水泵及水泵站课程设计说明书

1、水泵与水泵站课程设计说明书 学院：XXXXXXX学院 班级：农业水利工程XXXX班 指导老师：XXX 姓名：XXX 学号：XXXXXXXXXX 目 录一、灌溉泵站课程设计任务书示例11.1设计任务11.2.设计资料11.3要求2二、灌溉泵站课程设计指导书42.1熟悉资料42.2枢纽布置42.3设计流量的计算42.3.1毛灌水率42.3.2机灌灌水率52.3.3设计流量52.4确定水泵的设计扬程52.4.1平均实际扬程52.4.2水泵的设计扬程72.5机组选型72.5.1水泵选型72.5.2选择动力机及传动设备92.6计算经济管径102.7水泵安装高程102.8确定泵房结构形式122.9泵房内部

2、布置及各部分尺寸拟定122.9.1相对位置的确定122.9.2泵房内部布置132.9.3泵房各部分尺寸的确定142.10进出水建筑物等的设计与布置162.10.1引渠162.10.2前池172.10.3进水池172.10.4出水建筑物192.10.5支墩212.10.6镇墩212.10.7其他布置：212.11.计算水泵工作点，进行工况校核，泵站运行调节232.11.1水泵工作点的确定与工况校核232.11.2水泵运行调节232.12泵站整体稳定分析242.13按设计任务要求绘制设计图、编写设计说明书24一、灌溉泵站课程设计任务书示例 1.1设计任务 某灌溉泵站设计。 1.2.设计资料 1.2

3、.1基本情况。 本区地势较高，历年旱情比较严重，粮食产量低。根据规划，拟从附近湖中扬水灌溉该区的6.7万亩农田，使之达到高产、稳产的目的。 机电扬水灌区内主要作物有小麦、玉米、谷子和棉花等。灌区缺少灌溉制度，现参考附近老灌区的灌水经验，制定出本灌区灌溉保证率为75%的灌溉制度。设计毛灌水率如表1所示。 表1 设计年内毛灌水率灌水时间（日/月）1/3-15/416/4-10/611/6-30/71/9-30/915/11-10/12灌水率L/（s·千亩）30.0022.0016.522.530.75 1/500的站地地形图（从略）1.2.2地质及水文资料。根据可能选择的站址，布置6个钻

4、孔。由地质柱状图（从略）明显的看出，3m以内表土主要是粘壤土，经土工试验，得到的有关物理指标为粘壤土的内摩擦角为，承载力为200KN/m2。站址附近的地下水位多年平均在307.2m左右（系黄海高程）。 1.2.3气象资料。 夏季多年平均旬最高气温为，春、秋季干旱少雨，年平均降雨量为524mm，降雨年内分配极不均匀，每年7、8、9月的降雨量占全年降雨量的80%以上。年平均无霜期为200天左右，多年平均最低气温为，最大冻土深度为0.44m。平均年地面温度为，平均年日照时数为2600.4h。累计年平均辐射总量为527.41kJ/cm，平均日照百分率为59%。热量和积温都比较丰富，能满足一年两熟作物生

5、长的需要。1.2.4水源。灌区西北有一湖泊，是规划灌区的水源，其水量充沛。灌溉保证率为75%时的湖泊月平均水位如表2所示。表2 湖泊月平均水位（保证率75%）月份123456789101112水位（m）308.9308.9309.2309.3309.5309.7312.0312.0313.2309.8309.8308.9灌溉保证率为90%时，灌溉时间旬平均最低水位为308.8m。5年一遇的旬平均最高水位达312.5m，夏季多年旬平均最高水温为。 1.2.5其他资料 （1）根据规划，为保证扬水后自流灌溉，出水池水位均不应低于327m。 （2）站址附近有6.3kV高压电力通过，已经有关部门批准，可

