期Q=47250m3/天=1969m3/h=0.547m3/s 遠期Q=64470m3/天=2686m3/h=0.746m3/s 水泵機組選擇如下 近期三用一備，共四臺。 遠期增加一臺，四用一備，共五臺。 特性曲線計算： 揚程取為最不利值 Hst=34.044m 單泵流量預(yù)估為660 m3/h，183.3L/s。 S=h/Q2=（0.594+3.96+2）/（1969）2=1.690e-6 H=26.084+1.690e-6Q2 Q 0.0 300.0 600.0 900．0 1200.0 1500.0 1800.0 2100.0 2400.0 ∑h 0.0 0.15 0.61 1.37 2.43 3.80 5.47 7.46 9.37 H 26.08 26.23 26.69 27.45 28.51 29.88 31.55 33.54 35.45 經(jīng)反復(fù)比較推敲選定兩個方案： 方案一：4臺300S32-2泵，三用一備，單泵重量709Kg，出口口徑250mm，進口口徑300mm，帶底座，轉(zhuǎn)速1480rpm，軸功率79.2Kw，額定效率87% ，額定揚程32m，額定流量790m3/h，電機型號Y280M-4，電機功率110Kw，電機效率92.7%，電機重量562Kg，整體重量1271。 方案二：4臺ISG350-315-1，三用一備，單泵重量1650Kg，出口口徑350mm，進口口徑350mm，帶底座，轉(zhuǎn)速1480rpm，軸功率83.05Kw，額定效率84% ，額定揚程32m，額定流量800m3/h，電機型號Y315S-4，電機功率110Kw，電機效率94%，電機重量1100Kg，整體重量。 方案一 水泵特性曲線，管路特性曲線和水泵工況點 方案二 水泵特性曲線，管路特性曲線和水泵工況點 方案編號 運行水泵及臺數(shù) 泵效率% 軸功率Kw 電機效率% 整體效率% 整體重量Kg 方案一 三臺300S32-2 三臺 87 79.2 92.7 80.6 1271 方案二 三臺ISG350-315-1 三臺 84 83.05 94 79.0 2750 從方案比較表中可以看出方案一在水泵效率方面優(yōu)于方案一，且方案二機組重量較高，水泵基礎(chǔ)需求較大，所以選定方案一。 確定方案為：4臺300S32-2泵，三用一備，單泵重量709Kg，出口口徑250mm，進口口徑300mm，帶底座，轉(zhuǎn)速1480rpm，軸功率79.2Kw，額定效率87% ，額定揚程32m，額定流量790m3/h，電機型號Y280M-4，電機功率110Kw，電機效率92.7%，電機重量562Kg。 遠期擬增加一臺同型水泵，泵站總流量增加至約9600L/s，滿足遠期設(shè)計要求。 2.3水泵基礎(chǔ)設(shè)計 基礎(chǔ)長度： L=地腳螺絲釘間距+（400～500）=L+（400～500）=1107+493=1600mm 基礎(chǔ)寬度 B=地腳螺絲釘間距+（400～500）=A+（400～500）=650+450=1100mm 基礎(chǔ)深度 H =[（2.5~4.0）*（W水泵+W電機）]/（L*B*γ） =[4（709+562）]/（1.6*1.1*2400）=1.20m 設(shè)計取1.2m，穩(wěn)定深度取0.5m，泵房底板為1m。 計算得總深度為2.7m。 混凝土塊式基礎(chǔ)的尺寸（m）定為L *B * H = 1.60m * 1.10m * 2.7m。 2.4吸水管路和壓水管路設(shè)計計算 每臺泵有單獨的吸水管與壓水管 1臺300S32-2型單級雙吸離心泵最大工作流量為800L/s。 初步選定吸水管管徑DN=800mm，壓水管管徑DN=700mm。 當(dāng)吸水管DN=800mm時，V=1.59 m/s，（滿足1.2～1.6 m/s） 當(dāng)壓水管DN=700mm時，V=2.08 m/s，（滿足2.0～2.5 m/s） 2.5吸水井設(shè)計布置 水泵吸水管進口喇叭口大頭直徑DN/mm≥（1.3～1.5）d=1.4800=1120 水泵吸水管進口喇叭口長度L/mm≥（3.0～7.0）(D-d）=5.0(1120-800)=1600 喇叭口距吸水井井壁距離/mm≥（0.75～1.0）D=1.01120=1120 喇叭口之間距離/mm≥（1.5～2.0）D=2.01120=2240 喇叭口距吸水井井底距離/mm≥0.8D=1.01120=1120 喇叭口淹沒水深h/m≥（0.5～1.0）=1.2 所以，吸水井長度=13440mm(根據(jù)基礎(chǔ)之間距離還要調(diào)整) 吸水井寬度=4000mm 吸水井高度=6000mm 2.6機組與管道布置 如設(shè)計圖所示，為了布置緊湊，充分利用建筑面積，將四臺機組交錯布置成兩排，兩臺為正常轉(zhuǎn)向，兩臺為反常轉(zhuǎn)向，在訂貨時應(yīng)予以說明。 