取水泵站的设计s..

一、设计概述
(一) 设计题目
取水泵站工艺初步设计
(二) 设计资料
设计水量为200000m3/d，采用固定取水泵房用自流管从吸水井取水，自流管长度150m，水源洪水位标高为99.05m，枯水位标高为87.35m。

净化厂混合水井的水面标高为127.95m，自流取水管全长280m，泵站到净化场的输水干管全长2000m。

自用水系数α=1.05，取水头部到泵房吸水间的全部水头损失为1kPa（0.1m），泵房底板高度取1~1.5m。

二、设计概要
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。

设计取水泵房时，在土建结构方面应考虑到河岸的稳定性，在泵房的抗浮、抗裂、抗倾覆、防滑波等方面均应有周详的计算。

在施工过程中，应考虑到争取在河道枯水位时施工，要抢季节，要有比较周全的施工组织计划。

在泵房投产后，在运行管理方面必须很好地使用通风、采光、起重、排水以及水锤防护等设施。

三、设计计算
<一> 设计流量的确定和设计扬程估算：
(1) 设计流量Q
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
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厂本身用水，取水自用系数α=1.05,则
近期设计流量为 Q=1.05×17500024
=7656.25m 3/h=2.13m 3/s (2)设计扬程H ST
①静扬程H ST 的计算
通过取水部分的计算已知在最不利情况下
（即一条自流管道检修，另一条自流管道通过75%的设计流量时），从取水头部到泵房吸水间的全部水头损失为
0.1m ，则吸水间中最高水面标高为27.00-0.10=26.90m,最低水面标高为
21.80-0.10=21.70m,所以泵所需静扬程H ST 为：
洪水位时，H ST =38.00-26.90=11.1m
枯水位时，H ST =38.00-21.70=16.3m
②输水干管中的水头损失∑h
设采用两条DN1000的铸铁管并联作为原水输水干管，当一条输水管检修，另一条输水管应通过75%的设计流量（按远期考虑），即Q=0.75×
7656.25=5359.38m 3/h=1.49m 3/s,查水力计算表得管内流速 v=2.01m/s,i=4.1‰,所
以
输水管路水头损失；∑h =1.1×0.00410×2000=13.53m
(式中1.1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
粗估2m ，安全水头2m ，
则泵设计扬程为：
T
Q Q d
r α=
枯水位时：H max=16.3+13.53+2+2=33.83m
洪水位时：H min=11.1+13.53+2+2=28.63m
<二>、初选泵和电机
(1) 管道特性曲线的绘制
管道特性曲线的方程为
H=H ST+∑h=H ST+SQ2
式中H ST ——最高时水泵的净扬程，m;
∑h———水头损失总数，m;
S——沿程摩阻与局部阻c力之和的系数；
Q——最高时水泵流量，m3/s
H ST=16.3m ,把Q=7656.25m3/h,H=33.83m,代入上式得:S=7.9
所以管路特性曲线即为:H= H ST+7.9Q2=16.3+7.9Q2
(2）水泵选择
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。

根据上述选泵要点以及离心泵性能曲线型谱图(图2)和选泵参考书综合考虑初步拟定以下：
近期选择三台800S48型泵，两台工作一台备用，单泵工况点为（5070，48.6），满足近期工况的要求。

远期增加一台800S48型泵，三台工作一台备用。

3) 水泵参数
800S48型单能双吸式离心式水泵性能参数如下：
流量Q=1500～2570L/s，扬程H=57～39m，转数n=600r/min,泵轴额定功率：
N=752kW，电动机型号为Y800-56-10型异步电动机，配电机功率为1000 kw，效率为72%～74%，气蚀余量：Hs=5.8m
<三>、吸水管路的设计
(1)流量Q
Q1=7656.25
2
=3828.1 m3/h =1.06m3/s
(2)吸水管路的要求
①不漏气管材及接逢②不积气管路安装
③不吸气吸水管进口位置
④设计流速：管径小于250㎜时，V取1.0～1.2 m/s
管径等于或大于250㎜时，V取1.2～1.6 m/s
(3) 吸水管路直径
采用DN900钢管，则V=1.48m/s ，i=1.60‰
(4) 吸水管路的管件布置
<1>手动闸阀采用z941t-10电动明杆楔式闸阀，其规格为：
DM=1160㎜，L=840㎜ζ=0.05
〈3〉偏心渐缩管为了防止吸水管积有空气，所以采用偏心渐缩管，查表得：DN900 800，L=350㎜,ζ=0.20
<3>进入水池进口
ζ=0.75
<四>、压水管路的设计
(1) 流量Q
Q1=7656.25
2
=3828.1m3/h =1.06m3/s
压水管路要求
①要求坚固而不漏水,通常采用钢管,并尽量焊接口,为便于拆装与检修,在
适当地点可高法兰接口。

