泵與泵站課程設(shè)計.doc

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四川省某城鎮(zhèn)自來水廠的 取水泵站工藝設(shè)計 學(xué)　　院　　　　建筑與環(huán)境學(xué)院　　　　　　 學(xué)生姓名　 　　蔣耀東　　　　　　 　 ?！　I(yè) 給排水　 　　　　　 　 學(xué)　　號 　 年　　級 2011級 指導(dǎo)教師 郭洪光 二Ο一四 年 1 月 目錄 第1章 設(shè)計任務(wù)及設(shè)計資料 1.1 設(shè)計資料…………………………………………………… 3 1.2 設(shè)計任務(wù)…………………………………………………… 3 第2章 設(shè)計計算 2.1 取水泵站樞紐布置………………………………………… 4 2.2 設(shè)計流量的確定和設(shè)計揚程估算………………………… 4 2.3 初選泵和電機……………………………………………… 5 2.4 機組基礎(chǔ)尺寸的確定……………………………………… 7 2.5 吸水管路和壓水管路計算………………………………… 8 2.6 機組和管道布置…………………………………………… 8 2.7 吸水管路和壓水管路中水頭損失的計算………………… 9 2.8 消防校核……………………………………………………10 2.9 泵安裝高度的確定和泵房筒體高度計算…………………11 2.10 附屬設(shè)備的選擇……………………………………………11 2.11 泵房建筑高度的確定………………………………………13 2.12 泵房平面尺寸的確定………………………………………14 2.13 附圖及參考資料……………………………………………14 第三章 結(jié)束語 第1章 設(shè)計任務(wù)及設(shè)計資料 1.1 設(shè)計資料 1.1.1城鎮(zhèn)規(guī)劃資料 該城鎮(zhèn)規(guī)劃近期為2020年，遠期為2030年。取水泵站設(shè)計要求近遠期結(jié)合，泵房土建部分按遠期設(shè)計，設(shè)備只安裝近期要求的設(shè)備。 （1）設(shè)計用水量資料 該城鎮(zhèn)近期設(shè)計水量為6400m3/d，遠期設(shè)計水量為近期的1.4倍為8960 m3/d。 （2）城鎮(zhèn)消防供水要求 根據(jù)防火規(guī)范要求，該城鎮(zhèn)同時發(fā)生火災(zāi)次數(shù)為兩次，每次消防用水量為45L/s，火災(zāi)延續(xù)時間按2小時計。消防儲水使用后要求24小時內(nèi)補滿。 （3） 供水安全性要求 要求連續(xù)供水，事故時輸水管供水量不低于正常供水時流量的75%。 1.1.2泵站設(shè)計資料 （1）水文、地質(zhì)資料 在擬建一級泵站河段處百年一遇洪水位為590.60m，常水位為585.55m，97%保證率的枯水位為582.50m。97%保證率的枯水流量為31.5m3/s。河流斷面見附圖1，河流水質(zhì)符合《生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。在擬建一級泵站的河流斷面及凈水廠的空地布置有鉆孔。由地質(zhì)柱狀圖可看出，表層有2m厚的砂粘土覆蓋層，以下是中密卵石層或砂巖，適合工程建設(shè)。 （2）地形資料 擬建一級泵站處的地形見附圖2，水廠配水井設(shè)計水位標(biāo)高為600.3m。 （3）氣象資料 年平均氣溫15.8℃，最高氣溫39.5℃，最低氣溫－5.6℃，最大凍土深度0.30m。河流冬季無結(jié)冰現(xiàn)象，夏季最高水溫為26℃。河流主導(dǎo)風(fēng)向，夏季為東南風(fēng)，冬季為西北風(fēng)。 