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水泵与水泵站课程设计

更新时间:2015-2-4:  来源:毕业论文
水泵与水泵站课程设计
徐州工程学院课程设计 

目       录 
 
1 设计说明书 ................................................................................................................................. 1 1.1工程概述 ............................................................................................................................... 1 1.1.1 工程概括 ....................................................................................................................... 1 1.1.2 设计资料 ....................................................................................................................... 1 1.2 设计概要 .............................................................................................................................. 1 2 设计计算 ..................................................................................................................................... 2 2.1 设计流量 .............................................................................................................................. 2 
2.2设计扬程H ............................................................................................................................ 2   2.3初选泵和电机 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3 2.4精选泵,选泵后校核-------------------------------------------------------------------------------------------------------------3 2.5机组基础尺寸的确定------------------------------------------------------------------------------------------------------------4 2.6 吸水管路的设计-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4 2.7压水管路的设计--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4 
2.8水泵间布置----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5-6          2.9水泵房安装高度----------------------------------------------------------------------------------------------------------------6- 8 2.10辅助设备设计--------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------8 2. 11泵房平面尺寸的确定-------------------------------------------------------------------------------9 3 结束语 ......................................................................................................................................... 9   参考文献 ..................................................................................................................................... 9
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1 设计说明书 
 
1.1 工程概述 
 1.1.1 工程概括 
设计该水因发展需要,规划设计日产水能力为18.24万m³/d的水厂,给水管线设计已经完成,现需厂取水泵房。 
 1.1.2 设计资料 
  某新建水源工程近期设计水量91200m3/d,要求远期发展到182400m3/d,采用固定
式取水泵房(一级泵站),用两条自流管从江中取水。自流管全长200m。水源洪水位标高为28.80m(1%频率),枯水位标高为19.50m(97%频率),常水位标高为23.90m。年平均气温15.6℃,最高气温39.5℃,最低气温-8.6℃,最大冻土深度0.35m。净化厂反应池前配水井的水面标高为50.958m,泵站切换井至净化厂反应池前配水井的输水干管全长为2800m,吸水间动水位标高以18.6m计,现状地面标高按25.2m考虑。 
1.2 设计概要 
 取水泵站在水厂中也称一级泵站.在地面水水源中,取水泵站一般由吸水井、泵房及闸阀井三部分组成。取水泵站由于它靠江临水的确良特点,所以河道的水文、水运、地质以及航道的变化等都会影响到取水泵上本身的埋深、结构形式以及工程造价等。其从水源中吸进所需处理的水量,经泵站输送到水处理工艺流程进行净化处理。本次课程设计仅以取水泵房为例进行设计,设计中通过粗估流量以及扬程的方法粗略的选取水泵;作水泵串联工况点判断各水泵是否在各自的高效段工作,以此来评估经济合理性以及各泵的利用情况。取水泵房布置采用圆形钢筋混凝土结构,以此节约用地,根据布置原则确定各尺寸间距及长度,选取吸水管路和压水管路的管路配件,各辅助设备之后,绘制得取水泵站平面图及取水泵站立体剖面图各一张。设计取水泵房时,在土建结构方面应考虑到河岸的稳定性,在泵房的抗浮、抗裂、抗倾覆、防滑波等方面均应有周详的计算。在施工过程中,应考虑到争取在河道枯水位时施工,要抢季节,要有比较周全的施工组织计划。在泵房投产后,在运行管理方面必须很好地使用通风、采光、起重、排水以及水锤防护等设施。此外,取水泵站由于其扩建比较困难,所以在新建给水工程时,可以采取近远期结合,对于本例中,对于机组的基础、吸压水管的穿插嵌管,以及电气容量等我们应该考虑到远期扩建的可能性,所以用远期的容量及扬程计算。对于机组的配置,我们可以暂时只布置三台500S35A型水泵(一台备用,两台工作),远期需要扩建时,再增加一台同型号的水泵。
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2 设计计算 http://www.lwfree.cn/
 
2.1 设计流量 
 为了减小取水构筑物、输水管道各净水构筑物的尺寸,节约基建投资,在这种情况
下,我们要求一级泵站中的泵昼夜不均匀工作。因此,泵站的设计流量应为: 
  
