水泵及水泵站课程设计

水泵及水泵站课程设计
1基本设计资料
基本情况
本区地势较高，历年旱情比较严重，粮食产量低。

根据规划，拟从附近河流扬水灌溉该区的10万亩农田，使之达到高产稳产的目的。

机电扬水灌区内主要作物有小麦、玉米、谷子和棉花等。

灌区缺少灌溉制度，现参考附近老灌区的灌水经验，拟定出本灌区灌溉保证率为75%的灌溉制度。

其设计灌水率如表1所示。

表1 设计年内灌水率
根据可能选择的站址，布置6个钻孔。

由地质柱状图明显的看出，3米以内表土主要是粘壤土，经土工试验，得到的有关物理指标为粘壤土的内摩擦角φ=35°，承载力为220kN/m2。

站址附近的地下水位多年平均在左右（系黄海高程）。

气象资料
夏季多年平均旬最高气温34℃，春、秋季干旱少雨，年平均降雨量为524mm，降雨年内分配极不均匀，每年7、8、9月的降雨量占全年降雨量的80％以上。

年平均无霜期为200天左右，多年平均最低气温为-8℃，最大冻土深度为。

平均年地面温度为15℃，平均年日照时数为。

累积年平均辐射总量为 kJ／cm，平均日照百分率为59 ％。

热量和积温都比较丰富，能满足一年两熟作物生长的需要。

水源
灌区南侧有一河流，是规划灌区的水源，其水量充沛。

灌溉保证率为75 %时的河流月平均水位如表2所示。

表2 河流月平均水位（保证率为75%）
位达，夏季多年旬平均最高水温为20℃。

其它
根据规划，为保证扬水后自流灌溉，出水池水位均不应低于234m。

站址附近有
8 kV高压电力线通过，已经有关部门批准，可供泵站使用。

该地区劳动力充足，交通方便。

除水泥、金属材料以及泵站建设中所需的特殊材料外，当地可提供砖、石、砂、瓦、木材等建筑用材。

根据机电设备的运行特性，每天按20h运行设计。

要求
完成泵站设计中初设阶段的部分内容，成果包括设计图纸和设计说明书。

图纸
1）枢纽平面布置图（绘制在地形简图上）
2）泵房平面图，泵房纵、横剖面图。

1）概述建站目的，设计任务，资料分析，设计所依据的规范和标准。

2）机电设备选择的依据和计算。

3）泵站各建筑物的型式、结构选择的依据、计算结果及其草图。

4）泵房尺寸拟定的依据和设备布置的说明。

5）验证机组选择的合理性，并说明其在使用中应注意的问题。

6）必要的附图、附表、参考文献
图1 站地地形简图
规范与
标准：
ISO9001。

1． 机电设备选择的依据和计算
依据：
根据等阶梯灌水率图，初定水泵台数，再依据单台水泵的设计流量和设计扬程，查相关图表，进行水泵性能比较，来确定机电设备。

计算：
（1）设计流量的计算：
毛灌水率换算成机灌水率公式为：
式中 q 设——修正后的设计毛灌水率，l /（s ·千亩）；
t 机——机组每天开机的小时数。

计算如表所示：
阶梯毛灌水率图：
则由计算绘制出机制灌水率图：
取灌水率中最大值来计算泵站的设计流量，公式为
式中 max q 机 ——修正后的最大灌水率，l /（s ·千亩）；
ω ——设计的灌溉面积，千亩。

故得到：
max Q q 36.9672472.3ω==⨯=设机 l/s
（2）确定水泵的设计扬程
1)平均实际扬程公式为：
式中 i H 实——相应时段i t 时的出水池与进水池水位之差，m ；
i Q ——相应时段i t 时的泵站供水流量，l /s ；
i t ——不同灌溉时段的泵站工作天数，天。

计算：
2)确定水泵设计扬程公式为
式中 h ∆——管路沿程和局部水头损失，m ；
K ——管路水头损失占平均扬程的百分比，查表选用k =。

故得到：
（3）机组选型
初定水泵台数为5台，其中一台为备用泵。

则单泵流量为：Q=Q /4=2472.3/4618(l/s)≈设。

查表，选泵选用20S A -S S 型双吸卧式离心泵，其参数如下：
2． 泵站各进出水建筑物的型式、结构选择的依据、计算结果及其草图
（1） 计算经济管径
进水管径D (0.8668(mm)===:，
取D=700mm ，采用钢管。

