毕业论文-每秒130立方米提水流量淮阴东风抽水站设计39285.doc

淮阴东风抽水站设计报告目 录第一篇 土建部分4第一章 原始资料41.1 概况41.2 电气部分5第二章 工程概况72.1 机泵的选型72.2 工程总体布置及建筑物的型式与尺寸：7第三章 机组选择83.1 水泵选型83.2 动力机的选型13第四章 枢纽布置及进出水建筑物设计144.1枢纽布置及站房结构形式144.2引河及前池设计布置144.3 进水流道设计（采用轴形弯管进水流道）144.4出水流道设计(采用虹吸式出水流道)154.5出水池及泄水渠的设计174.6上下游连接建筑物的布置和交通及其附属结构布置：17第五章 站房设计195.1站房结构形式与布置195.2站房平面尺寸的确定195.3站房各部分高程的确定205.4 主要结构设计22第六章 水泵工况点校核以及站房防渗计算266.1管路水头损失计算266.2 图解法求工况点286.3 站房防渗计算29第七章 泵房稳定计算和校核367.1泵房稳定计算367.2泵房稳定校核计算42第八章 结构计算458.1底板构造458.2设计工况时底板结构计算458.3 完建期底板结构计算518.4 配筋计算及裂缝校核58第二篇 电气部分设计60第一章 原始资料601.1 概况601.2 电源情况60第二章 主接线设计612.1 泵站负荷统计612.2 主变选择622.3主接线方案的确定63第三章 短路电流计算643.1短路电流计算的等值电路643.2各元件电抗计算643.3 最大运行方式下d-1 d-2 d-3点短路653.4 最小运行方式下d-1 d-2 d-3点短路66第四章 主电动机启动校验674.1各元件的阻抗。674.2求启动时母线电压67第五章 电气设备选择695.1 6kv断路器和隔离开关的选择695.2 主变110kv侧断路器和隔离开关的选择695.2 载流导体和绝缘子的选择705.3 互感器的选择735.4 开关柜的选择775.5泵站电气主接线图80第六章 继电保护装置设计816.1 主电动机保护816.2整定计算816.3主变压器保护836.4泵站6kv母线保护85参考资料87第一篇 土建部分第一章 原始资料1.1 概况1.1.1 兴建缘由为了缓解鲁、冀、京地区水资源短缺，国家以批准实施南水北调东线一期工程，根据东线工程的具体规划，从长江源头泵站调水到黄河南岸需要建13级梯级抽水站，共30座大型泵站，该站建于京杭大运河里运河和洪泽湖二河之间，主要负担将南水北调第二级抽水站即淮安泵站提抽的水由里运河抽至洪泽湖，再经泰山洼泵站、沙集泵站等通过徐洪河向北输水，泵站水文情势、地质条件与淮阴二站同，但设计流量不同。1.1.2 设计数据1.1.2.1 河道情况：经总体规划，决定原有骨干输水河道二河基础上，开挖拓宽部分河道，河道采用复式断面，上游河道与二河相连，河道底宽35m边坡1：3，河底高程6.5m，堤顶高程18.5m，河道上建公路桥梁一座，下游与头河相连，河道底宽40m，边坡1：3，河底高程5.0m，堤顶高程15.8m。1.1.2.2 工程地质：站身持力层为四层，粉质粘土，含有较多的沙及铁锰结核，贯入击数为22击，上游翼墙持力层为3层，为粉质沙壤土，贯入击数为4-27击，详见江苏工程勘测设计研究院淮阴二站工程地质勘测报告。回填土必须夯实，干容量不小于15.5kn/m3 其中站身侧墙后局部用（2）层粉质粘土回填。上游翼墙为水泥搅拌桩基础。1.1.2.3 设计水位：（1）京杭大运河设计水位：设计水位：8.70m,头河入口处水位9.0m； 最高水位：9.20m,头河入口处水位9.50m最低水位：8.20m, 头河入口处水位8.50m(2)二河设计水位： 设计水位：13.10m； 最高水位：13.60m最低水位：11.60m(3）防洪特征水位：站下防洪设计水位：10.80m站下防洪校核水位：11.20m站上防洪设计水位:14.31m;分淮入沂300m3/s淮阴闸上水位。站上防洪校核水位:15.40m；分淮入沂400m3/s淮阴闸上水位。