式中  Qr——一级泵站中水泵所供给的流量(m3/h); 
Qd——供水对象最高日用水量(m3/d); 
α——为计及输水管漏损和净水构筑物自身用水而加的系数,一般取α=1.05-1.1 T——为一级泵站在一昼夜内工作小时数。 
考虑到输水干管漏损和净化厂本身用水,取水自用系数α=1.05,则 近期设计流量为   Q=1.05×91200/24 =3990.0 m3/h=1.108 m3/s 远期设计流量为   Q=1.05×182400/24 =7980.0m3/h=2.217m3/s 
  
2.2 设计扬程H 
 1)泵所需静扬程STH 
通过取水部分的计算已知在最不利情况下(即一条自流管道检修,另一条自流管道通过75%的设计流量时),从取水头部到泵房吸水间的全部水头损失为0.90m。则吸水间中最高水面标高为28.80—0.90=27.90m,最低水面标高为19.50——0.90=18.60m。所以泵所需静扬程STH为: 
 洪水位时,STH=50.958—27.90=23.058m  枯水位时,STH=50.958—18.60=32.358m  2)输水干管中的水头损失∑h 
设采用两条DN1200的钢制自流管并联作为原水输水干管,当一条输水管检修,另一条输水管应通过75%的设计流量(按远期考虑), 即Q= 0.75×7980.0m3/h= 5985.0m3/h=1.6625m³/s,查水力计算表得管内流速 v=2.42m/s,i=4.934‰,所以: 
输水管路水头损失;h=1.1×0.004934×2800=15.20m (式中1.1包括局部损失而加大的系数)。 
 3)泵站内管路中的水头损失∑h
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粗估2.0m,安全水头2m 则泵设计扬程为: 
枯水位时:Hmax=32.358+15.20+2.0+2.0=51.258 洪水位时:Hmin=23.058+15.20+2.0+2.0=42.258 
 2.3 初选泵和电机 
 (1) 管道特性曲线的绘制 
  管道特性曲线的方程为QSHhHHSTST2
 式中 STH——最高时水泵的净扬程,m;      h——水头损失总数,m; 
      S ——沿程摩阻与局部阻力之和的系数;       Q ——最高时水泵流量,m³/s 
STH=23.058m把Q=1.6625m³/s,H=51.258m,代入上式得:S=10.20 
所以,管路特性曲线即为:H=STH+10.20Q2=23.058+10.20Q2
 可由此方程绘制出管路特性曲线,见表1 
表1  管路特性曲线Q-H关系表 
 
(2) 水泵选择 
选泵的主要依据:流量、扬程以及其变化规律 ①大小兼顾,调配灵活  
②型号整齐,互为备用            ③合理地用尽各水泵的高效段 ④要近远期相结合。“小泵大基础 ” ⑤大中型泵站需作选泵方案比较。 
根据上述选泵要点以及离心泵管路特性曲线Q—H关系表,以及选泵参考书综合考虑初步选定近期三台24SA-10J(Q=0.554m³/s,H=39m,N=319kw,Hs=5.9m),两台工作,一台备用。远期增加一台同型号泵,三台工作,一台备用。,根据24SA-10J型泵的要求选用 JSQ158-8型电动机(380kw)
2.4 精选泵,选泵后校核 
在泵站中的泵选好后,还必须按照发生火灾时的供水情况,校核泵站的流量和扬程是否满足消费时的要求,就消费用水来说,一级泵站的任务只是在规定时间内向清水池中补充必要的消防贮备用水。由于供水强度小,一般可以不另设专用的消防泵,而是在补充消防贮备用水时间内,开动备用泵以加强泵站的工作。 
因此,备用泵的流量可用下式进行校核:                 Q=2α(Qf+Qˊ)-2Qr/tf  式中  Qf----设计的消防用水(m³/h) 
       Qˊ---最高用水日连续最大两小时平均用水量(m³/h)        Qr----一级泵站正常运行的流量(m³/h) 
       Tf----补充消防用水的时间,从24--48h,由用户性质和消防用水量的大小决定,见建筑设计防火规范。 
       α----计及净水建筑物本身用水系数,取1.05. 
 
