水泵与泵站课程设计说明书

目录
1 设计任务和设计依据 (1)
1.1设计任务 (1)
1．2设计依据 (1)
2 确定设计的流量和扬程 (2)
2.1设计工况点的确定 (2)
2. 2校核工况点的确定 (2)
3 初步选泵和电动机 (3)
3.1选泵 (3)
3.1.1水泵的选择 (3)
3.1.2选泵方案比较 (4)
3.2动力设备的配置 (5)
4 泵站机组的布置 (5)
4.1设计机组的基础 (5)
4.1.1机组的外形及安装尺寸 (6)
4.1.2基础尺寸 (7)
4.2机组的布置 (8)
4.3布置的优缺点 (8)
5 吸水管和压水管的设计 (8)
5.1管道布置图式 (8)
5.2水泵的吸水管和压水管的直径计算 (9)
5.3管材及配件规格决定 (9)
6 吸水井的设计 (9)
6.1吸水井的布置 (9)
6.2吸水井的计算 (10)
7 校核水泵和电动机 (10)
8 确定泵房内标高和泵房尺寸 (11)
8.1水泵安装高度的计算 (11)
8.2泵房尺寸的确定 (12)
8.3泵房内标高的计算 (13)
9 泵站变配电设施 (13)
10 选定泵站中的附属设备 (13)
11 水锤防护及噪声消除 (14)
11.1水锤防护 (14)
11.2噪声消除 (14)
参考文献 (14)
1 设计任务和设计依据
1.1设计任务
进行25万吨给水泵站设计
选择水泵、配置动力设备，布置机组、设计吸水及压水管路和计算确定水泵的安装高度。

另外要进行泵站平面和高程设计及泵站内主要附属设备的选择。

1．2设计依据
Ⅰ原始资料:
1、最高日用水量40000（每人递加10000）m3/日。

2、最高日用水量变化见下图中曲线。

3、最高日最高时管网水头损失10（100000以下每人递增1m，100000以上每人递增2m）m。

4、管网最不利点标高65 m。

5、消防用水量（50000以下为1000，50000-100000为3000，大于100000为5000）m3。

6、消防时管网水头损失15 m。

7、火灾发生处标高63 m。

8、城市管网无调节水池，建筑物层数为 3 层。

9、泵站所在地地面标高57 m。

10、吸水池最低水位标高54米，最高水位标高56m。

11、泵站所在地最高水温30 ℃。

12、最大冻土深度0.6 m。

13、地下水位 2.5 m。

14、吸水池与泵站距离10m（净距）。

15、泵站附近有独立双电源。

Ⅱ设计原则：
①在满足最大工况要求的水量和水压条件下，应尽可能减少能量的浪费。

②力求泵型统一，使型号整齐，互为备用。

当用水量与∑h值变化大时，应考虑大小泵搭配，但型号不宜过多，电机电压尽量一致。

③事故时泵站不允许断水，但可以适当降低供水量，其保证率与管网相同。

④保证吸水条件，减少泵站埋深以节省基建投资。

2 确定设计的流量和扬程
2.1设计工况点的确定
Qmax采用城市最高日最高时用水量，()
Qmax= 250000*5.5%／3600*1000=3819.44 L／s，取3820
HP=(Z0—Zp十Hsev十h管网十h输水十h站内)×1.05（m）
式中：HP —泵站按Qmax供水时的扬程；
Z0 —管网最不利点的地形标高65m；
Zp —泵站吸水池最低水面标高54m；
Hsev —管网最不利点的自由水头16(三层)；
h管网—最高日最高时供水量时管网水头损失46m：
h输水—最高日最高时供水量时输水管水头损失：有时输水管很短，这部分损失常包括在h管网内；
h站内—泵站内吸、压水管管路系统水头损失，估算为2—2.5m取2.5；
1.05 —安全系数。