6、供泵站使用。 （3）该地区劳动力充足，交通方便，除水泥、金属材料以及泵站建设中所需的特殊材料外，当地可提供砖、石、瓦、木材等建筑用材。 （4）根据机电设备的运行特性，每天按24h运行设计。 1.3要求要求每个同学独立完成泵站设计中初设阶段的部分内容，成果包括设计图纸和设计说明书。1.3.1图纸 （1）枢纽平面布置图（在1/500地形图上绘出）。 （2）泵房平面图，泵房纵、横剖面图。 1.3.2设计说明书（1）概述建站目的，设计任务，资料分析，设计所依据的规范和标准。 （2）机电设备选择的依据和计算。 （3）泵站各建筑的型式、结构选择的依据、计算结果及其草图。 （4）泵房尺寸拟定的依据和设备布置

7、的说明。 （5）验证机组选择的合理性，并说明其在使用中应注意的问题。二、灌溉泵站课程设计指导书2.1熟悉资料对所建站的基本情况要做到心中有数，并对资料进行科学分析。2.2枢纽布置因为缺少地形资料，故省略。 2.3设计流量的计算2.3.1毛灌水率为了便于选择同型号水泵，作出灌水率图，按以下原则将灌水率图修正成等阶梯形状，具体修改原则如下： （1）灌水日期的移动或者灌水时间的变动，不应影响作物的正常需水（变动天数不超过2-3天）。 （2）各次灌水的灌水率数值不应相差太大（最小灌水率不应小于最大值的40%），以使渠道流量比较平稳，泵站机组利用率较高。（3）修正后的灌水率应适应我国目前的管理水平，对旱

8、作灌区，一般的灌水率在2035 L/(s·千亩)之间。修正后毛灌水率图如图1。图1 修正后毛灌水率图2.3.2机灌灌水率按每天开机小时数，将修正后的毛灌水率换算成机灌灌水率，绘制机灌灌水率图。公式为： 式中 修正后的设计毛灌水率，L/(s·千亩)； 机组每天开机的小时数，h。 因为机组每天运行时间等于24h，代入数据，求得：，从而机灌灌水率图与修正灌水率图相同，此处作图省略。2.3.3设计流量取灌水率图中最大的灌水率来计算泵站的设计流量。公式为： 式中 修正后的最大灌水率，L/(s·千亩)； 设计的灌水面积，千亩。代入数据，求得：设计流量。此时，化标准单位可得：

9、2.4确定水泵的设计扬程2.4.1平均实际扬程计算平均实际扬程公式为： 式中 相应时段时的出水池水位与进水池水位之差，m； 相应时段时的泵站供水流量，L/s； 不同灌溉时段的泵站工作天数，天。具体计算过程见表3。表3 平均实际扬程计算表月份123456水位H（m）308.9308.9309.2309.3309.5309.7灌水率qiL/(s·千亩)0 030 30 22 22 2216.5 H实i18.118.117.817.717.517.3ti00311515311020Qi00201020101474147414741105.5H实itiQi0039.8719.1214.162

10、8.79.1713.84Qiti002.241.080.801.640.530.86月份789101112水位H（m）312.0312.0313.2309.8309.8308.9灌水率qiL/(s·千亩)16.5022.5030.7530.75H实i151513.817.217.218.1ti3103001610Qi1105.501507.502060.252060.25H实itiQi18.45022.49020.4713.39Qiti1.2301.6301.190.74 注：I. II. III. IV. 由表格计算可得：2.4.2水泵的设计扬程确定水泵的设计扬程，公式为： 式中

11、管路沿程和局部水头损失，m； 管路水头损失占平均实际扬程的百分比，其值可 按表4初定，取k=0.05。 表4 k 值 选 择水泵规格水泵出口直径（mm）<200200350>350<100.30.50.20.40.10.2510300.20.40.150.300.050.15>300.10.30.10.20.030.10注：扬程低或直径小者用大值，反之用小值。代入数据，求得：设计扬程：。 2.5机组选型2.5.1水泵选型（1）水泵选型的原则a.在设计扬程下，能满足设计流量的要求。b.当实际扬程变化时，水泵能在高效区内工作。c.在能够适应灌溉流量变化的前提下，尽量选用较大

