给水工程毕业设计指导（2014）泵站

毕 业 设 计 指导书（管网部分）设计步骤一、设计准备1、了解及明确设计任务书有关管网与泵站部分的各项内容与任务要求。2、分析设计任务书中提供的设计资料。3、生产设计在熟悉资料基础上，需深入现场实地踏勘，核实并补充有关资料和数据。4、在教师指导下，拟定给水系统的设计方案，根据总体安排，制定较详细的设计计划。二、设计计算1.给水管网设计计算1.1 用水量计算（1）确定用水量标准居民最高日生活用水量按城市分区用水量标准计算，见表 1。工厂最高日生产用水量，由所给资料，按用地性质不同分别取不同标准进行计算，见表 1。浇洒道路、绿地用水量由园区的中水系统供应，不在自来水系统内考虑。此外，未预见水量按总用水量的 20%考虑。表 1 设计采用的各类用水标准 （高日）项目 园区总人口 （万）公共建筑用地（km 2）一类工业用地（km 2）二类工业用地（km 2）其他数量 N1 N2 N3 N4 -用水标准 b1 b2 b3 b42（2）最高日用水量最高日用水量包括综合用水（居民生活+公建用水） 、工业生产用水、浇洒道路和绿化用水、未预见用水和管网漏失水量。该园区在天津，总人口 XX 万人，查室外给水设计规范可知该城市位于 X 分区，为特大城市。居民生活用水定额采用上限 L/cap.d1）最高日居民生活用水量 Q1 ：dmfNbQ/31Q1城市最高日居民生活用水，m 3d；b1城市最高日生活用水量定额，由表 1 取值，L/cap.d；N1城市设计年限内计划用水人口数；f城市自来水普及率，采用 f=100%由表 1，最高日居民生活用水为： dmbQ/7032）公共建筑用水 Q2 ：N/323）工业用水量为： dmb/3434) 未预见水量和管网漏失水量按最高日用水量的 20%计算：QQ/)(20. 33214最高日设计流量 Qd：dmQd /)(0.)( 33214321 （3）最高日最高时用水量。取区内综合生活用水（生活与公建）时变化系数 Kh=1.23。设其 24小时用水量变化如下表 2表 2 高日综合生活用水量变化表 %3时间 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12用水量 2.82 2.79 2.93 3.06 3.13 3.78 4.93 5.13 5.11 4.81 4.64 4.52时间 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-24用水量 4.49 4.45 4.45 4.55 5.11 4.92 4.9 4.71 4.29 4.04 3.42 3.02表 3 高日逐时用水量计算表从表 3 城市用水量逐时变化情况表中可以看出，XXXX 点为用水最高时，最高时用水量为： sLhmQh /3时间 时变化系数 居民生活用水 公建用水 工业生产用水 未预见水 城市每小时用水量m3/h m3/h m3/h m3/h m3/h m3/h %0-1 2.82 Q1*0.0282 Q2*0.0282 按二班制均分 前 3 项 20% 前 4 项和1-2 2.792-3 2.933-4 3.064-5 3.135-6 3.786-7 4.937-8 5.138-9 5.119-10 4.8110-11 4.6411-12 4.5212-13 4.4913-14 4.4514-15 4.4515-16 4.5516-17 5.1117-18 4.9218-19 4.919-20 4.7120-21 4.2921-22 4.0422-23 3.4223-24 3.02合计 100% Q1 Q2 Q3 Q4 Qd 100.004（4）计算消防时用水量。根据建筑设计防火规范该城市消防用水量定额为 XX L/s，同时火灾次数为 n 次。城市消防用水量为： sLQ/X消（5）管网事故时用水量。略1.2 绘制城市最高日用水量变化曲线由城市逐时用水量表 3，绘制用水量变化曲线如下图 1。最图 1 最高日小时用水变化曲线然后，按管网中无水塔确定二泵站的供水曲线。