为了防止不倒流，应在泵压水管路上设置止回阀。

②压水管的设计流速：管径小于250㎜时，为1.5～2.0 m/s
管径等于或大于250㎜时，为2.0～2.5 m/s
③压水管的选取
采用DN800钢管，则V=2.13 m/s，i=4.94‰
(3)、压水管路配件
①止回阀采用HH44－10微阻缓闭式止回阀，其规格为
DN800，L=1180㎜，ζ=0.39
②电动闸阀采用Z945T－10电动暗杆楔式闸阀，其规格为：
DN800, L=900㎜,W=1018 kg , ζ=0.06
③手动闸阀设置在水管路上的常开阀门，采用Z45T－25暗杆闸阀，
其规格为：
DN800，L=950㎜,W=1540 kg , ζ=0.06
④设在联络管上的渐扩管规格:
DN800- 900,L=900㎜, ζ=0.34
⑤90°弯头
DN800 ζ=0.72
⑥正三通管
DN900 ,L=1200, ζ=1.20
⑦斜三通管
DN900 ,L=1200, ζ=0.15
<五>、水泵间布置
(1)基础尺寸确定
机组基础的作用是支撑和固定机组，便其运行不致发生剧烈震动，更不允许产生基础沉陷。

因此对基础的要求如下：
a)坚实牢固，除能承受机组的静荷载外，还能承受机械振动荷载。

b)要浇在较坚实的地基上，不宜浇在松软的地基或新填土上，以免
发生基础下沉或不均匀沉陷。

结合以上要点及所选泵的类型，本次设计选用混凝土块式基础。

由于所选泵均不带底座，所以基础尺寸的确定如下：
基础长：L=水泵地脚螺钉间距（长度方向）+（400～500）
基础宽：B=水泵地脚螺钉间距（宽方向）+（400～500）
基础高：H=（2.5～4.0）×（W
水泵+W
电机
）/(Lβρ)
因此，800S48型泵：
L=B+（400～500）=1700+400=2100㎜
B=B2+450=1300+450〈B+450=1750 取1750㎜
H=3.0×（4000+3235）÷（3.2×1.25×2400）=2261 取2300㎜电机基础高H0=1700+800-400=2100 ㎜
(2) 基础布置
基础布置情况见取水泵站祥图。

泵机组布置原则：在不妨碍操作和维修的需要下，尽量减少泵房建筑面积的大小，以节约成本。

1>机组的排列方式
采用机组横向排列方式，这种布置的优点是：布置紧凑，泵房跨度小，适用于双吸式泵，不仅管路布置简单，且水力条件好。

同时因各机组轴线在同一直线上，便于选择起重设备。

<2>机组与管道布置
本取水泵房采用圆形钢筋混凝土结构，此类泵房平面面积相对较小，可以减少工程造价。

为了尽可能地充分利用泵房内的面积将四台机组交错并列成两排，两台为正常转向，两台为反向转向，在订货时应予以说明。

每台泵有单独的吸水管、压水管引出泵房后两两连接起来。

对于房内机组的配置，我们可以采用近期购买安装三台800S48型水泵，两台工作，一台备用。

远期需扩建时，再添加一台800S48型水泵，三台工作，一台备用。

<3>水泵间平面尺寸的确定
水泵机组采用四台交错并列布置成两排,泵房采用圆形钢筋混凝土结构。

横向排列各个部分尺寸应满足下列要求：
①D1:进水侧泵与墙壁的净距D1≥1000，取D1=1200㎜
②B1:出水侧泵基础与墙壁的净距B1≥3000,取B1=3000㎜
③A1:泵凸出部分到墙壁的净距A1=最大设备宽度+0.5m=2285+1000=3285㎜取3500㎜
④C1:电机凸出部分与配电设备的净距C1=电机轴长+0.5m。

