《泵与泵站》课程设计

课程设计
设计名称《泵与泵站》课程设计
题目名称送水泵房设计
专业给水排水工程
年级班别12给水排水（2）
学号xxxxxxx
学生姓名xxx
指导教师xxx
2014年1月16日
《泵与泵站》课程设计说明书
本课程设计的任务是根据所给定的原始资料设计某城市新建给水工程的送
水泵房。

一、设计目的
本课程设计的主要目的是把《泵与泵站》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，同时培养同学们有条理地创造性地处理设计资料的独立工作能力。

二、设计基本资料
1、某城市最高日用水量为4 万m3/d，时变化系数K h=1.6，日变化系数
K d=1.3，管网起点至最不利点水头损失为12m，最不利点地面标高为20m，楼房一般四层（服务水头20m），泵站至管网起点设两条输水管（均为铸铁管），每条长500m，管径500mm，泵站处地面标高为17.2m，吸水井最高水位17.70m，最低水位14.20m，按一处火灾核算，消防流量30L/s，发生火灾时管网起点至最不利点水头损失为17.50m，管网中无水塔。

2、地区气象资料可根据设计需要由当地气象部门提供。

3、水厂为双电源进行。

三、工作内容及要求
本设计的工作内容由两部分组成：
1、说明书
2、设计图纸
其具体要求如下：
1、说明书
（1）设计任务书
（2）总述
（3）水泵设计流量及扬程
（4）水泵机组选择
（5）吸、压水管的设计
（6）机组及管路布置
（7）泵站内管路的水力计算 （8）辅助设备的选择和布置 （9）泵站各部分标高的确定 (10)泵房平面尺寸确定
1、设计图纸
根据设计计算成果及取水构筑物的布置草图，按工艺初步设计要求绘制送水泵房平面图、剖面图及机组大样图，图中应绘出各主要设备、管道、配件及辅助设备的位置、尺寸、标高。

泵站建筑部分可示意性表示或省略，在图纸上应列出泵站主要设备及管材配件的等材料表。

一、总述
本设计中，送水泵房为矩形，长为23.472m ，宽为9.340m 。

泵房为半地下式，泵房上设有操作平台，建筑总高为9.447m 。

水泵采用两台12Sh-9A 型泵、两台20sh-9A 型水泵（一备一用），电机分别配JS-116-4型和JSQ-1410-6型。

吸水管采用DN700和DN500两种规格，压水管采用DN600和DN400两种规格。

管材为钢管，采用管路配件均为钢制零件。

起重机选用LD-A 型电动单梁起重机，起重量为5t 。

设200×200排水沟，选用50QWDL-15潜水排污泵，真空泵选用两台SZ-1J 型真空泵，一用一备。

二、设计流量的确定与设计扬程的估算：
（1）输水管管径的确定
查规范可得：输水铸铁管的设计流速范围1.0~1.5m/s ，最高日用水量为4万m 3/d ，有两条输水管，按每条输水管承担2万m 3/d 。

通过计算，当管径为500mm 时，输水管的流速为1.18m 3/s ，符合要求
（2）设计流量的确定
该城市管网无设置水塔，因此设计的泵站采取分级供水方式，既设计流量Q 按最高日最高时用水量计算，已知：最高日用水量Q d =4×104m 3/h ，时变化系数K h =1.6，因此最高日最高时用水量为：
s L s L Q K Q d h /741/3600
10241046.1243
4=⨯⨯⨯=⨯=
（3）设计扬程的估算 1）水泵所需的静扬程的H ST ：
当吸水井水位最高时：H ST=20.00－17.70=2.30m
当吸水井水位最低时：H ST=20.00－14.20=5.80m
水泵所需的静扬程由供水的最不利点决定，故水泵所需的静扬程为5.80m 2）泵站至管网起点的水头损失∑h输：
泵站至管网起点的水头损失，以最不利情况计算，既当一条输水管检修时，另一条输水管应通过75％的设计流量。

