灌溉泵站设计

四川大学
课程设计报告
题目灌溉泵站设计专业
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指导教师
水利水电学院
二〇一四年十二月
目录
一、工程概况 (2)
1.1基本情况 (2)
1.2地质及水文地质资料 (2)
1.3气象资料 (2)
1.4水源 (3)
1.5干渠参数 (3)
1.6其它 (3)
二、泵站规划 (4)
2.1泵房位置的初步选择 (4)
2.2泵房位置初步选择的对比 (4)
三、泵站设计参数确定 (5)
3.1设计流量的计算 (5)
3.2设计扬程的计算 (6)
四、水泵初选 (7)
4.1单泵流量计算 (7)
4.2初选水泵 (8)
五、选择进出水管道 (9)
六、确定泵房类型 (10)
七、机组布置形式及泵房尺寸确定 (11)
7.1机组布置形式 (11)
7.2泵房尺寸确定 (11)
八、出水管道布置 (11)
九、选择泵房辅助设备 (12)
起重设备示意 (13)
十、进出水建筑物的布置及设计 (14)
10.1进水建筑物 (14)
10.2出水建筑物 (14)
十一、水泵安装高程的确定 (15)
十二、水泵工况点的校核 (16)
十三、终选水泵及动力机 (18)
十四、投资概算 (20)
十五、参考文献 (21)
一、工程概况
1.1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，拟从附近河流中扬水灌溉该区的（5.3+4）5.7万亩农田，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，其中小麦占灌区面积70%，玉米占30%。

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95%的灌溉制度。

其设计灌水率如表1所示：
1.2地质及水文地质资料
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200kN/m2，地下水埋深3.5m左右。

1.3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0.44m。

平均年地面温度为15℃，平均年日照时数为2600.4h。

累积年平均辐射总量为527.4l 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。

1.4水源
灌区南有一河流，是规划灌区的水源，其水量充沛。

灌溉保证率为95 ％时的河流月平均水位如表2所示。

1.5干渠参数
根据规划，泵站出水池接灌区干渠，底坡i=1/4000，干渠长3500m，渠尾处渠底高程530m，边坡系数m=1.25，糙率n=0.025，干渠平均水深0.3m，设有过水隧洞1座，渡槽2座，水头损失分别为（ϕ=0.15m, ϕ=0.1m）水温20℃。

1.6其它
站址东北角有10 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。

土石方开挖单价为33元/m3，电费为0.3元/度，钢板容重7.85T/m3，单价5000元/T。

二、泵站规划
2.1泵房位置的初步选择
对于站址的选择要考虑的因素主要有地形、输水距离、输电线路长度，材料设备运输距离，以及是否设置专门建筑物等。

从地形图可以看出，干渠位置与河流走向基本平行且河流顺直，西边等高线密集且分布不均，地形坡度变化大，泵房填挖方量大，镇墩和支墩设置复杂，出水管线布置相对困难，边坡稳定性也最差；中部和东边等高线分布相对均匀，且公路在靠近东边，水流方向自东向西。

此外，西边干渠与河流水平距离最远，出水管线相对其他位置都长，会增加管线投资；同时其距离公路较远，施工困难，占地较多，材料运输成本较多。

2.2泵房位置初步选择的对比
对于泵房位置的选择初拟2种方案，如附图1（泵房及管线位置示意图）所示。

2种设计方案的比较如下：
表格可以看出，案2更适合，故方案2作为设计方案。

三、泵站设计参数确定
计参数确定之前，应该确定灌溉面积。

其中由工程概况可知总的灌溉面积为.5.7万亩=38 （100 hm2），其中小麦占灌区面积70%，玉米占30%。

小麦：38*70%=26.6（100 hm2）；玉米：38 *30%=11.4（100 hm2）。

3.1设计流量的计算
给定的设计灌水率如下表：
根据该表绘出初步灌水率图经过修正后得到修正后的灌水率（需要满足灌水率图修正应遵循的原则）如下：
确定了设计灌水率后，可按下式计算灌溉设计流量：
Q=qA/η
式中，Q为灌溉设计流量，m3/s；q为设计灌水率，（m3/s）/100hm2；A为泵站控制的灌溉面积，100hm2；η为灌溉水利用系数，为渠系水利用系数和田间水利
用系数的乘积。

