泵与泵站课程设计说明书论文26984.doc

四川大学建筑与环境学院泵与泵站课程设计 泵与泵站课程设计说明书 班级：给排水二班 目 录一、基础资料21.原始资料22.城市基础资料3城镇规划资料3泵站设计资料3二、设计成果及要求31.设计成果32.设计要求4三、泵站的初步设计41.设计流量和设计扬程：4设计流量的确定4设计扬程的估算42.初选水泵和电机6选泵的原则6选泵方案的确定6管道特性曲线的绘制7近远期泵工况点分析8选择电机83.水泵机组的设计8基础尺寸的计算8水泵机组的布置原则94.吸压水管路的设计9吸水管路的设计10压水管路的设计10吸压水管路的敷设11四、机组与管道的布置11五、确定泵房平面尺寸111.泵房直径的确定11纵向最小尺寸的确定12横向最小尺寸的确定12六、精选水泵和电动机131.吸水管路的水头损失hs132.压水管路的水头损失hd13七、泵房高程的确定141.泵房底板的高程142.泵房顶层地坪的高程153.泵房顶板的高程15起重设备的选择15总起升高度h15八、其他附属设备16 1.排水设备16 2.通风设备16九、设计心得16十、参考文献17一、基础资料1.原始资料 拟建一级泵站处河流断面图一张：横向比例为1:1000和纵向比例1:150，见附图1； 拟建一级泵站处地形图一张：比例为1:5000，见附图2； 泵与泵站课程设计任务书一份；2.城市基础资料 城镇规划资料 设计用水量资料：根据设计者的学号末两位为34，则该城镇的近期设计用水量5000+34100=8400m3/d。远期的设计用水量为近期的1.4倍，即84001.4=11760m3/d； 城镇消防供水要求：根据消防防火规范要求，该城镇同时发生火灾次数为两次，每次消防用水量为45l/s，火灾延续时间按2小时计算。消防贮水使用后要求在24小时内补满； 供水安全性要求：要求一级泵站能够连续供水，且在事故时输水管供水量不低于正常供水量的75%； 泵站设计资料 水文资料：根据河流断面图，在拟建一级泵站河段处百年一遇的洪水位为590.60m；常水位为585.20m，保证率为97%的枯水位为582.50m，此保证率为97%的枯水流量为31.50m3/s； 地质资料：在拟建一级泵站的河流断面及净水厂的空地布置有钻孔。由地质柱状图可以看出，表层有2m厚的砂粘土覆盖层，以下是中密卵石层或砂岩，适合工程建设； 水质资料：经检测，该取水段河流水质符合生活饮用水水源水质标准； 地形资料：拟建一级泵站处的地形见附图2，水厂配水井设计水位标高为600.30m； 气象资料：年平均气温为15.80，最高气温为39.50，最低气温为零下5.60，最大的冻土深度为0.30m。河流冬季无结冰现象，夏季最高水温为26。河流夏季的主导风向东南风，冬季为西北风；二、设计成果及要求 该设计城镇规划近期设计为2020年，远期设计为2030年。本设计只做取水泵站的设计，要对近远期进行结合，即泵房土建部分按远期设计而设备只需按近期要求安装设备。1设计成果 对水泵进行合理选型，对水泵站的主要工艺尺寸进行设计计算，确定水泵站的平面布置和高程布置，完成设计计算说明书和设计图纸。设计深度为初步设计的深度。提交的设计成果主要包括： 泵站平面及剖面图（比例1:100200）、水泵基础详图（比例1:2050）、设计说明、主要设备及材料表（注明规格及主要性能参数）。图纸采用标准2#图或1#图； 工艺图上应表示出构筑物工艺设计尺寸、布置形式、主要设备及主要工艺管道、附件的相对位置、标高等，注明管径； 设计计算说明书一份，设计说明书包括以下内容： 概述设计任务，资料分析，设计所依据的规范和标准； 机电设备选择的依据和计算； 泵站各建筑物的型式、结构选择的依据、计算结果及其草图； 泵房尺寸拟定的依据和设备布置的说明； 验证机组选择的合理性，并说明其在使用中应注意的问题； 必要的附图、附表、参考文献：包括枢纽平面布置草图，以及取水头部或水池吸水井设计草图等； 结束语：包括对泵站设计的评价、收获和存在的问题等；2设计要求 图面整洁美观，线条、字体符合制图规程要求，平面图和剖面图的高程、尺寸、比例、图框等均应标注清楚； 计算说明书内容完整，文字叙述条理清楚，字迹工整； 由于设计者的学号尾数为双数，则采用圆形泵房；3、 泵站的初步设计1.