HP=(Z0—Zp十Hsev十h管网十h输水十h站内)×1.05=(65-54+16+46+0+2.5)*1.05=79.3m取80m
2. 2校核工况点的确定
Q’= Qmax+Q消(L/s)
Q消=5000*5.55%/3600*1000=76.4
Q’=Qmax+Q消=3820+76.4=3896.4L/s
式中：Q消—城市消防用水量；
HP’=(Z0—Zp十10十h’管网十h’输水十h’站内)×1.05（m）
HP’=(65-54+10+15+0+2.5)*1.05=40.43m
3 初步选泵和电动机
3.1选泵
选泵要点：
选泵就是要确定泵的型号和台数。

对于各种不同功能的泵站，选泵时考虑问题的侧重点也有所不同，一般归纳如下：
大小兼顾，调配灵活
首先要满足最高供水工况的流量和扬程要求，并使所选水泵特性曲线的高效率范围尽量平缓，对特殊工况，必要时另设专用水泵来满足其要求；选泵时不能仅仅只满足最大流量和最高水压的要求，还必须全面顾及用水量的变化。

在水量和所需的水压变化较大的情况下，选用性能不同的泵的台数越多，越能适应用水变化的要求，浪费的能量越少。

型号整齐，互为备用
从泵站运行管理与维护检修的角度来看，如果泵的型号太多则不变于管理。

一般希望能选择同型号的泵并联工作，这样无论是电机、电器设备的配套与贮备，管道配件的安装与制作均会带来很大的方便。

但一般尽量减少水泵台数，选用效率较高的大泵，但亦要考虑运行调度方便，适当配置小泵，通常取水泵房至少需设2台，送水泵房至少2—3台（不包括备用泵）。

合理地用尽各泵的高效段
工水泵选择必需考虑节约能源，即况点落在高效段内是泵工作的点，所以应使泵站设计所要求的流量和扬程落在高效段，即泵应在高效率段运用行，除了选用高效率泵外，还可考虑运行工况的调节，特别对经常运行工况。

（4）泵与泵站间的联系
尽可能选用允许吸上真空度值大或必需气蚀余量值小的泵，以提高水泵安装高度，减少泵房埋深，降低造价；
3.1.1水泵的选择
按照给水泵站的节能设计进行设计：
若是选用不同型号的的泵两调n定，使用公式
2 Q1+nQ2=Q
Q1=2Q2
H=HP
两调一定Q1 =1528，Q2=764；
两调两定Q1=1274，Q2=637；
两调三定Q1=1092，Q2=546；
选用同型号的泵，使用公式：
2 Q1+n Q1 =Q
H=HP
n=1,Q1=1273;
n=2 ,Q1 =955;
n=3,Q1=764 ;
n=4,Q1=637;
以上单位是L／s；
其中不同型号的不能找到对于两个流量都合适的泵，所以选择同型号的泵，其中n=1,Q1=1273; HP=80m
选择了800s80
n=2 ,Q1 =955; HP=80m
找不到合适型号的泵
n=3,Q1=764 ; HP=80m
选择了24SA-6
n=4,Q1=637;
选择了500s98
表1泵数据表
型号800s80 24SA-6 500s98
流量1488-2232L/s 888．9L/s 1620-2340m³/h
扬程89-71m 100m 114-79
3.1.2选泵方案比较
24SA-6功率大，资料不全，流量供给在并联后可能不足，500s98考虑到后期运行以及各种管件的损失可能存在扬程不足的问题。

考虑到近远期相结合的观点，选用800s80，可以在非用水高峰期使用两台泵，再用水量较大时启动三台泵，随着人们生活水平的提高可以启动备用。

3.1.3消防校核
图-1 800s80性能曲线
800s80的性能曲线如上
把这个按并联的法则画出来三台泵的并联曲线，发现（3896.4，40.43）在曲线下，用另一种方法检验2800*3*80%=6720>3896.4，即取扬程40.43m时的流量，乘以80%。