由此计算得出每条输水管的设计流量：
Q’=0.75Q=0.75×741L/s=556L/s
由《给水排水设计手册第一册》401页的水力计算表可查得
当Q=550L/s时，V=2.80m/s，1000i=20.7
当Q=560L/s时，V=2.85m/s，1000i=21.4
利用“内插法”可求得Q’=500L/s输水管的水力坡度i为：
1000i=21.089 v=2.83m/s
所以输水管的水头损失为：∑h输=1.1×21.089×10-3×500=11.60
（其中1.1是包括局部损失而加大的系数）
3）泵站内的管道水头损失h p初估计为2m
4）安全水头初估计为2m
5）已知管网最不利点的水头损失为12m，服务水头为20m。

则水泵的设计总扬程为：H=H ST+H sev+∑h输+∑h网+h p+安全水头
=5.80+20.00+11.60+12.00+2+2=53.40m
三、初选泵和电机
（1）可选用的泵及其性能
在课程设计当中，只考虑sh型水泵。

当在最不利的情况下，流量和扬程要求最大时，Q=471L/s,H=53.40，在sh型水泵性能曲线型谱图上画出a点（741,53.40）
流量和扬程要求最小时，Q=30L/s,由于流量极小。

泵站、输水管和配水管网中的水头损失也很小，现假定此三者之和为2m，则该点的扬程为：
H=H ST+H sev+2+h p+安全水头H=5.80+20+2+2=29.8m，故Q=30L/s，H=29.8m。

在Sh型水泵性能曲线型谱图上画出b点（30,29.8）。

连接a、b两点，选泵的范围即落在与ab连线相交的泵高效段内。

初选结果如下：
12Sh-9A 12Sh-9B 20Sh-9 20Sh-9A
各泵的参数见下表：
（2）管道的特性曲线
管道的的沿程阻力系数和局部阻力系数之和S=（∑h输+∑h网+h p）/Q2=（11.6+12+2）/0.7412=46.66（S2/m2）
故管道的特性曲线方程为H=H ST+SQ2=(5.8+20+2)+46.66Q2=27.8+46.66Q2（3）泵的组合方案及比较：
根据初选泵组合不同的方案，查手册《给水排水设计手册材料设备续册二》112页，在坐标纸上做出各泵的单泵特性曲线和不同组合下并联的特性曲线，以及管道特性曲线（见附图），结合附图与表格比较两个方案，选出最佳方案
经过对比可得出：方案一的扬程利用率高于方案二，同时方案一的泵效率优于方案二，并且方案一泵的型号整齐简单，易管理和维护，因此最终选择方案一，既为两台12Sh-9A，两台20Sh-9A（一台20Sh-9A为备用泵）
(4)电动机的选择
查看《给水排水设计手册第十一册》第一版（其余的参考手册为第二版），从泵的功率和转数，选择与之相匹配的电动机，最终确定电动机的方案
水泵型号电动机型号功率
(Kw)
转数
(r/min)
重量
(kg)
电压
(V)
12Sh-9A JS-116-4 155 **** **** 380 20Sh-9A JSQ-1410-6 380 985 3550 6000
（5）机组基础的确定
1)机组的基础尺寸
机组基础搭配总长
(mm)
总宽
(mm)
水泵重量
(kg)
电机重量
(kg)
总重量
(kg)
12Sh-9A、JS-116-4 2254 1020 809 1080 1889 20Sh-9A、JSQ-1410-6 3282 1340 2570 3550 6120
12Sh-9A泵与JS-116-4电动机组基础
20Sh-9A 泵与JSQ1410-6电动机组基础
2）基础高度的确定
12-Sh-9A 型水泵与JS-116-4型电机的基础高度：
m m LBr H 05.123520
1010201022541018890.30.33
31=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==--ω 20Sh-9A 型水泵与JSQ-1410-6型电机的基础高度：
m m LBr H 78.123520
1013401032821061200.30.3332=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==--ω
四、吸、压水管路的设计
（1）查《给水排水快速设计手册》可得吸压水管的流速要求如下： 管径（mm ） d ＜250 250≤d ＜1000 吸水管流速（m/s ） 1.0~1.2 1.2~1.6 压水管流速（m/s ）
1.5~
2.0
2.0~2.5
（2）在水泵的单泵特性曲线、并联特性曲线和管道的特性曲线图上可看出： 1）单台12Sh-9A 水泵单独运行时，最大流量Q=290L/s ，吸水管采用钢管，查《给水排水设计手册第一册》367页：
吸水管：D=500mm ，V=1.42m/s ，1000i=5.23 压水管：D=400mm ，V=2.24m/s ，1000i=17.3
2）单台20Sh-9A 水泵单独运行时，最大流量Q=590L/s ，吸水管采用钢管，查《给水排水设计手册第一册》367页：
吸水管：D=700mm ，V=1.53m/s ，1000i=4.0 压水管：D=600mm ，V=2.02m/s ，1000i=8.3
五、机组及管路布置
（1）机组布置
本设计的送水泵站为矩形，机组布置采用横向排列的方式。