设计流量和设计扬程： 设计流量的确定 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，本设计考虑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)； 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=1.05-1.10； 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，本设计取水自用系数=1.10,则 近期设计流量为q=1.10840024=385m3/h=106.94l/s远期设计流量为q=1.101176024=539m3/h=149.72l/s 根据资料，97%保证率的枯水位流量为31.5m3/s，足够保证近远期的设计流量。 设计扬程的估算根据拟建一级泵站处的地质资料显示：该处的河流断面及净水厂的空地布置有钻孔。由地质柱状图可以看出，表层有2m厚的砂粘土覆盖层，以下是中密卵石层或砂岩，适合工程建设。根据河道断面图可以看出，该河岸边较陡，主流近岸且有足够的水深，水位变幅约为8m。因此现将取水构筑物设为岸边式取水，下表3-1-1为合建式取水构筑物和分建式取水构筑物的优缺点对比：表3-1-1 合建式与分建式的优缺点对比情况布置形式优点缺点适用条件合建式a. 布置紧凑、占地面积小；b.水泵吸水管路短，泵吸水条件好；c.运行管理方便；土建结构复杂，施工困难岸边地质条件较好分建式a. 机器间没有被水渗透和被水淹没的危险，有利于泵机组的维护和保养；b.土建结构简单、施工较容易；a. 吸水管路较长，增大了吸水管路的水头损失；b.操作管理不方便；c.运行安全性较低a. 岸边地质条件较差；b.分建式对结构和施工有利 根据表3-1-1和取水泵站拟建处的地质资料，本设计采用合建式岸边取水构筑物。由附图1可知，拟建泵站处的地面高程为 （590.60-582.50）9.359953.9616+590.60=592.04m则下图3-1-2为该取水泵站的枢纽布置图： 静扬程hst的估算由于该取水泵房的拟建形式为合建式岸边取水构筑物，则在进水间内壁处设置的进水孔的格栅处，根据室外给水设计规范可知：岸边式取水构筑物在无冰絮时，水流的过栅流速为0.41.0m/s。本设计取进水孔流速v0=1.0m/s，查给水排水设计手册（第01册）可知：没有修圆的进水孔的局部阻力系数0=0.5，则由公式可得该取水构筑物进水间的局部水头损失为 由于吸水管较短，考虑为0.5m。根据原始资料，水厂配水井的设计水位标高为600.30m。则考虑最不利情况下的静扬程：洪水位时，hst=600.30-（590.60-0.026-0.5）=9.226m枯水位时，hst=600.30-（582.50-0.026-0.5）=17.326m 输水干管水头损失h对于原水输水管，其安全性要求较高，则设计采用两条dn250的钢管并联。考虑最不利情况，当一条输水管检修时，另一条输水管仅通过远期设计水量的75%，即q=0.75106.94=80.205l/s，由此查给水排水设计手册（第01册）水力计算表可知管内流速v=1.604m/s,1000i=5.18m。对于压水管，其管道流速要求为：管径小于250mm时，流速为1.52.0m/s，显然本设计的压水管直径为250mm时满足流速要求。在附图2上测得取水构筑物至净水厂的距离为270.33m，考虑地面有一定的坡度，则取输水管的长度约为275.00m。则输水干管中的水头损失h=1.1（5.181000）275.00=1.57m。 泵站内管路中的水头损失hp由于目前为初步估算泵站的设计扬程，因此假设为2m的水头总损失。综上所述，在考虑2m的安全水头，在该泵站的设计扬程为洪水位时，hmin=9.226+1.57+2+2=14.80m 枯水位时，hmax=17.326+1.57+2+2=22.90m2. 初选水泵和电机 选泵的原则 在满足最大工况要求的条件下应，尽量减少能量的浪费。