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1、 某城镇自来水厂的取水泵站工艺设计 -.-二一四 年 1 月 目录 第一章 设计任务及设计资料1.1 设计资料 31.2设计任务 3第二章 设计计算2.1 取水泵站枢纽布置42.2 设计流量的确定和设计扬程估算 42.3 初选泵和电机 52.4 机组基础尺寸的确定 72.5 吸水管路和压水管路计算 82.6 机组和管道布置 82.7 吸水管路和压水管路中水头损失的计算 92.8 消防校核102.9 泵安装高度的确定和泵房筒体高度计算112.10附属设备的选择112.11泵房建筑高度的确定132.12泵房平面尺寸的确定142.13附图及参考资料14第三章 结束语.- -.-第一章 设计任务及设计
2、资料1.1 设计资料1.1.1城镇规划资料该城镇规划近期为2020年，远期为2030年。取水泵站设计要求近远期结合，泵房土建部分按远期设计，设备只安装近期要求的设备。（1）设计用水量资料该城镇近期设计水量为6400m /d，远期设计水量为近期的1.4倍为89603m /d。3（2）城镇消防供水要求根据防火规要求，该城镇同时发生火灾次数为两次，每次消防用水量为45L/s，火灾延续时间按2小时计。消防储水使用后要求24小时补满。（3）供水安全性要求要求连续供水，事故时输水管供水量不低于正常供水时流量的75% 。1.1.2泵站设计资料（1）水文、地质资料在拟建一级泵站河段处百年一遇洪水位为590.6
3、0m，常水位为585.55m，97%保证率的枯水位为582.50m。97% 保证率的枯水流量为31.5m/s。河流断面见附3图1，河流水质符合生活饮用水水源水质标准。在拟建一级泵站的河流断面及净水厂的空地布置有钻孔。由地质柱状图可看出 ，表层有2m厚的砂粘土覆盖层，以下是中密卵石层或砂岩，适合工程建设。.- -.-（2）地形资料拟建一级泵站处的地形见附图 2，水厂配水井设计水位标高为 600.3m。（3）气象资料年平均气温15.8，最高气温39.5，最低气温5.6，最大冻土深度0.30m。河流冬季无结冰现象，夏季最高水温为26。河流主导风向，夏季为东南风，冬季为西北风。1.2设计任务1.2.1
4、主要设计步骤（1）确定给水泵站的设计流量，初步确定水泵扬程；（2）初选水泵和电动机，包括水泵型号，工作和备用泵台数；（3）水泵机组和吸压水管路的布置和设计计算；（4）进行泵站的平面布置；（5）终选水泵，并对工作工况进行分析；（6）决定起重设备的型号，确定泵房的建筑高度；（7）选择真空泵，排水泵等附属设备；（8）整理说明书，汇总泵站的设备及管件表 ；（9）绘制泵站平剖面图，并列出主要设备表及材料表。1.2.2设计成果对水泵进行合理选型，对水泵站的主要工艺尺寸进行设计计算，确定水泵站的平面布置和高程布置，完成设计计算说明书和设计图纸。设计深度为初步设计的深度。提交的设计成果主要包括：（1）泵站平面
5、及剖面图（比例1:100200）、水泵基础详图（比例1:2050）、设.- -.-计说明、主要设备及材料表（注明规格及主要性能参数）。图纸采用标准2#图或1#图。工艺图上应表示出构筑物工艺设计尺寸、布置形式、主要设备及主要工艺管道、附件的相对位置、标高等，注明管径。（2）、设计计算说明书一份。设计说明书包括以下容：概述设计任务，资料分析，设计所依据的规和标准。机电设备选择的依据和计算。泵站各建筑物的型式、结构选择的依据、计算结果及其草图。泵房尺寸拟定的依据和设备布置的说明。验证机组选择的合理性，并说明其在使用中应注意的问题。必要的附图、附表、参考文献。包括枢纽平面布置草图，以及取水头部或水池吸