根据《灌溉与排水工程设计规范》：当灌溉面积为5.7万亩时渠系水利用系数要大于0.65；旱作灌区田间水利用系数设计值不应低于0.90；水稻灌区田间水利用系数设计值不应低于0.95。

该泵站灌溉面积为5.3万亩，渠系水利用系数应大于0.65。

计算时，渠系水利用系数取0.7，田间水利用系数取0.95。

计算结果如下：
因此，Q设=3.46 m3/s
3.2设计扬程的计算
根据规划，泵站出水池接灌区干渠，干渠长3500m，渠尾处渠底高程（518+尾数*1.5）m，底坡i=1/4000，边坡系数m=1.25，糙率n=0.025，干渠平均水深0.3m，设有过水隧洞1座，渡槽2座，水头损失分别为（ϕ=0.15m, ϕ=0.1m）水温20℃。

渠尾处渠底高程：H=518+8*1.5=530m
出水池高程：
H出水池=530+i*3500+0.15+0.1*2=522.8+1/4000*3500=531.225m
因为干渠平均水深0.3m，考虑出水池水力损失，取H出水池值为532.3m。

灌区的水源河流月平均水位如表所示：
月 1 2 3 4 5 6
天数31 28 31 30 31 30
水位（m）503.8 503.8 503.9 504.6 504.8 504.8 月7 8 9 10 11 12
天数31 31 30 31 30 31
水位（m）504.4 504.3 504.5 504.1 503.9 503.8
在灌溉进行的5月、7月和8月这三个月中，河流最低水位为504.3m，即进水口水面高程为设计水位：
H进=504.3m
H静= H出- H进=28m
H净（m）
直径D（mm）
<200 250~300 >350
占H净的%
<10 30~50 20~40 10~25
10~30 20~40 15~30 5~15
>30 10~30 10~20 3~10 由水头损失估算取值表可得，在泵站设计流量较大，管径应该在350mm以上，H静在10~30m之间，取H静得15%进行计算。

设计扬程为：
H设=（H出- H进）*（1+15%）=28*1.15=32.2m
四、水泵初选
4.1单泵流量计算
泵站设计流量为：Q=3.46 m3/s=12456 m3/h，设计扬程为：H设=32.2m。

考虑安装3~5台水泵，则安装台数和单泵流量关系如下图所示：
4.2初选水泵
根据《中国灌排设备手册》，在扬程和流量大致满足的情况下，初步选取了三种泵型，分别是3台DH800-5500-32，4台600S32，5台24sh-13。

三种泵型参数如下表所示：
经过比较，当选择4台时，流量和扬程更接近水泵工作效率最高时的流量和扬程。

选择600S32型的水泵进行计算。

另外还应该设置一台备用泵，总共需要5台600S32型泵，600S32型单级双吸离心泵的外形及其尺寸如下：
L L1L2L3B B1B2B3202910851100900180080013001000
H H1H2H3n-Φd DN1D01D117069505326634-41600725780
n1-Φd1DN2D02D2n2-Φd220-30
40051556516-25外形尺寸（mm）进口法兰尺寸（mm）型号
外形尺寸（mm）
出口法兰尺寸（mm）
600S-32
相配套的动力机选择如下：
整台机组尺寸如下：
机组长度mm
机组宽度mm
机组高度mm
3920
1800
1710
五、选择进出水管道
由经验公式可知：当Q ＞129m ³/h 时 Q D 5.11=
此处的流量为3114m ³/h ，所以D=641 mm 经过公式
2
2/⎪
⎭⎫
⎝⎛=D Q V π验算符合经济流速。