所以C1=2000+500=2500㎜但是,低压配电设备应C1≥1.5m; 高压配电设备应C1≥2m,C1取2500㎜应该是满足的。

⑤E1:泵基础之间的净E1值与C1要求相同,即E1=C1=2500㎜
⑥B:管与管之间的净距B≥0.7m
⑦F:管外壁与机组突出部分的距离对于功率大于50KW的电机，F要求大于1000㎜，取F=1500㎜
⑧A2:泵及电机突出部分长度A2=200～250㎜
⑨D1:压水管路管径D1=800㎜
⑩L:机组基础长度L=3500㎜
所以，可得R=B1+F+2
1D1+L+21E1=3000+1500+1225+3200+1350=13250㎜ <六>水泵房安装高度
(1) 水泵安装高度
H ss =g
Pa ρ－H sv －∑hs －h va 式中 H ss ——安装高度,泵轴至最低水位的几何高度；
P a —— 水面上的绝对大气压；
H sv ——水泵的气蚀余量；
∑hs ——吸水管路总水头损失；
h va ——实际水温下的饱和蒸汽压力。

800S48: H ss =1010
450.101.1⨯⨯－5.8－0.51－1.00=2.7 m
吸水间最低水位=21.80-150×4.1‰=21.90 m
泵轴标高=吸水间最低水位+Hss=21.90-2.7=19.20m
（2）泵房中各标高确定
①泵房内底地面标高=泵轴标高－0.4—突出地面高度
=19.20－0.4—0.4
=18.40m （0.4为泵轴到基础顶高度）
②水泵基础顶标高=泵轴标高-0.4=19.2-0.4=18.8m
③水泵基础底标高=18.80－2.3=16.5m
④电机基础顶标高=18.80+1.2=20m
⑤水泵进水口中心标高=泵轴标高－ H 2=19.2－0.4=18.80m
⑥水泵出水口中心标高=泵轴标高- H 4
=19.20－0.5=18.70m
⑦地下部分筒体高度=室外地面高度－泵房内底标高
=30-18.40=11.60m
泵房筒体高度=操作平台标高－泵房内底标高
=（泵房地面标高）－泵房内底标高
=（30）-18.40
=11.60m
⑧泵房上层建筑高度
根据起吊高度和采光，通风要求，从操作平台到房顶楼板间距离设计为 操作平台标高为泵站的地面标高是30m 。

⑨泵房顶标高=操作平台标高+泵房地上部分高度
=30.00+5.8=35.8m
⑩总的筒体高度=泵房顶标高－泵房内底标高
=35.80－18.40=17.40m
<七> 吸水管与压水管的水损计算
中心取一条最不利线路，从吸水口到输水干管上切换闸阀止为计算线路图 DN800
①吸水管路中水头损失∑h s :
∑h s =∑h fs +∑h ls
1、吸水管路沿程水头损失:
∑h fs =l 1×i s =1.60‰×3.870=0.006m
2、局部水头损失:
∑h ls =(ζ1+ζ2)g v 222 + ζ3g
v 211 式中 ζ1———吸水管进口局部阻力系数，ζ1=0.75
ζ2 ———局部阻力系数，；1.905
ζ3 ———偏心渐缩管
则 ∑h ls =（0.75+0.05）×8.9248.12⨯+0.2×8
.9231.22⨯=0.630m 所以吸水管路总水头损失为:∑h s =∑h fs +∑h ls =0.639+0.006=0.745m
②压水管路水头损失∑h d :
∑h d =∑h fd +∑h ld
1、压水管路沿程水头损失:
∑h fd =il =0.0049×14+0.00323×5=0.085m
2、局部水头损失:
∑h ld =（ζ1+ζ2+ζ3+ζ4+ζ5+ζ6+ζ7）·g
v 222 式中 ζ1———止回阀局部阻力系数
ζ2———手动闸阀局部阻力系数
ζ3———压水管上的电动闸阀局部阻力系数
ζ4———同心渐扩管局部阻力系数:
ζ5———连接三通的同心渐扩管局部阻力系数
ζ6———出水管上的电动机闸阀局部阻力系数
ζ7———三通局部阻力系数；
v 2———压水管的流速:1.81m/s 。