12、的水泵，以减少台数，节省基建、维修费用，另外大泵的效率较高。d.在一个泵站中，尽可能选用同型号的水泵。e.如进水池的水位变化幅度较小时，优先选用卧式机组。f.在满足流量和扬程的前提下，尽量选用吸水性能好的水泵。（2）水泵优选根据修正后的灌水率图，取最大灌水率为： 最大设计流量为： 所以水泵初选台数方案有四种： 方案一：4台24sh28水泵（1台备用）； 方案二：5台20sh-13A水泵（1台备用）； 方案三：6台20sh19水泵（1台备用）； 方案四：7台14sh-19A水泵（1台备用）。讨论两种方案的可行性及优选，见表5。表5 水泵台数方案初选比较方案一方案二方案三方案四台数3+1(备用)4

13、+1（备用）5+1（备用）6+1(备用)型号24sh2820sh-13A20sh1914sh-19A水泵扬程H21m26m27m20m流量Q2880m3/h2230m3/h1620m3/h1440 m3/h轴功率N195kW186kW148kW94kW配套功率P220kW220kW190kW125kW额定转速n970r/min970r/min970r/min1450r/min效率84.5%85%80%82%允许吸上真空高度Hs2.5m4m4m3.5m叶轮直径D450mm550mm465mm345mm总流量Q总8640m3/h8920m3/h8100m3/h8640m3/h在上述四种方案中，方案

14、二由于，较设计流量偏大较多，造成水资源浪费和运行费用的剧增，显然不合理。方案四中叶轮直径D与进出水管道直径也相差较多，一方面密封效果不好，同时进入水泵时水流不稳定，容易发生汽蚀，并且降低水泵的效率，故此方案也排除。方案一相对于方案三而言，其允许吸上真空高度较低，根据灌区的地形地质条件决定水泵的安装高程可能受到限制，同时3台水泵基建费用较低，就会导致运行费用相对偏高。综合分析比较，选择方案三：5台20sh19型离心水泵，另外购置一台备用。2.5.2选择动力机及传动设备（1）动力机在电源方便的地方，应优先考虑选配电动机。在缺电或少电地区，可以利用其他类型的能源和相应的动力机。根据水泵的性能参数，由

15、式初步选定动力机的功率P： 式中 P动力机的功率，kW； K备用系数，按表6查取k=1.05； N水泵的轴功率，kW； 水泵的效率。表6 水泵配备动力功率配用系数K水泵轴功率（kW）<5510101550100>100K（电动机）21.31.31.151.151.101.101.051.05K（柴油机）-1.21.151.161.121.121.101.1代入数据，求得：电动机的功率P=194kW,与20sh19水泵的配套功率P=190kW接近，故选择JS126-4三项鼠笼式异步电动机，这种电动机高效、节能、噪音小、振动小、工作可靠且维护方便。（2）传动设备为了更好地缓冲与减震，采

16、用圆柱销弹性联轴器。 2.6计算经济管径为了减少水头损失，提高灌区的灌溉效率，需要确定进出水管道的经济流速与经济管径。通常，需要通过回归运算确定：当基建费用与运行费用之和与运行年限之比最小值时取得经济流速，进而计算经济管径。实际工程中常取进水口流速1.01.5m/s，出水口流速1.53.0m/s。由公式计算经济管径： 式中 D分别为进、出口直径，mm； V分别为进、出口经济流速，m/s； Q单台水泵流量，m3/h。那么，分别取代入数据，求得：，取； ，取。2.7水泵安装高程水泵的安装高程应以水源水位较低时为准推求，以保证在灌溉期间水泵均不发生汽蚀。查水泵产品样本知，水泵允许汽蚀余量为在标准大气

17、压下最大允许吸上高度，公式为： 式中 水泵允许汽蚀余量； 水泵进口流速，取1.5m/s； 最大允许吸上高度。代入数据，求得：=6.11m。在本灌区中，海拔为300m左右，；大气压修正。整个灌溉季节水温可以认为恒定，即水温修正修正后的允许吸上真空高度公式为： 代入数据，求得：修正后允许吸上真空高度=5.81m。假定水泵处于高效区内运行，即认定水泵的效率一直较高，水泵一直以额定转速运行，那么有，故转速修正项可忽略。泵的允许吸水高度公式为： 式中 最大允许吸上高度； 吸水管水头损失，用计算。对于吸水部分管道，其管长较小，沿程水头损失忽略不计，只计局部损失系数，其中各局部损失系数取值如下，喇叭进口=0