出水管径D (0.65550(mm)===:，
取D=600mm ，采用预应力钢筋混凝土管。

（2） 确定水泵的安装高程
由水泵参数知必需汽蚀余量c h ∆为 5.8m ，
则 c [h]h 0.3 5.80.3 6.1(m)∆=∆+=+=
查得本区水的汽化压力：P 0.430.240.2430.297(m)10ν
γ-=+⨯=
大气压力：a P 109.8
108.89.982(m)100γ-=-⨯=
管中流速：22
Q
0.618V=1.606>1.2(m/s)D 0.7
44ππ
==⨯
估计进水管道约为8米，
故 22
1.3 1.3V 1.606h 0.0010780.0010780.035(m)D 0.7=⨯=⨯⨯=沿
局部阻力系数：喇叭口 10.1ζ=
接管偏心渐缩 20.2ζ=
o 90弯管 30.6ζ=
故 2
2
123V 1.606h ()(0.10.20.6)0.1184(m)2g 29.8ζζζ=++=++=⨯局
故 g h h h 0.0350.11840.1534(m)=+=+=局沿
则 a g g P P
[H ][h]h 9.9820.297 6.10.1534 3.412(m)ν
γ-=-∆-=---=
（3）引渠的设计与布置
采用混凝土光滑面衬砌，参数为Q=2.472m 3/s 、i=1/3000、m=、
n =。

利用水力最佳断面公式公式
及
b m)=-
计算得水力最佳断面b=2m 、h=1.0m 。

如图所示：
（4）前池的设计与布置
前池扩散角取为60°。

前池长度：B b
202L 19.63(m)602tg 2tg 22
α
--===，取L=20m ，（进水池宽B=22m ）。

池底纵坡降i=1/3～1/5，取i =。

前池翼墙面与前池中心线成45o 夹角的直立式翼墙。

（5）进水池的设计与布置
进水池边壁采用矩形边壁。

进水池悬空高度（D 1.5D =进）
P (0.60.8)D 0.71.50.70.735(m)==⨯⨯=:进，取P=0.8m 。

进水口淹没深度h 1.01.25D ≥:进淹（），取h 3.0m =淹。

后墙距T=0.81.0D :进（），取T=1.0m 。

侧墙距C 1.5D 1.575m ==进，取C=1.8m 。

进水池长度 kQ 17 2.472L=0.64m Bh 223
⨯==⨯淹 又∵L 4D T 5.2m ≥+=进，取L=6m 。

示意图如下：
进水池宽度B=22m 。

进水池池顶高程=312.5+0.6=313.1m ，
进水池池底高程=308.8-3-0.8=305m 。

进水池深度313.13058.1m =-=
（6）出水池的设计与布置
出水池采用正向淹没式出流，出水管道两泵一管，管径D 为0.8m 。

出水管中流速 22
2.472
Q 2v 2.46m/s D 0.844
o ππ===⨯
管口上缘最小淹没深度2vmin v h 20.62m 2o g =⨯=、s v min h h 0.20.82m =+=
出水池宽度 o B (23)D ≥:，取B 12m =。

出水池池顶高程 h 327.30.5327.8m ∇=∇+∆=+=顶高。

示意图如下
出水池底板高程
出水池长度22
o s 2.46L (h ) 6.71(0.82+)7.57m 219.6
g να=+==，取L=8m 。

（7）出水管道的设计与布置
其管径为D=800mm 。

示意图如下：
4、泵房尺寸的拟定和设备布置
根据该地区的地质水文条件及所选泵型，泵房采用分基型，主机组采用一列式布置，配殿设备采用一侧式，检修间布于泵房的一端。

示意图如下（见图纸）
5、进行工况校核
水源的最高水位=312.5m ，最低水位=308.8m 。

出水池的最高水位初定为327.3m ，最低水位为327m 。

则 min min H =327.3-308=18.5(m) H =327-312.5=14.5(m)
H =17.62m 实实实设计（）
查水泵的性能曲线，根据水泵的工作高效区在75%～84%。

由此可见三种扬程的效率基本都在高效区，则此泵合适。

选配的电机的功率为165kw，则电动机的效率133
η=⨯=。

100%80.6%
165
经分析，此机组合适。