1.2 設(shè)計任務(wù) 1.2.1主要設(shè)計步驟 （1）確定給水泵站的設(shè)計流量，初步確定水泵揚程； （2）初選水泵和電動機，包括水泵型號，工作和備用泵臺數(shù)； （3）水泵機組和吸壓水管路的布置和設(shè)計計算； （4）進行泵站的平面布置； （5）終選水泵，并對工作工況進行分析； （6）決定起重設(shè)備的型號，確定泵房的建筑高度； （7）選擇真空泵，排水泵等附屬設(shè)備； （8）整理說明書，匯總泵站的設(shè)備及管件表； （9）繪制泵站平剖面圖，并列出主要設(shè)備表及材料表。 1.2.2設(shè)計成果　　 對水泵進行合理選型，對水泵站的主要工藝尺寸進行設(shè)計計算，確定水泵站的平面布置和高程布置，完成設(shè)計計算說明書和設(shè)計圖紙。設(shè)計深度為初步設(shè)計的深度。提交的設(shè)計成果主要包括： （1）泵站平面及剖面圖（比例1:100~200）、水泵基礎(chǔ)詳圖（比例1:20~50）、設(shè)計說明、主要設(shè)備及材料表（注明規(guī)格及主要性能參數(shù)）。圖紙采用標(biāo)準(zhǔn)2#圖或1#圖。工藝圖上應(yīng)表示出構(gòu)筑物工藝設(shè)計尺寸、布置形式、主要設(shè)備及主要工藝管道、附件的相對位置、標(biāo)高等，注明管徑。 （2）、設(shè)計計算說明書一份。設(shè)計說明書包括以下內(nèi)容： 概述設(shè)計任務(wù)，資料分析，設(shè)計所依據(jù)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。 機電設(shè)備選擇的依據(jù)和計算。 泵站各建筑物的型式、結(jié)構(gòu)選擇的依據(jù)、計算結(jié)果及其草圖。 泵房尺寸擬定的依據(jù)和設(shè)備布置的說明。 驗證機組選擇的合理性，并說明其在使用中應(yīng)注意的問題。 必要的附圖、附表、參考文獻。包括樞紐平面布置草圖，以及取水頭部 或水池吸水井設(shè)計草圖等。 結(jié)束語。包括對泵站設(shè)計的評價、收獲和存在的問題等。 第二章 設(shè)計計算 2.1 取水泵站樞紐布置 取水點水源岸邊較陡，主流靠近岸邊，岸邊常年水深較大，在枯水期也能滿足取水的水深要求，水質(zhì)和地質(zhì)條件都較好；常年水位為585.55m，洪水位為590.60m，枯水位為582.50m，最大水位變化為8.10m，可見水位變化不大。綜合上述因素，本設(shè)計選用合建式岸邊取水構(gòu)筑物。合建式的主要優(yōu)點是布置緊湊，占地面積小，水泵吸水管路短，運行管理方便，利于自動控制。本設(shè)計的泵站樞紐布置圖見最后頁的附圖。 2.2 設(shè)計流量的確定和設(shè)計揚程估算 2.2.1設(shè)計流量Q 考慮到輸水干管漏損和凈化廠本身用水，取自用水系數(shù)α=1.05，則 近期設(shè)計流量Q=1.05640024=280m3/h=77.8L/s 遠期設(shè)計流量Q=1.05896024=392m3/h=108.9L/s 2.2.2設(shè)計揚程H （1）泵所需靜揚程HST 由于本設(shè)計采用合建式岸邊取水構(gòu)筑物，進水方式為自灌式，所以取水至泵房的水頭損失為0m。由地形資料知，水廠配水井設(shè)計水位標(biāo)高為600.3m，所以泵站所需凈揚程HST為： 洪水位時：HST=600.30m-590.60m=9.70m 常水位時：HST=600.30m-585.55m=14.75m 枯水位時：HST=600.30m-582.50m=17.80m （2）輸水干管中的水頭損失∑h 設(shè)采用兩條DN275鋼管并聯(lián)作為原水輸水干管。當(dāng)兩條輸水管正常工作時（按近期考慮），每根輸水管通過的流量Q=77.82=38.9L/s，查水力計算表得管內(nèi)流速v=0.64m/s，i=0.00256，所以∑h=1.1iL=1.10.00256300=0.84 m（式中1.1是包括局部損失而加大的系數(shù)；L為原水輸水管的長度，為300m）；當(dāng)一條輸水管檢修時，另一條輸水管應(yīng)通過75%的設(shè)計流量（按遠期考慮），即Q=0.75108.9L/s=81.7L/s，查水力計算表得管內(nèi)流速v=1.34m/s，i=0.01023，所以∑h=1.1iL=1.13000.01023=3.38m。 （3） 泵站內(nèi)管路中的水頭損失hp 粗估為2m。 則近期正常工作揚程： 洪水位時：Hmin=9.7+0.84+2+2=14.54m 常水位時：H=14.75+0.84+2+2=19.59m 枯水位時：Hmax=17.80+0.84+2+2=22.64m 遠期事故時工作揚程： 洪水位時：Hmin=9.7+3.38+2+2=17.08m 常水位時：H=14.75+3.38+2+2=22.13m 枯水位時：Hmax=17.80+3.38+2+2=25.18m 2.3 初選泵和電機 2.3.1選泵方案 根據(jù)用水量及揚程的要求，初步擬定以下兩種備選方案。 方案Ⅰ：近期設(shè)計選用三臺型號為KQW125/150-18.5/2的臥式單級單吸離心泵(Q=25~50L/s，H=24.5~31.5m，N=18.5kW，Hs=4m)，兩用一備；遠期增加一臺同型號泵，三用一備。 方案Ⅱ：近期設(shè)計選用三臺型號為KQW150/285-18.5/4的臥式單級單吸離心泵（Q=33.6~57.8L/s，H=20.7~25.8m，N=18.5kW，Hs=3.5m），兩用一備；遠期增加一臺同型號泵，三用一備。 2.3.2方案比較 KQW125/150-18.5/2臥式單級單吸離心泵的特性曲線以及相應(yīng)的參數(shù)表如下： 可見，該泵在揚程方面滿足要求，且高效段為33~52L/s。下面再看KQW150/ 285-18.5/4臥式單級單吸離心泵的特性曲線及參數(shù)表，如下圖： 可見，該泵揚程勉強滿足要求，而且高效段為43~66L/s，而水泵實際工作時的工況點并不能落在工況點上，造成水泵工作效率低，不僅造成電力上的浪費，同時也影響水泵的使用壽命。 綜上分析，將方案Ⅰ作為最終的初選水泵方案。根據(jù)KQW125/150-18.5/2臥式單級單吸離心泵的要求選用Y200L1-6型電動機。 2.4 機組基礎(chǔ)尺寸的確定 查KQW125/150-18.5/2臥式單級單吸離心泵的尺寸圖與尺寸表可知，底座長度為630mm，寬度為320mm，底座地腳釘?shù)拈L度為272mm。底座螺孔間距（寬度方向）530mm，底座螺孔間距（寬度方向）320mm。 基礎(chǔ)長度L=底座長度+（150mm~200mm）=630mm+170mm=800mm 基礎(chǔ)寬度B=底座螺孔間距（寬度方向）+（150mm~200mm）=320mm+180mm=500mm 基礎(chǔ)高度H=底座地腳釘?shù)拈L度+（150mm~200mm）=272mm+178mm=450mm 計算出KQW125/150-18.5/2型泵機組基礎(chǔ)平面尺寸為800mm500mm，泵、電機和底座總質(zhì)量m=330kg?；A(chǔ)深度H按下式計算校核： H==1.2m 式中 L——基礎(chǔ)長度，L=0.8m； B——基礎(chǔ)寬度，B=0.5m； ——基礎(chǔ)所用材料的容重，本設(shè)計采用混泥土基礎(chǔ)，=23520N/m3 基礎(chǔ)的平、剖面圖如下： 2.5 吸水管路和壓水管路計算 每臺泵都有單獨的吸水管與壓水管，由于設(shè)備只安裝近期要求的設(shè)備，所以吸水管、壓水管管徑根據(jù)近期設(shè)計水量確定。 2.5.1吸水管 已知Q=2802=140m3/h=38.9L/s 采用DN200的鋼管，則v=1.27m/s，i=0.01402。 2.5.2壓水管 采用DN175的鋼管，則v=1.66m/s，i=0.02867。 2.6 機組和管道布置 為了布置緊湊，充分利用建筑面積，將四臺機組交錯并列布置成兩排，兩臺為正常轉(zhuǎn)向，兩臺為反常轉(zhuǎn)向，在訂貨時給予說明。每臺泵有單獨的吸水管、壓水管引出泵房后兩兩連接起來。泵出水管上設(shè)有液控蝶閥和手控蝶閥，吸水管上設(shè)手動閘板閘閥。