某水厂二泵站初步设计.docx
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某水厂二泵站初步设计
1前言
1.1设计题目
某水厂二泵站初步设计
1.2设计原始资料
(1)已知某城市经设计计算的最高日设计用水量为33975m3.各小时用水量如下表所示:
小时
用水量百分数
小时
用水量百百分数
小时
用水量百百分数
小时
用水量百百分数
小时
用水量百百分数
小时
用水量百百分数
1
3.03
5
3.95
9
5.02
13
4.35
17
4.51
21
4.36
2
2.95
6
4.17
10
5.47
14
4.06
18
4.49
22
4.67
3
2.66
7
4.41
11
4.80
15
4.08
19
4.16
23
4.42
4
2.76
8
4.80
12
4.62
16
4.33
20
4.33
24
3.90
(2)在设计决定城市管网、二泵站、清水池、高位水池(水塔)的共同工作状况时,经方案比较后已决定二泵站采用两级供水,即0~4点,每小时供水量为2.5%;4~24点,每小时供水量为4.5%.
(3)该城市的最高日最高用水时情况:
①二泵站供水量:
425L/s(即4.5%);
②输配水管网中的水头损失:
23.5m;
③管网中控制点(即水压的不利点)所需的自由水头:
16m;
④二泵站吸水池最低水位到控制点的地面高差:
25.5m.
(4)该城市的最高日最高时和消防用水时情况:
①二泵站供水量:
480L/s;
②输配水管网中的水头损失:
33.3m;
③管网中要求的最低自由水头:
10m;
④二泵站吸水池最低水位到控制点的地面高差:
26m.
(5)该城市不允许间断供水,备用泵至少应有一台.
(6)二泵站(清水池附近)的地质情况是:
地面表层(约2米)为粘土,2米以下为页岩.
(7)清水池有关尺寸如图所示(见图1.1).
(8)该城市最大转输用水时情况,因矛盾不突出,故略.
(9)该水泵站海拔为200米,夏季最高水温为30℃.
图1.1清水池相关尺寸图
1.3设计任务
根据上述资料,进行该二泵站的初步设计,编写设计计算说明书共一份,绘制二泵站的平、剖面图一张(1号图纸一张).
1.4参考资料
1.《水泵及水泵站》(第四版)(1998年)中国建筑工业出版社姜乃昌主编
2.《给水排水设计手册(1、3、11、12)》(第二版)(2000年)中国建筑工业出版社
3.《给水排水工程快速设计手册(1、2、5)》(第一版)(1996年)中国建筑工业出版社
4.《全国通用给水排水标准图集(S1、S3)》(1996年)中国建筑标准设计研究所
5.《泵站设计规范GB/T50265-97》,国家技术监督局,中华人民共和国建设部联合发布,1997,6月发布,1997年9月实施
2计算说明书
2.1流量和扬程的计算
该市用于泵站设计计算的最高日设计用水量为33975m3;在设计决定城市管网、二泵站、清水池、高位水池(水塔)的共同工作状况时,经方案比较后决定二泵站采用两级供水,即0~4点,每小时供水量为2.5%;4~24点,每小时供水量为4.5%.
向城市管网供水扬程计算公式如下:
式中H――总扬程,mH2O;
hST――二泵站吸水池最低水位到控制点的地面高差,mH2O;
∑h——总损失,包括管路损失和泵站损失,其中泵站内吸压水管路水头损失一般取值2.0~3.0mH2O,本设计取为2m;
hsev——管网中控制点所需的自由水头,mH2O;
h安全——安全水头,本设计取为1.5mH2O.
式中∑h管网――管路总损失,单位mH2O;
――代表长度、直径一定的管道的沿程阻损与局部阻力之和的系数.
――流量,单位m3/s.