所以根据《中国灌排设备手册》取D=700 mm 计算。

钢管最小厚度由经验公式
D
130
1
≥
δ
=700/130=5.4mm
《中国灌排设备手册》选用厚度为δ=10.8mm 钢管重量173.9kg/m.
六、确定泵房类型
根据工程的概况可知泵房由河流取水，泵房条件宜采用固定式泵房。

然而固定式泵房又有分基型、干室型、湿室型、块基型4种。

根据初步比较选分基型和干室型两种类型。

对两者泵房的比较如下：
分基型的特点如下：没有水下结构和每套水泵机组均有各自单独的基础，并且与泵房墙基础分离。

该泵房结构简单，施工方便容易，造价低廉，它适用于：泵站流量不大（Q<300L/S）的中小型卧式水泵机组；泵站工作期间，水源或进水池变幅小于水泵的有效吸上高度；建站处地基比较稳定。

干室型的特点如下：适用于于流量较大的水泵，由于水泵机组的重量较大，为了减小作用于地基单位面积上的重量，避免单位面积地基上所承受的重量超过其承重能力，就需要扩大机组基础面积，使各水泵机组的基础及泵房墙基础连成一个整体。

其工艺布置比较方便，建筑面积能合理运用。

适用于于外部水位变化不大；平面面积较大；地下埋深较浅场合。

按照两种泵房的特点及其使用条件，该泵站流量较大，选择干室型比较适合。

在干室型泵房中又有矩形、圆形等泵房型式。

该地区水位变化不大，平面面积较大，地下埋深较浅，故该泵站选择矩形干室型泵房，工艺布置比较方便，建筑面积能合理利用以及便于利用标准的建筑结构和起重设备。

七、机组布置形式及泵房尺寸确定
7.1机组布置形式
由工程概况可知，对于泵房的面积并没有什么特别的要求，而且根据设计总共只需要5台水泵（连同备用水泵）就可以满足要求，所以可以把机组设置为一列式。

布置形式如下所示：
7.2泵房尺寸确定
已知初选机组尺寸（机组长度3920mm，取值为4m长，机组宽度1800mm，取2m长），在两个机组直接设置1m宽的间隔，在横向上设置1.5m宽的走道，上下再设1.5m的管道安装空间，则泵房的为27m长，8m宽。

但对于泵房来说一般要求布置检修间，用于存放一些常用的工具或者杂物，设置3m宽，同时设置3m长的配电间，因此最终泵房的尺寸为：长30m，宽8m。

八、出水管道布置
泵房外出水管的布置，应根据泵站总体布置要求，结合地形、地质条件确定由地形图可以看出，从水源到出水池距离不超过100m，根据技术经济原则，当管道长度小于100m时，宜采用单机单管出水方式。

水管的铺设方式通常分为明
式铺设和暗式埋设两种。

明式铺设便于检修、养护，但造价高，管内无水期间管壁受温度影响较大。

一般管径大于1400mm。

而暗式埋设分为有垫层和无垫层两种，常应用于石棉水泥管、钢筋混凝土管及直径小于1400mm的连续焊接钢管的铺设，其优点是铺设费用省，但检修困难。

该泵站由于扬程较小故选择明式铺设。

明管设计时，转折处设置镇墩，间距不易小于100m。

两镇墩间设置伸缩节，支墩。

九、选择泵房辅助设备
首先充水设备当泵的安装高度高于进水池水位时，即为吸上时，泵启动前必须排气充水。

考虑到管理方便，本设计采用真空泵充水。

起重设备；泵房中，水泵、电动机、阀门及管道等设备的安装和检修，都需要用到起重设备。

该泵站水泵有2400kg。

故可选择电动单轨吊车。

起重重量大于3000kg。

排水设备；在水泵运行过程中，难免有水渗出，另外在出现故障的时候，也有可能导致大量的水从管道连接处或者设备中大量渗出，如果没有采用相应的排水设施，地板积水可能导致整个泵站系统陷入瘫痪，因此，泵房排水非常重要。