6、水井设计草图等。结束语。包括对泵站设计的评价、收获和存在的问题等。.- -.-第二章 设计计算.- -.-2.1 取水泵站枢纽布置取水点水源岸边较陡，主流靠近岸边，岸边常年水深较大，在枯水期也能满足取水的水深要求，水质和地质条件都较好；常年水位为 585.55m，洪水位为590.60m，枯水位为582.50m，最大水位变化为8.10m，可见水位变化不大。综合上述因素，本设计选用合建式岸边取水构筑物。合建式的主要优点是布置紧凑，占地面积小，水泵吸水管路短，运行管理方便，利于自动控制。本设计的泵站枢纽布置图见最后页的附图。2.2 设计流量的确定和设计扬程估算2.2.1设计流量Q考虑到输水干管漏损和
7、净化厂本身用水，取自用水系数=1.05，则近期设计流量Q=1.05640024=280m远期设计流量Q=1.05896024=392m33/h=77.8L/s/h=108.9L/s2.2.2设计扬程H（1）泵所需静扬程HST由于本设计采用合建式岸边取水构筑物，进水方式为自灌式，所以取水至泵房的水头损失为0m。由地形资料知，水厂配水井设计水位标高为600.3m，所以泵站所需净扬程 H 为：ST洪水位时：H =600.30m-590.60m=9.70mST常水位时：H =600.30m-585.55m=14.75mST枯水位时：H =600.30m-582.50m=17.80mST（2）输水干管中
8、的水头损失h设采用两条 DN275钢管并联作为原水输水干管。当两条输水管正常工作时.- -.-（按近期考虑），每根输水管通过的流量 Q=77.82=38.9L/s，查水力计算表得管流速v=0.64m/s，i=0.00256，所以h=1.1iL=1.10.00256300=0.84m（式中1.1是包括局部损失而加大的系数；L为原水输水管的长度，为300m ）；当一条输水管检修时，另一条输水管应通过 75% 的设计流量（按远期考虑），即Q=0.75108.9L/s=81.7L/s，查水力计算表得管流速v=1.34m/s，i=0.01023，所以h=1.1iL=1.13000.01023=3.38m
9、。（3）泵站管路中的水头损失 hp粗估为2m。则近期正常工作扬程：洪水位时：Hmin=9.7+0.84+2+2=14.54m常水位时：H=14.75+0.84+2+2=19.59m枯水位时：Hmax=17.80+0.84+2+2=22.64m远期事故时工作扬程：洪水位时：Hmin=9.7+3.38+2+2=17.08m常水位时：H=14.75+3.38+2+2=22.13m枯水位时：Hmax=17.80+3.38+2+2=25.18m2.3 初选泵和电机2.3.1选泵方案根据用水量及扬程的要求，初步拟定以下两种备选方案。方案：近期设计选用三台型号为KQW125/150-18.5/2的卧式单级单
10、吸离心泵(Q=2550L/s，H=24.531.5m，N=18.5kW，Hs=4m)，两用一备；远期增加一台同型号泵，三用一备。.- -.-方案：近期设计选用三台型号为 KQW150/285-18.5/4的卧式单级单吸离心泵（Q=33.657.8L/s，H=20.725.8m，N=18.5kW，Hs=3.5m），两用一备；远期增加一台同型号泵，三用一备。2.3.2方案比较KQW125/150-18.5/2 卧式单级单吸离心泵的特性曲线以及相应的参数表如下：可见，该泵在扬程方面满足要求，且高效段为3352L/s。下面再看KQW150/285-18.5/4卧式单级单吸离心泵的特性曲线及参数表，如下
11、图：.- -.-可见，该泵扬程勉强满足要求，而且高效段为 4366L/s，而水泵实际工作时的工况点并不能落在工况点上，造成水泵工作效率低，不仅造成电力上的浪费，同时也影响水泵的使用寿命。综上分析，将方案作为最终的初选水泵方案。根据KQW125/150-18.5/2卧式单级单吸离心泵的要求选用 Y200L1-6 型电动机。2.4 机组基础尺寸的确定.- -.-查KQW125/150-18.5/2卧式单级单吸离心泵的尺寸图与尺寸表可知，底座长度为630mm ，宽度为320mm ，底座地脚钉的长度为272mm 。底座螺孔间距（宽度方向）530mm ，底座螺孔间距（宽度方向）320mm 。基础长度 L