2.1.1水泵站二级供水的设计流量和扬程
水泵站二级供水的设计流量
该城市的最高日最高用水时情况如下:
输配水管网中的水头损失为23.5m;管网中控制点(即水压的不利点)所需的自由水头为16m;二泵站吸水池最低水位到控制点的地面高差为25.5m.则水泵站二级供水的设计扬程
.
根据
,即
,可以得管网的阻力系数S=130.1s2/m5.
2.1.2水泵站一级供水的设计流量和扬程
水泵站一级供水的设计流量
根据
,计算可得
水泵站一级供水的设计扬程
2.1.3消防供水的设计流量和扬程
消防供水的设计流量
该城市的最高日最高时和消防用水时情况输配水管网中的水头损失为33.3m;管网中要求的最低自由水头为10m;二泵站吸水池最低水位到控制点的地面高差为26m.则消防供水的设计扬程为
.
2.2水泵初选及方案比较
2.2.1选泵的主要依据
选泵的主要依据是所需的流量、扬程及其变化规律.
2.2.2选泵要点
1)大小兼顾,调配灵活,合理使用水泵的高效段;
2)型号整齐,互为备用;
3)考虑泵站的发展,实行近期和远期建设相结合;
4)大中型泵站需作方案比较;
5)合理选择水泵的构造形式;
6)保证吸水条件,照顾基础平齐,减少泵站埋深;
7)大小兼顾,合理调配的原则下,尽量选大泵;
8)考虑必要的备用泵;
9)选泵后应进行校核;
10)因地制宜,尽量选用当地成批生产的水泵型号.
2.2.2选泵的主要原则
(1)选泵首先要满足最高时供水工况的流量和扬程要求;在平均流量时,水泵应在高效段运行;在最高与最低流量时,水泵应能安全、稳定运行.所选水泵特性曲线的高效率范围应尽量平缓,以适应各种工况的流量和扬程要求.对于特殊的工况,必要时可另设专用水泵来满足其要求(例如不设专用消防管道的高压消防制系统,为满足消防时的压力一般可另设消防专用泵),本设计不设消防专用泵.
(2)尽可能选用同型号水泵,互为备用;或扬程相近、流量大小搭配的泵.
(3)水泵选择必须考虑节约能源,除了选用高效率泵外,还可考虑运行工况的调节;应考虑近远期结合,一般可考虑远期增加水泵台数或换装大泵.对于埋深较大的水源泵房,远期可采用更换水泵的方式,减少泵房面积.
(4)应优先选用气蚀性能好的水泵,尽可能选用允许吸上真空度值大或必需汽蚀余量值小的泵,以提高水泵安装高度,减少泵房埋深,降低造价.
(5)当有多种泵可供选择时,应综合分析水利性能、机组造价、工程投资和运行检修等因素择优确定.条件相同时应选用卧式离心泵.
2.2.3备用泵的选择原则
根据供水对象对供水可靠性的不同要求,选用一定数量的备用泵,以满足供水对象对供水可靠性的不同要求:
①在不允许减少供水量的情况下,应有两套备用机组.
②允许短时间内减少供水量的情况下,备用泵只保证供应事故用水量.
③允许短时间内中断供水时.可只设一台备用泵.
④城市给水系统中的泵站,一般也只设一台备用泵.通常备用泵的型号可以和泵站中最大的工作泵相同.当管网中无水塔且泵站内机组较多时,也可考虑增设一台备用泵,它的型号与最常运行的工作泵相同.
⑤如果给水系统中有足够大容积的高地水池或水塔时,可以部分或全部代替泵站进行短时间供水,则泵站中可不设备用泵,仅在仓库中贮存一套备用机组即可.
备用泵与其它工作泵一样,应处于随时可以启动的状态.
2.2.4水泵初选
IS型单级单吸离心泵,仅适用于流量比较小的供水,其供水范围不满足本次设计,所以不予选用.单级双吸式离心泵是给水工程中常用的一种离心泵(如Sh型、SA型),本设计初选水泵为单级双吸式离心泵.经过选择,初选水泵见表2.1.所选每台水泵的特性曲线见图2.1,图2.2和图2.3.
