二级泵站设计

二级泵站设计
一﹑基本资料：
（1）B 城市新建水源工程的二级泵站：日最大设计水量Qd=2.0万m3/d ，泵站分二级工作；泵站第一级工作从4时到23时，每小时水量占全天用水量的4.70%。

泵站第二级工作从23时到次日4时，每小时水量占全天用水量的3.28%。

（2）该泵站地面标高为133.8m ，泵站地面至设计最不利点地面高差Z1=160.0-133.8=26.2m ，吸水井最低水位在地面以下Z2=1.50m 。

二﹑水泵机组的选择
（1）泵站设计参数的确定
泵站一级工作时的设计工作流量（含水厂子用水量5%） Q Ⅰ=20000×1.05×4.7%=987m3/h=274.2L/s 泵站二级工作时的设计工作流量
Q Ⅱ=20000×1.05×3.28%=798m3/h=221.7L/s （2）水泵扬程的确定
水泵站的设计扬程与用户的位置和高度、管路布置以及给水系统的工作方式等有关。

采用一根输水管，管材取铸铁管，管径取600mm ，则最大供水时：
V=Q/A=0.97m/s
当ν＜1.2m/s 时， i=0.000912v2(1+0.867/v)0.3/d1.3 求的i=0.00202m
则∑h=0.00202×6000=12.1m 泵站一级工作时的设计扬程
H Ⅰ=Zc+H0+∑h+∑h 泵站内+H 安全= 27.7+20.00+12.1+2.00+1.50=63.3m 其中 H Ⅰ—水泵的设计扬程；
Zc —地形高差；Zc=Z1+Z2；为27.7m 。

H0—自由水压；H0取20m 。

∑h —总水头损失；
∑h 泵站内—泵站内水头损失（初估为1.5m ）；
H 安全—为保证水泵长期良好稳定工作而取的安全水头（m ）；一般采用1～2m ，这里用1.5m 。

（3）选择水泵
1）在型谱图上绘制一条参考管道系统特性曲线ab 。

其中a 点坐标为
s L Q Q h /2.274max ==
m
h H Zc H c 3.635.121.12207.275
.120max =++++=++++= 式中
Zc ——管网最不利点的地面标高和清水池最低水位的高程差（m ）
0H ——自由水头（m ）
c h ——输水管和管网中的水头损失（m ）
b 点坐标为
s L Q /7.221min =
m
H Zc H 2.515.12207.275
.120min =+++=+++=
2）过a 点绘制一条max H H =的水平线。

3）在ab 和max H H
=都相交的高效方框图中，选2~3台进行并联组合，即在max H H =等
扬程下流量相加求出并联组合max 3
21Q Q ≥++的组合方案，所选得各泵的高效段与ab 线的交点，以
及两两并联或三台水泵并联曲线与ab 线的交点，就是分级界限工况点。

4）所选出的水泵经管路布置、确定管径后，在验算初步确定的
∑h 值是否合适，即精选水泵。

图1 选泵参考特性曲线
在泵综合性能图上作出b 点。

在图1中，同时与ab 线及m H H 3.63max ==水平线相交的方框有：200s63、250s65、300s58等三种水泵，从中选出三台泵在等扬程下并联综合流量
h m Q /11503321≥++的组合：
方案1：一台300s58与两台200s63组合，如图1所示流量为：（576+216×2）m3/h=1008m3/h>987m3/h
方案2：三台250s65。

还有许多h m Q /11503
321≥++的组合方案，但均不如上述两个方案，就不再列出。

方案1和方案2列表进行详细比较，如图1所示，主要比较养成利用率 ，重点比较平均日平均时附近的扬程利用率，因m ax Q 出现的几率很低，一年中绝大部分时间在平均日平均是附近流量运行。

平均日平均是用水量为875m3/h 。

表1 选泵方案比较
从表1可以看出，方案1能量略好于方案2，特别是在出现几率较大时，如在220～450 L/s 的范围内（这一范围内用水量接近平时用水量），能量浪费较少，而且水泵台数两个方案均相等。