通过消防校核，取用800s80型的泵是可以的。

3.2动力设备的配置
选择电机时一般考虑四个因素：水泵的轴功率N轴，水泵的转数n，周围的环境和电源电压。

水泵样本中配有合适的电机，据此选择。

所选水泵配备的电动机的功率、转数、电压及型号，列成下表说明。

表2 动力设备表
水泵型号轴功率转数电动机型号功率转数电压800s80 1630KW 730r/min Y2000-8/1730 2000KW 744 6000V
4 泵站机组的布置
机组布置应使泵站工作可靠、管理方便、管道布置简单，泵站建筑面积及跨度最小，并考虑有发展的可能。

4.1设计机组的基础
在确定水泵型号和台数及配套的电动机之后，机组（水泵与电机）尺寸大小已经确定可以从设计手册中查得，根据尺寸确定基础大小。

4.1.1机组的外形及安装尺寸
图2泵外形图
图3机组外形图
表3泵外形尺寸表
表-4电动机尺寸表
4.1.2基础尺寸
由于选用的是大型泵所以没有底座，计算方法是取地脚螺栓的间距加上0.4~0.5m 基础长度：泵与电机总长5.28m 所以基础长度取5.78m
基础宽度，泵宽1.08m ，电机宽2.16m ，所以基础宽度取2.66m 基础高度，因不知道地脚螺栓的长度，所以用重量算，
图-4泵机组及管道布置简图
H ＝{（2.5~4.0）× (电机
泵W W +)÷（L ×B ×ρ） ＝3.5×(1200+2065)÷（3×1.1×2400）＝1.44m
其中 水泵W —水泵重量（kg ）; 电机W
—电机重量（kg ）; L —基础长度（m ）; B —基础宽度（m ）;
—基础密度（kg/m3）(混凝土密度ρ＝2400 kg/m3)
泵重7400kg，电机重5000kg，混凝土的密度2400kg/m³。

12400*4/(2400*5.78*2.66)=1.344m,高出地坪0.2m，埋入1.1m
4.2机组的布置
布置原则：水泵机组间距一不防碍操作和维修的需要为原则，机组布置应保证运行安全，装卸，维修和管理方便。

侧向进、出水的泵，采用横向排列的方式比较好。

泵机组的基础长度较小，因此横向排列虽然稍增长泵房的长度，且只需要采用一套起重设备，进出水管顺直，水利条件好，节省电耗。

故本设计方案中采用横向排列如下图（图-4）。

详见书本164 与后面管道的铺设合为一张
如图-4所示。

卧式水泵和小叶轮立式水泵机组的布置应遵守下列规定：
A．单排布置时，相邻两个机组及机组与墙壁间净距
电机容量≤55千瓦时，≥1.0米；
电机容量>55千瓦时，≥1.2米。

B．还应保证泵轴和电机转子在检修时能拆卸。

C．泵房主要通道不小于l .2米。

D．当考虑就地检修时，至少在每个机组一侧设置大于水泵机组宽度0.5米的通道。

其中：
A=最大设备宽+1=2.16+1=3.16m
B=泵机组宽+0.5=2.16+0.5=2.75m
C=电机轴长+0.5=1.982m;取两米
D取1m
E=C=1m。

4.3布置的优缺点
优点：
泵机组的基础长度较小，且只需要采用一套起重设备，进出水管顺直，水利条件好，节省电耗。

存在的问题：横向排列稍增长泵房的长度，
5 吸水管和压水管的设计
5.1管道布置图式
与机组的布置合为一张图，使用联络管，进口处设喇叭口，管径为管道的1.5倍。

考虑到检修在管的两侧设计了闸阀，为保证供水量联络管及输水管的管径稍大。

每台泵的压水管上都设置了止回阀和闸阀，保证发生事故时仍能正常供水。

站内管道大于500毫米，设在专门的地下室中，这时闸阀应在机器间内操作，
半地下式泵站，把管道直接设在地板上。

5.2水泵的吸水管和压水管的直径计算
吸水管管径应根据泵的最大抽水量及设计流速决定。

最大抽水量是指该泵在单独工作或并联中可能出现的最大出水量，设计流速根据《室外给水设计规范》GB50013-2006可按下述数据决定：
d<250mm v采用1.0~1.2m/s；
d=250～1000mm v采用1.2~1.6m/s；
d≥1000mm v采用1.5~2.0m/s。

