水泵与水泵站课设

1、设计说明书目录设计说明书11、设计任务书21.1 设计目的21.2 设计任务21.3、基本资料及设计要求21.4 设计成果具体要求32、总述43、泵站管路设计53.1设计流量和设计扬程的计算53.2 机组选型83.3水泵工况点校核：124、泵站建筑物设计144.1 水泵安装高程144.2管件选择：154.3泵房设计：191、设计任务书1.1 设计目的1、使学生所获得的专业理论知识加以系统化，整体化，以便于巩固和扩大所学的专业知识。2、培养学生独立分析，解决实际问题的能力。3、提高设计计算技巧和编写说明书及绘图能力。4、为适应工作需要打一下的基础。考虑经济、美观以及便于施工等要求，根据可能和合理

2、方案进行技术经济比较，选定泵站工程枢纽的布局、建筑物的结构型式、材料和施工方法，掌握泵站设计的基本步骤和方法，能正确地对泵站进行设计计算，并能通过工程图纸准确地表达设计内容。1.2 设计任务对一供水泵站进行设计，包括以下工作：1、泵站设计流量、设计扬程确定2、水泵机组选型，水泵安装高程确定3、泵房设计及辅助设备选型4、前池、进水池、出水池设计5、引水管道和出水管道设计1.3、基本资料及设计要求宁夏固原地区城乡饮水安全水源工程是将宁夏固原地区南部六盘山东麓雨量较多、水量相对较丰沛的泾河流域地表水，经拦截、调蓄，向北输送到固原中北部干旱缺水地区。输水总干线起点是泾河干流龙潭水库，终点固原市南郊。输

3、水线路共设截引点7处，其中，石咀子截引点涉及一级站和二级站两座泵站。一级站通过DN700的玻璃钢管将水输送到二级站的前池，二级站采用离心泵加压后，通过压力管道将水输送到高位水池。已知，石咀子二级站的近期供水量为47500t/d，远期发展到51800t/d；进水池设计水位1802.00m，最低水位1801.00m,最高水位1802.30m；出水池设计水位1933.00m，最低水位与设计水位相同，最高水位1933.50m。泵后输水管线纵断面图如图所示（横坐标是从一级站进水池起算的距离），输水管线起点和终点坐标为4779m和7775m，总长2996m。图1 石咀子二级站输水管线示意图要求针对石咀子二

4、级站，选择水泵机组型式和数量，确定泵房及进出水建筑物型式，对泵站的工艺尺寸进行设计计算，确定泵站平面布置和高程布置。最后完成设计说明书和设计图纸。1.4 设计成果具体要求设计成果包括设计说明书和设计图纸两部分。1.4.1 设计说明书（1）设计任务书（2）总述（3）泵站设计流量及设计扬程计算（4）水泵机组选择（5）机组及管路布置（6）管路水力计算（7）水泵工况点校核及安装高程计算（8）动力机及基础尺寸确定（9）泵房平面尺寸及各部分标高的确定（10）进出水建筑物的确定（11）设计总结（12）参考文献要求：书面整洁、文理通顺、论证合理、层次分明、计算无误。重要公式及提法应该标明出处。1.4.2 设计

5、图纸（1）泵站平面布置图（2）泵站（泵房）剖面图要求：应绘出主要设备、管路、配件及辅助设备的位置、尺寸、标高，列出主要设备表和材料表（建议比例尺：1:100）。要求布置合理、图面整洁、按标准与规范制图。2、总述 本工程拦蓄六盘山东麓的泾河流域，向北输送至固原中北部地区，输水起点是泾河干流上的龙潭水库，终点是固原市南郊。输水线路在石嘴子截引点设两级泵站，二级站近期供水量为47500t/d，远期发展到51800t/d（0.6m/s），水质清澈，无需多考虑泥沙问题。二级站管道长度为3004m，设计提水高度146.71m，最高提水高度148.21m，泵房中共设4台KQSN300-M4/690机组，其中