2.5机组基础尺寸的确定 
       
表2 24SA-10J型水泵外型尺寸(不带底座)(单位:mm) 
A A1 A2 A3 B B1 B2 B3 2104 1145 1100 900 2300 1300 820 500 
B4 B5 H H1 H2 H3 L3  500 
300 
1580 
950 
532 
692 
1230 
 
基础尺寸确定 
机组基础的作用是支撑和固定机组,便其运行不致发生剧烈震动,更不允许产生基础沉陷。因此对基础的要求如下: 
a) 坚实牢固,除能承受机组的静荷载外,还能承受机械振动荷载。 
b) 要浇在较坚实的地基上,不宜浇在松软的地基或新填土上,以免发生基础下沉或不均匀沉陷。 
结合以上要点及所选泵的类型,本次设计选用混凝土块式基础。由于所选泵均不带底座,所以基础尺寸的确定如下: 徐州工程学院课程设计 

基础长:L=水泵地脚螺钉间距(长度方向)+(400~500) 基础宽:B=水泵地脚螺钉间距(宽方向)+(400~500) 基础高:H=(2.5~4.0)×(W水泵+W电机)/(LBγ)Y=2400 因此,L=B2+++500=820+1230+900+500=3450mm B=A2+500=1100+500=1600mm 
H=3*(
)/B·L·ρ=3(4100+4100)/3.45×1.6×2400=1.85m 
所以24SA-10J型水泵混凝土块式基础尺寸为L×B×H=3.46×1.6×1.85。 
2.6 吸水管路的设计 
(1)流量Q 
Q1=1.34/3= 0.369 m3/s (2)吸水管路的要求 
① 不漏气  管材及接逢  ② 不积气  管路安装  ③ 不吸气  吸水管进口位置 
       ④ 设计流速:管径小于250㎜时,V取1.0~1.2 m/s                      管径等于或大于250㎜时,V取1.2~1.6 m/s (3)吸水管路直径 
       采用DN1000×8钢管,则V=1.32m/s ,i=3.56‰ (4)吸水管路的管件布置 
<1>喇叭口设计 
喇叭口扩大直径      D≥(1.3~1.5)d=1.4×1000=1400㎜  取1400㎜ 喇叭口高度          4(D-DN)=4×(1200-1000)=800㎜ 
喇叭口距墙壁的距离  a>(0.75~1.0)D 取a=0.9×1400=1260㎜ 取1200㎜ 喇叭口距室底的距离  h1≥(0.6~0.8)D=0.75×1400=1050㎜ 喇叭口之间距离      l1≥(1.5~2.0)D=1.5×1400=1900㎜ 喇叭口淹没深度      h2≥(1.0~1.25)D=1.25×1400=1750㎜ 喇叭口中心线与后墙的距离C=(0.8~1.0)D=0.9×1400=1260 取1200㎜ 喇叭口与进水室的距离 l≥3D=4200 ㎜ 
2.7 压水管路的设计 
  压水管路要求 
①要求坚固而不漏水,通常采用钢管,并尽量焊接口,为便于拆装与检修,在适当地点可高法兰接口。为了防止不倒流,应在泵压水管路上设置止回阀。徐州工程学院课程设计 

②压水管的设计流速: 
管径小于250㎜时,为1.5~2.0 m/s 管径等于或大于250㎜时,为2.0~2.5 m/s ③压水管的选取 
采用DN800×6钢管,则V=2.34 m/s,i=16.2‰ 
2.8水泵间的布置 
   基础布置情况见取水泵站祥图。 
泵机组布置原则:在不妨碍操作和维修的需要下,尽量减少泵房建筑面积的大小,以节约成本。 
<1>机组的排列方式 
采用机组横向排列方式,这种布置的优点是:布置紧凑,泵房跨度小,适用于双吸式泵,不仅管路布置简单,且水力条件好。同时因各机组轴线在同一直线上,便于选择起重设备。 
<2>机组与管道布置 
本取水泵房采用矩形钢筋混凝土结构,此类泵房平面面积相对较小,可以减少工程造价。为了尽可能地充分利用泵房内的面积将四台机组交错并列成两排,两台为正常转向,两台为反向转向。每台泵有单独的吸水管、压水管引出泵房后两两连接起来。对于房内机组的配置,我们可以采用近期购买安装三台24SA10J型水泵,两台工作,一台备用。远期需扩建时,再添加一台24SA10J型水泵,三台工作,一台备用。                  
<3>水泵间平面尺寸的确定 
水泵机组采用四台交错并列布置成两排,泵房采用圆形钢筋混凝土结构。  
 