即合理的利用每台泵的高效率段； 尽可能的选择同型号的泵，使泵型号整齐，互为备用便于管理； 考虑必要的备用机组，并进行消防用水时的校核； 考虑泵站的发展，实行近远期相结合； 尽量选用当地成批生产的泵型； 选泵时应注意“大小兼顾”。 选泵方案的确定 根据第三章第1节可知，本设计的近期流量为106.94l/s，远期流量为149.72l/s。根据选泵参考特性曲线，结合选泵的原则，现将近期设计选用两台xa125/32b型号的单级单吸泵，一台同型号备用，远期时加设一台同型号的泵即可；或者近期时选用三台is150-125-315b型号的泵，一台同型号的泵作备用，远期时还是可以用这三台泵。查找相关资料，可以得到这两种水泵高效率区的特性曲线，如下图3-2-1所示： 常水位下时该泵站的扬程hp=（600.30）-（585.20-0.026-0.5）=15.626m。现在近期设计流量，常水位条件下，将两套方案作对比如下表3-2-2： 表3-2-2 不同的选泵方案比较方案编号方案内容设计流量（l/s）泵扬程（m）所需扬程（m）扬程利用率 （%）泵效率 （%）1选用两台xa125/32b106.9424.529.515.62652.9763.7872.922选用三台is150-125-315b106.9415.619.915.62678.52100.0070.57 根据表3-2-2的选泵方案对比可知，虽然从泵扬程利用率来说，方案一不如方案二，可是考虑到此仅为初选水泵，总水头损失考虑不完整，为后续工作留有一定余地可选择方案二。从泵高效率段的利用方面来说，方案一优于方案二，且近期时可只工作两台离心泵，降低运行费用。并且从远期选泵来说，选择方案一可直接增设一台同型号的泵，以便于泵站的管理运行，各泵可互为备用，以提高泵站的安全性。因此，综合上述原因，选择两台型号为xa125/32b卧式离心泵，一台同型号泵备用，并且在设计泵房时预留一台同型号泵的基础位置，作为远期考虑。则型号为xa125/32b卧式离心泵的水泵基本参数如下图3-2-3所示： 管道特性曲线的绘制 管道特性曲线的方程为h=hst+h=hst+sq2 式中 hst最高时水泵的净扬程，m； h水头损失总数，m； s沿程摩阻与局部阻力之和的系数； q最高时水泵流量，m3/s。 hst=17.326m ,把q=106.94m3/s,h=22.90m,代入上式得:s=4.87410-4 所以管路特性曲线即为:h= hst+4.87410-4q2=17.326+4.87410-4q2。那么根据管路的特性方程可描绘出管路的特性曲线。 近远期泵工况点分析已初步拟定近期工作的水泵为两台xa125/32b型号的单级单吸泵，远期为三台xa125/32b型号的单级单吸泵，由图3-2-1中xa125/32b型号水泵的特性曲线，可以作泵在不同时期的特性曲线图如下图3-2-4所示： 从图3-2-4可以看出，近期设计时，由两台水泵并联工作的工况点流量为106.94l/s，扬程为24m；远期设计时，由三台泵并联工作的工况点流量为125l/s，扬程为25m。由于是设计者通过excel软件拟合的水泵及管路特性曲线，则数据存在一定的误差，总体上看，满足设计流量及扬程的要求。 选择电机根据所选泵的型号为xa125/32b的单级单吸泵，配套电动机的型号为y180l-4，其电机功率为22kw，电压为380v。3. 水泵机组的设计 基础尺寸的计算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： 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； 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，本设计选用混凝土块式基础，根据资料查得xa125/32b型号的单级单吸泵以及其配套型号为y180l-4电机的基座尺寸如下图3-2-5：由图3-2-5可知，该泵机组的底座长度l1=1.310m，螺孔间距b1=0.600m,则泵基础长度l=l1+0.20m=1.510m，基础宽度b=b1+0.20m=0.800m。基础重量应大于泵机组总重量的2.54.0倍，则根据已知的基础长度、宽度和机组重量即可求得基础深度。