表2.1初选水泵表
水泵
型号
额定流量
(m3/h)
额定扬程
(m)
转速
轴功率
(KW)
所配电机
型号
生产
厂家
方案一
3台300S-90
864
86
1450
258
Y355L2-4
上海东方泵业
1台350S-75
972
80
1450
271
Y355L1-4
方案二
3台350S-125B
864
89
1450
281
JQ1410-4
上海东方泵业
图2.1350S-75型泵性能曲线
图2.2300S-90型泵性能曲线
图2.3350S-125B型泵性能曲线
2.2.5方案比较
水泵方案比较见表2.2.
表2.2方案比较表
编号
供水
情况
工作泵台数及型号
供水流量
(m3/h)
每台泵效率η(%)
水泵扬程H实(m)
所需扬程
H需
扬程利用率H需/H实(%)
方
案
一
一级
供水
1台300S-90
864
78
86
52.25
60.8
二级
供水
1台300S-90
1台
350S-75
1836
78
78
86
80
68.5
79.6
85.6
消防时
2台
300S-90
1728
78
86
72.8
84.6
方
案
二
一级
供水
1台
350S-125B
864
75
82
52.25
63.7
二级
供水
2台
350S-125B
1728
75
82
68.5
83.5
消防时
2台
350S-125B
1728
75
82
72.8
88.7
2.2.6方案比选分析
由表2.2中可以看出,方案一和方案二均满足最高时供水工况的流量和扬程要求,两种方案的效率和扬程利用率都较高,且满足消防时的要求.
方案一选用了两种型号的泵,运行管理起来比较麻烦,增加了运行管理的费用;虽然每台泵的效率较高,但扬程利用率较方案二低.
方案二选用了一种型号的泵,型号整齐、调配灵活,管理方便,且能够互为备用;在扬程的利用率方面,方案二较方案一高;从远期规划方面考虑,方案二具有良好的发展和改善空间;缺点是效率较方案一稍低.
综合上述因素,根据选泵的原则,决定选用方案二(3台350S-125B),其中1台为备用泵.
2.3基础设计
机组(水泵和电动机)安装在共同的基础上.基础的作用是支撑并固定机组,使它运行平稳,不致发生剧烈振动,更不允许基础沉陷.因此,对基础的要求是:
①坚实牢固,除能承受机组的静荷载外,还能承受机械震动荷载;
②要浇制在较坚实的地基上,不易浇制在松软地基或新填土上,以免发生基础下沉或不均匀沉陷.
本次设计采用的是不带底座的基础,其设计计算的相关公式为:
长:
L=螺孔间距+0.4~0.5m
宽:
B=螺孔间距+0.4~0.5m
高:
H=螺栓埋入深度+150~200mm
螺栓埋入深度=20~30×螺栓直径+30~50mm
根据上海东方泵业提供的S型单级双吸离心泵系列相关内容,确定所选泵的安装尺寸.S型泵安装尺寸图见图2.4.
图2.4S型泵安装尺寸图
对于所选350S-125B型水泵,其主要外形尺寸见表2.3.
表2.3350S-125B型水泵主要外形尺寸表
泵型号
外型尺寸
L
L1
L2
H
H1
H2
H3
H4
H5
B1
B2
B3
B4
350S-125B
3420
622
809
1082
620
400
830
330
410
660
550
600
690
底座尺寸
A1
A2
A3
A4
A5
d1
d2
550
500
1109
1000
710
Φ35
Φ35
根据表2.3数据计算可得
基础长L=螺孔间距+0.4~0.5m=A2+A3+A4+0.5=0.5+1.109+1.0+0.5=3.109m,取为3.110m
基础宽B=螺孔间距+0.4~0.5m=A1+0.5=0.55+0.5=1.05m
螺栓埋入深度=20~30×螺栓直径+0.03~0.05m=30×0.035+0.05=1.100m
基础高=螺栓埋入深度+0.150~0.200m=1.100+0.200=1.300m>0.5~0.7m,符合要求.