泵房采取沟道排水。

将主机组地板设置为一定的坡度，一般选取2%的倾斜程度，并且向进水池方向倾斜，地板上设支沟、干沟。

支沟延泵房倾斜方向平行，坡度和地板坡度相当；干沟与泵房长度方向平行，由两边向泵房中部倾斜，坡度也为2%，最后汇集到一起，抽出排到进水池里面。

配电设备；配电设备的布置型式，通常分为一端式和一侧式。

一端式布置：是在泵房进线一端建配电间或副厂房。

这种布置形式适用于机组台数较少的泵站。

这种布置形式的优点是泵房跨度小，进、出水侧都可以开窗，
有利用通风采光。

一侧式布置是在泵房一侧建配电间或副厂房。

这种布置形式的优点是当机组台数较多时，有利于监视机组的运行。

该泵房跨度较大，配电设备不易再使用一侧式布置，因为泵址处地势较平坦，故采用一端式布置。

起重设备示意
其中：
h1————为车厢离地板高度1.2m
h2————为垫块高0.2m
h3————为最高设备高度1.8m
h4————为捆扎长度采用刚性吊具取0.3m
h5————为吊钩到轨道面距离1.1m
由上起重机层高度为1.2+0.2+1.8+0.3+1.2=4.7m取5m。

十、进出水建筑物的布置及设计
10.1进水建筑物
泵站与水源间常常设置引水建筑物，水从水源引至泵站的前池和进水池或者直接引向水泵进口，以保证水泵的正常安全运行等方面都有密切关系。

引水建筑物的主要结构形式有：管式、涵洞式、和明渠式。

该泵站的地形条件比较适合用明渠引水。

○1前池
前池是连接引渠和进水池的建筑物。

前池的形状和尺寸，不仅会影响水流流态，而且对泵站工程的投资和运行管理带来很大影响。

该工程中前池设置为矩形进口，底宽为8m，。

从取水口到进水池的水头损失不计。

○2进水池
泵站中专门为水泵或其吸水管道抽水而修建的水池称为进水池。

为了保证水泵有良好的吸水条件，要求进水池中水流平稳，即流速分布均匀，无漩涡，也无回流，否则不仅会降低吸水效率，甚至引起水泵汽蚀，机组振动而无法工作。

进水池采用沿泵房长度方向的矩形布置，进水池边壁采用矩形型式，同时设置隔墙，改善水流条件。

其中进水池宽取24m，进水池长为2m。

10.2出水建筑物
（1）出水管道
出水管道又称压力管道，是组成泵站的重要建筑物之一，为保证泵站安全、经济运行，出水管道必须满足下列条件：管道引起的能量损耗及投资最小；保证管道稳定；保证管道本身及其接头处的强度和密封性能；在向管道内充水或泄空过程中保证空气能自由地排出或进入；能够在检修时放空管道；当管道突然破裂后保证泵房的安全，出水管出流方式为虹吸式出流。

（2）出水池
出水池是衔接出水管路与灌溉（或排水）干渠（或容泄区）的建筑物。

其主要作用是：消除管中出流的余能，并使之平顺地流入干渠或容泄区；防止机组停止运行或管道破坏后，干渠或容泄区中的水通过水泵和出水管倒流；汇集出水管道的出流或向几条干渠分流。

出水池主要起消能稳流作用，因此，出水池的布置应满足下列要求：池内水流顺畅、稳定，水力损失小。

出水池池中流速不应超过2.0 m/s，且不允许出现水跃。

出水池底宽若大于渠道底宽，应设置渐变段连接，渐变段的收缩角不宜大于40°。

由于出水管道和干渠走向垂直，采用侧向出水池。

出水管出流方式为虹吸式出流。

十一、水泵安装高程的确定
安装高程计算，600S-32型水泵吸上高度s=2.5m
H，因为进出水池均与大气相
接，所以[]2
g w
++h
2g
S
V
H H
⎡⎤
=⎣⎦
因进水管较短，沿程损失忽略不计，以局部损失为
主。