6、3台工作机组，1台备用机组。为保证流态稳定，进水池前设40扩散角前池，前池设置垂直翼墙。3、泵站管路设计3.1设计流量和设计扬程的计算3.1.1 设计流量的计算二级站流量：51800243600=0.5995m3/s0.6 m3/s输水管道长度由输水管线示意图求得。输水管线示意图见图1.图1 石咀子二级站输水管线示意图 将输水管线分为三段，并将各段节点标注字母。根据图表，A点坐标（4779,1794），B点坐标（6060,1904），C点坐标（6950,1868），D点坐标（7775,1927）。三段长度分别为：AB=(6060-4779)2+(1904-1794)2=1285.7mBC=(6

7、970-6060)2+(1868-1904)2=910.7mCD=(7775-6970)2+(1927-1868)2=807.2m由图可知，管道线是折线，实际长度长于三段AB、BC、CD之和，因此管线长度为：L=(AB+BC+CD)=3004m根据泵站设计规范，出水管道流速为2.03.0m/s 国家标准，泵站设计规范（GB50265-2010），2011：47。则最大出水管径：dmax=4Qv=40.62=618mm最小出水管径：dmin=4Qv=40.63=505mm 当管径大时，水力损失小，但造价高；当管径小时，水力损失大，但造价低。本工程为供水工程，工作时间长，因此水力损失对运行成本的影

8、响很大，故设计时应重点考虑水力损失的问题。综合考虑，选择内径600mm的管道。当流量为0.6m/s时，600mm管道内水流速度为：v=4Qd2=40.60.62=2.12m/s3.1.2 管道材料选择管道可选材料有：普通钢管、环氧粉末涂层钢管、给水衬塑钢管、PE管、PVC管该工程为供水工程。各管材性能对比如表1.表1 管材性能对比表性能管材钢管塑料管普通钢管环氧粉末涂层钢管给水衬塑钢管PE管PVC抗腐蚀光滑水质耐高压造价中等中等高低低普通钢管的承压性能好，但易受到腐蚀，管道腐蚀后粗糙度增大，使水力损失也增大，且对水质产生影响；环氧粉末涂层钢管承压性好，水力损失不大，价格合适，但对水质有影响，不

9、适合用于供水工程；给水衬塑钢管抗压性和抗腐蚀性均优良，管壁光滑，水力损失小，但造价较高；塑料管的抗腐蚀性能好，管壁光滑，水力损失小，但承压性差，易出现爆裂，影响居民用水。综合以上性能分析，给水衬塑钢管最为合适。3.1.3 设计扬程的计算认为给水衬塑钢管内壁绝对粗糙度与丙烯酸树脂内涂层钢管接近，即：=0.01mm 陈凤,余汉成,孙在蓉,郭艳林. 管道内壁粗糙度的确定J. 天然气与石油,2007,25（6）： 8-10,相对粗糙度为/d=10-2/600=1.6710-5雷诺数Re=vd=1.01032.120.6001.307710-3=9.727105其中： 水的密度，1.0103kg/m3

10、v管道中水流流速，2.12m/s d管道内径，0.600m 水的粘滞系数，这里用运动粘度代替动力粘度。甘肃省年均气温为10左右，此时粘度为1.307710-3vm-2s-1对照莫狄摩擦系数图（图2），当相对粗糙度为1.6710-5，雷诺数为9.727105时，相应的流体摩擦系数=0.0119。根据达西公式，沿程水力损失：hf=Ldv22g=0.011930040.6002229.8=13.66m其中：沿程摩阻系数L输水管道长，由于输水管道长度远远大于进水管道长度，因此用认为进水池到出水池的管道L即为输水管道长，单位：md输水管道内径，单位：mv管道内水流速度，单位：m/sg重力加速度，9.8m

11、/s2局部水力损失hj按沿程损失的15%计，则总水力损失为：hz=hf+hj=115%hf=1.1512.16=15.71m水泵设计扬程：H=Z2-Z1+hz=1933.00-1802.00+15.71=146.71m其中：Z2出水池设计水位，单位：mZ1进水池设计水位，单位：mhz管路总水力损失，单位：m水泵最大扬程：Hmax=Z2max-Z1min+hz=1933.50-1801.00+15.71=148.21m其中：Z2max出水池最高水位，单位：mZ1min进水池最低水位，单位：mhz管路总水力损失，单位：m图2 莫狄摩擦系数图3.2 机组选型3.2.1 水泵选型从上海凯泉公司的双吸中

12、开式离心泵中进行选择，认为KQSN300-N4/690、KQSN300-N3/685、KQSN200-N5/352三种水泵基本符合要求。从上海连成公司的双吸中开式离心泵中选择，SLOW350-800B、SLOW250-820B比较适合。三种水泵的性能参数见表2.表2 三种水泵的性能参数比较泵型叶片规格（mm）流量(m/h)扬程（m）速度（r/min）功率(kW)效率（%）NPSHr（m）轴功率电动机功率KQSN300-M4/6906904891531480286.9500714.6815150421.379970142487.077KQSN300-N3/6856853611561480269.