∑h ld =（0.39+0.06+0.34+0.72+1.2+0.15）×8
.9231.22
⨯=0.79m 所以压水管路总水头损失为∑h d =∑h fd +∑h ld =0.085+0.79=0.875m
则泵站内水头损失:∑h=∑s +∑d =0.745+0.875=1.62m ，符合假设的实际水头损失。

<七>辅助设备设计
(1)引水设备
选用真空泵作为引水设备，其特点是水泵引水快，运行可靠，易于实现自动化控制，真空泵的排气量计算：
Q v =)
()(H H H w w SS a a S p T k -+ 式中 Q v ———真空泵排气量，单位为m 3/min;
W p ———泵站内最大一台水泵泵壳内的空气容积，相当于泵吸入口到出水闸阀 的距离乘以吸入口面积，单位为m 3;
k ———漏气系数，取k=1.05;
W s ——— 吸水井最低水位算起到吸水管中空气容积，单位为m 3; H a ——— 大气压的水柱高度，取10.33m;
H ss ——— 离心泵安装高度，单位为m;
T ——— 水泵充水时间，取5 min 。

800S48型水泵的各部分参数：
W p =4π
×0.52×10=1.96㎡ Ws=4
π
×0.52×(0.6+1.18+0.267)=0.40㎡
则 Q v = )03.333.10(533
.10)40.096.1(05.1-⨯⨯+⨯=0.7 m 3/min
最大真空值：
H smax =H ss ×73.6=3.206×73.6=235.96㎜Hg
因此选择2台SZ —1型水环真空泵（一台备用），其性能如下：
抽气量0.9 m 3/min,极限真空度-88.5Kpa,耗水量10 L/min ，重量W=140kg,配套电机:Y112M-4，功率4Kw ，转速n=1450 r/min.
6—9 SZ-2型真空泵外形尺寸（带底座）：（单位：mm ）
基础尺寸：
基础长度=809+（150～200）=809+200=1009，取1000㎜ 基础宽度=445+155=600㎜
基础高=82+（150～200）=82+200=282㎜，取300㎜
(2)起重设备的选择
①选型 由前面设计可知，最大设备的重量为Y400–54–6型电动机，其重量为3000㎏，泵房宽18000㎜,据此选用LDT3.2S –型电动双梁式起重机，最大起重量为5200㎏，配电葫芦型号为AS416–162/1，配UE 小车，起升速度8m/min 工字钢630㎜。

其安装尺寸:
W=2500㎜, E=476㎜, H=687㎜, L 1=1131㎜, L 2=1790㎜, b 1=1125㎜
① 泵房高度确定 泵房高度:
H 1=a+c+d+e+h 式中 a ———双轨吊车高度，0.687m ；
c ———行车轨道底至起重机钩中心的距离，1.125m ；
d ———起重绳的垂直长度（电动机1.2x ，x 为起重机部件长度，1.86m ）；
e ———电机高度，1.2m ；
h ———起吊物与平台距离，取0.5m 。

则泵房地上部分高度H1=0.687+1.125+1.86×2+1.2+0.5=5.744m,为了安全起见取5.8m 所以泵房总高度=18.12+5.8=23.92m
(3)排水设备
由于泵房较深，故采用电动泵排水。

沿泵房内壁设排水沟，将水汇集到集水坑内，然后用泵抽回到吸水间去。

取水泵房的排水量一般按20～40 m3/h考虑，排水泵的静扬程按19m计，水头损失大约5m，故总扬程在19+5=24m左右，可选用IS65–50–160A型离心泵（Q=15～28m3/h, H=27～22m, N=3kW, n=2900 r/min）两台，一台工作一台备用，配套电机为Y100L–2。

(4)通风设备
由于与泵配套的电机为水冷式，无需专用通风设备进行空–––––空冷却，但由于泵房筒体较深，仍选用风机进行换气通风。

选用两台T35–11型轴流风机（叶轮直径700㎜，转速960 r/min，叶片角度15°，风量10127m3/h，风压90Pa，配套电机YSF–8026, N=0.37 kW）。

(5)计量设备
由于在净化场的送水泵站内安装电磁流量计统一计量，故本泵站内不再设计量设备。

四、参考文献
(1)《泵与泵站》(第五版),中国建筑工业出版社。

（2）《给水排水设计手册从书》
(3)《给水排水工程快速设计手册1－给水工程》
(4)《给水排水工程快速设计手册5—水力计算表》。