泵站工程设计

水泵站及水电站课程设计说明书PAGEPAGE12扬州大学能源与动力工程学院水泵站及水电站课程设计说明书

目录第一章综合说明……1第二章设计参数的确定……………1第三章机组选型……2第四章进水布置及进出水建筑物设计……………2第五章站房设计……5第六章水泵工况点校核……………7第七章泵站稳定性校核……………9参考资料……………11第一章综合说明1-1兴建缘由为满足徐州市某县向大运河补水1-2工程位置、规模、作用工程位置选在徐州市某县主要河流旁，规模为一般补水型泵站，主要是为了满足该县向大运河的补水1-3基本资料1.3.1地质条件地面以下土质均为中粉质壤土，夹铁锰质结核，贯入击数26击，地基允许承载力180KPa，内摩擦角24°，凝聚力26KPa1.3.2水位特征值下游水位（m）上游水位（m）设计运行水位最低运行水位最高洪水位设计运行水位最低运行水位防洪水位26.225.630.230.630.331.0下游引水河道上游引水河道河底高程（m）河底宽（m）边坡堤顶宽（m）河底高程（m）河底宽（m）边坡堤顶宽（m）24.6101∶2627.9101∶26泵站流量为：14.7地面高程低于下游引水河道堤顶高程0.5m第二章设计参数的确定2-1设计流量的确定设计流量为泵站流量即为14.7初选6台水泵，则每台水泵流量为q=14.7/6=2.452-2水位分析及特征扬程的确定=30.6-26.2=4.4m=30.6-25.6=5.0m=30.3-30.2=0.1m=4.4+0.12*4.4=4.9m2-3工程设计等级根据《泵站设计规范》，本泵站的等级划分为Ⅲ级。第三章机组选型3-1水泵选型根据设计扬程（4.9m）和每台泵的设计流量(2.45)可以选用900ZLB—100型轴流泵。900ZLB—100型轴流泵的工作参数见表3-1：表3-1轴流泵工作参数表叶片安放角流量Q扬程H转速nr/min轴功率kW效率%叶轮直径mmm/hl/s0972027007.25580229.883.58501072829805.5189.1851144831804.25158.883.5该泵的喇叭口直径为1250mm3-2电机选型因为水泵的轴功率大于100kW，所以K=1.05∴所以可选用JSL-13-10型电动机其高度为1.635m，水平最大圆直径为1.06m，其技术数据见表3-2。表3-2电动机工作参数表额定功率/kW额定电压/V满载时堵转电流——额定电流堵转转矩——额定转矩转速/r/min定子电流/A效率功率因素18038059033992.6%0.875.11.2第四章进水布置及进出水建筑物设计4-1前池设计4.1.1由水流方向可以确定前池的类型为正向进水式4.1.2扩散角α确定前池扩散角一般采用20°到40°，此处采用30°4.1.3尺寸确定（1）池长L：，其中，b=6m，α=30°，∴L=23.14m(其中D1=1.06，B为进水池宽度，b为引渠末端底宽)（2）综合水利和工程要求，池底的坡度一般采用：i=1/3~1/5，这里取1/5.（3）斜坡前段到进水池前段的距离4-2进水池设计4.2.1采用矩形式的，这样对水泵吸水管管口水力损失ζ较小4.2.2（1）池长L1=L+0.5D1+T=5.5D1=5.83m（2）池宽B：B=2.5D=2.65m隔墩厚取0.6m，则进水池净宽2.65×6+0.6×5=18.9m,按水泵要求最低运行水位到叶轮中心线距离0.18m，叶轮中心线到喇叭口距离0.51m，喇叭口到进水池底距离取1m（3）确定最低运行水位为25.6m则叶轮中心线高程25.6—0.18=25.42m（4）池底高程：由有所选水泵安装图可得池底高程为m4.2.3水泵吸水管口位置确定（1）管口距进水池后墙距离T：取T=0.5=0.53m（2）管口距进水池边壁距离A和管口之间距离S：A取0.6D1=0.636m,S取2.25D1=2.385m（3）悬空高P：喇叭管垂直布置，P取0.6=0.75m（4）吸水管口淹没深度：喇叭管垂直布置，取1.2=1.5m4-3出水池设计4.3.1管口下缘至池底的距离P此段距离主要是便于施工安装及防止池中泥沙或杂物等淤塞出水口，一般取P=10~20cm，这里取P=15cm。4.3.2管口上缘最小淹没深度对于中小型泵站，一般控制出水管口流速在1.5m/s，则出水管口直径D0=0.9m.