1.3 清水池容积容积计算。此时清二级泵站供水情况与管网用水情况一致，则水池调节容积计算如下表 4：表 4 清水池调节容积计算 时间 管网用水/二泵站供水% 一泵站供水量% 清水池调节容积0-1 4.1751-2 4.172-3 4.163-4 4.174-5 4.175-6 4.166-7 4.177-8 4.178-9 4.169-10 4.1710-11 4.1711-12 4.1612-13 4.1713-14 4.1714-15 4.1615-16 4.1716-17 4.1717-18 4.1618-19 4.1719-20 4.1720-21 4.1621-22 4.1722-23 4.1723-24 4.16合计 100.00 100.00因此清水池调节容积 W1 按最高日用水量的 XX%计算。清水池中除了储存调节用水外还存放消防用水等,则清水池有效容积W 为：34321 mW1调节容积；m 3；W2消防储水量 m3，按 2 小时火灾延续时间计算；W3水厂冲洗滤池和沉淀池排泥等生产用水，取最高日用水量的 10%计算；6W4安全贮量，按经验取值。一般清水池应设计成体积相同的两个，如仅有一个，则应分格或采取适当措施，以便清洗或检修时不间断供水。1.4 管网定线根据任务书给定的园区背景图、水厂的位置以及用水的分布情况，进行管网定线和输水管定线。定线的方法、原则详见有关教材和规范，并要进行定线方案比选。定线后示例的园区管网图见下图 2 或附图 1（CAD 格式的管网计算图）。在图上要进行节点的编号和管段的编号工作，具体方法见有关教材。7图 2 某工业园区管网定线图1.5 管段设计流量计算（1）集中用水量集中用水量主要为工厂的生产用水量。从表 3 城市高日逐时用水量计算表中可知：最高时集中流量为：sLq/8（2）比流量计算 ？ ？计 lqQqhsQh为最高日最高时用水量 L/sq为各大用户集中流量 L/sL 计 管网总的计算长度 m。（3）沿线流量计算 计ijsijlq管段计算长度；m计ijlqs比流量 表 5 管段沿线流量计算表管段编号 实际长度(m) 计算长度（m） 沿线流量（m /s）1-21-102-910-92-33-88-921-43-214-77-84-55-66-711-1211-2012-199合计（4） 节点流量先由比流量计算出沿线流量，再用沿线流量算出节点流量。ijjj qq集折算系数取 0.5表 6 节点流量表节点 节点集中流量（L/s） 沿线流量折算到节点（L/s） 节点流量（L/s）集jqijqijjq集12345678910.（5）进行流量分配，初拟管径首先将各节点流量按编号逐一标在管网图上，然后拟定各管段的流向，并根据节点进出流量的平衡条件进行流量分配，最后按经济流速初拟管径。 （这部分工作主要在附图 1 上进行）参考流量分配步骤：按照管网的主要供水方向，初步拟定各管段的水流方向，并选定整个管网的控制点。为了可靠供水，从二级泵站到控制点之间选定几条主要的平行干管线，这些平行干管中尽可能均匀地分配流量，并且符合水流连续性即满足节点流量平衡的条件。10与干管线垂直的连接管，其作用主要是沟通平行干管之间的流量，有时起一些输水作用，有时只是就近供水到用户，平时流量一般不大，只有在干损坏时才转输较大的流量，因此连接管中可以分配较少的流量。管径的确定:管径与设计流量的关系 vDq24管径确定 v公式中 D管段管径，m；q管段计算流量，m 3/s；v设计流速，m/s；设计中可按平均经济流速来确定管径进行平差，确定实际管径。表 7 平均经济流速与管径的关系管径mm 平均经济流速（m/s）D100400D4000.60.90.91.41.6 管网平差（1）进行管网定线方案的高日高时平差计算按以上各步结果及管网计算图（附图 1） ，整理管网原始数据如下表表 8 低压管网原始数据表 序 管段的两端节点编号 管径 管长 节点流量号 一端或起点 另一端或终点 ( m) (m) (L/s)I jgf(i) jgt(i) d(i) pl(i) ql(i)1 2 3 11nj np 注：nj管网的节点数；Np管网的管段数。