污水泵站设计计算(给排12级)要点

污水泵站设计计算
专业班级
姓名
学号
1 熟悉原始资料及总体设计原则
在开始设计之前应仔细研究设计的原始资料，根据设计内容，复习教材的有关部分，收集需用的规范手册及参考资料。

并明确设计题目、设计目的、设计任务、设计原则、工程情况等基础资料。

污水泵站的基本组成包括：机器间、集水池、格栅、辅助间。

2 格栅设计
2.1 栅条间隙数
根据给水排水设计手册五第192页，选用中格栅， 设过栅流速取v=0.9 m/s ，栅条间隙e=20mm ，格栅安装倾角α=60°，栅前水深h=0.5m 。

则栅条间隙数
n=v
h e Q ⋅⋅⋅αsin max =468.05.002.060sin 39.00=⨯⨯⨯
取 n = 46
2.2 格栅尺寸
取栅条宽度s=0.01m ，则格栅宽度
m en n s B 37.192.045.04602.0)146(01.0)1(=+=⨯+-⨯=+-=
取进水渠宽m B 11=,渐宽部分展开角0
120=α，则
进水渠道渐宽部分长度：m B B l 508.020
tan 20
1
1=-=
栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度：m l l 25.0254.02
1
2≈== 取栅前渠道超高m h 3.02=，则栅前槽高
m h h H 8.03.05.021=+=+=
栅槽总长度：
m H l l L 47.275
tan 8
.05.125.0508.075tan 0.15.00
0121=+++=+
+++= 2.3 过栅水头损失
m g v k kh h 09.0381
.9260sin 8.0)02.001.0(42.2360sin 2023
402
01=⨯⨯⨯⨯⨯===ζ
式中，1h——过栅水头损失，m；
h——计算水头损失，m；
g——重力加速度，9.81；
k—系数，一般取3；
ζ—阻力系数，与栅条断面形状有关，
3/4
)
(
e
s
β
ζ=
,当为矩形断面时，42
.2
=
β
3污水泵机器间设计
3.1 污水泵流量的确定、设计扬程的估算
3.1.1 污水泵流量
取最高日最高时设计水量为提升泵站的设计流量。

Q
max
=1400m3/h
3.1.2 污水泵杨程估算
设泵吸压水管路的总损失初估为2-4m,安全水头为1-2m，有效水深为1.5～2m,2个闸门的水头损失都取0.05m。

计算水泵最低吸水水位。

水泵扬程可初步按下式计算：
H=H
ST +∑h+2=Hss+Hsd+∑hs+∑h
d
+2
式中 Hss——吸水管地形高度(m),为集水池内最低水位与水泵轴线之高差；
Hsd——压水地形高度（m），为泵轴线与输水最高点（即压水管出口处）之高差；
∑hs和∑hd——污水通过吸水管路和压水管路中的水头损失（包括沿程损失和局部损失）。

其中1~2m为安全水头，取2m。

取有效水深为1.7m
格栅前水位=来水管设计水位-闸门1水头损失=-4.30-0.05=-4.35m
格栅后水位=格栅前水位-过栅水头损失=-4.35-0.09=-4.44m
最高水位=格栅后水位-闸门2水头损失=-4.44-0.05=-4.49m
最低水位=最高水位-有效水深=-4.49-1.7=-6.19m
H
ST
=沉砂池设计水位标高-最高水位=4.20-（-6.19）=10.39m
H=H
ST
+∑h+2=10.39+3+2=15.4m
3.1.3 选泵参考特性曲线(ab线)的求算
b点：Q
b 坐标原点流量 H
b
=Hss+Hsd+2
图1 QW潜污泵型谱图
3.2 污水泵设计方案确定
3.2.1 提方案
所选方案应为可行方案。

