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文档简介
1、张村泵站设计一、 工程概况: 1、张村泵站地形图(1/1000)如下图所示:由图上可知:水源位于张村的北面,地形的变动起伏不是很大。有公路经过张村。2、地质及土壤情况见钻孔地质柱状剖面图(如图1)3、地下水位316.00m,灌溉期间水源最低的日平均水位为315.20m,最高日平均水位为316.80m,夏季最高日平均水温为34。4、水源设计年内月平均水位见表1:月份123456水位316.58316.60316.55316.58316.47316.38月份789101112水位315.87315.60315.47316.00316.52316.55表15灌溉作物以水稻小麦为主,总耕地面积为310
2、4亩,其中80分布在张村的西面,各时段的灌水率见表2。灌水率LS千亩-140304030(35)(37)20灌水时间Dm-19/3-21/37/4-13/42/5-13/518/5-11/618/6-30/66/7-28/79/10-21/10表26、附近有电网通过,电压25kv。当地建筑材料由块石、碎石、红砖、红瓦及木材等,水泥及钢筋可以由外地运来。管区交通方便,有公路通过。二、基本资料:1.地质及土壤情况。2.地下水位:316.00m。3.根据灌区需要,控制出水池水位为340.00m。4.附近有电网,电压为35kv。5水泵及电动机,根据需要从参数资料中选择。6.灌溉期间水源最低的日平均水位
3、为315.20m,最高日平均水位为316.80m,夏季最高日平均水温为34。三、泵站设计参数的确定(一) 泵站流量的确定根据灌区时段灌水率表绘制初步灌水率图。如图2所示。图2 张村灌区初步灌水率图由图可知,各阶段的灌水率相差悬殊。泵站将出现频繁的开停机,渠道输水断断续续的情况,给管理带来不便。如按其中最大灌水率来泵站和渠道流量,势必造成泵站装机容量和渠道断面过大,增加工程投资。因此,必须对初步灌水率图进行必要的修正。对18/6-30/6延长2天,则灌水率由35降到30。对6/7-28/7缩短2天,则灌水率由37升高到约40。修正后的灌水率图如图3所示因在修正后的灌水率图上6/7-26/7连续灌
4、水时间最长且灌水率最大为40,所以取此灌水率为设计灌水率。如图3所示。假定来水过程能满足有水过程,按原定灌水面积进行灌区规划设计,渠系安全衬砌,采用0.90,t取22h,则设计流量为 Q设=24q设/(t)=1454.551455L/s 其中 取30 则 Qmax=1.2Q设=1746L/s Qmin=24qmin/(t)=727.3L/s(二)、泵站设计扬程的确定() 静扬程的确定图3 张村灌区灌水率修正图1. 设计静扬程用运行期间出现的几率最多,运行历时最长的静扬程(即加权平均扬程)代表设计扬程。用加权平均法求得 H静=QitiHi静/Qiti =Qiti(出-进i)/Qiti =Qiti
5、(340-进i)/Qiti水源水位线如图4所示图4 水源水位线图 H静i=Qiti(340-出i)/Qiti =24qi(340-进i)/qi= 40(340-316.565)+30(340-316.543)+40(340-316.44)+30(340-316.38)+30(340-316)+40(340-315.74)+20(340-316.26)40+30+40+30+30+40+20 =23.73m 则 H设静=23.73m考虑引渠、闸损0.31m。所以 H设静=24.04m2.最大静扬程这是泵站正常运行的上限扬程。应按泵站出水池最高运行水位与进水池最低运行水位之差计算。 H静max=出
6、-进min =340-315.12+hf=25.10m3.最小静扬程 这是泵站运行的下限扬程。最低扬程应按出水池的水位和静水池的最高水位之差计算。 即 H静min=出-进max =340-316.8+hf=23.51m () 设计扬程(H静+H损) 泵站的设计扬程包括泵站的设计静扬程和设计总扬程。 为了确定设计扬程,需要先估计管道损失,进而求的设计扬程 H设=(1+K)H静 其中K管道损失率 查表得K=0.3 则 H设=(1+0.3)24.04=31.25m设计最大扬程 H设max=(1+0.3)25.11=32.6m H设min=(1+0.3)23.51=30.56m四、水泵机组选型及配套