12、=底座长度+（150mm200mm ）=630mm+170mm=800mm基础宽 度 B= 底座螺孔间距（宽度方向） +（ 150mm200mm ）=320mm+180mm=500mm基础高度H=底座地脚钉的长度+（150mm200mm ）=272mm+178mm=450mm.- -.-计算出KQW125/150-18.5/2型泵机组基础平面尺寸为 800mm 500mm ，泵、电机和底座总质量 m=330kg。基础深度H 按下式计算校核：H= 3.5mg =1.2mgLB式中 L基础长度，L=0.8m；B基础宽度，B=0.5m；g基础所用材料的容重，本设计采用混泥土基础，g=23520N/m
13、基础的平、剖面图如下：32.5 吸水管路和压水管路计算.- -.-每台泵都有单独的吸水管与压水管，由于设备只安装近期要求的设备，所以吸水管、压水管管径根据近期设计水量确定。2.5.1吸水管已知Q=2802=140m3/h=38.9L/s采用DN200 的钢管，则v=1.27m/s，i=0.01402。2.5.2压水管采用DN175 的钢管，则v=1.66m/s，i=0.02867。2.6 机组和管道布置为了布置紧凑，充分利用建筑面积，将四台机组交错并列布置成两排，两台为正常转向，两台为反常转向，在订货时给予说明。每台泵有单独的吸水管、压水管引出泵房后两两连接起来。泵出水管上设有液控蝶阀和手控蝶
14、阀，吸水管上设手动闸板闸阀。为了减少泵房建筑面积，闸阀切换井设在泵房外面，两条DN275的输水干管用 DN275 蝶阀连接起来，每条输水管上各设切换用的蝶阀一个。2.7 吸水管路和压水管路中水头损失的计算取一条最不利路线，从吸水口到输水干管上切换闸阀止为计算路线图，如下：2.7.1吸水管路中水头损失hS.- -.-h=h +hfsSls式中 h 沿程水头损失fsh 局部水头损失lsh =li=2.8220.01402=0.0396mfs 1 sh =v2 =（+）v2 =（0.1+0.78+0.15+0.18）1.272g 2g2（29.8）=0.0996mlsi1245式中 喇叭口式吸水管进
15、口局部阻力系数，=0.111DN200 钢制焊接弯头90，=0.7822DN200 手动蝶阀，=0.1544DN200125偏心异径管，=0.1855故h=h +h =0.0396+0.0996=0.1392mlsSfs2.7.2压水管路水头损失hdh=h +hfddld式中 h 沿程水头损失fdh 局部水头损失ldh =0.02867（0.255m+0.255m+0.540m+4.950m+9.510m+4.780m+0.410m+fd0.500m）=0.0286721.2m=0.6078mh = =(+ ）v2 =v2ldi2g（0.26+0.87+0.15+0.87+0.87+0.21+
16、0.15+0.87+0.87+0.05+1.5+0.15+1.5+0.15）1.66（29.8）=1.0685mDN125175缩放异径管，=0.267898812138817192019202g277DN175钢制焊接弯头90，=0.8788.- -.-DN175 手动蝶阀，=0.1599DN175 伸缩接头，=0.2112 12DN175 电动蝶阀，=0.1513 13DN175275渐放异径管，=0.0517 17DN275 钢制正三通，=1.519 19DN275 电动蝶阀，=0.1520 20故h=h +h =0.6078+1.0685=1.6763mlddfd2.7.3泵实际扬程从
17、泵吸水口到输水干管上切换闸阀间的全部水头损失为：h=h+h=0.1392+1.6763=1.8155msd因此，泵的实际扬程为：近期正常工作扬程：洪水位时：Hmin=9.7+0.84+2+1.8155=14.36m常水位时：H=14.75+0.84+2+1.8155=19.41m枯水位时：Hmax=17.80+0.84+2+1.8155=22.46m远期事故时工作扬程：洪水位时：Hmin=9.7+3.38+2+1.8155=16.90m常水位时：H=14.75+3.38+2+1.8155=21.95m枯水位时：Hmax=17.80+3.38+2+1.8155=25.00m由此可见，初选的泵机组