可用管路特性曲线进行选泵。

先求出管路特性曲线方程中的参数，因为：
ηH (m )
)/(/5.1872742.0/)21.12(/h H S m 7.275.12.26Z 3522
2
h m Q m S Q c =+=+==+=∑∑）（
所以：
225.1877.27Q SQ Zc H +=+=
查给水排水设计手册s 型泵的性能表可知：
表3 s 型泵的性能表
根据分析反复比较选泵参考特性曲线得出结论：
在两者轴功率相同及相差不大的前提下，为了方便日后水泵的管理和维修，选择四台型号相同的水泵，三用一备，第一级工作时三台水泵并联工作。

，第二级工作时两台水泵并联工作。

（4）确定电机
根据水泵样本提供的配套可选电机，选定Y315M-4电机，其参数为：
额定电压380V；N=132kw；W=1100kg。

三﹑水泵机组基础设计
250S65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。

基础长度
L=地脚螺钉间距+（400～500） =mm C L 29005.45145.2444500400=++=++）～（ 基础宽度
B=地脚螺钉间距+（400～500）
=A+（400～500）=508+492=1000mm 基础高度
H=｛3×（W 水泵+W 电机）｝/｛L ×B ×ρ｝ 其中 W 水泵—水泵质量（710kg ）； W 电机—电机质量（1100kg ）； L —基础长度（m ）； B —基础宽度（m ）； ρ—基础密度（kg/m 3）（混凝土密度ρ=2400kg/m 3）。

则水泵的基础高度为
H=｛3.0×（710+1100）｝/｛2.9×1.0×2400｝=0.78m 设计取1.00m ；
那么，混凝土块式基础的尺寸（m ）为L ×B ×H=2.9×1.0×1.0。

四﹑吸水管路和压水管路设计计算
当泵站为一级供水时，三台250s65型单级双吸式离心泵并联工作，其流量
s L h m Q /2.404/14553==。

当水泵为二级供水时，两台250s65型单级双吸是离心泵并联工作，其流量
s L h m Q /4.269/9703==，其单台出水泵最大流量为s L Q /0.170=，水泵吸水管和压水管所通
过的流量应按最大流量s L Q /0.170=设计，管材采用钢管。

4.1吸水管路
4.1.1吸水管路的布置要求
吸水管路通常处在高压状态下工作，所以对吸水管路的基本要求时不漏气、不积气、不吸气，否则会使水泵的工作产生故障，为此常采用以下措施：
为保证吸水管路不漏气，要求管材必须严格。

为使水泵能及时排走吸水管路中的气体，吸水管应有沿水流方向连续上升的坡度。

吸水管的安装与铺设应该避免管道内形成气囊。

吸水管安装在吸水井内，吸水井的有效容积不应小于最大一台泵5min 的抽水量。

吸入式的水泵，每台水泵都应单独设立吸水管。

当吸水池的水位高于水泵的轴线时，吸水管上应设闸阀，以利于水泵检修。

当水中有大量杂质时，喇叭口下应设置滤网。

吸水管路设计的流速一般为：mm DN 250<时，s m v /2.1~0.1=；mm DN 1000~250≥时，
s m v /6.1~2.1=；mm DN 1000>时，s m v /0.2~5.1=
4.1.2 吸水管径
当L/s 0.170=Q 时，由钢管水力计算表查的管径400mm D =，流速 1.31m/s v =， 单位管短的损失96.51000i =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D371J-10，DN ＝400mm ，L ＝154mm ，W ＝380kg
4.2 压水管路 4.2.1压水管路的布置
对压水管路的基本要求就是耐高压，不漏水，供水安全，安装及检修方便。

