城市取水泵站设计计算书

水泵与水泵站课程设计计算书
1.设计目的
本课程设计的主要目的是把《水泵及水泵站》中所获得的理论知识加以系统化。

并应用于设计工作中，使所学知识得到巩固和提高，同时提高同学们有条理地创造性地处理设计资料地独立工作能力。

2.设计基本资料
（1）近期设计水量250000立方米/日
预计远期水量400000立方米/日（不包括水厂自用水）
（2）原水水质符合饮用水卫生规定，河边无冰冻现象，根据河岸地质情况 已决定采用固定式取水泵房，从吸水井中吸水，吸水井采用自流管进水，取水头部到吸水井的距离为：60米。

（3）水源洪水位标高为：32.36米（1%频率）；枯水位标高为：24.26米（97%频率）；常年平均水位标高为：26.51米。

（4）水厂配水井水面标高为：33.02米，取水泵房到水厂距离为：9000米。

（5）地区气象资料课根据设计需要由当地气象部门提供。

（6）水厂为双电源进线，可保证二级负荷供电。

3.设计概要（教材P107）
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；作水泵并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。

4.设计计算
4.1设计流量Q （教材P110）
设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
Q Q d r α=
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场本身用水，取自用水系数α＝1.05，则： 近期设计流量为：Q=1.05×250000÷24=10937.5m 3/h=3.038m 3/s 远期设计流量为：Q'=1.05×400000÷24=17500m 3/h=4.861m 3/s
4.2自流管设计（参照百度）
Q 1=Q'÷2=2.4305m 3/s 取经济流速V=1.5m/s ，计算得D=
14Q πV
=√[4×2.4305÷(3.14×1.5)]=1437mm
查设计手册，采用两条DN1500×10钢管作为自流管，流速V=1.38m/s,1000i=1.2 当一条自流管检修时，另一条自流管应通过75％设计流量，即： Q 2=75%Q'=3.6458m/s 查得：V=2.06m/s ，1000i=2.7
从取水头部到吸水间水头损失h 沿程=i ×L=2.7÷1000×60=0.162m
4.3水泵设计流量及扬程（教材P111）
1）水泵所需静扬程H st
洪水位时H st =33.02－32.36+0.162=0.822m 枯水位时H st =33.02－24.26+0.162=8.922m 2）输水干管中的水头损失Σh
设采用两条DN1500×10钢管并联作为输水干管，当一条输水管检修时，另一条输水管应通过75%的设计流量即Q=75%Q'=13125m 3/h ，查得： V=2.06m/s,1000i=2.7 所以Σh=1.1×2.7÷1000×1000=2.97m （式中1.1是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 p 粗估为2m
则水泵设计扬程为：
H=H st +Σh+Σh p +H 安全（安全水头取2～3m ） 设计枯水位时，H max =8.922+2.97+2+2=15.892m 设计洪水位时，H min =0.822+2.97+2+2=7.792m 水泵设计流量Q=Q'÷4=4375m 3/h
4.4水泵机组选择（参照教材P184—185）
（1）管道特性曲线的绘制 管道特性曲线的方程为：（教材P32式2.68） H=H ST +Σh=H ST +SQ 2
式中： H ST ——最高时水泵的净扬程，m; Σh ———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 。

H ST =8.922m ，把Q=10937.5m 3/h ，H=15.892m 代入上式得：S=5.83×10-8 所以管路特性曲线为：H=8.922+5.83×10-8Q 2 可由此方程绘制出管路特性曲线,见表1：
表4.4.1 管路特性曲线Q-H 关系表
Q(m 3/h) 0 1500 3000 4500 6000 ∑h(m) 0.000 0.131 0.525 1.181 2.099 H(m0 8.922 9.053 9.447 10.103 11.021 Q(m 3/h) 7500 9000 10500 12000 13500 ∑h(m) 3.279 4.722 6.428 8.395 10.625 H(m) 12.201 13.644 15.350 17.317 19.547 Q(m 3/h) 15000 16500 18000 ∑h(m) 13.118 15.872 18.889 H(m) 22.040 24.794 27.811
(2)水泵选择(从设计规范11电子稿上选的)
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。