每台泵都有单独的吸水管，各泵的压水管引出泵房后在连接起来，最后汇到两台DN500的铸铁管输水管中。

(2)管路的布置
管路布置见下图：
管路布置图
12Sh-9A水泵的管路的配件见下表
20Sh-9A水泵的管路的配件见下表
4 手动闸阀Z41T-10型明杆楔式
0.06 2
DN=700，L=660
5 柔性接头可曲挠橡胶接头
0.21 2 DN=700，L=260
6 偏心渐缩管DN700×DN500,L=706 0.2 2
压水管路
7 同心渐扩管DN600×DN300,L=520 0.34 2
8 柔性接头
可曲挠橡胶接头
0.21 2
DN=600，L=260
9 止回阀
H44TX-10旋启式
1.7 2
DN=600，L=1300
10 电动蝶阀
D971X型电动对夹式
0.2 2
DN600，L=155
11 90°异径弯头DN600×DN500 0.67 2
12 柔性穿墙套管DN600,L=500 / 2
说明：
1)12Sh—9A的吐出锥管尺寸为DN200×DN300，L=500mm。

20Sh—9A的吐出锥管尺寸为DN300×DN500，L=1000mm
2)为了节省面积，闸门井设在泵房外，井的直径为2000mm，闸门井中设的是一个DN500的电动蝶阀和DN500的手动蝶阀
六、泵站内管道的水头损失计算
取一条最不利线路，从20Sh-9A吸水口经过闸门井最终到输水干管为计算线路图（如下图所示）
泵站内部最不利线路
（1）吸水管路的水头损失∑hs
本设计取吸水管长为8m ，由四（2）可得，吸水管中的流速为V 1=1.53m/s ，
流入泵中的速度V 2为：
m/s ....D Q V 0135
0143590044222=⨯⨯==π 吸水管的水力坡度1000i=4.00，因此： m 3.08.9201.320.08.9253.121.006.068.056.08004.0g
2g 2l 2222521432111=⨯⨯+⨯⨯++++⨯=+++++⨯=∑）（）（V V i h s ξξξξξ
（2）水泵本身的水头损失
m 46.08.9201.30.1g 222
2=⨯⨯==∑V h 泵泵ξ
（3）压水管路的水头损失∑h d
本设计取压水管长为20m ，由四（2）可得，压水管中的流速为V 3=2.02m/s
在DN500的输水管的流速V 4为：
s /m 01.35
.014.3590.044225=⨯⨯==D Q V π
压水管的水力坡度1000i=8.3，因此： m
V V i h d 83.18.9201.32.02.05.11.01.028.9202.267.02.07.121.034.0200083.0g 2)2(g 2l 2
22
515141312112310987622=⨯⨯++++⨯+⨯⨯+++++⨯=++++++++++⨯=∑）（）（）（ξξξξξξξξξξ(注：根据最不利点各个三通的水流特点，131211ξξξ、、分别取0.1、0.1、1.5) 终上所述可得：泵站内部的水头损失为：
m 59.2m 83.146.03.0h h h d s =++=++=∑∑∑∑泵泵站h
水泵所需的实际扬程为：
H=H ST +H sev +∑h 输+∑h 网+∑h 泵站+安全水头
=5.80+20.00+11.60+12.00+2.59+2=53.99m
七、消防校核
消防按一处发生火灾进行计算可得：
消防所需扬程：H=H ST +H sev +∑h 输+∑h 网+∑h 泵站+安全水
=5.8+10+11.60+17.50+2.59+2=49.49m （该式中消防的服务水头取10m ）
消防所需流量：Q=741+30L/s 。