13、2 500575.0 602150378.3 65710144449.3 52KQSN200-N5/3523521931592960136.9 250617.9321154179.4 75385151225.9 70SLOW350-800B800195017014801600817.524001602800145SLOW250-820B8206701551480800774.511001481314130对比凯泉公司以上三种水泵，KQSN200-N5/352扬程在159m在151m之间，造成较大的浪费，浪费能源，不够经济；KQSN300-N3/685扬程适合，但是效率较低， 无效耗能大；KQS

14、N300-N4/690扬程适合，效率较高，在三种泵型中最为合适。因此，上海凯泉公司的双吸离心泵中，KQSN300-M4/690最适合。KQSN300-M4/690水泵流量按照815m/h计，则需要的水泵数量：n=3600Q815=2.653设1台备用机组。连成公司的SLOW350-800B型水泵效率最高为81%，但浪费一定的扬程，需1台工作机组，并配备1台备用机组。SLOW250-820B型扬程适合，工作效率高，为80%，但最优工作区间可能出现扬程不够的情况。SLOW250-820B水泵流量按照1100m/h计，则需要的水泵数量：n=3600Q1100=1.962设1台备用机组。若选用SLOW

15、型水泵，则备用机组占总机组的比例分别为50%和33%，空闲机组占比高，不宜在工程中使用。综合以上分析，选用上海凯泉公司的KQSN300-M4型机组，其基本性能曲线见图3.图3 KQSN300-M4/690型水泵基本性能曲线3.2.2 动力机选型：KQSN300-M4/690型水泵的电机功率为450kW，根据上海凯泉KQSN产品说明选择合适的动力机。根据水泵样本，Y400L-4动力机功率符合要求。动力机性能参数见表3，物理尺寸见表4。图4 KQSN300-M4型水泵机组示意图图5 水泵机组俯视图表3 Y400L-4动力机性能参数动力机型号额定电压(V)功率(kW)质量(kg)动力机底座Y400L

16、-43805003200592表4 Y400M-4动力机基本尺寸动力机型号规格(mm)LL1L2L3ACHWY400L-432451920710251068671015901027.5表中的符号规定见水泵机组示意图（图4、图5）。3.3水泵工况点校核：需要扬程关于流量的方程：h损=h沿+h局=1.15h沿=1.15Ldv22g=1.15L2gA2dQ总2=SQ总2H需=p-pg+H净+h损=H净+SQ总2=1933-1802+1.150.0119300429.80.60.32Q总2=131+43.75Q总2=131+43.75（3Q）2其中： p、p分别为进水池和出水池处的大气压力，单位：Pa

17、。进出水池海拔相差131m。粗略认为海拔每上升12m，大气压强降低1mmHg。因此，进水池处比出水池处大气压强高11mmHg，即1470.150m水柱，远远小于进出水池高程差，因此可以忽略。其中： H需水泵装置的需要扬程，单位：mH净水泵装置的静扬程，即进出水池水位差，单位：m S管路阻力参数，单位：s2/m5Q、Q总一台水泵的流量、3台并联水泵的总流量，单位：m/sh损管路水头损失，单位：mh沿管路沿程水头损失，即hf，单位：mh局管路局部水头损失，等于15%沿程水头损失，单位：m沿程摩阻系数，由莫狄图查得0.0119L输水管道长，由于输水管道长度远远大于进水管道长度，因此用认为进水池到出水

18、池的管道L即为输水管道长，单位：md输水管道内径，单位：mv管道内水流速度，单位：m/sg重力加速度，9.8m/s2表5 并联管路系统需要扬程曲线上的特征点坐标编号Q(m/h)Q(m/s)H需12000.056131.13524000.111131.54036000.167132.21548000.222133.160510000.278134.376612000.333135.861714000.389137.617816000.444139.642918000.500141.9381020000.556144.5031122000.611147.3391224000.667150.444图