7、根据计算的扬程计算范围为30.56m-32.64m,和供水图初选14sh19离心泵6台(其中一台备用),查14sh19型泵性能表,得其转数为1450rpm,轴功率99.7KW,电机功率1254KW,效率为85%,允许吸上真空高度Hs=3.5m,叶轮直径D=350mm,重量为878kg,因张村有35KV的电网通过,所以选用电动机。配套电机为35KV,查表电机型号选用JR116-4。 14sh-19型泵的工作特性曲线如图5所示。水泵QH工作特性曲线和管路特性曲的交点A,A点即为水泵的运行工况点,水泵在该点工作时的参数可由图上查得: Q=270L/s H=32.70m =86 功率N=99.7kw
8、上述参数能够说明流量与扬程均能满足要求。而且水泵也在高效率情况下工作,因此,所选的14sh-19型水泵在性能上是满足的。其具体的外形尺寸如图6所示五、确定水泵的安装高程 1.对Hs进行高程和水温的修正 工厂所给的水泵允许吸水高度Hs=3.5是在标准大气压(10.33H2O)和水温20 (相应得汽化压力为0.24m H2O)时的数据,与当地的实际条件不符合,须对Hs进行修正。 水泵安装地海拔为318.00m,当地最高水温34,查表(水在各种温度下的气化压力表)知:30时 PB/=0.43;当T=40时PB/=0.75。利用差分法得34时PB/=0.558,修正后的允许吸水高度用Hs表示。即 Hs
9、=Hs-/900-(PB/-0.24) =3.5-318/900-(0.558-0.24) =2.83m2.安装高程的确定水泵吸水管设置 水平长3.0m,垂直高4.0m,进口设一喇叭管,一个90弯头。直径400mm。(1)吸水管阻力计算 流道中的流速V1=Q1/A1=2.1497m/s 沿程损失 当T=30时 运动粘滞系数 =0.80010-6m2/s 当T=40时 运动粘滞系数 =0.65810-6m2/s采用差分法知T=34时,运动粘滞系数 =0.743210-6m2/s则雷诺系数Re=vd/=2.14790.4/0.743210-6 =1.157106m2/s2000所以 为紊流根据管壁
10、面的情况 取=0.1查图得 =0.0018则沿程损失 HL=lv2/2gd=0.01872.14972/0.429.81=0.074268m 局部水头损失 a.因采用90弯头 则 =0.131+0.1632(0.4)7/2(/90)1/2 =0.1376 则 hj1=v2/2g=0.13762.14972/29.81=0.01509m b.进口喇叭管 设与进口相接的管径为350mm,取=10 查表得r=0.16则 =r(1-A2/A1)2=0.0375所以 hj2=v2/2g=0.03752.14972/29.81=0.0041m所以 hf= HL+ hj1+ hj2=0.09346m 安装高
11、度Hz=Hs-/900-v2/2g-hf-(PB/-0.24) =2.83-318/900-2.14972/29.81-0.09346-(0.558-0.24) =1.83m所以 安装高程Za=Hz+318=319.83m六、站址选择 站址选择的原则:(1) 应选在就近水源,水位稳定,水质良好的地方。(2) 泵站应建在地形开阔,岸边适宜的地方,开挖量少,适宜布置管道,注意避开山沟。(3) 泵站主要建筑物应建在坚实完整、承载力强的岩石地基上,避开大的活动性构造地带。(4) 泵站应选在就近电源,交通方便的地方。根据以上原则选择站址,拟定泵站枢纽纵向中心线如张村泵站总体布置图所示。 根据地形图和地质
12、资料No.1孔地面下4.5m即为砾石。预计泵站厂房基地高程为319.83-0.56-0.25-0.6=318.42m。由图可得水平距50m范围地面高程322.00m为泵列中心线。 七、泵房设计及辅助设备选择(一) 泵房结构型式 选用泵为卧式。进水池水位变化范围较大,吸程较低,故可采用干室型泵房。为了便于设备布置和维护管理,也便于进出水管路和进水池的布置,采用矩形干室型泵房。(二) 泵房的布置 泵站的厂房一般由三部分组成,即主厂房主要布置主机组;副厂房布置电气设备包括中央控制室;检修间检修机组及电气设备等。为了电气设备的防潮、防尘,并且能给运行管理人员由一个良好的运行管理环境,一般都专设高压开关