根据水泵样本选定水泵：
方案一：2台24SA －18D （乙式）+1台32SA －19J （丙式）型工作水泵，其工况点如图
0.00
10.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.000.00
5000.0010000.0015000.0020000.00
1台泵2台泵系列3管路3台泵效率1效率2
图4.4.1 方案一 水泵特性曲线，管路特性曲线和水泵工况点
方案二：2台24SA －18D+1台32SA －19J （乙式）型工作水泵，其工况点如图
0.00
10.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.00100.000.00
5000.00
10000.00
15000.00
20000.00
1台泵2台泵系列3管路3台效率1效率2
图4.4.2 方案二 水泵特性曲线，管路特性曲线和水泵工况点
对上述两个方案进行比较，主要在水泵台数、效率及其扬程浪费
几个方面进行比较，比较结果见表4.4.2方案比较表（表中最小工作流6000m 3）：
方案编号
水量变换范围
3(m 1-⋅h ）
运行水泵型
及台数 水泵扬程
m
管路所需 扬程
m
扬程浪费
m
水泵效率
%
方案一
11400~8000 2台24SA18D （乙式） 1台32SA19J （丙式） 20.8~16.5 12.7~16.5 8.1~0
80.0~84.7 81.6~83.2
8000~6000 2台24SA －18D 17.8~12.7 11.0~12.7 6.8~0 85.1~78.2
方案二
11400~7980
2台24SA －18D(乙式) 1台32SA －19J （乙式）
21.4~16.6 12.7~16.6 8.7~0
77.4~84.7 90.2~85.6
7980~6000
2台24SA －18D 17.9~12.7 11.0~12.7 6.9~0 84.9~77.7
从表4.4.2中可以看出在扬程及水泵效率方面，方案一都略优于方案二。

所以， 选定工作泵为2台24SA-18D+1台32SA-19J(丙式)水泵。

其性能参数如下： 24SA-18D （乙）：Q=3240 m 3/h ，H=16.0m ，N=200kW ；Hsv=5.1m ；n=730r/min ，
质量W=3300kg；
32SA-19J(丙式)：Q=4615 m3/h，H=17.0，N=260kW；Hsv=6.4m，n=585 r/min, 质
量W=6000kg。

2台24SA-18D型+1台32SA-19J(丙式)水泵并联工作，其工况点对应的流量和扬程为11400 m3/h和16.6m ,满足泵站设计工作流量要求。

近期再选一台32SA-19J(丙式)水泵作为备用泵，泵站共设有2台24SA-18D 和2台32SA-19J(丙式)，3用1备；远期设计流量Q=17500 m3/h，所以预留两个泵坑，作为远期增加泵来满足流量要求。

4.5确定电机(设计手册11)
根据水泵样本提供的配套可选电机，选定Y400-50-8电机和JSQ157-10，其参数如下：
额定电压V=V；N=200kW；n=；W=2700kg；
额定电压V=V；N=260kW；n=；W=3900kg。

4.6水泵机组基础设计（教材P186）
（1）24SA-18D型水泵不带底座，所以选定其基础为混凝土块式基础，其基本计算如下：
1）基础长度
L/mm=地脚螺钉间距+（400~500）=4218
设计取4300
2）基础宽度
B/mm=地脚螺钉间距+（400~500）=Bo+(400~500) =710+490=1200
3)基础高度
H/m={(2.5~4.0) ×(W水泵+W电机)}/{L×B×p}
其中：W水泵——水泵质量（kg）；
W电机——电机质量（kg）；
L——基础长度（m）；
B——基础宽度（m）；
p——基础密度（kg/ m3）（混凝土密度p=2400kg/ m3）。