如果要用到粗糙度，还需准备各管段的粗糙度 n(i),放在上表管长和节点流量数组之间。然后即可以使用软件进行管网水力平差计算。平差结束后，由程序给出管网最高用水时平差结果。据此可以将管段计算结果（管段流量、水头损失、流速）和节点计算结果（节点水压、自由水头）一一标到附图 1 上。（2）进行管网定线方案的校核工况计算1）消防校核平差最高用水时加消防流量初步分配，即在最高时用水的节点流量分布图上， 在控制点处以及在大用户节点上分别加上（一处火灾的）消防流量，然后重新进行管段流量的初步分配，其他计算同高日高时平差计算的步骤。2）事故校核平差首先选定事故时的最不利破坏的管段，其次将高日高时的节点流量分布乘 70作为事故时的设计流量，然后重新进行管段流量的初步分配，其他计算同高日高时平差计算的步骤。校核工况平差结束后，由程序给出管网对应工况的平差结果。据此可以将管段计算结果（管段流量、水头损失、流速）和节点计算结果（节点水压、自由水头）一一标到附图 1 的拷贝，形成不同校核工况的平差结果图。122.送水泵站设计计算2.1 泵站设计控制值出水量及扬程的确定（1）设计工况点的确定Qmax 采用城市最高日最高时用水量，同管网平差结果（l/s）Hp=（Z 0-ZP+H0+h 管网 +h 输水 +h 站内 ）1.05（m）式中 Z 0管网最不利点的标高；Zp泵站吸水池最低水面标高；H0管网最不利点的自由水头；h 管网 最高日最高时管网水头损失；h 输水 最高日最高时输水管水头损失；有时输水管很短，这部分常包括在 h 管网 内；h 站内 泵站内吸、压水管管路系统水头损失，估算为 22.5 m ；1.05安全系数；HP泵站按 Qmax 供水时的扬程。（2）校核工况点的确定高日高时加消防时校核Q= Qmax+ Q 消 （l/s）Hp=（Z 0-ZP+10+ h管网 + h输水 + h 站内 ）1.05（m）式中 Q 消 城市消防用水量；Q消防时泵站总供水量；h管网 消防时管网的水头损失；h输水 消防时输水管水头损失；10低压制消防时应保证的最不利点自由水头（m ） ；Hp消防时泵站的扬程。如果：H P Hp则满足要求，否则要调整管网。高日高时加事故时校核Q=0.7 Qmax （l/s ）13Hp=（Z 0-ZP+ H0+ h管网 + h输水 + h 站内 ）1.05（m）式中 Q事故时泵站总供水量；h管网 事故时管网的水头损失；h输水 事故时输水管水头损失；Hp事故时泵站的扬程。如果：H P Hp则满足要求，否则也要调整管网。注：泵站吸水井最高、最低水位标高可由水厂清水池最高、最低水位加二个构筑物之间的管道水头损失推算得来；泵站至管网间的输水管水头损失由同学自行设计与计算；管网最高日最高时和校核工况的水头损失分别见管网平差的结果。2.2 水泵的选择水泵的选择包括确定水泵的型号和台数。必须注意所选定的泵站中工作泵（并联）的最大供水量和扬程应满足 Qmax 和 HP，同时要使水泵的效率较高。建议工作泵的台数采用 46 台，备用泵一般采用 12 台（本次设计可采用 1 台） ，其型号与泵站内最大的工作泵相同。若现有水泵不合适时，可以采用调节水泵性能的方法，如切削叶轮等。（1）画设计参考线为选择时作为参考，可以按下法进行。在水泵综合性能图上（如下页图 3，也可以用其他类型的离心泵）通过以下两点连直线，得选泵时可参考的管路特性曲线设计参考线。b 点： Q=30（l/s ） ， H=Z0-ZP+H0+5a 点： Q=Qmax， H=（Z 0-ZP+H0+h 管网 +h 输水 +h 站内 ）1.05式中：5m 是管网流量为最低时的总水头损失。在水泵综合性能图上与设计参考线相交的且并联后能满足设计工况点的泵型，都可作为拟选泵，在组成方案时加以考虑（可考虑 2-3 种方案） 。14（2）选泵方案比较参考教材第 75 页表 4-1 的方法用表 9 列出各方案每台泵或泵的组合在那种用水量变化范围内使用,其能源浪费情况及效率的高低。必须强调：在选泵时，一定要根据高日 24 小时用水量变化曲线，注意出现用水机率高的范围。