18、.1，渐变管长=0.25；90°弯头=0.2，无底阀滤网=2。那么h吸=0.29m。代入数据，求得：=5.41m。根据泵站设计规范，一般需预留0.3m的安全高度。故：=5.11m。水泵的安装高程公式为： (10)式中 水泵安装高程，m 各时期水源的最低水位，查表2取。代入数据，求得：水泵的安装高程314.01m，实际安装高程取314m。 2.8确定泵房结构形式 一方面，水源水位变幅（=312.5-308.8=3.7m），远小于水泵的有效扬程，另一方面，水泵为卧式离心机组，同时为了更好地通风、采光与防潮，根据灌区的地形，水文及地质条件，选择分基型泵房。 2.9泵房内部布置及各部分尺寸拟

19、定泵房内部布置和各部分尺寸拟定，应满足机组安装、运行、检修之要求，满足通风、采光和电器设备、辅助设备布置的要求，同时应满足建筑规范。 2.9.1相对位置的确定根据灌区地形与地质特点，采用一端布置。 2.9.2泵房内部布置 （1）泵房的结构形式 泵房采用砖混结构。 （2）主机组的布置 所选水泵台数为5台，故采用一列布置。（3）交通道为了方便运行管理人员来回巡视，在进水侧与出水侧均设有交通道。主交通道宽度=2.5m，副交通道宽度=1.5m。（4）排水沟和集水井为了排除水泵水封用废水和管阀漏水，在主厂房内设置排水沟，包括排水干沟与排水支沟，支沟沿机组基础四周和厂房横向布置，干沟沿厂房纵向布置。在干沟

20、末端检修间地下修建集水井，并由排水水泵排除,具体布置详见泵房平面图（图号01）。 （5）起重设备 泵房内，主机组及管道附件等设备的安装及检修都需要起重设备，选择起重设备的依据是，泵房内最终设备的重量机组台数和必须的起吊高度。采用SDQ-3型手动单梁起重机，起重机跨度6m，起升高度310m。 （6）充水系统 为了更好的启动水泵，需要设置充水系统。充水系统包括真空泵和真空管网，本泵站采用水环式真空泵充水，且将其布置在检修间的地下。其中水环式真空泵抽气装置如下图2，并且此真空泵与各台水泵并联，在启动时，分别启动水泵。另外，为了安全起见，预留一台真空泵备用。采用水环式真空泵，选用SZ-1型水环式真空泵

21、，其配带动力4kW，转数1450r/min，泵重140kg。（7）电缆沟 将电缆放置在进线盒一侧的人行过道下的电缆沟内，在电缆沟上铺设盖板。 2.9.3泵房各部分尺寸的确定 （1）泵房长度L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，5台水泵布置成一列，计算公式为： (11)式中 n水泵的台数，取n=5； L0机组长度，查类产品样品取L0=3m； L1机组之间的间距，取L1=2m； L2机组顶端到副厂房和检修间距离，取L2=2m； L3检修间长度，取L3=Ls，其中Ls为机组中心距，常取 Ls=5m，那么L3=5m； L4配电室长度，设计时可取检修间长度，L4=5m

22、。 代入数据，求得：水泵厂房的长度。 （2）泵房跨度B泵房的跨度指两侧墙定位轴线之间的距离，计算公式为： (12)式中 主、副交通道的宽度，其中主交通道， 副交通道； 进、出水管渐变段宽度，常取； 水泵的宽度，查泵类产品样本取； 逆止阀，收缩节与闸阀宽度，分别取， ，。代入数据，求得：泵房跨度。 （3）泵房高度 泵房的高度指从检修间地坪到屋面大梁底缘的垂直距离。必须同时满足起吊机组最大不见荷泵房墙开窗自然通风要求，计算公式为： (13) 式中 汽车货箱底至检修间地坪高度，取1.5m； 垫块高度,取0.3m； 最大设备部件的吊环至设备底的高度，查样本，取4m； 吊绳的最小长度,取1.5m； 吊车