选泵时应注意：
a．在满足最大工况要求的条件下，应尽量减少能量的浪费。

b．合理利用各水泵的高效段。

c．尽可能选用型号泵，使型号整齐，互为备用。

d．尽量选用大泵，但也应按实际情况考虑大小兼顾，灵活调配。

e．∑h值变化大，则可选不同型号泵搭配运行。

f．保证吸水条件，照顾基础平齐，减少泵站埋深。

s ．考虑必要的备用机组。

h ．考虑泵站的发展，实行近远期相结合。

所提方案如下表：
表1 选泵方案
方案编号 用水变化范围（m 3
/ h ）
运行泵及其台数 第一方案 选用两台
<940 1台300QW800-15-55 940-1400 2台300QW800-15-55 第二方案
选用三台
<735
1台250QW600-15-45
735-1340
2台250QW600-15-45
1340-1400
3台250QW600-15-45
（1）绘制水泵一的单泵及并联特性曲线
在高效段范围内去两点坐标，用抛物线法拟合水泵特性曲线方程，先假设Q-H 特性曲线H=H x -S x Q 2，，在水泵特性曲线取两点（Q 1,H 1）和（Q 2，H 2）
代入H=H X -S X Q 2,解出Sx 和H X ，求出Q-H 特性曲线方程，用描点法绘出Q-H 特性曲线。

取点（15，600），（12.9,700）。

解出Sx=1.5×10^-5 , H X =20.8 取点列表：
表2 1台水泵一Q-H 表
表3 2台水泵一并联Q-H 表
表4 3台水泵一并联Q-H 表
描点法绘图得：
图2 单泵及并联特性曲线
（2）绘制水泵二的单泵及并联特性曲线
在高效段范围内去两点坐标，用抛物线法拟合水泵特性曲线方程，先假设Q-H 特性曲线H=H x -S x Q 2，，在水泵特性曲线取两点（Q 1,H 1）和（Q 2，H 2）代入H=H X -S X Q 2,解得S 和H X 值，求出Q-H 特性曲线方程，用描点法绘出Q-H 特性曲线。

取点（15，800），（13.5,900）。

解出Sx=8.82×10^-6 ,H X =20.64
表5 1台水泵二Q-H 表
表6 2台水泵二并联Q-H 表
取点 1 2 3 4 5 6 Q （m3/h) 200 1500 H(m)
20.8
20.64
20.18
19.38
18.24
16.8
取点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q （m3/h)
800 900 H(m) 20.64 20.55 20.29 19.85 19.23 18.44 17.46 16.32
15
13.5
描点法绘图得：
图3 水泵二的单泵及并联特性曲线
3.2.2 进行方案比较后，确定设计方案
表7 选泵方案比较表
方案编号
用水变化范
围 运行泵及其台数 泵扬程（m ） 所需扬程（m ） 扬程利用率（%） 泵效率（%） 第一方案选用两台300QW800-15-55
<940 一台
300QW800-15-55 12.8 12.8 100 82.78 940~1400 两台
300QW800-15-55 12.8-16.3 12.8~13.
7 84~100 82.78 第二方案选用三台250QW600-15-45
<735
一台
250QW600-15-45 12.15 12.15 100 82.6 735~1340 两台
250QW600-15-45 12.15~13.5 12.15~13.5 100 82.6 1340~1400
三台
250QW600-15-45
13.5~17.3
13.5~13.
7
79-100
82.6
（1）方案比较
取点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q （m3/h)
400
1600 1800 H(m) 20.64 20.55 20.29 19.85 19.23 18.44 17.46 16.32
15
13.5
①从运行费用方面：方案一，方案二均能满足用水要求，方案一方案扬程利用率较
高,而方案二富余扬程多，利用率较低。

且在用水量低时，方案二会造成很大的能耗，故方案一较优；
②从运行方面维护方面看：因为使用的是同种型号（或同样）的水泵，管道附件变
化较少，便于施工维护，同时也便于泵的轮换工作，互为工作、备用泵；
③发展方面：方案一起初采用小叶轮，用水量逐渐增大时，将可改换成大叶轮。