站上防洪最高水位：16.43m；远景入海水道强迫行洪最高水位。1.1.2.4 设计流量设计提水流量130m3/s。1.1.2.5 建筑物工程等级二等大（2）型泵站，工程等级为级。1.1.2.6 交通建筑材料可通过公路输运，交通便利。1.1.2.7 气象资料最大风速度：5m/s；基本风压w=373n/;最热月平均最高气温；32.4；最热月平均气温：27.4；最热月平地面下0.8m处土壤平均温度：25最低气温：-14.7；年平均气温:12;雷暴日数：35日/年； 1.1.2.8 抗震设计按六度考虑1.2 电气部分1.2.1 泵站机组技术泵站总平面布置图，站房平面。泵站辅机及其它装备的用电安装容量及负荷类型由土建部分提供。1.2.2 气象、地质资料最热月平均最高气温；32.4；最热月平均气温：27.4；最热月平地面下0.8m处土壤平均温度：25雷暴日数：35日/年；土壤性质：重粉质壤土。1.2.3 负荷类型本站是通榆河枢纽的重点工程之一，泵站年最大负荷利用小时tmax=2500h。1.2.4 供电电源根据供电部门提供的供电方案，泵站由位于站址10km处一变电所提供110kv或10kv专用架空线路供电。请根据经济技术比较后选定。110kv母线在最大运行方式下三相短路容量1000mva，最小运行方式下三相短路容量800mva。距本泵站5km处另有10kv电源可供选择，6kv电源最大三相短路容量为500mva，最小三相短路容量为350mva。泵站在计费计量点的功率因数不应低于0.9。附 淮阴东风抽水站土质钻探资料见表1-1表1-1 淮阴东风抽水站底板下地质钻探资料土层高程m贯入击数n比重g天然含水量天%湿干天然孔隙天饱和度流限t塑限t%塑性指数n%稠度凝聚力ckg/m2摩擦角0固结系数cv18.22-17.2732.6833.21.891.420.891002116.6-16.1582.68301.91.480.811002514.98-14.5322.7445.71.771.211.261003.8721.217.51.400.0860.0813.36-12.9132.7432.91.911.440.8910049.331.617.70.0730.12100.04311.74-11.29132.7222.72.061.680.6299110.12-9.67212.68242.021.630.6496328.5-8.05372.6825.81.991.580.799346.88-6.43242.7228.81.961.520.799940.32713.30.2680.48160.045.26-4.81112.7231.91.911.450.88993.64-3.1982.7228.41.971.530.789941.429.312.1-0.0740.35150.0242.02-1.57192.7224.52.031.630.6710036.625.511.1-0.090.61180.020.4-0.0533-1.2-1.67202.72252.021.620.6810038.726.412.3-0.110.52150.019-2.84-3.29402.72222.071.680.629736.524.911.6-0.250.66160.011第二章 工程概况2.1 机泵的选型淮阴东风抽水站设计抽水流量为130立方米每秒，采用四台叶轮直径为3.1米的全调节立式轴流泵，叶片调节角度为-20 ,转速为150r/min。配用2200kw同步电动机。泵和电动机的具体选型配套及其主要性能见下章。2.2 工程总体布置及建筑物的型式与尺寸： 该站建于京杭大运河里运河和洪泽湖的二河之间，总体布置见布置图。2.2.1 站房：本泵站采用干室、块基型站房，泵室总长为34m,宽30.9m，站房长度较长，中间设一道0.1m的沉陷缝。机房总宽12.7m,设一间吊物孔间和检修间，总长为44.7m。水泵叶轮中心高程为5.70m，底板高程为0.0m,水泵层高程为4.7m，联轴器高程为13.0m，电机层楼面高程为17.5m,屋面梁高程为31.50m。