13、室和中控室,而且设专用场地检修。这三部分相对位置主要根据泵站的地形、地质条件,高压线路的来向,进场公路的位置等加以确定。泵房的检修间不仅平时供机组检修之用,而且建站时,运送机组及其电气设备的汽车要进入其中,所以其位置主要是根据进厂公路的来向加以确定。此次设计中,将检修间布置在厂房的右端。为了缩短泵房的长度,便于运行管理人员监视主机组的运行,同时也可缩短通向主机组的电缆,将副厂房布置在主厂房出水侧。(三)泵房内部布置泵房内部布置主要是主厂房内的机组、排水沟、交通道、充水系统、技术供水的布设。1. 主机组的布置:为了使开挖量小,布设整齐,主厂房的跨度小,采用一列式布置。2. 排水沟和集水井为了排出
14、水泵、水封用废水和管阀漏水等,主厂房内要设排水干、支沟。支沟一般沿机组基础四周和厂房的横向布置,干沟沿厂房纵向布置,与电缆沟分开。3. 电缆沟:从配电室引伸至电动机的电缆,直接架在泵房箱型基础的前墙和后墙上。(四)泵房尺寸的确定确定泵房尺寸,主要是根据设备的合理布置,并满足设备的安全运行要求和泵房的稳定条件定出其跨度和长度,根据机组及其起吊设备等条件决定除泵房的高度。1. 泵房长度(主厂房)的确定泵房的长度主要根据机组的长度(轴向),机组之间间距和检修间长度加以确定。泵房长度L=nL0+(n-1)L1+2L2+L3 其中 L0机组的长度 L1机组之间间距(查泵房内设备之间的间距) L2机组顶端
15、到检修间和墙的距离 L3检修间的长度 n机组台数 则 L=nL0+(n-1)L1+2L2 =62.56+51.4+21.5 =25.36m 另外检修间的长度为3.6m 所以 L=25.36+3.6=28.9629m泵站的主厂房一般按工业单层厂房标准设计。柱距为6m,但泵房长度L不是6的倍数,所以将检修间长度L3调整为4.6m,使泵房长度为30m。2. 泵房的跨度泵房跨度系指两侧墙定位轴线之间的距离。它是根据泵房内出水管路、阀件、水泵横向长度及安装检修必须的距离而定。泵吸管长度尽量缩短,争取吸程。 跨度B=B1+B2其中 B1=泵前长度+阀门+水平管长=600+550+1000=2150mm B
16、2=泵后长度+锥管长度+逆止阀长+阀门+人行道 =500+300+800+550+2700 =4850mm厂房跨度B=B1+B2=2.15+4.85=7m3. 泵房内各部分高程水泵的安装高程确定之后,泵房内各部分高程在此基础之上就相应的定出。(1)泵房地面高程地 地=泵-h1-h2式中 泵水泵安装高程 h1 泵轴线至泵底座的距离,可从泵产品样本中查知 h2 机组基础顶面至地坪的距离,一般为0.2-0.3m所以 地=泵-h1-h2 =318.97m (2)检修间高程D1 应高于泵房底板,其高程一般和配电间地板高程一致,为了防洪安全以及便于 汽车运输设备,检修间地板高程应高出最高洪水位及泵房外地面
17、0.5m左右。 取1=320m (3)副厂房和交通道高程:其高程与检修间相同 4.泵房高度的确定 (1)吊车轨面高程轨的确定: 轨应保证载重汽车进入检修间装卸设备,所以吊车轨面高程应根据这个起吊基点 由下式确定: 轨=地+h1+h2+h3+h4+h5+h6 式中:地检修间地板高程(m) h1汽车车厢底板离地面高度(m) h2垫块高(m) h3最高设备或部件的高度(m) h4捆扎长度(m) h5吊车吊钩到轨道面的距离(m) h6起吊物吊离车厢底板的必要高度(m) 因为 h1=1.6m h2=0.3m h3=1.1m h4=3.5m h5=1.2m h6=0.7m 所以 轨=320+1.6+0.3
18、+1.1+3.5+1.2+0.7=328.4m (2) 屋顶高程鼎由吊车轨面高程轨加上轨面高度而定,轨道采用工字梁 取定=330.00m (四) 搬入、通风及起吊设备的选择 搬入方式主要采用卡车搬入。 主副厂房不挡水各层,大都有条件开窗户,应尽量采用自然通风。其中设备采用电动单梁起重机,一步法起吊。起重机的工作制应采用轻级、慢速。制动器和电气设备的工作制应采用中级。八、整体稳定校核 (一) 泵房整体稳定校核 干室型泵房整体稳定校核一般应包括抗滑、抗浮两种工况。根据干室型泵房的结构特点,干室三面都回填土,因受力比较均匀,通常不必进行抗滑稳定计算。但是,由于干室内不允许进水,在高水位时浮力很大,必
19、须进行抗浮稳定校核。 抗浮稳定校核可选择泵房土建完毕,机组未安装,未回填土,但泵房四周达设计最高水位时,此时抗浮力为泵房土建部分的自重,包括屋面系统、砖墙、水下墙及底板等。设其为W(方向朝下),浮托力为泵房淹没于水下同体积德水重,设其为W浮(方向朝上)。 浮托稳定程度以安全数K浮表示。K浮抗浮力与浮托力的比值 即 K浮=W/W浮K浮必须大于或等于允许的抗浮安全系数K浮,一般应大于1.1。如果计算的尺寸不满足抗浮稳定的要求,可考虑增加泵房的自重或将底板适当的伸出并回填土,以利用其上的水重及土重,从而加大泵房的抗浮力。 计算工况应以最不利的工况为准。 (二)地基应力的校核 干室型地基应力的校核工况