23、钩至吊车顶的高度，可从吊车样本中查知，取1m； 吊车顶至屋面大梁下缘的安全高度，查样本,取0.8m。 代入数据，求得：泵房高度=9m。（4）泵房各部分高程 a.泵房地面高程 泵房地面高程的计算公式为： (14) 式中 水泵安装高程，m； 泵轴线至泵底座的距离，m。查泵类产品可知=0.4m； 机组基础顶面至地坪的距离，取0.3m。 代入数据，求得：泵房地面高程。 b.检修间地面高程 检修间地面高程的计算公式为： (15) 式中 Z检修间高出泵房地坪的高度，常取Z=0.3m。 代入数据，求得：检修间地面高程。2.10进出水建筑物等的设计与布置2.10.1引渠 连接水源（湖泊）与泵站进水池之间的部分

24、需要设计引渠。引渠的流量必须满足设计要求，由于引渠段较低，采用混凝土材料修建，故设计时采用明渠均匀流公式。 (16)式中 Q出水池出水流量，按5台水泵流量计算，即8100m3/h； 过水断面面积，即； C谢才系数，采用计算； R水力半径，对于矩形渠道，采用将计算； i渠道纵坡，一般采用0.001； h均匀流水深，可近似按临界水深计算，即，通过迭代计算求得引渠底宽b=3m,h=1.18m。引渠的设计高度公式为： (17)式中 安全超高，取； 风浪爬高，渠道较低可忽略。代入数据，求得：引渠设计高度=1.68m，实施工程取1.7m。 2.10.2前池 （1）前池的类型：根据地形地质及水文地质特点，选

25、择正向进水前池，形式简单，施工方便且有利于水流平稳流入水泵。 （2）前池扩散角：根据经验常采用，本泵站取。 （3）前池尺寸的确定 a.前池池长的确定及边壁形式 前池池长L计算公式为： (18) 式中 B进水池的宽度应该满足水流的衔接与过度，本设计采用主厂房的长度。即B=25.0m。（B=21.3-1.25-6=14.05m）； b引渠底宽，由于直接从湖泊取水，所以取b=3。 代入数据，求得前池池长L=33.6m，实际工程取33.5m。 b.池底纵坡 根据经济要求及地形地质条件取。 c.前池边壁形式a. 为了平顺水流，翼墙建成直立式并和前池中心线成。 2.10.3进水池 （1）进水池的边壁部分进

26、水池的边壁需结合水力条件并考虑经济与施工要求来综合分析确定。为了平稳水流的运动状况，采用流型进水池。（2） 进水池尺寸确定 a.池宽 池宽计算公式为： B=（45)D(19) 式中 D进口直径，有经济管径确定，即D=650mm。 代入数据，求得池宽B=5D=3250mm，实际施工取B=3400mm。b.进水管至池底距离 进水管至池底距离一般可用下式初步确定： (20)但事实上，吸水区的过水断面为球形，上述结果偏小，影响水泵进水，所以一般情况下常采用P=0.62D=403mm。实际工程取P=0.4m。 c.进水管口至后墙的距离 对于图形边壁，根据实验资料可知时，水力条件最优，即T=0.5D=0.

27、325m。 d.进水管口淹没深度对于圆形进水池，由于池中水流的文东对池中生成漩涡的抑制作用，其临界淹没深度应结合水流流态综合考虑，一般可采，设计采用=3D=1.95m。 e.进水池长度 进水池必须有足够的有效容积才能确保水泵的正常启动及运行，因此要求进水池必须有足够的长度，其进水池最小深度计算公式为： (21) 式中 k流量倍数，由水泵流量确定。当Q<0.5m3/s时，k=2530；Q>0.5m3/s时，k=1520。设计时泵流量Q=1620m3/s=0.45m3/s，所以取k=20； 进水管口淹没深度； Q泵站总流量。即； B进水池池宽。 代入数据，求得：进水池长度=11.5m。