2.2.2 前池：采用正向进水型式，总长15m，由于下游河道宽40m,而泵室总长为34m,前池的收缩角为220，底坡i=0。前池底板下用c20砼进行封底。2.2.3 引渠：引渠总长为73m,采用梯形断面，底高程与河底高程同高为5m,底宽为40m，边坡采用1：3，堤顶宽8m，堤顶高程为15.8m。前段39m底坡为0，后段34m底坡为1/10。采用浆砌块石护底，其下设三层反滤层，35cm厚浆砌石，10cm厚碎石垫层，10cm厚粗砂垫层。2.2.4 流道：进水流道采用肘型弯管进水流道，出水流道采用虹吸式出水流道。具体尺寸见后章。2.2.5 出水池：采用正向出水池，总长为15.3m，扩散角为220，为方便与河底连接，采用底坡为1/22。出水池底板采用c20的混凝土封底。2.2.6 泄水渠：泄水渠采用梯形断面，总长为79.7m，渠底高程与上游河底高程同高为6.5m，河底宽35m,渠底设三层反滤层，35cm厚浆砌石，10cm厚碎石垫层，10cm厚粗砂垫层。边坡为1/3，堤顶宽8m，堤顶高程为18.5m。2.2.7 上下游连接建筑物：上下游第一级、上游二级翼墙均为砼空箱结构，下游第二级翼墙为砼扶壁式结构，其余均为浆砌石墙，上下游砼护坦，护坡，浆砌石护底，上游翼墙为搅拌桩基础。第三章 机组选择3.1 水泵选型3.1.1 扬程的确定 （1）设计扬程：h设=设计外水位-设计内水位=13.0-8.70=4.4m（2）最高扬程： hmax=最高运行外水位-最低运行内水位=13.6-8.2=5.4m(3）最低扬程：hmin=最低外水位-最高内水位=11.60-9.20=2.4m3.1.2设计流量 从资料可知q=130m3/s3.1.3水泵初步选型估计水力损失为净扬程的10%则水泵设计扬程 hd=(1+10%)4.4=4.84m水泵最高扬程为 hmax=(1+10%)5.4=5.94m 根据该泵站等级和水泵的流量及扬程初步选定采用立式轴流泵，因为立式轴流泵有如下优点（1） 占地面积小；（2） 叶轮在水中，利于防止汽蚀；（3） 启动简单，无须充水，易实现自动运行；（4） 动力机的高程位置任定，防洪要求易满足；（5） 便于从深处提水；（6） 防水保护简单，可置于室外；（7） 对大型泵，其部分外壳可用混凝土结构，利于节省设备费，亦利于缩短站房底板长度。方案一：选择4台泵，单泵流量qd=1304=32.5m3/s，扬程hd=4.84m取电机级对数p=20则转速np=60f/p=605020=150r/min比转速 = =956.5由于没有现成的泵可供直接选择，则通过选择模型泵，再向厂家订购。模型泵的转速nm=1450r/min 叶轮直径dm=0.3m拟取原型泵叶轮直径dp=3.0m，则npdp=3.0150=450480由 得 = =0.314m3/s=314 l/s m根据hm=4.52m ,qm=314l/s 选择模型泵tj04-zl-23选取调节角度为00。具体参数及性能曲线见图 3-1 ,转换成原型泵后具体参数见表3-1；性能曲线见图3-2：表3-1 原型泵性能参数叶片安放角流量（m3/s）扬程（m）转速（r/min）效率(%)叶轮直径（mm）0032.54.84150863000图 3-1 tj04-zl-23模型泵性能曲线图图3-2 3000zlq-85 泵段性能曲线图方案二：仍选择4台泵，单泵流量qd=1304=32.5m3/s，扬程hd=4.84m 选取原型泵叶轮直径为3.1m，转速n=150r/min 则nd=1503.1=465480模型泵的转速nm=1450r/min 叶轮直径dm=0.3m= =0.285m3/s=285 l/s m根据hm=4.52m ,qm=314l/s 选择模型泵tj04-zl-23选取调节角度为-20。