使选定方案在该用水范围内有较高的运行效率，同时要考虑远近期结合，水泵的吸水性能以及泵型台数的多少等因素，最后确定出最佳方案。选泵方案比较内容可列成下表进行说明，其中水泵运行效率为水泵效率与水泵扬程利用率的乘积。表 9 选泵方案比较方 案编 号用水量变化 范 围（L/s）运行泵型号及台数水泵扬 程 m所需扬程 m扬程利用率 %水泵效 率%运行效率%第一方案描述：15第二方案描述：第三方案描述：选泵后，还必须按照发生火灾的供水情况，校核泵站是否能满足消防要求，校核时，应把泵站中备用泵与最大供水时所用的工作泵并联起来，画出并联曲线，如消防时所需工况点（Q，H P）位于并联曲线之下则校核合格，说明泵站的备用泵开动后总流量和扬程都超过消防时的要求，如开动备用泵后仍满足不了消防时的总流量要求，可再设一台备用泵以增加流量。如开动备用泵后，由于消防时管网中损失太大而不能满足消防时的扬程，那么泵站中的工作泵在消防时都将不能使用，这时应另选一组为消防时的工作泵，其流量为消防总流量 Q，扬程为 HP。这样将使泵站设备投资大大增加，因而是不合理的，出现这种情况时，应调整管网设计中个别管段管径使消防扬程下降，用正常的备用泵就能满足消防要求是比较合理的。对泵站校核消防的目的是检查泵站是否具有供给消防时总流量及消防扬程的能力，由于火灾是一种偶然的非常事件，在消防时并不要求泵站具有较高的运行效率，只要求泵站能满足消防工况要求 以保障人民生命财产，而不必考虑其效率的高低。管网事故时泵站供水能力也按上述原则进行校核。这部分还应列成下表说明所选水泵之性能。16表 10 水泵性能水泵编号水泵型号流量L/s扬程m转速r/min轴功率kW效率%HSm重量kg2.3 动力设备的配置动力设备采用电动机，当水泵选定后，可以根据水泵样本载明的电动机来选择。水泵样本可参见“给水排水设计手册” （以下简称手册）第11 册。如果选择的水泵是要求改变转速或切削叶轮的，则功率和转数应该根据比例率或切削率计算，并据此确定电机的参数。选择电机时一般考虑四个因素：水泵的轴功率 N 轴，水泵的转数 n，周围的环境和电源电压。注意，在水泵样本中常配有合适的电机，一般可据此选择。当需要自行配置电动机时，可根据确定的电机参数，在手册第 3 册第 402 页表5-10 中或手册第 11 册中进行选择。这部分可列成下表说明所选水泵配备之电动机的功率、转数、电压及型号。表 11 电机配置水泵型号 轴功率 转数 电动机型号 功率 转数 电压.2.4 泵站机组的布置在确定水泵及电动机之后，机组（水泵与电动机）尺寸大小，可从手册第 11 册水泵样本上查到。基础的平面尺寸和深度依据机组底盘尺寸或水泵、电机的底脚螺栓的位置，按教材第 84 页的有关规定进行计算。17机组的布置如采用纵向排列（如下图 4a 所示） ，适用于机组轴线彼此平行的单行排列，常用在单吸式水泵的布置，如 IS 型单级单吸悬臂式离心泵。如双吸式水泵采用这类布置就不太好，因为吸水管中水流由于惯性趋向弯头外测，使叶轮两个吸入口之间流量不均匀，影响水泵性能。如果 S、Sh、SA 型泵占多数时，最好采用横向排列，轴线成一列布置，如图 4b 所示。机组布置应使泵站工作可靠、管理方便、管道布置简单，泵站建筑面积及跨度最小，并考虑有发展的可能。机组布置应满足下列要求：（参见给水排水工程设计与施工规范，一般取上限）（1） 相邻两个机组基础间净距：电机容量55 千瓦时，0.8 m；电机容量55 千瓦时，1.2 m。（2） 相邻两个机组的突出部分间的净距以及突出部分与墙壁间的净距：电机容量55 千瓦时，0.7 m；电机容量55 千瓦时，1.0 m；还应保证泵轴和电机转子在检修时能拆卸。（3） 泵房主要通道宽度不小于 1.2 m。（4） 当考虑就地检修时，至少在每个机组一侧设置大于水泵机组宽度0.5 m 的通道。这部分可以列表说明水泵基础的尺寸等，也应在说明书用草图画出布置图式，注上尺寸，草图可参考教材或手册第 3 册第 381383 页进行布置，并配以简单的文字说明，叙述选用该布置的优点和存在的问题。表