19、解法求并联水泵工作点（见图6及附图1），方法如下：（1） 将水泵性能曲线上的横坐标（流量）乘以3，即得到并联后的性能曲线H-Q。（2） 绘制并联管路系统的需要扬程曲线，即H需-Q曲线。（3） H需-Q曲线与H-Q曲线的交点A就是并联水泵的工作点。 交点坐标为（1600,148），在（H设，Q设）点的上方，符合要求。因此，该水泵工作点合适。图6 水泵工况点校核4、泵站建筑物设计4.1 水泵安装高程根据万家寨工程，吸入装置的水力损失在0.30.5m之间，这里取0.5米作为本工程吸入装置的水力损失 李玉芷,陈希文. 水泵安装高程计算方法探讨J. 水利水电技术,1999,30（3）:22-25.。允许

20、吸水高度：Hsz=p0-pvg-NPSH-hs=81333-2338.81039.8-4.9-0.52.66m其中：Hsz水泵最大允许吸水高度，单位：mp0进水池水面压力，等于1800m高程处大气压力，8.1333104Pa.pv水流工作汽化压力，宁夏固原7月多年平均气温20下水流的汽化压力为2.3388103Pa水的密度，1.0103kg/m3NPSH允许汽蚀余量， NPSH=NPSHr+0.3，单位：mhs吸入装置的水力损失，单位：m本工程采用干室型泵房，喇叭口的淹没深度为1m安装。安=1801.00+（-1.00）+0.350=1800.350m其中：安安装高程，单位：m进进水池最低水位

21、，单位：m 水泵的安装高程为1800.350m。4.2管件选择：令进水管道中的水流流速为2.0m/s，则进水管直径d进=4Qv=40.21.5=356.8mm选择内径为400mm的管道（P.259）。此时管道中的水流流速为：v=4Qd2=40.20.4002=1.59m/s符合规范中进水流道流速1.52.0m的规定。进水管内径400mm，根据规范，长度不大于10m，选择5.5m。进水管道附件：（1）喇叭口。喇叭口采用水平布置，根据规范，中心淹没深度取1.2D=1.20.4=0.48m。喇叭口进水口径取为500mm。根据规范，喇叭口直径宜等于或大于1.25倍进水管直径1。500/360=1.41

22、.25，符合规范要求。喇叭口的物理尺寸喇叭口的最小淹没深度S2=1.8D=1.8500=900mm（D为喇叭口进口直径）。喇叭口轴线到进水池底的最小距离C2=1.25D=1.25500=625mm喇叭口中心到侧墙的距离M2=1.5D=1.5500=750mm喇叭口到进水池后墙的距离B=（0.81.0）D=（400500）mm见表5，表中字母规定见图4.表6 吸水喇叭口的物理尺寸公称直径（mm）外形尺寸（mm）重量dDTHR40055015250624.839.0图7 喇叭口示意图（2）偏心异径管。水泵进水口前连接偏心异径管1。喇叭口的物理尺寸见表7，表中字母规定见图8.表7 偏心异径管的物理尺

23、寸公称直径（mm）外形尺寸（mm）重量dDTtAEW40030015139080600113.0 图8 偏心异径管示意图（3）检修阀。由于水泵倒灌安装，为检修方便，安装一个内螺纹式手动闸阀。喇叭口的物理尺寸见表8，表中字母规定见图9.表8 检修阀的物理尺寸公称内径外形尺寸（mm）重量（kg）LDD1HD0b400600565515112045032500图9 检修阀示意图（4）穿墙管。采用甲型法兰式刚性穿墙管，与挡水墙一起浇筑 国家标准，泵站设计规范（GB50265-2010），2011：49。穿墙管的物理尺寸见表9，表中字母规定见图10.表9 甲型法兰式穿墙管的物理尺寸公称内径（mm）外形尺