為了減少泵房建筑面積，閘閥切換井設(shè)在泵房外面，兩條DN275的輸水干管用DN275蝶閥連接起來，每條輸水管上各設(shè)切換用的蝶閥一個。 2.7 吸水管路和壓水管路中水頭損失的計算 取一條最不利路線，從吸水口到輸水干管上切換閘閥止為計算路線圖，如下： 2.7.1吸水管路中水頭損失∑hS ∑hS=∑hfs+∑hls 式中 ∑hfs——沿程水頭損失 ∑hls——局部水頭損失 ∑hfs=l1is=2.8220.01402=0.0396m ∑hls=∑i=（1+2+4+5）=（0.1+0.78+0.15+0.18）1.272（29.8）=0.0996m 式中 1——喇叭口式吸水管進口局部阻力系數(shù)，1=0.1 2——DN200鋼制焊接彎頭90，2=0.78 4——DN200手動蝶閥，4=0.15 5——DN200125偏心異徑管，5=0.18 故 ∑hS=∑hfs+∑hls=0.0396+0.0996=0.1392m 2.7.2壓水管路水頭損失∑hd ∑hd=∑hfd+∑hld 式中 ∑hfd——沿程水頭損失 ∑hld——局部水頭損失 ∑hfd=0.02867（0.255m+0.255m+0.540m+4.950m+9.510m+4.780m+0.410m+ 0.500m）=0.0286721.2m=0.6078m ∑hld=∑i=(7+8+9+8+8+12+13+8+8+17+19+20+19+20）=（0.26+0.87+0.15+0.87+0.87+0.21+0.15+0.87+0.87+0.05+1.5+0.15 +1.5+0.15）1.662（29.8）=1.0685m 7——DN125175縮放異徑管，7=0.26 8——DN175鋼制焊接彎頭90，8=0.87 9——DN175手動蝶閥，9=0.15 12——DN175伸縮接頭，12=0.21 13——DN175電動蝶閥，13=0.15 17——DN175275漸放異徑管，17=0.05 19——DN275鋼制正三通，19=1.5 20——DN275電動蝶閥，20=0.15 故 ∑hd=∑hfd+∑hld=0.6078+1.0685=1.6763m 2.7.3泵實際揚程 從泵吸水口到輸水干管上切換閘閥間的全部水頭損失為： ∑h=∑hs+∑hd=0.1392+1.6763=1.8155m 因此，泵的實際揚程為： 近期正常工作揚程： 洪水位時：Hmin=9.7+0.84+2+1.8155=14.36m 常水位時：H=14.75+0.84+2+1.8155=19.41m 枯水位時：Hmax=17.80+0.84+2+1.8155=22.46m 遠期事故時工作揚程： 洪水位時：Hmin=9.7+3.38+2+1.8155=16.90m 常水位時：H=14.75+3.38+2+1.8155=21.95m 枯水位時：Hmax=17.80+3.38+2+1.8155=25.00m 由此可見，初選的泵機組符合要求。 2.8 消防校核 2.8.1消防流量計算 由設(shè)計資料知，根據(jù)防火規(guī)范要求，該城鎮(zhèn)同時發(fā)生火災(zāi)次數(shù)為兩次，每次消防用水量為45L/s，火災(zāi)延續(xù)時間按2小時計；消防儲水使用后要求24小時內(nèi)補滿。所以設(shè)計的消防用水為245L/s=90L/s=324m3/h。 消防時，一級泵站不僅要向清水池中輸送生活生產(chǎn)用水，還要在規(guī)定的時間內(nèi)補充必要的消防貯備用水，此時開啟備用泵以加強泵站的工作。因此，備用泵的流量： ={21.05（324+400）-2280}24 =40m3/h 式中 α ——設(shè)計凈水構(gòu)筑物本身用水系數(shù)，取1.05； Qr ——一級泵站正常運行時的流量，為280m3/h； Q——最高用水時連續(xù)最大兩小時平均用水量，為400m3/h； Qf ——設(shè)計的消防用水，為324m3/h； tf ——補充消防用水時間，取24h。 