当水泵为自灌式时，设计流速可增至1.6~2.0m/s。

压水管管径按通过的最大流量及设计流速决定，设计流速可按下述数据决定：
d<250mm v采用l .5~2. 0m/s；
d=250～1000mm v采用2.0~2.5m/s；
d≥1000mm v采用2.0~3.0m/s。

按照以上规范，计算得到吸水管，压水管，输水管直径及流速如下：
表-5管道数据表
管道名称吸水管压水管输水管
管径（mm）1000 800 1200
流速（m/s） 1.617 2.53 2.25
5.3管材及配件规格决定
管材全部使用钢管
吸水管路设置每条管路喇叭口，渐缩管2个，阀门一个，泵上设置，压力表，真空表。

压水管每条管路设置电磁流量计，橡胶接头，止回阀，还有闸阀
输水管和联络管设置两个三通，两个焊接三通，闸阀。

因为使用的是大泵，管径和流量较大，所以都是电动闸阀。

6 吸水井的设计
6.1吸水井的布置
吸水井设在泵房前，水泵吸水管伸入井内吸水。

多台水泵吸水管共用一井，将水井分成二格，中间隔墙上设置连通管和闸阀。

6.2吸水井的计算
吸水井的长度=nD+(n-1)×(1.5-2.0)×D+2×（0.75-1.0）D
其中，D为喇叭口直径，n为吸水喇叭口的个数。

吸水井的宽度=（0.75-1.0）D+4D
吸水井的有效高度=吸水井的最高水位标高- 吸水井的最低水位标高+ 吸水喇叭口的最小淹没深度h1+吸水喇叭口距井底的距离h2。

D取1.0~1.5倍，取1.5m
吸水井的长度=nD+(n-1)×(1.5-2.0)×D+2×（0.75-1.0）D
=4*1.5+3*2*1.5+1.5
=16.5m
考虑到设置隔板及泵房的长度很大，所以取20m
吸水井的宽度=（0.75-1.0）D+4D
=1.5+4*1.5=7.5m
吸水井的有效高度=吸水井的最高水位标高- 吸水井的最低水位标高+ 吸水喇叭口的最小淹没深度h1+吸水喇叭口距井底的距离h2。

=56-54+0.8*2*1.5
=4.4m
吸水井容积：16.5*7.5*4.4=544.5m³
最大一台水泵五分钟的吸水量1273*60*5=381.9m³
吸水井尺寸计算出来吸水井的有效容积大于泵站内最大一台泵的5min抽水量。

7 校核水泵和电动机
表-6水力计算表
吸水管
管件ξ局部水头损失（m）
喇叭口0.1 0.013
渐缩管0.2 0.07
弯头 1.08 0.14
阀门0.05 0.067
水泵入口 1 0.32
管件ξ局部水头损失（m）
渐放管0.21 0.22
止回阀0.7 0.54
阀门 0.06 0.019 电磁流量计 0 0
输水管和联络管
管件 ξ 局部水头损失（m ）
三通 1.5 0.48 焊接三通 1.8 0.576
沿程水头损失为吸水管：(10+1.2)*0.00276=0.309 压水管0.045*4=0.18m
每条管道的损失是 2.934m ，可以满足扬程和流量的要求。

8 确定泵房内标高和泵房尺寸
8.1水泵安装高度的计算
最大允许吸上真空高度HS ，0.2m 对HS 作出修正，变为HS ’
HS’=HS -(10.33-ha)-(hva-0.24) =HS-(10.33-10.31)-(0.43-0.24) =-0.01m
计算该泵的安装高度Hss 。