压水管路常采用钢管，采用焊接接口，与设备连接处或需要经常检修的地方采用法兰连接。

为了避免管路上的应力传至水泵，以及安装和拆卸的方便，可在压水管路适当的位置上设补偿接头或可绕性接头。

离心泵必须要关阀启动。

当不允许水倒流时，需设置止回阀。

压水管路设计流速mm DN 250<时，s m v /0.2~5.1=；mm DN 250≥时，
s m v /5.2~0.2=；
4.2.2 压水管管径
当L/s 0.170=Q 时，由钢管水力计算表查的管径0mm 30D =，流速m/s 33.2v =， 单位管短的损失1.271000i =，压水管设有多功能水泵控制阀，型号JD745X-25，DN ＝300mm ，L ＝1100mm ，W ＝800kg 。

并设有联络管（DN ＝600mm ），由一条输水干管（DN ＝600mm ）送往城市管网。

4.3 管路附件选配
吸水管、压水管连同泵一起安装在机器间的地板上，管道直进直出，弯头少，可节约电耗。

在选择配件时，选择的是全国通用的产品。

五﹑吸水井设计计算
吸水井尺寸应满足安装水泵吸水管进口喇叭口要求。

清水池内最高水面标高：134m ，最低水面标高：130.38m 清水池至吸水井的水头损失为0.18m
则吸水井内最高水位标高=134-0.18=133.82m ； 最低水位标高=130.38-0.18=130.20m ； 具体尺寸要求：
水泵进水口应设喇叭口，以便吸水管进口水流稳定，减少损失。

①水泵吸水管进口喇叭口大头直径D ≥（1.3～1.5）d=520～600，取D=600mm ，
②水泵吸水管进口喇叭口长度L ≥（3.0～7.0）×（D －d ）=600~1400取L=1000mm ； ③喇叭口距吸水井井壁距离≥（1.0～.1.5）D ＝1.5×600＝900mm ； ④喇叭口之间的距离≥（1.5～2.0）D ＝2.0×600＝1200mm ； ⑤喇叭口距吸水井井底距离≥（0.8～1.0）D ＝600mm ； ⑥喇叭口在最低水位下深度，本设计取1.0m ；。

所以，吸水井长度=3×1200+2×900+4×600=7800mm （注：最后还要参考水泵机组之间距离调整确定）；吸水井宽度=2400mm ；吸水井高度=5800mm （包括超高200m ）
六﹑各工艺标高设计计算 6.1 水泵安装高度
∑--=s s ss h g
v H H 22
式中 HSS —水泵允许安装高度（m ）； HS —水泵吸上高度（m ）； g —重力加速度（m/s2）；
∑hs —水泵吸水管路水头损失。

查表得101.=ξ5（喇叭口局部阻力系数）；6702.=ξ（90度弯头局部阻力系数）；
0603.=ξ（阀门局部阻力系数）；204.=ξ（偏心减缩管局部阻力系数）；105.=ξ（三通）；2104.=ξ（同心渐
扩管局部阻力系数）；1104.=ξ（同心渐扩管局部阻力系数）；204.=ξ（偏心减缩管局部阻力系数）。

经计算
m .h
s
10=∑，但考虑长期运行后，水泵性能下降和管路阻力增加等因素，所以取∑
hs=1.00m ，则HSS=4.8-1.312/（2×9.81）-1.00=3.71m 。

考虑安全吸水，取安装高度为HSS=3m 。

6.2 泵房内标高的推求：
水泵轴线到基础表面的高度：1H =800mm ；
且泵轴标高：
泵轴标高＝吸水井最低水位+HSS ＝130.20+3.0 ＝133.20m 泵站的地面标高：
泵站室内地面标高＝泵轴标高－泵轴到基础顶高－地面上基础高 ＝133.20－0.8－0.2 ＝132.20m
七﹑ 复核水泵和电机
根据已经确定得机组布置和管路情况重新计算泵房内得管路水头损失，复核所需扬程，然后校核水泵机组。

泵房内管路水头损失
m h h h
d s 29.129.00.1=+=+=∑∑∑泵站内
，
所以，水泵扬程
m h h H H c 09.6129.11.12207.27Z 0＝＝泵站内Ⅰ++++++=∑∑，与估计扬程基本相同，
选定得水泵机组合适。