每根原水輸水管道流量： Q1=（Qr+Q）/2=（280+40）2=160m3/h=44.4L/s 2.8.2揚程校核 由于原水輸水管采用DN275鋼管，查表得，管內(nèi)流速v=0.73m/s，i=0.00326。 ∑h=1.1iL=1.10.00326300=1.076m 最不利情況——枯水位時水泵所需揚程： Hmax=17.80+1.076+2+1.8155=22.69m 結(jié)合KQW125/150-18.5/2臥式單級單吸離心泵的特性曲線可以看出，消防校核滿足揚程要求。 2.9 泵安裝高度的確定和泵房筒體高度計算 2.9.1泵安裝高度的確定 為了便于用沉井法施工，將泵房機器間底板放在與吸水間底板同一標(biāo)高，因而泵為自灌式工作，所以泵的安裝高度小于其允許吸上真空高度，無需計算。 2.9.2泵房筒體高度的計算 已知吸水間最低動水位標(biāo)高為582.50m，為保證吸水管的正常吸水，取吸水管的中心標(biāo)高為581.30m（吸水管上緣的淹沒深度為582.50-581.30-（D/2）=1.1m）。由于采用順?biāo)魇嚼裙苋∷^部，考慮喇叭口下緣與吸水管下緣的垂直距離為0.7m，取喇叭管下緣距吸水間底板0.33m，則吸水間底板標(biāo)高為581.30-（D/2+0.7+0.33）=580.17m。洪水位標(biāo)高為590.60m，考慮1.4m的浪高，則操作平臺標(biāo)高為590.60+1.4=592.00m。故泵房總體高度為： H=592.00-580.17=11.83m 計算至此，便能繪制出該設(shè)計2.1中的樞紐布置圖，詳見14頁附圖。 2.10 附屬設(shè)備的選擇 2.10.1起重設(shè)備 最大起重量為KQW125/150-18.5/2臥式單級單吸離心泵以及Y200L1-6型電動機的總重量為330kg；最大起吊為高度為11.83+2.0=13.83m（其中2.0是考慮操作平臺上汽車的高度）。 由于，最大起重重量過小，可以適當(dāng)增大起重量，便于起動機的選擇。綜合考慮，選取DL型電動單梁橋式起動機，其具體性能參數(shù)詳見下表： 型號 起重量（T） 起重機運行機構(gòu) 電動葫蘆 運行速度（m/mim） 電動機 型號 起升高度（m） 起升速度（m） 運行速度（m/min） 型號 功率（kw） 轉(zhuǎn)速（r/min） DL 1 75 ZDR12-4 21.5 1380 CD1 18 8/0.8 30 工作類型 電源 車輪直徑（mm） 軌道面寬（mm） 跨度LK(m) 最大輪壓（T） 總重（T） （JC=25%）中級 380v 50HZ 270 37~70 19.5 1.45~1.74 3.00~3.04 2.10.2引水設(shè)備 泵系自灌式工作，不需引水設(shè)備。 2.10.3排水設(shè)備 由于泵房較深，故采用電動泵排水。沿泵房內(nèi)壁設(shè)置排水溝，將水匯集到集水坑內(nèi)，然后用泵抽回到吸水間去。 取水泵房的排水量一般按20m3/h考慮，排水泵的靜揚程按10m計，水頭損失大約4m，故總揚程在10+4=14m左右，可選用50WQ/C242-1.5小型潛水排污泵，主要參數(shù)見下表： 2.10.4通風(fēng)設(shè)備 由于與泵配套的電動機為水冷式，無需專用通風(fēng)設(shè)備進行空——空冷卻，但由于泵房筒體較深，仍選用風(fēng)機進行換氣通風(fēng)。選用兩臺T35-11型軸流風(fēng)機（葉輪直徑700mm，轉(zhuǎn)速960r/min,葉片角度15，風(fēng)量10127m3/h，風(fēng)壓90Pa，配套電機YSF-8026，N=0.37kW）。 2.10.5計量設(shè)備 在凈化廠的送水泵站內(nèi)安裝電磁流量計統(tǒng)一計量，故本泵站內(nèi)不再設(shè)計量設(shè)備。 