具体参数及性能曲线见图3-3，转换成原型泵3100zlq-85后具体参数见表3-2；性能曲线见图3-4：图 3-3 tj04-zl-23模型泵性能曲线图表3-2 原型泵性能参数叶片安放角流量（m3/s）扬程（m）转速（r/min）效率(%)叶轮直径（mm）-2032.54.84150863100 图3-4 3100zlq-85 泵段性能曲线图3.1.4方案比较3.1.4.1 叶轮直径为3.0m 的立式轴流泵查性能曲线表 hd=4.84m时q=32.6m3/s hmax=5.94时,q=30.5m3/s kwkwkw3.1.4.2 叶轮直径为3.1m 的立式轴流泵查性能曲线得 hd=4.84m时q=33.2m3/s hmax=5.94时,q=29.5m3/s 水泵轴功率计算kwkw 根据水泵选型应考虑的原则：（1） 能满足供水排水任务要求,并力求实际运行工作点接近泵最优运行工作点;（2） 动力性能(流量、效率参数等)、耐汽蚀性能好，确保在各种特征扬程下安全、可靠并高效运行；（3） 泵的结构合理，建站投资省；（4） 便于安装，检修；（5） 利于综合利用。由两种方案泵的参数可知，所选泵型均能满足流量和扬程的要求，且正常运行时都在高效区，且两种方案土建投资、安装、管理都差不多，由配套总功率进行比较得选用3.1m的较为经济，且根据南水北调中的经验可知叶轮直径大时，实际损失率小，且为了更好的配合淮阴二站的运行，综合考虑选择叶轮直径为3.1m立式轴流泵。3.2 动力机的选型3.2.1 动力类型由资料可知，在距离泵站附近10 km处有一所变电所可提供110 kv和10 kv的电压，另在距泵站5 km处有10 kv的电源，电源丰富，则选择动力类型为电动机。由于水泵轴功率较大，电源距离较远，选择10 km处110 kv的电源，由架空线路路引进。3.2.2 配套功率计算水泵的配套功率为：（k=1.05, ）kw取kw选择tj220040/3250型同步电动机的电机，技术参数见表3-3表33 tj220040/3250型电动机主要参数型号容量（kw）额定电压（kv）额定电流（a）启动电流倍数额定转速（r/min）tl220040/3250220062486150标称牵入转矩堵转额定转矩最大额定转矩励磁电压（v）励磁电流（a）功率因数cos0.451.01.61392550.9第四章 枢纽布置及进出水建筑物设计4.1枢纽布置及站房结构形式4.1.1枢纽布置根据该站的功能作用：主要负担将南水北调第二级抽水站即淮安泵站提抽的水由里运河抽至洪泽湖，再经泰山洼泵站、沙集泵站等通过徐洪河向北输水。选址建于京杭大运河里运河和洪泽湖二河之间，经总体规划，决定在原有骨干输水河道二河基础上，开挖拓宽部分河道，河道采用复式断面，上游河道与二河相连，河道底宽35m边坡1：3，河底高程6.5m，堤顶高程18.5m；建公路桥衣着。下游与头河相连，河道底宽40m，边坡1：3，河底高程5.0m，堤顶高程15.8m。4.1.2站房结构形式根据该泵站所处的地形位置、水泵流量和扬程的要求，采用块基型站房形式，选用叶轮直径3100mm的立式轴流泵，轴形弯管进水，虹吸管出水，堤身式站房形式。4.2引河及前池设计布置4.2.1 前池：采用正向进水型式，总长15m，由于下游河道宽40m,而泵室总长为34m,前池的收缩角为220，底坡i=0。前池底板下用c20砼进行封底。2.2.3 引渠：引渠总长为73m,采用梯形断面，底高程与河底高程同高为5m,底宽为40m，边坡采用1：3，堤顶宽8m，堤顶高程为15.8m。前段39m底坡为0，后段34m底坡为1/10。采用浆砌块石护底，其下设三层反滤层，35cm厚浆砌石，10cm厚碎石垫层，10cm厚粗砂垫层。4.3 进水流道设计（采用轴形弯管进水流道）如下图4-1所示，此为肘形弯管进水流道，流道高度h为5700mm，h/d=5700/3100=1.84，满足h/d=1.5-2.0；流道宽度b=6200mm，b/d=6200/3100=2.0满足b/d=2.0-2.5；流道长度l=1310mm，l/d=4.4满足l/d=3.5-4.5；流道底部上翘角度=10，顶部上翘角度=20；弯曲渐缩段内圆弧半径r=1085mm,r/d=0.35(0.2 , 0.5),外圆弧半径r=3720mm,r/d=1.2(0.8 , 1.2),其它具体尺寸见进水流道尺寸图纸。