28、 f.进水池的构造与布置 进水池为浆砌块石圬工结构。边壁为立式箱型，池底采用15cm厚的水泥砂浆抹面，以防冲刷和便于清淤，各个进水池之间用隔墩分开，隔墩的厚度采用1.6m厚的浆砌石。整个进水池布置详见泵站布置平面图。 2.10.4出水建筑物（1）出水池类型：采用淹没倾斜式出流方案，在出口处增设拍门、蝶闸。（2）出水池各部尺寸的确定 a.池长L 倾斜出流水流流态有表面漩滚，而且形成范围较长的底部漩滚，池中水流较为紊乱。当池中加设消能垂直台坎时，底滚长度显著减小，通常采用下式计算水池长度L： (22)式中 L1底滚长度，常采用确定； L2稳定段长度，一般可采用L2=2（3D0-hp）； 关口出流倾

29、斜角度，采用； P管口下缘至池底的距离。此段距离主要是防止池 中泥沙或杂物淤塞出水口，一般采用P=10-20cm。 本设计取P=20cm； hp管口下缘至池底的高度，一般采用hp=0.5m； D0出水管直径，采用并联后的出水管直径即 D0=977mm，实际工程取D0=1000mm。 代入数据，求得：L=4.92m，实际工程采用L=6m。 b.管口上缘最小淹没深度Cmin ，实际工程取C=0.5m。 c.出水池宽度B=nB0，式中B0为最小单管出流宽度，用下式计算，B0=2.4D0=2.4m。那么出水池宽度B=12.0m。 d.出水池底板高程 式中 出水池的最低水位，m。 e.出水池池顶高程 (

30、23) 式中 安全超高。当Q<1m3/s时，=0.4m；当Q>1m3/s 时，采用=0.5m。设计中Q=2.25m3/s，故=0.5m。 水池高水位，由于缺少地形资料，不能确定。 （3）出水池的结构： 出水池周壁可采用浆砌石圬工结构，池底与边坡采用50cm厚的浆砌块石，池后渠首段用C30混凝土板护砌。 （4）出水池与灌溉干渠的衔接。 一般出水池都比较宽，需要在二者之间设置一过渡段。收缩角，本设计采用，过渡段长度计算公式为： (24) 式中 b干渠宽度，此处近似按引渠底宽设计，即b=3m。 代入数据，求得：过渡段长度lg=10.86m，实际工程取=11.0m。另外，在紧靠过渡段的干渠

31、中由于水流紊乱，可能形成冲刷，应对其护砌，护砌材料为浆砌石，其长度用下式估算： (45)(25) 式中 干渠的设计水深，可近似按引渠设计，取=1.18。代入数据，求得：护砌段长度=5=5.9m。 2.10.5支墩 在出水管管路之间设置支墩，采用混凝土材料，包角为，支墩的埋置深度取0.3m，如果处在寒冷地区，支墩面放在冻土线以下。 2.10.6镇墩 在管路的转弯处和斜坡上的长管段，为了消除管路在正常运行和事故停机时，左右上下和位移，都必须设置镇墩，以维持管路的稳定。设计采用封闭式镇墩。 2.10.7其他布置： （1）正心变径管 一般因出水管直径较泵出口直径大，需要正心大小接管连接，其长度L=6（D出D泵）=1110mm。（2）闸阀 为减小水泵启动时功率和正常停机时断流，防止管内水倒流时冲击叶轮反转，需在出水管路上设置闸阀。 （3）逆止阀 在出水管路设置逆止阀，其作用是事故停机时来不及关闭阀门，则逆止阀内闸板受管内回流的冲击和本身自重作用，在短时间内即自行关闭而隔断水流，以防止水泵叶轮的倒转。 常用逆止阀有旋起式和逆止式两种，直径大约400mm的逆止阀设有旁通阀。该阀经常打开，以减弱突然停机时，由于逆止阀板关闭产生的水锤压力，同时用以放空管路中的通水。 （4）人孔 对于管径大于800mm而且管路又较长时