2.11 泵房建筑高度的確定 本設(shè)計采用地下式圓形泵房，泵房筒體高度已知為11.83m，泵房高度計算簡圖如下： 圖中 a——單軌吊車梁的高度，500mm； b——滑車高度，600mm； c——起重葫蘆在鋼絲繞緊狀態(tài)下的長度，800mm； d——起重繩的垂直長度，0.85355=302mm； e——最大一臺水泵或電動機高度，562mm； f——吊起物底部和最高一臺機組頂部的距離（一般不小于0.5m）； g——最高一臺水泵或電動機頂至室內(nèi)地坪的高度，562+450=1012mm 泵房高度： H=H1+H2 式中 H2——泵房地下部分高度，m H1——泵房地上部分高度，m H2=592.00m-580.17m=11.83m H1=a+b+c+d+e+h=0.5+0.6+0.8+0.302+0.562+0.436=3.2m 式中 h——吊起物底部與泵房進口處室內(nèi)地坪或平臺的距離（一般不小于0.3~0.5m），取0.436m H=H1+H2=3.2+11.83=15.03m 綜合考慮，設(shè)定泵房的設(shè)計高度為15.03m。 2.12 泵房平面尺寸的確定 根據(jù)泵機組、吸水和壓水管路的布置條件以及排水泵機組和通風(fēng)機等附屬設(shè)施的設(shè)置情況，從給排水設(shè)計手冊中查出有關(guān)設(shè)備和管道配件的尺寸，通過計算，綜合考慮將取水泵房的地下部分設(shè)計為直徑為16m的圓形泵房，地上部分直徑為20m。泵房平面尺寸具體參見水泵站工藝設(shè)計1#圖。 2.13 參考資料及附圖 2.13.1附圖 本設(shè)計2.1中樞紐布置圖如下 2.13.2參考資料 （1）泵與泵站（第五版），姜乃昌 主編，中國建筑工業(yè)出版社，2007年12月； （2）水泵及水泵站, 張景成，張立秋 主編, 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003年9 月； （3）給水排水設(shè)計手冊-常用資料（第1冊）第二版，中國市政工程西南設(shè)計研究院主編, 中國建筑工業(yè)出版社，2000年； （4）給水排水設(shè)計手冊-城鎮(zhèn)給水（第3冊）第二版，上海市政工程設(shè)計研究院主編, 中國建筑工業(yè)出版社，2004年 4月； （5）給水排水設(shè)計手冊-常用設(shè)備（第11冊）第二版，中國市政工程西北設(shè)計研究院，主編, 中國建筑工業(yè)出版社，2002年 6月； （6）《泵站設(shè)計規(guī)范》 GB/T 50265—97； （7）《地表水取水》 中國建筑工業(yè)出版社，周金全主編； （8）水泵樣本資料，凱泉水泵 http://www.kaiquan.com.cn/ 第三章 結(jié)束語 在本次泵站課程設(shè)計中，可謂是歷經(jīng)千難險阻，我經(jīng)過了不斷的摸索和修正，通過詢問同學(xué)、請教老師、以及查閱設(shè)計手冊，在期末考試和課程設(shè)計的雙重壓力下，終于完成了本次的課程設(shè)計。 首先，這次課設(shè)鍛煉了自己查閱設(shè)計規(guī)范的能力，水泵、相關(guān)配件、泵房的設(shè)計都是有相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范的，不能盲目捏造數(shù)字。其次，提高了自己的設(shè)計能力，通過這次課程設(shè)計，了解掌握了泵房設(shè)計大致步驟，為自己以后在做泵房設(shè)計時打下了基礎(chǔ)。最后，本次設(shè)計中也存在一些缺陷，比如，采用自灌式取水時忽略了格柵的水頭損失；再如，選擇起重機時沒有找到足夠的相關(guān)資料，沒有選擇到十分合適的起重機。 通過本次課程設(shè)計過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，加強了自己對于知識點的掌握、鍛煉了自己獨立設(shè)計管網(wǎng)的能力、也同時清除了自己存在的知識盲點，但從漫長的設(shè)計時間上來說，第一次做設(shè)計并不是十分熟練，相信在以后更多的作業(yè)、實習(xí)中，自己的熟練程度會有極大地提高，成為一名合格的給排水工程師。 16