则水泵基础高度为：
H/m={3.0 ×(3300+2700)}/{4.218×1.200×2400}=1.47m
设计取1.5m；
那么，混凝土块式基础的尺寸（m）为L×B×H=4.3×1.2×1.5。

（2）32SA-19J型水泵不带底座，所以选定其基础为混凝土块式基础，其基本计算如下：
1）基础长度
L/mm=地脚螺钉间距+（400~500）=4061
设计取4100
2）基础宽度
B/mm=地脚螺钉间距+（400~500）=Bo+(400~500) =1100+400=1500
3)基础高度
H/m={(2.5~4.0) ×(W水泵+W电机)}/{L×B×p}
其中：W水泵——水泵质量（kg）；
W电机——电机质量（kg）；
L——基础长度（m）；
B——基础宽度（m）；
p——基础密度（kg/ m3）（混凝土密度p=2400kg/ m3）。

则水泵基础高度为：
H/m={3.0 ×(3900+6000)}/{4.100×1.500×2400}=2.01m
设计取2.0m；
那么，混凝土块式基础的尺寸（m）为L×B×H=4.1×1.5×2.0。

4.7吸水管路和压水管路设计计算（教材P186）
由图4.4.1知：1台24SA-18D型水泵的最大工作流量为4200 m3/h（1166.7 L/s），1台32SA-19J型水泵的最大工作流量为6000 m3/h（1666.7L/s）。

6000 m3/h
为水泵吸水管和压水管所通过的最大流量，初步选定吸水管管径DN=1200mm，压水管管径DN=1000mm。

当吸水管DN=1200mm时，流速v=1.47m/s。

（一般在1.2~1.6m/s范围内）当压水管DN=1000mm时，流速v=2.12m/s。

（一般在2.0~2.5m/s范围内）说明上述管径选择合适。

4.8吸水井设计计算（教材P186）
吸水井尺寸应满足安装水泵吸水管进口喇叭口的要求。

吸水井最低水位/m=泵站所在位置地面标高—清水池有效水深—清水池至吸水井管路水头损失
吸水井最高水位/m=清水池最高水位=泵站所在位置标高
水泵吸水管进口喇叭口大头直径DN/mm≥(1.3~1.5)d=1.33×1200=1600 水泵吸水管进口喇叭口长度L/mm≥（3.0~7.0）×（D－d）=
4.0×（1600－1200）=1600
喇叭口距吸水井井壁距离/mm≥（0.75~1.0）D=0.75×1600=1200
喇叭口之间距离/mm≥（1.5~2.0）D=1.5×1600=2400
喇叭口距吸水井井底距离/mm≥0.8D=1.0×1600=1600
喇叭口淹没水深h/m≥（0.5~1.0）=1.2
所以，吸水井长度=16000mm（注：最后还要参考水泵机组之间距离调整确定），吸水井宽度=4000mm，吸水井高度=10550mm（包括超高300）。

4.9各工艺标高的设计计算（教材P187）
泵轴安装高度 Hss=Hs－v2/2g－∑h
s
式中 Hss ——泵轴安装高度（m ）； Hs ——水泵吸上高度（m ）； g ——重力加速度（m/ s 2）；
∑h s ——水泵吸水管路水头损失（m ）。

查得水泵吸水管路阻力系数1ξ=0.10（喇叭口局部阻力系数），2ξ=0.60（90弯头局部阻力系数），3ξ=0.01（阀门局部阻力系数），4ξ=0.18（偏心渐缩管局部阻力系数）。