2
j v =*2g H ϕ进水口局部损失系数为0.31；弯曲段损失系数为取0.29。

管内流速为
v=Q/A=2.56m/s ，2
v =2g 0.33m ，水头损失hw=(0.31+0.29)*0.33=0.2m 所以
[]g =H 2.5-0.33-0.2=1.97m ，水流从引水渠经前池进入进水池水位下降值故取为
0.2m 。

在最低水位时，水泵基准面安装高程为504.3-0.2+1.97=506.7m 。

由于泵房为干室型，机组安装在第一层，故水泵基准面取与最低水位以齐平，即504.3m 。

十二、水泵工况点的校核
12.1 根据《中国灌排设备手册》， 性能曲线图取泵叶轮直径。

得流量扬程关系如下表
流量/扬程
Q （m ³s ） 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 D=500mm
H （m ） 36 36 35 34 32 28 24 21 12 D=540mm 扬程H （m ） 44 44 43 42 40 36 32 28 20
12.2水泵装置需要扬程计算
st w +h R H H =
2
2
222w f 22*l ==+*22g d*2g*2g*j l v V H H H Q Q Q d g A A
δλδλ+=+∑∑（） 2st 22l =H ++d*2g*2g*R H Q A A δλ
∑（） st =H 531.3-504.3=28m 当λ取0.2 L 为管长取65 m ；d 为管径0.7m ，A 为管道横断面面积0.385㎡，g 为重力加速度取9.8进水口局部损失系数为1δ=0.30弯曲段损失系数（管道共三个弯曲段）为取2δ=0.31闸阀局部损失系数（管道共三个闸阀）取为3=δ 3.0水泵局部损失系数取4=δ 5.0渐变管损失系数5=δ0.08出水口局部损失系数6=δ0.5则r H =28+20.62*Q^2
得水泵性能曲线Q-H,Q-Hr 数据如下
由实际比较得到若水泵叶轮直径为540mm 时在高效区，则水泵满足在两种叶轮直径下都满足要求。

因此主要校核D=540mm 的情况：
查《灌排设备手册》600S-32型泵（泵叶轮直径为540mm）得到该工作点在高效区内。

十三、终选水泵及动力机
通过校核显示选择的5台600S32（包括一台备用泵），动力机选型JS-1410-6。

十四、投资概算
1、泵站所需600S-32型泵5台。

单价为10万元（中开泵轴承体中开泵轴承压盖600S-32 ），共需50万元。

2、JS-1410-6型动力机5台。

单价为1300元，共需0.65万元。

3、10kv电压变压器一台，需20000元。

4、每台出水管道长65m，管径700mm，壁厚10.8mm，钢管重量173.9kg/m，需5根，总重为56517.5kg。

钢管单价0.365万元每吨，共需20.6万元。

5、引水明渠、前池、进水池、出水池、泵房土方开挖量为5000方，土方开挖单价34 元，共需17万元。

6、引水明渠、前池、进水池、出水池、泵房混凝土用量约1000方。

单价250元，共需25万元。

7、配电盘一台，需4000元。

投资概算表
十五、参考文献
【1】吴持恭主编；水力学与山区河流开发保护国家重点实验室（四川大学）编.
水力学.上册.高等教育出版社，2008.1
【2】中国灌排设备手册/《中国灌排设备手册》编辑部编.-北京：中国水利水电出版社，1999
【3】水泵及水泵站/刘竹溪，刘景植主编.—4版.—北京：中国水利水电出版社，
[水泵及水泵站课程设计]
2009.11（2014.6重印）
【4】水电站建筑物/马善定，汪如泽编.—2版.—北京：中国水利水电出版社，2007 【5】水工建筑物/陈德亮主编. —5版.—北京：中国水利水电出版社，2008（2014.6重印）
20。