 
横向排列各个部分尺寸应满足下列要求: 
①D1:进水侧泵与墙壁的净距      D1≥1000,取D1=1200㎜ 徐州工程学院课程设计 

②B1:出水侧泵基础与墙壁的净距  B1≥3000,取B1=3000㎜ 
③A1:泵凸出部分到墙壁的净距     A1=最大设备宽度+0.5m=1250+1000=2250㎜取2700㎜ 
④C1:电机凸出部分与配电设备的净距  C1=电机轴长+0.5m。所以C1=1860+500=2360㎜但是,低压配电设备应C1≥1.5m; 高压配电设备应C1≥2m,C1取2000㎜应该是满足的。 ⑤E1:泵基础之间的净E1值与C1要求相同,即E1=C1=2500㎜ ⑥B:管与管之间的净距         B≥0.7m    
⑦F:管外壁与机组突出部分的距离  对于功率大于50KW的电机,F要求大于1000㎜,取F=1100㎜ 
⑧A2:泵及电机突出部分长度   A2=200~250㎜ ⑨D1:压水管路管径  D1=450㎜ ⑩L:机组基础长度   L=3450㎜ 
所以,可得R=B1+F+D1+L+1/2E1=3000+1100+450+3450+1000=9000㎜ 
2.9 水泵房安装高度 
     (1) 水泵安装高度                      vassvss
hhHPHg/a 
 式中   ssH——安装高度,泵轴至最低水位的几何高度; 
                  P/ρg——水面上的绝对大气压;                   svH——水泵的气蚀余量;                   sh——吸水管路总水头损失;                    vah——实际水温下的饱和蒸汽压力。 
24SA-10J:  ssH=10-5.9-0.46-0.43=3.21m         吸水间最低水位=18.60-160m×4.934‰=17.81 m 泵轴标高=吸水间最低水位+Hss=17.81+3.21=21.02m (2)泵房中各标高确定 
①泵房内底地面标高=泵轴标高-h1-0.4=21.02-1.4-0.5                   =19.12m(0.5为基础突出地面高) ②水泵基础顶标高=泵轴标高+H1=21.02m+0.78m=21.80m        ③水泵基础底标高=21.02-0.9=20.12m 
④电机基础顶标高=21.80+1.2=23.00m                         ⑤水泵进水口中心标高=泵轴标高-H2=21.02-0.65=20.37m ⑥水泵出水口中心标高=泵轴标高-H4=21.02-0.56=20.46m ⑦地下部分筒体高度=室外地面高度-泵房内底标高                   =24.50-18.02= 6.48m 
泵房筒体高度=操作平台标高-泵房内底标高=(洪水位标高+1m浪高)-泵房内底标高 =(30.50+1)-24.97                                        =6.53m ⑧泵房上层建筑高度 
根据起吊高度和采光,通风要求,从操作平台到房顶楼板间距离设计为           操作平台标高=洪水位标高+1m浪高 =30.50+1=31.50m ⑨泵房顶标高=操作平台标高+泵房地上部分高度=31.50+6.0=37.50m ⑩总的筒体高度=泵房顶标高-泵房内底标高=37.50-18.02=19.48m (三)吸水管与压水管的水损计算中心 
取一条最不利线路,从吸水口到输水干管上切换闸阀止为计算线路图    
DN800
 
①吸水管路中水头损失sh:                 lsfss
hhh 
1、吸水管路沿程水头损失: 
fsh=1l×si=3.56‰×5.60=0.0199m 
2、局部水头损失: 
lsh=(ζ1+ζ2) V²/2g + ζ3 V²/2g 
式中ζ1———吸水管进口局部阻力系数,ζ1=0.75 
ζ2———DN1000×8钢管闸阀局部阻力系数,按开启度a/d=0.125考虑,ζ2=0.45  ζ3———偏心渐缩管DN1000~800 ,ζ3=1.07 
则lsh=(0.75+0.45)×32.1 ²/(2*9.8)+1.07×2.32²/(2*9.8)=0.26m 所以吸水管路总水头损失为: ldfsshhh=0.26+0.02=0.28m 
②压水管路水头损失dh: 
ldfddhhh徐州工程学院课程设计 