图-5吸水管布置图
式中，hs — 吸水管中水头损失；
2
2S s V Hss H h g
'=--
图-6 起重设备图
g V 22
—为安装真空表处的流速头；
hs 包括从吸水喇叭口至真空表安装处的所有水头损失(沿程与局部)。

Hs=0.013+0.07+0.067+0.32+0.309=0.779m
g V 22可以根据最大抽水量和真空表处的过水断面积来计算。

速度取800mm 端口处，即泵进口法兰处，速度为2.53m/s 。

Hss=Hs ’-hs-V^2/2g=-0.01-0.779-0.32=-1.109m
8.2泵房尺寸的确定
选择起重设备，查得泵重7400kg ，电机重5000kg ，故选用桥式，选用电动双梁双钩桥式起重机。

选用16/3.2，跨度为10.5m 的起重机。

H1=0.3+0.1+2.09+0.7+0.85*2.1+2.1+0.3=5m
H=5+6=11m
平面尺寸：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，求得泵房为(长*宽)33.0m×13.0m。

8.3泵房内标高的计算
因为最低水位是54m，Hss为—1.109m,而地坪标高57m。

而泵轴高1.26m，基础高出地坪0.2m，采用半地下式。

54—1.109—1.26—0.2=51.431m
地底标高取51.00m
地上高5m。

9 泵站变配电设施
泵站属于一级供电负荷，泵站附近有独立的双电源，泵属于高压电设备，生活用电及控制电路需要低压电，所以需设置高压配电室及低压配电室。

10 选定泵站中的附属设备
管道上的附件如闸阀、逆止阀及喇叭口均在管道设计时选定，在前面部分已经交代。

因为采用半地下式采用排水沟和排水泵。

起重设备也已在前面交代。

下面列表说明，各附属设备和管件型号和规格。

另外还要设置耦合器，来供电机调速使用。

附属设备见下表
表-7 附属设备表
管件型号规格
D=800 止回阀HH49x—10微阻缓闭消
声蝶式止回阀
阀门Z945-电动暗杆闸阀D=1200，D=600，D=800 渐放渐缩管T型双承1000-800，600-800 起重机双梁双钩桥式起重机16t/3.2
排水泵100QW/1000-7-4
三通全法兰三通DN1=800，DN=1200
流量计MT900F电磁流量计D=800
11 水锤防护及噪声消除
11.1水锤防护
在压力管道中，由于流速的剧烈变化而引起一系列急剧的压力变化，交替升降的水力冲击现象，称为水锤。

而停泵水锤是指泵机组因突然失电或其他原因，造成开闸停车时，在泵及管路中水流速度发生递变而引起的压力递变现象。

我采取的防止水锤的方法是使用缓闭阀采用便于控制的电动闸阀，注意管道的布置。

11.2噪声消除
泵站中的噪声源主要有：电机噪声、泵和液力电机噪声、风机噪声、阀门噪声和变压器噪声等。

噪声还具有造成职业性听力损失，引起多种疾病，影响正常生活等危害。

我采用的防止噪声的方法是采用消声止回阀，值班室控制室等人经常出入的地方采用多空吸声材料。

水泵安装采用隔振基础。

参考文献
[1]姜乃昌主编.水泵及水泵站(M)(第五版).北京：中国建筑工业出版社，2008，12.
[2]中国市政工程西南设计研究院主编.给水排水设计手册(M)（第二版第1册）.北京：中国建筑工业出版社，2000，10.
[3]上海市政工程设计研究院主编.给水排水设计手册(M)（第二版第3册）.北京：中国建筑工业出版社，2004，4.
[4]中国市政工程西北设计研究院主编.给水排水设计手册(M)（第二版第11册）.北京：中国建筑工业出版社，2002，6.
[5]中国市政工程华北设计研究院主编.给水排水设计手册(M)（第二版第12册）.北京：中国建筑工业出版社，2001，6.
[6]上海市建设和交通委员会主编.室外给水设计规范（GB50013-2006）.北京：中国计划出版社，2006，4.。