图4-1 轴形弯管进水流道剖面图4.4出水流道设计(采用虹吸式出水流道) 图4-2 虹吸式出水流道剖面图如图所示,出水流道长度l=20.9m, 出水流道宽度b=6.2m。出水流道上升段下边倾角为37, 出水流道上升段上边倾角为32；出水流道下降段下边倾角为60, 出水流道下降段上边倾角为50；出水弯管进口处内圆弧半径为1.12m，出水弯管进口处外圆弧半径为2.5m; 出水弯管驼峰处内圆弧半径为1.86m，出水弯管驼峰处外圆弧半径为3.82m; 出水弯管出口处内圆弧半径为1.0m，出水弯管出口处外圆弧半径为3.75m,流道出口断面高度为3.75m。断面尺寸确定（1）弯管曲率半径为满足泵输水和泵站土建设计两方面要求，可取内圆弧半径r1=（0.350.45）d即 取r1=1.12m；外圆弧半径r2=（0.81.2）d=2.483.72m 取r2=2.5m（2）上升角根据泵体结构和泵站出口特征水位决定，按规范=250450，取 =370，流道外壁线上升角1,根据驼峰断面高度决定取1=320。（3）上升段扩散角 以不产生脱流为原则，取=10 0100120，满足要求。（4）下降段下倾角 根据经验=400700，取=600；下降段外壁线下倾角 ch=24.69m则渗径长度满足要求.6.3.2 用改进阻力系数法进行渗流计算图6-2 防渗计算简图6.3.2.1 确定地基计算深度由则有效深度te=0.5l0=0.554.3=27.15m ；取计算深度tc= 27.5m式中 l0地下轮廓线的水平投影长度 s0地下轮廓线的铅直投影长度6.3.2.2 将渗流区按地下轮廓形状分成若干典型渗流段如图6-2所示：图6-3 渗流地下轮廓典型渗流分段6.3.2.3计算各典型段的阻力系数和水头损失（1）阻力系数计算： 进口段: t=27.5 s=1.2 垂直段: s=0.6 t=26.9=0.02 倾斜段: l=15.3 s1=0.6 t1=26.9 s2=4.7 t2=26.2 =0.461 垂直段 s=4.7 t=26.2 =0.182水平段 l=10.6 s1=0 t=21.5 s2=2.2 =0.421垂直段 s=2.2 t=21.5 =0.103垂直段 s=0.5 t=19.8 =0.025水平段 l=13.4 s1=0.5 t=19.8 s2=0.5 =0.641垂直段 s=0.5 t=19.8 =0.025垂直段 s=0.5 t=19.8 =0.025 倾斜段: l=8.4 s1=0.5 t1=19.8 s2=0.6 t2=21.2 =.372垂直段 s=0.6 t=21.2 =0.028垂直段 s=1.4 t=22.0 =0.064水平段 l=5.0 s1=1.4 t=22.0 s2=0.6 =0.164垂直段 s=0.6 t=22.0 =0.027出口段: t=22.0 s=0.6 （2）计算各典型段的渗压水头损失表6-2设计情况下渗流水头损失计算表 单位：m典型段0.4550.0220.4610.1820.4210.1030.0250.641hi0.5780.0280.5860.2310.5350.1310.0320.814典型段0.0250.0250.3720.0280.0640.1640.0270.448hi0.0320.0320.4730.0360.0810.2080.0340.569设计情况下 上下游水位差h=4.4m： 水头损失计算公式 hi=ih/i对图6-2的典型渗流段的阻力损失计算见表6-2。