由安装图可知,H`=H+H1-H2=1.300+0.62-0.4=1.52m
基础高度校核(混凝土密度为
):
基础重量应大于机组总重量的2.5~4.0倍.
基础重量M=ρV=2.6×103×3.11×1.05×1.30=11037.39kg
根据厂家提供的样本所查内容可知,泵的重量为1600
,所配电机的重量为2340
,
机组总重量为1600+2340=3940
.
,所以基础满足强度要求.
基础高度一般应不小于50~70cm,基础一般用混凝土浇筑,混能土基础应高出室内地坪约10~20cm.
基础草图见图2.5.
图2.5基础草图
2.4泵站形式
2.4.1最大安装高度的计算
相关的计算公式如下:
式中
――修正后采用的允许吸上真空高度(m);
――水泵厂给定的允许吸上真空高度(m);
――安装地点的大气压(即
),mH2O,
海拔高度与大气压(
)关系见表2.4;
--实际水温下的饱和蒸汽压力,mH2O,
水温与饱和蒸汽压力(
)的关系见表2.5.
表2.4海拔高度与大气压(
)关系
海拔m
-600
0
100
200
300
400
500
600
700
大气压
(mH2O)
11.3
10.3
10.2
10.1
10.0
9.8
9.7
9.6
9.5
海拔m
800
900
1000
1500
2000
3000
4000
5000
大气压
(mH2O)
9.4
9.3
9.2
8.6
8.4
7.3
6.3
5.5
表2.5水温与饱和蒸汽压力(
)
水温℃
0
5
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
饱和蒸汽压
(mH2O)
0.06
0.09
0.12
0.24
0.43
0.75
1.25
2.02
3.17
4.82
7.14
10.33
式中
――最大安装高度(m);
――修正后采用的允许吸上真空高度(m);
――吸水管从喇叭口到泵进水口的水头损失(m).
根据该水泵站的具体实际情况:
该水泵站海拔为200米,
;
夏季最高水温为30℃,
;
根据上海东方泵业提供的S型单级双吸离心泵相关内容可知,对于所选350S-125B型水泵,汽蚀余量Hsv=5.4mH2O.
汽蚀余量与允许吸上真空高度之间的关系:
即水泵厂给定的允许吸上真空高度
修正后采用的允许吸上真空高度
最大安装高度
根据经验取
,
所以最大安装高度
,取安装高度为2.8m.
2.4.2水泵的引水方式
水泵引水有自灌式和抽吸式两种形式,自灌式适用于真空吸水高度较低的大型水泵,自动化程度和供水安全性要求较高的泵房,水泵顶部标高可以在吸水井最低水位以下的水泵.抽吸式需要有抽除泵壳内空气的引水设备,引水时间一般不大于5min.各种引水方式的适用条件和特点见表2.6.