同
时，也为远期供水预留了水泵位，具有很好扩容的条件；
④方案一水泵效率高，较节能。

例，经过比较几个方案，300QW800-15-55型泵效率高，平时运行费低，且并联输送水量大，能满足发展需要。

选用方案二，选用3台300QW800-15-55型泵，二用一备。

（2）查出所选水泵及电动机的各项参数。

表8 水泵性能参数表
水泵型号
Q
(m3/h)
H
(m)
转速
r/min
轴功率
(KW)
效
率
(%)
允许吸
上真空
高度Hs
叶轮
直径D
进口
法兰
DN
出口
法兰
DN
泵
重
(吨
备
注
300Q
W800-15-558.78- - - 300
1.35
表9 配用电机性能参数表
电机型号功率(KW) 转速r/min 电压(V) 重量(吨) 参考价格Y315S-6759803800.990-
3.3 水泵机组基础尺寸的确定
图4 潜污泵尺寸图
图5 潜污泵安装尺寸图
3.3.1 查出水泵的外形尺寸及安装尺寸
根据《给排水设计手册》第11册及网络等资料，查出所选泵的安装尺寸。

3.3.2计算机组基础尺寸
基础长度L=地脚螺栓孔间距+（400～500）mm
=p+400=780+400mm=1180mm
基础宽度B=地脚螺栓孔间距+（400～500）mm
=y+400=770+400=1170mm
基础高度H=3.0w/LBr
=3.0⨯1350÷(1.18⨯1.17⨯2400)=1.22m
式中： W---机组总重量 r---混泥土容重2400kg/ m3
3.3.3基础校核：
a、基础重量=1.18⨯1.17⨯1.22⨯2400=4042.40kg
机组重量=1350kg
满足基础重量=机组重量×3，符合要求
b、基础高度＝1220mm≮50cm ,符合要求
顶面高出室内地坪取30cm>10~20cm
3.4 水泵机组布置
本泵站分三期建设，本设计为最后一期工程。

（1）水泵机组布置原则
机组间距以不妨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，管道总长度最短、接头配件最少、水头损失最小，降低平时运行费用，并应考虑泵站有扩展的余地。

水泵机组的排列决定泵房建筑面积的大小，应尽量缩小泵房面积，降低造价。

（2）泵站排列方式
污水泵站一般有图5三种排列方式：
图6 污水泵站排列方式
3.5 确定泵站类型
根据泵站的平面形式，泵站的布置形式有圆形和方形；根据泵站机器间地面与室外地面相对标高，泵站又分为地面式、半地下式和地下式泵站。

应根据吸水面高度、地质情况、供水要求的可靠程度、水泵的充水方式、水泵允许吸上真空高度等因素选择。

污水泵站启动频繁，应采用自罐式吸水方式；方形泵房有利于设备布置。

3.6 计算吸、压水管及联络管直径
表9 吸、压水管及联络管管径计算表
泵型
管道
最大流量Q
（m 3
/h ）
估计流速V （m/s ）
计算管径D ’（mm ） 选用管径D （mm ）
实际流速V （m/s ）
300QW800-15-55
吸水管 无吸水管 压水管
850 2.00 388 400 1.88 联络管
1485
1.50
591
600
1.46
3.7 布置机组与管道，确定泵房平面尺寸
（1）机组、设备间距布置要求（参见tb,P164-166）
图7 泵房机组间布置图
（2）吸水口间距和离墙距离应符合图8要求（附尺寸标注示意）
图8 吸水口间距及离墙距离
图9 机器间尺寸计算图
（3）确定机器间长、宽，并画出机器间布置如图9 （4）压水管路设计要求
①泵站内的压水管路要求坚固而不漏水，因污水宜腐蚀管道，采用铸铁管。