1、压水管路沿程水头损失: 
 fdh= 0.0162×4+0.0456×10+0.039×5=0.72m 2、局部水头损失: 
ldh=(ζ1+ζ2+ζ3+ζ4+ζ5+ζ6+ζ7)•V²/2g 
    式中   ζ1———止回阀局部阻力系数:0.38;            ζ2———手动闸阀局部阻力系数:0.12; 
ζ3———压水管上的电动闸阀局部阻力系数:0.12; 
           ζ4———同心渐扩管局部阻力系数:0.08; 
           ζ5———连接三通的同心渐扩管局部阻力系数:0.36;            ζ6———出水管上的电动机闸阀局部阻力系数:0.32;            ζ7———三通局部阻力系数:1.71;            v2———压水管的流速:2.32m3/s 
∑h ld=(0.38+0.12+0.12+0.08+0.36+0.32+1.71) ×V²/2g=0.86m 所以压水管路总水头损失为ldfddhhh=0.72+0.86=1.58m 
则泵站内水头损失:∑h=∑hs+∑hd=0.28+1.58=1.86m 
因此,泵的实际扬程为: 
   枯水位时:Hmax= 32.358+ 15.20 + 1.86+ 2.0=61.92m  洪水位时:Hmin= 23.058+ 15.20 + 1.86+ 2.0=52.62m 
2.10辅助设备设计 
(1)引水设备 
泵系自灌式工作,不需引水设备。 (2)起重设备的选择 
 ①选型  由前面设计可知,最大设备的重量为JSQ158-8型电动机和24SA-10J型水泵,其重量为4100㎏,泵房宽18000㎜,据此选用LDT3.2S–型电动双梁式起重机,配电葫芦型号为AS416–162/1,配UE小车,起升速度8m/min工字钢630㎜。 
其安装尺寸:  
W=2500㎜, E=476㎜, H=687㎜, L1=1131㎜, L2=1790㎜, b1=1125㎜ ①泵房高度确定  泵房高度: 
                 H1=a+c+d+e+h 式中  a———双轨吊车高度,0.687m; 
      c———行车轨道底至起重机钩中心的距离,1.125m; 
      d———起重绳的垂直长度(电动机1.2x,x为起重机部件长度,1.86m);e———电机高度,1.2m; 
      h———起吊物与平台距离,取0.5m。 
则泵房地上部分高度H1=0.687+1.125+1.86×2+1.2+0.5=5.744m,为了安全起见取5.8m 所以泵房总高度=17.94+5.8=23.74m 
(3)排水设备 
由于泵房较深,故采用电动泵排水。沿泵房内壁设排水沟,将水汇集到集水坑内,然后用泵抽回到吸水间去。 
取水泵房的排水量一般按20~40 m3/h考虑,排水泵的静扬程按17.5m计,水头损失大约5m,故总扬程在17.5+5=22.5m左右,可选用IS65–50–160A型离心泵(Q=15~28m3/h, H=27~22m, N=3kW, n=2900 r/min)两台,一台工作一台备用,配套电机为Y100L–2。 
(4)通风设备 
由于与泵配套的电机为水冷式,无需专用通风设备进行空–––––空冷却,但由于泵房筒体较深,仍选用风机进行换气通风。选用两台T35–11型轴流风机(叶轮直径700㎜,转速960 r/min,叶片角度15°,风量10127m3/h,风压90Pa,配套电机YSF–8026, N=0.37 kW)。 
(5)计量设备 
由于在净化场的送水泵站内安装电磁流量计统一计量,故本泵站内不再设计量设备。 
2.11 泵房平面尺寸的确定 
根据泵机组、吸水与压水管道的布置条件以及排水泵机组和通风机等附属设备的设置情况,从给排水设计手册中查出有关设备和管道配件的尺寸,通过计算,求得泵房内径为18m。 
3结束语 
《泵与泵站》课程设计是在完成《泵与泵站》理论教学之后,为了培养设计能力、理论联系实际,综合运用各种相关的基础理论。 
经过了为期二个星期的课程设计,今天终于基本完成了,期间参考了网上相关资料,上届师兄师姐的课程设计论文,以及查阅了相关设计工艺图,这期间最大的感受,就是做好课程设计,不仅要细心,更要有耐心,而且富有责任心。细心能避免自己因错误,而需要大量重新计算,浪费精力和时间。耐心就是得坚持做下去,一步一步做下去,虽然还有好些问题不大懂,理解不透,但是自己坚持下来了,就是最大的胜利而在课程设计期间,对于数据处理和图形的绘制,难免要使用到CAD,使我对这个软件的使用更加熟悉,这也为我们以后毕业设计打下基础。在设计中,对于其中过程的步骤该如何进行的考虑,锻炼我们处理事情的能力。同时在这次设计,我也学到了做事情要一步一个脚印,细心处理每个数据,这样才可以顺利地完成设计。
参考文献 
1、《水泵及水泵站》,姜乃昌,中国建筑工业出版社,2007年; 2、《水泵及水泵站》,张景成,哈尔滨工业大学出版社,2003年; 3、《给水排水设计手册》3、5、11册 ,中国建筑工业出版社,2004年。
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