表2.6各种引水方式比较表
引水方式
适用条件
特点(优缺点)
有底阀
水下底阀
压力水管冲水
1.小型水泵(水泵吸水管直径在300mm以下)
2.压水管路内经常有水
1.水头损失较大;
2.底阀需经常清洗和修理;尤其当用于取水泵时.易被杂草、石块等堵塞,使底阀关不严密影响灌水启动;
3.底阀在水下检修麻烦;
4.优点是引水装置简单
高架水箱灌水
1.小型水泵〔水泵吸水管直径在300mm以下)
2.压水管路内经常因停泵而泄空无水时
3.适用于吸水管较短所需注人水量不多
水上底阀
水上底阀
小型水泵(水泵吸水管径在400mm以下)
1.底阀安装于吸水管上端90°弯头处,拆装检修方便;
2.水头损失较水下底阀小
无底阀
液(气)射流泵、水射器
1.适用于小型水泵
2.有足够压力的自来水或专用水泵提供压力水
1.水头损失小;
2.优点是结构简单,占地少,安装方便.工作可靠,维护简单;
3.缺点是效率较低,并需供给大量压力水
真空泵
直接允水
适用于启动各种规模型号水泵.尤其适合于大、中型水泵及吸水管道较长时
1.水头损失小;
2.优点是真空泵的启动迅速,效率较高;
3.缺点是要设置真空泵等设备和管路;使水泵启动、操作麻烦.自动控制(一步化操作)较复杂
常吊真空充水
目前用于中、小型水系启动较多,大型水泵使用较少,适用于虹吸进水系统
1.水头损失小;
2.优点是长期真空吊水,使水泵启动方便迅速便于一步化自动化操作;
3.缺点是真空泵装置和真空管路复杂、真空泵自动启停频繁、初始运行抽气时间较长
自吸泵(自吸式离心泵)
适用于水泵频繁启动的场合
1.吸水管路无底阀,水头损失小;
2.启动方便,仅需灌一次水即可自行启动水泵;
3.由于采用了球阀控制的回流切换机构,使之效率已接近普通离心泵,但水泵价格较贵
经过综合比较,根据二泵站处的地质情况:
地面表层(约2米)为粘土,2米以下为页岩,页岩不易开挖.从经济性考虑,自灌式引水方式由于成本较高,所以不宜采用.真空泵引水启动快,运行可靠,易于实现自动化,所以在给水泵站中普遍采用.故本设计采用抽吸式水环式真空泵引水方式进行引水.
2.4.3泵轴标高和泵房机器间室内地坪标高的确定
泵轴标高和泵房机器间室内地坪标高如图2.6示意.机器间地坪标高为-1.48m.
图2.6泵轴标高和泵房机器间室内地坪标高示意图
根据上述相关计算,可以确定该泵房为半地下式泵房.
2.5水泵机组的布置
2.5.1水泵机组的布置原则
水泵机组的排列是泵站内布置的重要内容,它决定泵房建筑面积的大小.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、接头配件最小、水头损失最小,并应考虑泵站有扩建的余地.
2.5.2水泵机组的布置方式
根据《给水排水工程快速设计手册》(第一册给水工程)152~153页水泵机组各种布置方式的比较见表2.7.
表2.7水泵机组各种布置方式的比较
布置
形式
优缺点
适用条件
平行
单排
优点:
①悬臂式水泵的吸收管可以处于顺直状态;
②布置紧凑,泵房建筑面积小;
③电动机轴抽出方便;
缺点:
①泵房跨度大;
②管道配件较多;
③水力条件较差
④用单轨起吊水泵和电动机较不方便
①单级单吸悬臂式离心泵,如IS,BJ,B,BA型泵和单级双吸离心泵,如Sh型泵均适用.
②一般适用于小泵房.
直线
单行
优点:
泵房跨度小;
②进出水管顺直,水力条件好;
③可减少水头损失和电耗
缺点:
1泵房较长;
②管道配件拆装不便
①侧向进水和侧向出水的水泵,如sh型,SA型单级双吸卧式离心泵
②中小水厂采用较广泛;
③水泵的台数不宜超过5-6台;
④吸水管阀门也可以放在泵房里
横向
双行
优点:
①布置紧凑,泵房建筑面积较小;
②管件配制简单,水力条件好
缺点:
①泵房跨度大;
②水泵倒顺转布置,订货和检修麻烦;
③泵房内较挤,检修空间小;
④常需采用桥式起重机
①适用于大型双吸卧式离心
泵;
②水泵在6台以上;
③施工要求用沉井而不许泵房太长时;
④机组布置可参照单行排列的有关规定.