20、,取泵房土建施工完毕,机组已经安装及进水池为设计最低水位。取一台机组与相邻另一台机组的中心线所夹的范围作为计算单元,地基应力安下式计算:Pmaxmin =N/BL(16e/B) e=B/2-Ma/NPmaxmin式中 为基础底面边缘最大(最小)地基应力 KPa/m2 N为计算单元内所有垂直力之和 KN B为计算底板厚度 m L为计算单元长度 m e为偏心距 m Ma为计算单元内所有外力(包括水平力和垂直力)对A点的力矩之和 KNM 根据工业与民用建筑地基基础设计规范有关规定,按允许承载力计算地基应符合下式要求 PR式中 P地基底面处的平均地基应力 KPa/m2 R修正后地基土的允许承载力 KP
21、a/m2 受偏心荷载作用时,除符合e=B/2-Ma/N要求外,尚应符合下式要求: Pmax1.2R九、进水池与前池设计 (一) 进水池 1.边壁形式与后墙距T 进水池的边壁形式采用矩形。如图7所示T图7 进水喇叭口直径D进=(1.3-1.5)D1 =1.30.4=0.52M D1卧式泵的进水管直径 为了改善流态,进水管应仅靠后墙,即T=0.5D进=0.50.52=0.26m2. 进水池宽度B 进水池宽度B对池中漩涡、回流和水头损失都有影响。 宽度B=机组间距机组数 =1.46=8.4m3. 进水管口至池底的距离即悬空高度P该高度在满足水利条件良好和防止泥沙淤积管口的情况下,应尽量减小为宜,以降
22、低工程造价。 P=(0.50.6)P进=0.60.52=0.312m 取P=0.4m4. 进水管口淹没深度hs的确定淹没深度hs对表面漩涡的形成和发展有决定性的影响。通常采用以下公式计算h临淹, h临淹 KsD进 Ks=0.64(Fr+0.65T/D进+0.75)其中 Fr为弗劳德数 Fr=v进2/gD进 在0.31.8范围内取值。 则 Ks=0.64(1+0.650.260.52+0.75) =0.642.075 =1.328 所以 h临淹= KsD进=1.3280.52=0.69m 取 hs=1mLgh 5.进水池的长度Lg 如图8所示图8 进水池必须有足够的有效容积,否则在启动过程中,可
23、能由于涞水较慢,进水池中水位急剧下降,致使淹没深度不足而造成启动困难,甚至使水泵无法抽水。 Lg=KQ/hB 式中 Lg进水池的最小长度 m Q泵站总流量 m3/s K秒换水系数 因为 Q=1.62 m3/s 0.5m3/s 所以 取K=20Lg=201.62/18.4=3.86m6.进水池的安全超高h 如图8所示留有一定的安全超高h,除考虑风浪影响因素外,还应考虑停泵时所形成的涌浪。取 h=0.8m 7.进水池底高程:进=314.0m 为了保证良好的进水条件,进水池和机组增设隔墩。(二)前池 此设计采用正向进水前池。 设引水渠末端嘴下水深为0.6m,渠底高程为315.2-0.6=314.6m
24、,渠底宽为2m,前池扩散角取30。则 前池的长度L=(B-b)/2tg(/2)=(8.4-2)/2tg(30/2) =11.912m所以 前池坡率降i=(314.6-314)/12=0.05 即 i=1:20十、管道设计 1.进水池的布置形式与水泵的结构和类型、进水池水位变化幅度有关。进水池最低水位经常低于水平管段。因此,需要有垂直的管段与水平管段连接。 2.出水管道 根据管路布置原则,本站的压力钢管比较短,长度不超过80m。为了减少管路局部损失,经济运行,本站压力管道不再合并,但机组输水,沿途设支镇墩,保证管道运行稳定。十一、出水池 如图9所示 选择正向出水的形式。1. 水平出流时出水池长度L根据水面漩涡法知 L=ah淹0.5 a=7-(hp/Do-0.5)2.4/(10.5/m2) m=hp/Lp 设 h淹=1m hp=1m Lp=2m m=0.5 a=5.4 所以 L=ah淹0.5=5.4m h淹min=0.3m h淹hpLLp如图9 淹没出流示意图2 出水池宽度B从施工和水力条件考虑,最小单管出流宽度为 B(23)Do 即 B11=20.4=0.8m所以 B=60.8=4.8m 取B=5m2. 出水池底板高程 如图10所示它是根据干渠最低水位低来确定。 即 底= 低-(hmin+Do+P) 式中 hmin最小淹没深 设 低=340m 则 底=340-
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