校核情况下 上下游水位差h=站上防洪校核水位-站下最低水位 =15.4-8.2=7.2mhi=ih/i 水头损失见表6-2 表6-3 校核情况下渗流水头损失计算表 单位：m典型段0.4550.0220.4610.1820.4210.1030.0250.641hi0.9460.0460.9580.3780.8750.2140.0521.333典型段0.0250.0250.3720.0280.0640.1640.0270.448hi0.0520.0520.7730.0580.1330.3410.0560.931（3）进出口段水头损失修正进口 t=27.5 s=1.2 t=26.3 s=1.2 阻力修正系数 需修正，修正后的水头损失减小值（1-0.459）0.578=0.313出口 t=22.0 t=21.4 s=0.6 阻力修正系数 需修正，修正后的水头损失减小值（1-0.342）0.569=0.374修正后设计情况下的水头损失表6-2 表6-4 修正后设计情况下渗流水头损失 单位：mh修前0.5780.0280.5860.2310.5350.1310.0320.814修后0.2650.0560.8710.2310.5350.1310.0320.814h修前0.0320.0320.4730.0360.0810.2080.0340.569修后0.0320.0320.5070.0530.1620.4160.0680.195 查规范 该站底板下土质为粉质粘土，液性指数il=0，则土质为坚硬状态，有反滤层，出口坡降允许值j=0.840.95，水平段j=0.700.84。水平段取最不容易满足的14段。设计情况下 出口坡降j= 水平段坡降 j=j 满足要求表6-5 修正后校核情况下的水头损失表 单位：mh修前0.9460.0460.9580.3780.8750.2140.0521.333修后0.4340.0921.4240.3780.8750.2140.0521.333h修前0.0520.0520.7730.0580.1330.3410.0560.931修后0.0520.0520.7980.1160.2660.6820.1120.318校核情况下 出口坡降j= 水平段坡降 j=j 满足要求。求底板下的渗透压力 表6-6 各角隅点的渗透水头 单位：mh1h2h3h4h5h6h7h8h94.404.1354.0793.2082.9772.4422.3112.2791.465h10h11h12h13h14h15h16h17h181.4331.4010.8940.8410.6790.2630.1950.000根据表6-6绘出底板下渗透压力分布图 见图6-4图6-4 底板下渗透压力分布图则渗透压力 kn/mkn第七章 泵房稳定计算和校核7.1泵房稳定计算泵房稳定计算包括各种工况下的泵房稳定和泵房地基稳定，在此仅计算完建期和设计运行工况下的地基稳定。完建期只存在站房自重和墙后土压力。设计运行工况下除存在站房自重和墙后土压力外还有站房两侧水平水压力，以及扬压力。设计工况下的水位组合为：（1）京杭大运河设计水位：8.70m；（2）二河设计水位：13.10m。将整个泵房作为计算单元。7.1.1 作用荷载计算 泵房部分重量包括：（1）土建部分重量：底板采用钢筋混凝土，泵房上部结构采用钢筋混凝土排架结构和普通砖墙；（2）机电设备重量（3）设计水位下的水体重7.1.1.1 泵房重量列表计算见表7-1，（表中弯矩以顺时针为正方向）。表7-1 泵房自重计算表部位体积计算式体积m3至底板前趾距离m重度kn/m3重力kn弯距knm底板24.539257.88 637251.69 中墩24.525952.87 443376.36 边墩24.530661.85 522689.12 缝墩24.520884.02 356770.26 电机梁0.650.652.561617.31 18.73 24.5423.99 7939.16 0.650.652.561617.31 23.18 24.5423.99 9825.90 0.80.425.28.06 18.35 24.5197.57 3625.37 0.80.425.28.06 23.55 24.5197.57 4652.73 水泵梁0.91.625.236.29 18.70 24.5889.06 16625.35 0.91.625.236.29 22.75 24.5889.06 20226.02 隔墩0.643.44104.16 30.00 24.52551.92 76557.60 0.647.924115.01 7.70 24.