18、符合要求。2.8 消防校核2.8.1消防流量计算.- -.-由设计资料知，根据防火规要求，该城镇同时发生火灾次数为两次，每次消防用水量为45L/s，火灾延续时间按 2小时计；消防储水使用后要求 24小时补满。所以设计的消防用水为 245L/s=90L/s=324m3/h。消防时，一级泵站不仅要向清水池中输送生活生产用水，还要在规定的时间补充必要的消防贮备用水，此时开启备用泵以加强泵站的工作。因此，备用泵的流量：=21.05（324+400）-228024=40m /h3式中 设计净水构筑物本身用水系数，取 1.05；Q 一级泵站正常运行时的流量，为280m /h；3rQ最高用水时连续最大两小时
19、平均用水量，为400m /h；3Q 设计的消防用水，为324m /h；3ft补充消防用水时间，取24h。f每根原水输水管道流量：Q =（Q+Q）/2=（280+40）2=160m /h=44.4L/s31r2.8.2扬程校核由于原水输水管采用DN275 钢管，查表得，管流速v=0.73m/s，i=0.00326。h=1.1iL=1.10.00326300=1.076m最不利情况枯水位时水泵所需扬程：Hmax=17.80+1.076+2+1.8155=22.69m结合KQW125/150-18.5/2卧式单级单吸离心泵的特性曲线可以看出，消防校.- -.-核满足扬程要求。2.9 泵安装高度的确定
20、和泵房筒体高度计算2.9.1泵安装高度的确定为了便于用沉井法施工，将泵房机器间底板放在与吸水间底板同一标高，因而泵为自灌式工作，所以泵的安装高度小于其允许吸上真空高度，无需计算。2.9.2泵房筒体高度的计算已知吸水间最低动水位标高为582.50m，为保证吸水管的正常吸水，取吸水管的中心标高为 581.30m（吸水管上缘的淹没深度为 582.50-581.30-（D/2）=1.1m）。由于采用顺水流式喇叭管取水头部，考虑喇叭口下缘与吸水管下缘的垂直距离为0.7m，取喇叭管下缘距吸水间底板0.33m，则吸水间底板标高为581.30-（D/2+0.7+0.33）=580.17m。洪水位标高为590.
21、60m，考虑1.4m 的浪高，则操作平台标高为590.60+1.4=592.00m。故泵房总体高度为：H=592.00-580.17=11.83m.- -.-计算至此，便能绘制出该设计 2.1中的枢纽布置图，详见 14页附图。2.10附属设备的选择2.10.1起重设备最大起重量为 KQW125/150-18.5/2卧式单级单吸离心泵以及 Y200L1-6 型电动机的总重量为 330kg；最大起吊为高度为 11.83+2.0=13.83m（其中 2.0是考虑操作平台上汽车的高度）。由于，最大起重重量过小，可以适当增大起重量，便于起动机的选择。综合考虑，选取DL 型电动单梁桥式起动机，其具体性能参
22、数详见下表：型 起重号 量 运行速度起重机运行机构电动葫芦电动机型号 起升 起升速 运行速高度 度（m） 度（T） （m/mim ） 型号 功率 转速（kw） （r/min）（m）（m/min）175 ZDR12 21.5 1380 CD 18 8/0.8130-4工作 电源 车轮 轨道 跨度 最大 总重类型直径 面宽L(m) 轮压 （T）KDL（mm（mm（T） ）（JC 380v1.45 3.00=25% 50HZ 270 3770 19.5 1.7 3.04）中4.- -.-级2.10.2引水设备泵系自灌式工作，不需引水设备。2.10.3排水设备由于泵房较深，故采用电动泵排水。沿泵房壁设