24SA-18D （乙）型水泵Hs=5.1m ，32SA-19J （丙） 型水泵Hs=6.4m 。

经过计算并考虑长期运行后水泵性能下降和管路阻力增加等，取∑h s =1.00m ，则： （1）24SA-18D （乙）：
Hss/m=5.1-1.472/2×9.8-1.0=3.99 泵轴标高/m=吸水井最低水位+ H ss =24.26+3.99=28.25
基础顶面标高/m=泵轴标高-泵轴至基础顶面高度（设计手册11查得）
H 1=28.25-0.4=27.85
泵房地面标高/m=基础顶面标高-0.20 =27.85-0.20=27.65 （2）32SA-19J （丙）： Hss/m=6.4-1.472/2×9.8-1.0=5.29 泵轴标高/m=吸水井最低水位+ H ss =24.26+5.29=29.55
基础顶面标高/m=泵轴标高-泵轴至基础顶面高度（设计手册11查得）
H 1=29.55-0.63=28.92
泵房地面标高/m=基础顶面标高-0.20 =28.92-0.20=28.72
4.10复核水泵机组
根据已经确定的机组布置和管路情况重新计算泵房内的管路水头损失，复核所需扬程，然后校核水泵机组。

泵房内管路水头损失：
∑h 泵站内/m= ∑h s + ∑h d =1.20+0.70=1.90
H/m= H SS +H Sd +Σh s +Σh d +H 安全+H 泵站 =H ST +Σh+ H 安全+H 泵站 =8.922+2.97+2+1.90+2=15.792 与估计扬程基本相同，选择的水泵合适。

4.11消防校核（教材P114）
泵站中的水泵选好后，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，检验其是否满足消防时的要求。

就消防用水来说，一级泵站的任务是在规定的时间内向清水池中补充必要的消防储备用水。

由于供水强度小，一般可以不另设专用的消防水泵，而是在补充消防储备用水时间内，开动备用水泵用水以加强泵站的工作。

因此，备用泵的流量可用下式进行校核：
Q=2a
f r
f
t
Q Q
Q
a2
)
(
2'-
+
式中 Q
f
——设计的消防用水量（m3/h）；
Q’——最高用水日连续最大2小时平均用水量（m3/h）；
t
f
——补充消防用水的时间，从24~28h，由用户的性质和消防用水量的大小决定，见建筑防火设计规范；
a——计及净水构筑物本身用水系数。

经计算校核符合消防用水量。

4.12泵房形式的选择及机械间布置
水泵机组采用单排横向排列布置。

（因为所选的泵是兼有侧向进水和侧向出水的离心泵）（教材P116.117）
每台水泵都单独设有吸水管，并设有手动常开检修阀门，型号为D343H，DN=1200mm,L=470mm,W=1460kg。

(阀门在设计手册12)
压水管设有液压缓闭止回蝶阀，型号为HBH41H-10液控止回阀，DN=1000mm，L=410，W=2104kg；电动控制阀门，型号为PD971F-25Q电动蝶阀，
DN=1000mm,L=300mm,W=875kg。

设有联络管（DN=1200mm）联络后，联络管上设有手动常开检修阀门，型号为D343H，DN=1200mm,L=470mm,W=1460kg。

泵房内管路采用直进直出布置，直接敷设在室内地板上。

选用各种弯头、三通和变径管等配件，计算确定机械间长度（教材P117）为42.0m和宽度12.0m。

4.13泵站的辅助设施计算（教材P190）
（1）计量设备
在压水管上设超声波流量计，选取SP-1型超声波流量计2台，安装在泵房外输水干管上，距离泵房7m。

在压水管上设压力表，型号为Y-60Z，测量范围为0.0-1.0MP
a。

在吸水管上设真
空表，型号为Z-60Z，测量范围为-1.01⨯105-0 P
a。

（2）起重设备
选取SQ-6T起重机-SQ，起重量6t跨度6~18m，起升高度8~18.8m。

（3）引水设备
水泵是自灌式工作，不需要引水设备。

（4）排水设备
设污水泵2台，一用一备，设集水坑1个，容积（m3）取为2.0⨯1.0⨯1.5=3.0。

选取50WQ10-10-0.75型潜水排污泵，其参数为
Q=10L/s；H=10m；n=1440r/min；N=4.0kw。

4.14泵站平面布置
根据起重机的要求计算确定泵房净高度为m，泵站长度42.0m，泵站宽度12.0。