综合考虑各种因素,本设计采用S型单级双吸水泵,是侧向进出水的水泵,泵的台数为3台,由上表分析比较可知,宜采用直线单行布置,该种布置虽然稍增长泵房的长度,但泵房跨度较小,进出水管顺直,水利条件较好,节省电耗.
2.5.3水泵机组的平面布置
根据《给水排水工程快速设计手册》(第一册给水工程)P153页的相关内容,机组直线单行布置各部尺寸应符合下列要求:
①基础到墙壁的净距为1~2m;
②出水侧水泵基础与墙壁的净距为基础宽+0.5m,但>1.5m,应按水管配件安装的需要确定;
③进水侧水泵基础与墙壁的净距>1.0m,也应根据管道配件的安装要求决定;
④电机凸出部分与配电设备的净距,应保证电机转子在检修时能拆卸,并保持一定的安全距离,其值要求为电机轴长+0.3m.但是,低压配电设备应>1.5m,高压配电设备>2.0m;
⑤水泵基础之间的净距,其值要求为电机轴长+0.3m.但是,低压配电设备应>1.0m,高压配电设备>1.5m;
⑥为了减小泵房的跨度,可考虑将阀门等配件设置在泵房外面
机组直线单行布置相关规范尺寸如图2.7所示.
图2.7机组直线单行布置相关规范尺寸
由上述规范要求规定,根据本设计具体情况考虑,计算得到:
每台水泵机组之间的间距为2.29m;每台泵的基础长度为3.110m,基础与墙壁净距取为2m.水泵机组布置各部分详细尺寸见泵房机器间布置草图(附图1).初步定出泵房机器间的长度和宽度为18.20m×4.70m.
2.6吸压水管流速和直径的确定
2.6.1吸压水管流速和直径的设计要求
根据《给水排水工程快速设计手册》(第一册给水工程)157~162页的相关内容,设计要求如下:
1、吸水管路及出水管路的设计流速根据表2.8确定.
表2.8吸水管路及出水管路的设计流速
管径(mm)
D<250
250
D<1000
1000
D<1600
D
1600
吸水管内流速(m/s)
1~1.2
1.2~1.6
1.5~2.0
1.5~2.0
出水馆内流速(m/s)
1.5~2.0
2.0~2.5
2.0~2.5
2.0~3.0
2、水泵进出水管道上的阀门和止回阀直径,一般与管道直径相同.
3、泵房内经常启闭的阀门,当直径d=300mm或d=300mm以上的可采用电力或液压传动阀门,在自动化泵房内,所有操作阀门都应该安装电动或液压传动装置.
2.6.2水泵吸压水管道的确定
进出水管均采用钢管,计算管径时采用最大供水量,即消防供水时的流量计算,当为消防供水时,有两个水泵同时工作,所以流量Q=0.48/2=0.24m3/s.
因为
,
(1)吸水管道,取d=450mm,由上述公式计算可得:
,满足要求.
(2)压力管道,取d=350mm,由上述公式计算可得:
,满足要求.
根据流量、流速与管径的关系要求,查《给水排水设计手册》中水利计算表可得
Q=240L/s,d=450mm,查得,i=6.22‰,
Q=240L/s,d=350mm,查得,i=23.3‰.
由上述计算可知,吸水管道采用管径d=450mm,坡度i=6.22‰敷设;
压力管道采取管径d=350mm,坡度i=23.3‰敷设,即可以满足相关要求.
2.7吸压水管路的布置
2.7.1吸压水管路的布置要求
吸水管路布置要求:
不漏气;不积气;不吸气;不吸入池底沉渣,并且有良好的水力条件;注意底阀的设置;设计流速的限制.
压水管路布置要求:
要能承受高压,通常采用钢管;避免管路应力传至水泵,设置伸缩节和橡胶接头;注意止回阀的设置;注意设计流速的要求.
吸压水管路在泵房内的布置原则:
安全性;节能;考虑泵房的形状面积的影响.
2.7.2吸压水管路的布
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