八﹑ 消防校核
消防时，泵站的供水量s h m Q Q Q x h /L 8.297/1072859873
==+=+＝火 消防时，泵站的扬程：m h
h H Z H c 09.6129.11.12207.270＝＝＋＝泵站内
火火+++++∑∑
其中 c Z —地形高差(m)；
火0H —自由水压(低压消防制取20m)；
∑h —总水头损失(m)；
∑泵站内
h
—泵站内损失（m ）。

九﹑设备的选择 9.1引水设备
为了充分利用水泵的吸上真空高度，减少泵房埋深，本设计采用水环式真空泵作为引水设备。

（1）一台泵内部存气体积p
W
吸入口面积：222126.04.014.34
1
41m d s =⨯⨯==
π 吸入口到闸阀的距离=水泵宽+渐扩管长+止回阀长=0.88+0.8+1.10=2.78m 则 335.0278.126.0m W p =⨯= ⑵ 吸入管内空气量
s
W
吸水管长10.0m ，吸水管管径400mm ； 则32226.10.104.04
4
m L d W s =⨯⨯=
⨯⨯=π
π
⑶ 排气量
)
()(ss a a
s p r H H T H W W K Q -⨯⨯+⨯=
式中
a
H —— 1个大气压：10O mH 2；
T —— 引水时间：5min ；
ss
H —— 水泵安装高度：3.0m ；
K —— 漏气系数：1.1； 则 mi n
/51.0)
310(50
.10)26.135.0(1.13m Q r =-⨯⨯+⨯=
⑷ 最大真空值
a
r H H
H ⨯=
760max 式中 H —— 吸水井最低水位到水泵最高安装高度的距离：3.0m ∴ m a x 760 3.0
22810.0r H mmHg ⨯=
=
根据r Q 、
m ax
r H 选用2台SK —3型水环式真空泵，一用一备，布置在泵房靠墙边处。

9.2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0.0～1.0MPa 。

在吸水管上设真空表，型号为Z －60Z ，测量范围为0～760mmHg 。

9.3起重设备
选取单梁悬挂式起重机SDXQ-3，起重量2t ，跨度3.0～12.0m ，起升高度3.0～10.0m 。

根据起重机的要求计算确定泵房净高度10m 。

9.4排水设备
设潜水排污泵2台，一用一备，设集水坑一个，容积为2.0×1.0×1.5＝3.0m3 选取50QW15-7-0.75型潜水排污泵，其参数为：
h /m Q 315=；m H 7=；min /r n 2820=；kW .N 750=
9.5防水锤设备
采用缓闭阀门来减少水锤的冲击。

十、泵房的建筑高度和平面尺寸的确定
10.1 地下部分
二级泵站采用半地下式建筑，并且设平台，平台和地面平齐，则平台的地面标高为133.8m 。

室内地面标高为132.2m 。

所以地下部分高度为：
H2=1.6m
10.2 地上部分
地上部分：f e d c a n H +++++=221
式中 n —— 起重机顶与屋顶的距离，一般不小于0.1m ，取0.5m ；
2a ——行车梁高度：0.80m ；
2c ——行梁底部到起重物的中心距：1.49m ；
d —— 起重绳垂直长度1.54m
e —— 最大设备高度：0.86mm ；
f —— 起吊钩在平台上的超高2.00mm ；
∴ m
H 19.70.286.054.149.180.05.01=+++++= 故泵房高度：H=H1+H2=7.19+1.6=8.79，为了以后的发展需要，取10.0m 。

10.3泵房平面尺寸的计算
泵房的长L ＝5000+2900×4+2000×3+1400＝2400mm=24.0m
泵房的宽B ＝1500+1000+3500＝6000mm=6.0m
泵房左端设以进出设备的大门，控制室、配电室、值班室设在泵房左侧地上一层。

水泵间距2.0m ，水泵与配电设备间距1.4m ，水泵距大门口5.0m ；水泵距吸水管侧墙1.5m ；
泵房长×宽×高=24.0m ×6.0m ×1.0m。