则最小淹没深度为：4.3.3出水池宽度B=B=18.9m4.3.4出水池底板高程=—（h+D+P）=30.3—（0.34+0.15+0.9）=28.91m4.3.5出水池池顶高程当Q>1m/s时，可取0.5m，则4.3.6出水池池长L引渠河底高程<出水池池底高程，则出水池中无台坎，即m=0，K=7，L=Kh=7=7.14m4.3.7出水池和干渠的衔接收缩角取45，b=6m过渡段长度：L===14.97m，取15m则实际收缩角为44.9护砌长度L=4h=4(31-28.91)=8.36m，取9m第五章站房设计5-1站房结构型式与布置5.1.1结构型式采用湿室型泵房，下层为水泵层，上层为动力电机层，水泵层采用墩墙式，进水条件好，各台机组可单独检修。5.1.2内部布置主机组布置：采用纵向一列式，简单整齐，机房横向跨度较小配电设备布置：采用一端式布置，机房跨度小，进出水侧可开窗检修间布置：设在机房靠近大门的一端，并留有空地存工具等交通道布置：宽度取2m，布置在出水侧，与配电间地板同高充水系统布置：布置在检修间排水系统布置：设排水沟，必要时加排水泵，集水井设在机房最低处通风布置：合理布置门窗，利用风压或热压实现自然通风5-2站房尺寸的确定5.2.1站房宽度JSL-13-10型电动机水平最大圆直径为1.06m电机两旁各取宽度2.24m和1.5m所以站房宽度为1.06﹢2.24﹢1.5＝4.8m5.2.2站房长度由课本表5-1可得：对于q=2.45，机组中心距取L=2.65+0.6=3.25m，配电间和检修间的宽分别取5m和3m所以站房长度为图5-1泵站平面布置图（局部）5.2.3站房高度电机顶端距室内地面的高度m机组顶部到起吊物底部之间安全操作间距m起吊件高度：电机为1.635m，水泵为3.0m，取大的为3.0m起重绳索垂直长度：水泵m，电机m取大的，所以m吊钩最高位置距吊车顶部距离取0.5m吊车顶部到屋架下弦杆下缘间高度m站房高度=1.635+0.3+3.0+3.02+0.5+0.2=8.655m，取8.7m5-3站房各部分高程的确定5.3.1水泵进水口高程＝25.6－0.51－0.18＝24.91m(其中h2为喇叭口到叶轮中心线的高度；h3为水泵叶轮中心淹没高度)5.3.2底板高程m（h1为悬空高度）5.3.3电机层地面楼板高程m5.3.4机房屋面大梁的底高程m5-4起重设备选配水泵的重量为kg，电机重量为kg起重机规格应不小于3300kg，选5t型的，可以用手动单轨小车，它是一种结构简单、操作方便、轻小型调运配套起重机械，它可以与手拉葫芦、环链电动葫芦等起重产品配套组成起重运输小车，自如地运行于可以有一定曲率半径的工字钢轨道的下翼缘上，用来调运货物、设备等。此处选用5t的TXK手动小车，其技术参数见表5-1。表5-1TXL手动小车技术参数表型号荷重/tA/mmG/mmJ/mmE/mmP/mm最小回转半径PC-05527528017882-1533321.7第六章水泵工况点的校核6-1出水管道设计6.1.1水泵出口中心高程由厂家给定的900ZLB—100型水泵安装尺寸确定水泵出口中心高程=25.6－0.69+1.29+0.83=27.03m6.1.2出水管中心高程根据出水部分的设计可以得出出水管中心的高程=28.64+0.15+0.9/2=29.24m6.1.3管长从水泵出口中心到出水管中心的垂直距离为29.24－27.03＝2.21m水泵出口与水平面成30，则解直角三角形得，从水泵出口到出水管口的距离为2.21/sin30°=4.42m，即管长为4.42m6.1.4S值计算根据上述设计管道出口的直径为1.5m，查泵站课程设计参考资料知，拍门的规格选15000mm，其出口处的ζ=2考虑到机房及出水池间的不均匀沉陷，在管道的外弯头侧和出水池前各按一个软接头，其大小由施工时给出，其损失系数为20.2=0.4在泵出口安装一个30°的弯头，以便与外管道连接，其ζ=0.33在出水管末端按一个渐扩管道，直径由0.9m（水泵出水口径为0.9m）渐扩为1.45m，渐扩段长取3.85m，其ζ=0.3在泵进水口处因为有喇叭口，故其ζ=0.2，钢筋混凝土管n=0.014综上所述：S=0.083=0.083=0.06S=10.29=10.29=0.016S=S+S=0.0766.1.5Q—H曲线根据课本的计算可知，H=H+SQ，则H=4.4+0.076Q流量1.41.51.61.71.81.92.02.12.22.3扬程m4.554.574.594.624.654.674.74.744.774.8水泵性能表（Q—H）表流量m/s2.72.983.18扬程m7.255.54.25将所有点在图上连成曲线，与曲线相交于p点第七章泵站稳定性校核7-1防渗稳定计算在前池底部设有梅花形防渗孔。