24、寸（mm）重量（kg）TT1T2tL=4004004429.82114.1141图10 甲型法兰式穿墙管示意图（5）伸缩节。用于泵房内进水管与穿墙管的连接，使用金属波纹形伸缩节，长度为830mm。出水管道附件：出水管内径300mm，流速v=QA=0.2(40.32)=2.83m/s，符合规范要求。（1） 叉管。选择T型叉管，将4台水泵并联起来，汇合到输水管道里。（2） 穿墙管。采用套管式穿墙管，与挡水墙一起浇筑。（3）截流阀。截流阀使用闸阀，减小离心泵启动时的功率，防止倒流引起的机组反转。截流阀的物理尺寸见表10，表中字母规定见图9.表10 截流阀的物理尺寸公称内径外形尺寸（mm）重量（kg）

25、LDD1HD0b30050044040092036023270（4）逆止阀。当事故停泵来不及关闭截流阀时，在短时间内自行关闭，以防止水泵叶轮倒转。逆止阀的物理尺寸见表，表中字母规定见图.表11 逆止阀的物理尺寸公称内径外形尺寸（mm）重量（kg）LDD1HD0b30070044040092036023270图8 逆止阀示意图（5）空气阀。本工程从山区调水，容易出现比较大的上下起伏。为避免压升或压降带来的管道破坏，需要在高点、低点、变陡点和上坡段处设置由进气阀和排气阀组合而成的带有微量排气功能的复合式空气阀，长水平段设置排气阀，长下坡段设置进气阀。空气阀的间距为500m。管道支撑结构：（1）镇墩

26、：为消除管道在正常运行和事故停机时，左右、上下振动和位移，除管道转弯处外，长管段每100m设一镇墩。本工程采用封闭式镇墩，即将管段埋在镇墩内。（2）支墩：支墩限制管道的法向位移，设置在两镇墩之间，每隔10m一个。4.3泵房设计：本工程采用干室型泵房。4.3.1 泵房内设备布置（1）机组设备的布置本工程水泵采取一列式布置，各机组轴线位于一条直线上。交通道沿泵房长度方向布置，分主要通道和一般通道，用于管理人员巡视及搬运货物。在箱形基础的前后墙上设置悬臂结构作交通道，进出水管在交通道下通过。交通道高出泵房地板与配电间地面同高。（2）排水设施泵房内的排水系统包括排水干沟、支沟、集水井和排水泵。泵房地面

27、做成向前池方向倾斜2%的坡度，支沟靠机组基础沿厂房跨度方向布置，干沟沿厂房长度方向布置，排水由支沟汇入干沟，干沟底倾斜，使干沟的水流入集水井，集水井在泵房一端的较低处靠近前池方向，井内设排水泵，废水由排水泵排入前池。排水泵出口管道上装设止回阀和检修阀。宁夏固原属于冬季冰冻地区，排水泵的排水管出口下缘应高于进水池。（3）防渗设施设置混凝土铺盖，厚度0.4m，永久变形缝缝距6m，缝宽20mm。（4）配电间：配电间采取一端式布置，布置在泵房进线端。设置4台低压开关柜，高2140m，宽900m，深600mm。开关柜后与墙壁的净距1.0m，柜前的过道1.5m，配电间的最小跨度B配=1.02+0.64=4

28、.4m，长度L配=1.0+1.5+0.9=3.4m。配电间的地面高出泵房地面1015cm，设置一个向外开启的事故便门。配电间与机组间用电缆连接，铺设在地面下的电缆沟内。（5）检修间：布置在主厂房的出水侧，检修间只作电动机转子抽芯或从泵轴上拆卸叶轮之用，利用率比较低，长度只需满足设备进出泵房的要求即可。（6）楼梯：楼梯宽1.5m，倾斜角40。（7）交通道：设两条主交通道，各宽1.5m 国家标准，泵站设计规范（GB50265-2010），2011：16。4.3.2 泵房尺寸的确定（1）泵房长度的确定泵房（不包括配电间）长度：L=nL0+n-1L1+2L2+L3=43.245+32+21.5+5=2

29、6.98m取泵房长度为31m其中：L泵房长度，单位：mL0水泵机组长度，由水泵样本查得，其长为3.245m1，单位：mn机组台数L1机组间距，规范规定相邻机组之间的间距不小于1.82.0m 国家标准，泵站设计规范（GB50265-2010），2011：56，取2.0m。L2机组顶端到泵房内壁和检修间的距离，取1.5m。L3检修间、配电间长。检修间长5m。（2）泵房跨度的确定泵房的跨度是指泵房前墙与后墙之间的距离。计算公式为： B=b1+b2+b3+b4+b5+b6+b7+b8+b9+2b=5.5+0.150+0.280+0.600+0.670+1.2+0.500+0.700+20.200=10