在坐标纸上做出点（771,49.49），可得所选的水泵在发生火灾时无需备用泵也能满足消防要求
八、辅助设备的选择和布置
（1）起重设备
水泵和电机是不带底座的，因此泵和电机可以分开起吊。

最大的起重设备为电机JSQ-1410-6，重量3550kg 。

泵房大概跨度为8米多，查《给水排水设计手册第十一册》670页，选择LD-A 型电动单梁起重机，跨度L k =7.5米，起重量为
5吨。

（2）真空泵的选择
启动引水设备选用真空泵，真空泵的排气量Q 为
min /50.0min /)00.233.10(333.10)385.06.35.0414.3(
10.1)()(332m m H H T H W W K Q ss a a s p =-⨯⨯+⨯⨯⨯=-+= （注：20Sh-9A 的吸水口到出水闸阀的距离为3.6m ）
真空泵的最大真空度H vmax
mmHg mmHg H v 14733
.107602max =⨯= 查《给水排水设计手册第十一册》173页，选用两台SZ-1J 型真空泵(一用一备）
（3)排水设备
在泵房内设排水沟200×200，另设50QWDL-15潜水排污泵
(4)通风设备
泵房设计为半地下室泵房，采用自然通风设有高低窗，并且保证足够的开窗面积
九、泵站各部分标高的确定
（1）泵的安装高度
12Sh-9A 水泵的允许吸上真空高度H s=4.5m ，20Sh-9A 水泵的允许吸上真空高度H s=4.0m ，所以按20Sh-9A 水泵来计算安装高度H ss （假设水温为20℃，海拔为100m ）
m m h g V H H s s ss 11.33.08.9201.3))20.1033.10(4(22
2
2'=-⨯---=--≤∑ 所以安装高度取2.5m
（2）吸水井高度的确定
1）按照规范，从吸水井最低水位到喇叭口的浸没深度不应小于0.5~1.0m ，
取浸没深度为1.0m，故喇叭口的标高为 H
=14.20－1.0m=13.20m
喇叭口
2）按照规范，从吸水井井底到喇叭口的距离应符合0.8D，D为喇叭口的最
=13.20－0.8×1.050m=12.36m
宽出口的直径。

即H
井底
（3）各泵轴、管轴和基础的标高确定
1）由九（1）可得安装高度为2.5m，则泵轴的标高H泵轴=14.20+2.5m=16.70m，查手册《给水排水设计手册材料设备续册二》得：
2）20Sh-9A各标高的确定
吸水管的管轴标高
=16.70－0.425m=16.275m
吸轴
=16.70－0.545m=16.155m
压水管的管轴标高H
压轴
16.70-0.900m=15.800m
基础的标高H
基础
3）12Sh-9A各标高的确定
吸水管的管轴标高
=16.70－0.265m=16.435m
吸轴
=16.70－0.304m=16.396m
压水管的管轴标高H
压轴
基础的标高H
16.70-0.520m=16.18m
基础
=15.8-0.4m=15.400m（基础突出地面的高度定为0.4m）4）泵房地面标高H
泵地
（4）泵房工作平台的标高
泵房工作平台设计为比地面高出400mm，所以工作平台的标高：
H工作=17.20+0.4m=17.60m
（5）泵房顶的标高
根据规范和手册，查出起重机的规格和要求，列出下表：
综上可得，泵房到工作平台的高度H=0.1+0.56+1.13+2.1+1.457+2m=7.347m
=17.50+7.347m=24.847m
所以，泵房顶的标高H
房顶
（6）泵房的平面尺寸的确定
1）泵房的长度
由于电动机的功大于55KW，按照横向排列各部分的尺寸的要求所得，基础与基础之间的距离为2m，基础与墙的距离为3.2m,，所以泵房的长度为: L=3.2×2+2×3+2×2.254+2×3.282m=23.472m
2）泵房的宽度
为了使在泵房内的设备能够易安装和拆卸检修，吸水管一侧距墙的宽度大于1.5m，考虑吸水管设有其他配件，取3m，压水管一侧距墙的宽度大于3m，考虑压水管设有较多的其他配件，取5m，所以泵房的宽度为：
B=3+5+1.340m=9.340m。