在最不利运行情况下，即上游为防洪水位31.0m，下游为最低运行水位25.6m。渗径系数C（中砂有反滤层系数为5）。L计=ΔHC=（31.0-25.6）×5=27m实际渗径长度L=11.25+7+（25.36-22.25）+5.83+1.01=28.2m＞27m，所以满足要求。7-2作用荷载计算7.2.1泵房部分重量计算泵房部分重量包括：①土建部分重量：泵站底板采用钢筋混凝土；前池采用M50水泥砂浆浆砌块石；泵站上部结构采用钢筋混凝土排架结构和普通砖砌墙；窗户采用铝合金。②机电设备重量。=3\*GB3③设计水位下的水重。图7-1泵站重量计算列表（表中弯矩以顺时针为正）部位体积（m3）至地板前趾距离（m）重度（kN/m3）重力（kN）弯矩（kN/m）底板77.524.123.51821.727469.05中墩（5）9.84.123.5287.88944.23边墩（2）2.454.123.557.58236.08水泵（6）——4.3——123.48442.47水泵梁（6）+（6）0.753.323.521.1658.180.755.023.521.1688.15电机（6）——4.3——194.04695.30泵房后墙57.38.023.51346.5510772.40泵房墙体78.08.016.661299.4810395.8420.24.716.6694.94446.2278.02.116.661299.482728.9120.24.716.6694.94446.22电机层楼板大梁5.62.223.5131.60289.52电机层楼板及梁25.64.723.5601.602827.52屋顶23.44.723.5549.902584.53总计——————7945.5140424.627.2.2泵室内水重运行工况出水最高水位，进水最低水位。则泵室内水重W2=10×(1+0.51+0.18)×5.83×18.9=1862.16kN（↓）对底板前趾的力矩M2=1862.16×5.83/2=5428.20kN•m（+）7.2.3水平水压力泵室内的水位产生的水平水压力P2=0.5×10×(1+0.51+0.18+1.2）2×18.9=789.27kN（→）对底板前趾的力矩M3=789.27×1/3×（1+0.51+0.18+1.2）=760.33kN•m（+）7.2.4浮托力泵室底所受浮托力W4=（9.8×（0.8+1+0.51+0.18+1.2）×5.83+9.8×0.5×0.6×2）×18.9=4095.7kN（↑）对底板前趾的力矩M4=4179.3×5.83/2=11939.01kN•m（-）7.2.5渗透压力利用直线比例法可得h=ΔHΔL/L=（31.0-25.6）×（5.83+1.01）/28.2=1.31底板所受渗透压力W5=0.5×10×1.31×5.83×18.9=721.72kN（↑）对底板前趾的力矩M5=721.72×(5.83/2+1.01)=2832.77kN•m（-）7.2.6土压力中粉质壤土，内摩擦角φ=24º，土壤容重γ=18.6kN/m3则主动土压力强度e=18.6×5×tan2（45º-24º/2）=39.22kN/m2所以E=0.5×5×39.22×18.9=1853.19kN（←）对底板前趾的力矩M6=1853.19×1/3×5=3088.6kN•m（-）将上述各荷载汇总列表：图8-2作用荷载计算汇总荷载名称垂直力（kN）水平力（kN）对底板前趾的力矩（kN•m）↓↑→←+-自重7945.5140424.62水重1862.165428.20水平水压力789.27760.33浮托力4095.711939.01渗透压力721.722832.77土压力1859.136786.13合计9690.114816.9789.271853.1946612.1521801.567-3抗滑稳定计算底板与地基土壤之间的摩擦系数f=0.42QUOTEKc=fGH=所以符合稳定要求。7-4地基应力计算σmax其中ΣG为全部垂直荷载，ΣG=9690.11-4816.9=4873.21kNF为基础底板面积，F=8.28×14.25=117.99m2自重对地板的偏心距e=8.28/2-40424.62/7945.51=-0.95m，偏向下游进水侧ΣM为全部荷载对底板中心的力矩和，ΣM=4873.21×1.02-4365=605.