根据图3-2-3可知该型号的泵和电机的重量分别为163kg和197kg。即wp=1597.4n，wm=1930.6n，由此得该机组总重量w=wp+wm=3528n。则该基础深度h为 而泵基础的实际深度应包括泵房的底板厚度在内，泵座的混凝土基础应高出泵房室内地坪约0.010.02m，本设计取为0.02m。泵房底板厚度取为为1.2m，则泵基础的深度h=1.220m。 水泵机组的布置原则为了保证泵站的工作可靠，运行安全和管理方便，布置机组时本设计可参照一下原则： a.相邻机组的基础之间应有一定宽度的过道，以便于工作人员通行。本设计电动机的型号为y180l-4，其电机功率为22kw，电压为380v，则设计净距不应小于0.8m。且任何情况下，当电机容量小于55kw时，机组突出部分之间或突出部件与墙之间应不小于0.7m； b.对于非水平接缝的泵，在检修时，往往要将泵轴和叶轮沿轴线方向取出，因此泵离开墙壁或其他机组的距离应大于泵轴长度加上0.25m。同时检修和维护电机时，也可能会将电机的转子取出，则需留有一定的距离； c.泵站运行及管理必定会有一部分需要工作人员进行管理，则泵房内会设置供人使用的通道，且主要宽度应不小于1.2m； d.本设计采用的是卧式泵，若设计成吸上式，则须设置真空泵、排水泵等辅助泵。这些泵应布置在合适的位置以避免增加泵房的建筑面积，增大土石方量而提高了成本和施工难度。 4.吸压水管路的设计为了保证泵有良好的吸水条件，减少临近机组的干扰，提高取水的安全性，每台泵都布置有各自单独的吸水管和压水管。为了保证泵吸压水管路有良好的水力条件，且使水流不在管内发生淤积或冲刷，室外给水设计规范要求吸压水管路有不同的流速范围如下表3-4-1： 表3-4-1 吸压水管的流速范围管道类型吸水管压水管管径（mm）10001.52.02.53.0 由于远期工作泵的台数为3，则吸、压水管布置3条，则每条水管的流量q=149.723=49.91l/s。输水管路平行敷设两条管道以提高供水安全性，则输水管每条管的流量q=149.722=74.86l/s。 吸水管路的设计 吸水管路的计算根据各条管的流量采用49.91l/s，根据水力计算表，采用dn250的钢管，其流速v=1.00m/s，1000i=6.63m，满足表3-4-1中吸水管流速要求。 吸水管路的布置原则 a.设计中通常取吸水管喇叭口（或底阀）扩大部分的直径d为吸水管直径的1.31.5倍，根据吸水管直径为dn250可知d取为325mm，则本设计中吸水管进口高于井底不小于0.8d，即取260mm； b.吸水管喇叭口边缘距离井壁不小于（0.751.0）d，取为244mm； c.在同一井中安装有几根吸水管时，吸水喇叭之间的距离不小于（1.52.0）d，取为488mm； d.本设计采用的是自灌式吸水，则为了减少吸水管进口处的水头损失，吸水管进口通常采用喇叭口形式，若杂质较大，还需设滤网； e.吸水管进口，即喇叭口在最低水位下的淹没深度不小于0.51.0m，本设计取1.0m。 附件的选取 a.闸阀：对于吸水管采用手动闸阀，查给水排水设计手册（第12册）闸阀表，选择dn250型号为z41t-10的明杆楔式闸阀； b.异径管：为了防止吸水管管路积气，应使用偏心异径管，查表，选择dn250150的型号为02s403的偏心异径管； c.弯头：从吸水井取水时承接方向不同的管道时，选择dn250的型号为02s403的90弯头。 压水管路的设计 压水管路的计算根据各条管的流量采用49.91l/s，根据水力计算表，采用dn200的钢管，其流速v=1.63m/s，1000i=23.2m，满足表3-4-1中压水管流速要求。 压水管路的布置原则 a.为了安装上方便和避免管路上的应力传至泵，一般应在吸水管路和压水管路上需设置伸缩节或可曲挠的橡胶接头； b.压水管上的闸阀为了启闭方便尽量都设置为点动或水力闸阀； c.压水管路上可设置止回阀以防止管内出现负压。 附件的选取 a.闸阀：对于压水管除在管路的最远端使用一个手动闸阀，其余的闸阀都选用电动的。查给水排水设计手册（第12册）闸阀表，选择dn200型号为z41t-10的明杆楔式闸阀和jsj1614型dn200的abs蝶阀； b.