30、.0m其中：B泵房前后墙壁轴线之间的距离，单位：mb1泵房内进水管和截流阀前的T形管长度，设计为5.5m。其中进水管长度为2.5m，T形管段的长度为3.0m。b2法兰穿墙管在泵房内的长度，为0.150mb3波纹管长度，为0.280mmb4检修阀长度，为0.600mb5偏心异径管长度，为0.670mb6水泵机组长度，为1.200mb7逆止阀长度，为0.500mb8截流阀长度，为0.700mb定位轴线到泵房墙内侧的距离，为0.200m（3）泵房高度的确定地=安-h1-h2=1800.350-0.600-0.450=1799.300m其中： 地泵房地面高程，单位：m 安水泵安装高程，为1800.35

31、0m h1泵轴线至泵底座的距离，根据水泵样本，为0.600m h2取为0.750m。泵房总高度：H=H1+H2+H3+H4+H5=6+1+1+3+1=11m其中：H1泵行车起吊高度，进水口口径300mm的高扬程泵泵行车的最小起吊高度为5.7m，取为6m。 农林水产省构造改善局.黄林泉译.泵站工程设计规范R.北京：水利水电出版社，1990:222H2吊钩至吊车轨面的最小距离，参照南水北调一期工程邳州泵站的设计，取为1.0m。 邳州泵站工程项目申报材料R.江苏：徐州市水利设计研究院，2004：45H3吊车轨面至顶面的净空尺寸，参照邳州泵站的设计，取为3.0m。4H4屋架下弦与吊车顶面之间的安全距离

32、，参照邳州泵站的设计，取为1.0m。4根据规范，卧式机组泵房的检修间最小高度为5.0m，取为7.0m；水泵层的最小高度为4.0m，取为4.0m 国家标准，泵站设计规范（GB50265-2010），2011：57，从泵房地面到交通道的高度为32.0m，从交通道到检修间的高度为2.0m，楼梯倾斜角均为40。 交=地+h1-2=1799.300+2.0=1801.300m检=交+h2-3=1801.300+2.0=1803.500m其中： 交交通道高程，单位：m 检检修间高程，单位：m h1-2泵房地面到交通道的高度，单位：m h2-3交通道到检修间的高度，单位：m4.3.3 进水池的设计设进水池安

33、全加高为0.5m，则进水池顶高程：进顶=进高+h安=1802.3+0.5=1802.8m 喇叭口淹没深度为1.0m，喇叭口轴线到进水池底的最小高度C2为0.5m，设为0.7m。进底=进低-h淹-C=1801.00-1.0-0.7=1799.3m其中： 进底进水池底面高程，单位：m进高进水池高水位，单位：m进低进水池低水位，单位：mh安安全加高，设为0.5mh淹喇叭口淹没深度，最小淹没深度S2为0.9m，取为1.0mC喇叭口轴线到进水池地面的高度，单位：m进水池深：H进=进顶-进底=1802.8-1799.3=3.5m 进水池设计水深：H进设=进设-进底=1802.00-1799.3=2.7m

34、进水池最大水深：H进max=进高-进底=1802.30-1799.3=3.0m 进水池最小水深：H进min=进低-进底=1801.00-1799.3=1.7m 进水池宽度：L进=nL0+n-1L1+2D2+L3=33.245+32+20.75=17.235m其中：L进进水池宽度，单位：mL0水泵机组长度，由水泵样本查得，其长为3.245m，单位：mn机组台数L1机组间距，规范规定相邻机组之间的间距不小于1.82.0m，取2.0m。D2喇叭口中心到侧墙的距离，为0.75m。 进水池长：D进1=50QH进低L进=500.61.7（17.235）=1.02m 任何情况下应保证从进水管口中心到进水池进口的距离大于4倍的喇叭口进水口直径，即40.5=2m，喇叭口到后墙的距离为0.40.5m。D进2=2+0.5=2.5mD进=maxD进1，D进2=2.5m，取为3m。4.3.4 前池及出水池的设计 前池设立垂直翼墙。前池长度：L=B-b2t