每臺泵有單獨的吸水管、壓水管引出泵房后兩兩連接起來。泵出水管上設(shè)有液控蝶閥((c)HDZs41X-10)和手動蝶閥(D2241X-10)，吸水管上設(shè)有手動閘板閘閥(Z545T-6)。 為了減少泵房建筑面積，閘閥切換井設(shè)在泵房外面，兩條DN700的輸水干管用DN700蝶閥(GD371Xp-1)連接起來，每條輸水管上各設(shè)切換用的蝶閥(GD371Xp-1)一個。 2.7吸水管路和壓水管路中水頭損失的計算 取一條最不利線路,從吸水口到輸水干管上切換閘閥止為計算線路圖 (如圖1所示) v1=1.46m/s v2=1.67m/s v3=1.91m/s v4=1.86m/s v5=1.46m/s 2.7.1吸水管路中的水頭損失hs Hs=Hfs+His=1.1*l*i+Σζv2/2g=0.12m 2.7.2壓水管路中水頭損失hd Hd=Hfd+Hid=1.1*i*l+Σζv2/2g=1.64 2.7.3泵站內(nèi)水頭損失h H=Hs+Hd=0.12+1.64=1.76m 2.7.4泵的實際揚程 洪水期：15.594+3.96+2+1.76=23.314m 枯水期：26.084+3.96+2+1.76=33.804m 初選的泵機組符合要求。 2.7.5消防校核 假設(shè)消防流量為144m3/h。 Q設(shè)=0.786m3/s，單管Q=0.75Q設(shè)=0.590，DN700，v=1.53m/s，符合要求。 2.8泵安裝高度的確定和泵房筒體高度計算 為了便于用沉井法施工，將泵房機器間底板放在與吸水間底板同一表高，因而泵為自灌式工作，所以泵的安裝高度小于其允許吸上真空高度。 已知吸水間最低動水位標(biāo)高3.916m，為保證吸水管正常吸水，取吸水管的中心標(biāo)高1.916m（吸水管上緣的淹沒深度為3.916-1.916-1.12/2=1.44m ）。取吸水管下一距吸水間底板0.7m，則吸水間底板標(biāo)高為1.916-1.12/2-0.7=0.656m。 洪水位標(biāo)高為15m，考慮1.0m浪高，則操作平臺標(biāo)高為16m。 因此泵房筒體高度為16-0.656=15.344m，取為16m。 2.9附屬設(shè)備的選擇 2.9.1起重設(shè)備 設(shè)計使用最大起重量為Y1000-10/1430型電機重量W=8700Kg，最大吊起高度為16+2=18m。（其中2.0是考慮操作平臺上汽車的高度）。為此選用龍門吊車（起重重量為5t，跨度13.5m，CD-10電動葫蘆，起吊高度18m）。 2.9.2引水設(shè)備 為了便于用沉井法施工，將泵房機器間底板放在與吸水間底板同一標(biāo)高，因而泵為自灌式工作，所以泵的安裝高度小于其允許吸上真空高度，無須計算。 2.9.3排水設(shè)備 由于泵房較深，采用電動泵排水。沿泵房內(nèi)壁設(shè)置排水溝，將水匯集到集水坑內(nèi)用泵抽回吸水間。 取水泵房的排水量一般按20-40m3/h考慮，排水泵的靜揚程按15m計算，水頭損失3m左右，總揚程15+3=18m左右，可選用IS80-65-160（2900） (Q=50m3/h，H=32m，N=37Kw，n=2900r/min)兩臺，一用一備，配套電機Y200L2-2/37。 2.9.4通風(fēng)設(shè)備 選用兩臺T35-11型軸流風(fēng)機（葉輪直徑700mm，轉(zhuǎn)速960r/min，葉片角度15，風(fēng)量10127m3/h，風(fēng)壓90Pa，配套電機YSF-8026，N=0.37kW）。 2.9.5計量設(shè)備 在凈化場的送水泵站內(nèi)安裝電磁流量計統(tǒng)一計量，本泵站內(nèi)無需再設(shè)計量設(shè)備。 2.10泵房建筑高度的確定 泵房筒體高度已知16m，操作平臺以上建筑高度，考慮載重汽車駛?cè)霗z修間，泵房高度應(yīng)滿足吊車從車箱上吊起設(shè)備，起吊物與車箱底板之間需有一定的安全距離。 包括： ——汽車廂底板離地面高度； ——墊塊高； ——最高設(shè)備(或部件)的高度； ——捆扎長度； ——吊車吊鉤到軌道面的距離； ——小車高度； ——小車頂部的安全凈空，一般取0.2～0.3m 。 實際計算中根據(jù)起重設(shè)備以及起吊高度、電梯井機房的高度、采光及通風(fēng)要求，吊車梁底板到操作平臺樓板的距離為8.80m，從平臺樓板到房頂?shù)装鍍舾?1.30m。 2.11泵房平面尺寸的確定 根據(jù)泵機組、吸水與壓水管道的布置條件以及排水泵機組和通風(fēng)機等附屬設(shè)備的設(shè)置情況，從給水排水設(shè)計手冊中查出有關(guān)設(shè)備和管道配件的尺寸，通過計算求得泵房長36m，寬13.24m。 2.12設(shè)計圖紙 附帶在計算書后。