异径管：使用同心异径管，查表选择dn150200的型号为02s403的同心异径管； c.弯头：承接方向不同的管道时，选择dn200的型号为02s403的90弯头和45弯头； d.止回阀：为了防止减弱水锤危害，本设计不设置止回阀； e.伸缩节：选择vssja-2型双法兰限位伸缩接头。 吸压水管路的敷设 敷设平行时，管道外壁相距0.40.5m，一边维修人员能够无阻地拆装接头和配件； 管路上必须设置供放空管路用的放水口； 管道应敷设在地沟、地下室或地板上；四、机组与管道的布置 本设计采用xa125/32b型号的卧式离心泵，为单吸式，进水管与机组轴线平行，出水管则与机组轴线垂直。占地面积较大，因此须充分利用圆形泵房的特点，将四台电机交错布置为两排，两台水泵的出水管在泵机的右侧，两台水泵的出水管在泵机的左侧，订货时须予以说明。近期只需购买三台水泵，两台工作、一台备用，远期只需再购一台同型号的水泵。每天水泵都有自己独立的吸、压水管，出泵房后在切换井里通过两个dn200250的渐放管将压水管两两连接成两条输水管，并设一dn250的液控蝶阀（dx7k41x-10）连接两输水管。切换之后的每条输水管路各设一个dn250的液控蝶阀（dx7k41x-10）。下图4-1为本设计机组与管道布置的平面示意图：五、确定泵房平面尺寸1.泵房直径的确定 前面已经将泵房的平面布置基本确定，根据泵机组、附件、管道等的尺寸数据，可将泵房纵向和横向的最小平面尺寸确定。 纵向最小尺寸的确定如下图5-1-1所示为该泵房纵向尺寸的影响布置，根据规范：c 电机外形突出部分与墙壁的净距a1，除了满足管道附件手动闸阀、法兰接头、弯头等的尺寸影响和电机机轴长度加0.5m之外，还应不小于3m。由于该型号的电机机轴厂为0.725m，0.725+0.57m，再考虑集水沟和泵房内部管道长度，设计泵房的直径为9.5m，泵房壁厚0.25m。总起升高度h 本设计为地下式圆形泵房，下图7-3-1为泵房起吊安装高程计算图： 其中，a单轨吊车梁的高度m； b滑车高度m； c起重葫芦在钢丝绳绕紧状态下的长度m； d起重绳的垂直长度m，对于本设计中的电动机，为1.2倍起重部件宽度； e电动机的高度m； f吊起物底部和最高一台机组顶部的距离，一般不小于0.5m； g电动机顶至室内地坪的高度m； h1泵房地上部分高度m； h2泵房地下部分高度m。则由图3-2-5知，电机机顶至泵房室内地坪的高度g=0.02+0.1+0.37=0.49m，吊起物底部和最高一台机组顶部的距离f=0.5m，由此可知h2=592.10-581.94=10.16mf+g，采用公式h=h1+h2计算泵房的高度。图7-3-1中，该吊车梁的高度a为0.6m；滑车高度b为0.3m；葫芦在钢丝绳绕紧状态下的长度c为0.8m；起重绳的垂直长度d为电动机宽度的1.2倍，即0.87m；电动机的高度e为0.36m；h为吊起物底部与泵房进口处室内地坪或平台的距离，本设计取为0.5m。则泵房地上部分高度h1=a+b+c+d+e+h=3.43m，泵房的高度h=h1+h2=13.59m。为了安全起见，本设计泵房的高度h=13.60m。泵房顶板的高程h0=13.60+h1=594.18m。8、 其他附属设备1. 排水设备 由于泵房内泵填料盒滴水、闸阀和管道接口的漏水、拆修设备时泄放的存水以下地沟渗水等，因此还需设置排水设备，以保持泵房环境整洁和安全运行。本设计为半地下式的圆形卧式泵房，在泵房内壁设置有一圈地沟集水并辅以排水泵排除积水。考虑到排水泵的工作特点是扬程大、流量较小，则根据泵房的高度为13.60m选取is56-50-125a型号的悬臂式离心泵一台作为排水泵。2. 通风设备 本设计的泵房深度为13.60m，为了改善电动机的工作条件，保证工作人员有良好的工作环境，需设置风机以通风、换气。九、设计心得持续几天的泵与泵站课程设计已经结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学的知识，也培养了我如何去把握一件事，如何去做一件事，又如何很好的完成一件事。再设计的过程中，首先要对该拟建一级泵站地形特点及