23、置排水沟，将水汇集到集水坑，然后用泵抽回到吸水间去。取水泵房的排水量一般按 20m /h考虑，排水泵的静扬程按10m 计，水头损3失大约 4m，故总扬程在 10+4=14m 左右，可选用 50WQ/C242-1.5 小型潜水排污泵，主要参数见下表：2.10.4通风设备由于与泵配套的电动机为水冷式，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700mm ，转速960r/min,叶片角度15，风量10127m /h，风压90Pa，配套3电机YSF-8026，N=0.37kW）。2.10.5计量设备在净化厂的送水泵站安装电磁流量计
24、统一计量，故本泵站不再设计量设备。2.11泵房建筑高度的确定.- -.-本设计采用地下式圆形泵房，泵房筒体高度已知为 11.83m，泵房高度计算简图如下：图中 a单轨吊车梁的高度，500mm ；b滑车高度，600mm ；c起重葫芦在钢丝绕紧状态下的长度，800mm ；d起重绳的垂直长度，0.85355=302mm ；e最大一台水泵或电动机高度，562mm ；f吊起物底部和最高一台机组顶部的距离（一般不小于0.5m）；g最高一台水泵或电动机顶至室地坪的高度，562+450=1012mm泵房高度：H=H +H12.- -.-式中 H 泵房地下部分高度，m2H 泵房地上部分高度，m1H =592.0
25、0m-580.17m=11.83m2H =a+b+c+d+e+h=0.5+0.6+0.8+0.302+0.562+0.436=3.2m1式中 h吊起物底部与泵房进口处室地坪或平台的距离（一般不小于0.30.5m），取0.436mH=H +H =3.2+11.83=15.03m21综合考虑，设定泵房的设计高度为15.03m。2.12泵房平面尺寸的确定根据泵机组、吸水和压水管路的布置条件以及排水泵机组和通风机等附属设施的设置情况，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，综合考虑将取水泵房的地下部分设计为直径为 16m 的圆形泵房，地上部分直径为20m。泵房平面尺寸具体参见水泵站工
26、艺设计1#图。2.13参考资料及附图2.13.1附图本设计2.1中枢纽布置图如下.- -.-2.13.2参考资料（1）泵与泵站（第五版），乃昌 主编，中国建筑工业，2007年12月；（2）水泵及水泵站,景成，立秋 主编,工业大学，2003年9 月；（3）给水排水设计手册-常用资料（第1册）第二版，中国市政工程西南设计研究院主编,中国建筑工业，2000年；（4）给水排水设计手册-城镇给水（第3册）第二版，市政工程设计研究院主编,中国建筑工业，2004年 4月；（5）给水排水设计手册-常用设备（第 11 册）第二版，中国市政工程西北设计研究院，主编,中国建筑工业，2002年 6月；（6）泵站设计规
27、 GB/T 5026597；（7）地表水取水 中国建筑工业，周金全主编；.- -.-（8）水泵样本资料，凯泉水泵 第三章 结束语在本次泵站课程设计中，可谓是历经千难险阻，我经过了不断的摸索和修正，通过询问同学、请教老师、以及查阅设计手册，在期末考试和课程设计的双重压力下，终于完成了本次的课程设计。首先，这次课设锻炼了自己查阅设计规的能力，水泵、相关配件、泵房的设计都是有相应的设计规的，不能盲目捏造数字。其次，提高了自己的设计能力，通过这次课程设计，了解掌握了泵房设计大致步骤，为自己以后在做泵房设计时打下了基础。最后，本次设计中也存在一些缺陷，比如，采用自灌式取水时忽略了格栅的水头损失；再如，选择起重机时没有找到足够的相关资料，没有选择到十分合适的起重机。通过本次课程设计过程中不断发现问题、解决问题，加强了自己对于知识点的掌握、锻炼了自己独立设计管网的能力、也同时清除了自己存在的知识盲点，但从漫长的设计时间上来说，第一次做设计并不是十分熟练，相信在以后更多的作业、实习中，自己的熟练程度会有极提高，成为一名合格的给排水工程师。.-