为便于拆装与检修，在适当地点设法兰接口。

②为了安装上方便和避免管路上的应力传至水泵，一般应在压水管路设置伸缩节或柔性的橡胶接头。

为了承受管路中内压力所造成的推力，在一定的部位上(各弯头处)应设置专门的支墩或拉杆。

③在不允许水倒流的给水系统中，应在水泵压水管上设置止回阀。

（5）确定泵房机器间平面尺寸
要求查出阀门、管件长度，并图示。

图10 机器间尺寸计算图
3.8 确定水泵机组安装标高和机器间标高
图11 高程计算图
3.9 吸、压水管的水头损失计算 （1）沿线水头损失计算 管道沿程水头损失hy=iL 其中： L ——管段长度
i ——水力坡降（单位长度管段的水头损失) AB 管
H AB =B 点标高-A 点标高
A 点标高=喇叭口距池底标高0.8D+池底标高 池底标高=栅前水位标高-栅前水深 取栅前水深0.3m ，栅前水位标高=-4.35m 0.8D=0.24m （D 为喇叭口直径DN300） 则A 点标高=-4.41m
B 点标高=联络管埋深高度=0.7+联络管半径 图12 局部水头损失计算图 =0.7+0.3=1m
故H AB =1-（-4.41）=5.41m
故L AB =竖管+横管=5.41+2.38+1.47+0.48（闸阀长度）+0.31（止回阀长度）+0.255（伸缩节长度）=10.31m BC 管段 L BC =2.38m CD 管段
L CD =1.59+沉砂池设计水位标高-B 点标高=1.59+4.20-1.0=4.8m AB 管采用DN400压力管，流速1.88m/s ，1000i=12.4 BC 、CD 管段采用DN600，流速1.46m/s ，1000i=4.4 则hy=iL=m 128.01000
4
.48.410004.438.210004.1231.10=⨯+⨯+⨯
（2）计算局部水头损失∑ξg
v 22
表10 局部水头损失计算表
序号 管件名称
管件
局部阻力 流量Q 最大流速v 2
2v g (m) 局部水头损失(m)
直径 系数
(m 3
/h)
(m/s)
（mm ）
1 喇叭口 400 0.1 850 3.34 0.57 0.057
2 弯头2个 400 0.6 850 1.88 0.18 0.11 3
渐扩管 300⨯400 0.13
850
3.34
0.57
0.074
4 90°弯头2
个 600
1.1
1485 1.46 0.11 0.12 5 渐扩管
400⨯600 0.12 850 1.88 0.18 0.0216 6 球形伸缩节 400 0.21 850 1.88 0.18 0.038 7 闸阀 400 0.07 850 1.88 0.18 0.0126 8 止回阀 400 2.5 850 1.88 0.18 0.45 9 90°弯头
300 0.52 850 3.34 0.57 0.296 .10 三通管2个
400⨯600
1.62 1485 1.46 0.11 0.178
2
2v h g
ξ
∑
1.757
（3）总水头损失
各管段水头损失为沿程水头损失和局部水头损失之和。

再计算总水头损失，即计算A-D 管路水头损失，为AB 管段、BC 管段、CD 管段水头损失之和。

则水泵所需总扬程：H=10.39+1.92+2=14.31m
3.10 水泵工况点的校核 （1）水泵管道特性曲线 ①比阻2Q
h S ∑=
=1.76/14852
=7.98*10^-7 管道曲线2000000798.039.10Q H +=，列出流量与杨程计算表，再描点作图：
表11 管道特性曲线计算（最低水位）
取点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Q （m 3/h)
400
1600 H(m)
10.39
10.42
10.52
10.68 10.90 11.19 11.54 11.95
12.43
表12 管道特性曲线计算（最高水位）
取点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Q （m3/h)
400 1600 H(m)
8.69
8.72
8.82
8.98
9.2
9.49 9.84
10.25
10.73
画出最低水位和最高水位时的管道、单泵和并联泵的特性曲线图，如下图所示：
图13 提升泵工况校核曲线图
检验单泵运行和并联运行时，由泵得性能图得知该泵4个工况点都在高效段，所选泵合理。

4 集水池容积校核
集水池的容积在满足安装格栅和吸水管的要求，保证水泵的吸水条件并能够及时将流入的污水抽走的前提下，应尽量小些，这样既降低造价，又可以减轻污水池污水中杂物沉积和腐化。

（1）全昼夜运行的大型泵站（最高日污水处理量超过15000m 3），集水池容积根据工作泵机组停车时启动备用泵所需时间来计算。

一般可采用不小于最大泵5min 出水量的容积。

1560Q W ⨯=
W 1——集水池有效容积，m 3 Q ——最大泵5min 出水量，m 3/h
（2）小型污水泵站，由于夜间流量不大，通常在夜间停止运行。

在这种情况下，集水池容积应满足储存夜间流入量的要求。

3m 7.116660/50*140060
5
Q W ==⨯=。