《泵与泵站》课程设计取水泵站的设计.docx
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《泵与泵站》课程设计取水泵站的设计
一、设计说明书
<一>工程概述
(一)工程概括
市因发展需要,原有的第一水厂已不能满足居民的用水要求,因此,规划设计日产水能力为9.5万m3的第二水厂,给水管线设计已经完成,现需设计该水厂取水泵房。
(二)设计资料
市新建第二水厂工程近期设计水量为85000m3/d,要求远期发展到95000m3/d,采用固定取水泵房用两条直径为800mm的自流管从江中取水。
水源洪水位标高为38.00m,枯水位标高为24.60m。
净水构筑物前配水井的水面标高为57.20m,自流取水管全长280m,泵站到净化场的输水干管全长1500m。
自用水系数α=1.05~1.1,取水头部到泵房吸水间的全部水头损失为10kPa,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。
此外,取水泵站由于其扩建比较困难,所以在新建给水工程时,可以采取近远期结合,对于本例中,对于机组的基础、吸压水管的穿插嵌管,以及电气容量等我们应该考虑到远期扩建的可能性,所以用远期的容量及扬程计算。
对于机组的配置,我们可以暂时只布置三台500S59A型水泵(一台备用,两台工作),远期需要扩建时,再增加一台同型号的水泵。
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=1.05-1.1
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×
=3718.75m3/h=1.033m3/s
远期设计流量为Q=1.05×
=4156.25m3/h=1.155m3/s
(2)设计扬程HST
①静扬程HST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1m,则吸水间中水面标高为38.00-1.00=37.00m,最低水面标高为24.60-1.00=23.60m,所以泵所需静扬程HST为:
洪水位时,HST=57.20-37.00=20.20m
枯水位时,HST=57.20-23.60=33.60m
②输水干管中的水头损失∑h
设采用两条DN800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=0.75×4156.25=3117.2m3/h=0.866m3/s,查水力计算表得管内流速v=1.72m/s,i=4.25‰,所以
输水管路水头损失;
=1.1×0.00425×1500=7.0125m
(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1.8m,安全水头2m,
则泵设计扬程为:
枯水位时:
Hmax=33.60+7.0125+1.8+2=44.4125m
洪水位时:
Hmin=20.20+7.0125+1.8+2=31.0125m
<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=HST+
=HST+SQ2
式中HST——最高时水泵的净扬程,m;
———水头损失总数,m;
S——沿程摩阻与局部阻力之和的系数;
Q——最高时水泵流量,m3/s
HST=33.60m,把Q=4156.25m3/h,H=44.41m,代入上式得:
S=8.10
所以管路特性曲线即为:
H=HST+8.10Q2=33.60+8.10Q2
可由此方程绘制出管路特性曲线,见图1
表1管路特性曲线Q-H关系表
Q(m3/h)
0
600
1000
1700
2000
∑h(m)
0.00
0.23
0.63
1.81
2.50
H(m0
33.60
32.83
33.23
34.41
35.10
Q(m3/h)
2500
2800
3400
3900
4200
∑h(m)
3.91
4.90
7.23
10.80
12.10
H(m)
36.51
37.50
39.83
44.41
44.70
(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500S59A型泵,两台工作一台备用,单泵工况点为(1980,44.5),满足近期工况的要求。
远期增加一台500S59A型泵,三台工作一台备用。
远期三台水泵并联时单泵工况点为(1860,50.06),此时三台泵均工作在高效段工作。
图1水泵并联工况点的求解图
500S59A型泵基本参数
图2离心泵性能曲线图
(3)水泵参数
500S59A型单能双吸式离心式水泵性能参数如下:
流量Q=1500~2170m3/s,扬程H=57~39m,转数n=970r/min,泵轴额定功率:
N=333kW,电动机型号为Y400-54-6型异步电动机,配电机功率为400kw,效率为72%~74%,气蚀余量:
Hs=6m
表2500S59A型水泵外型尺寸(不带底座)(单位:
m)
L
L1
L2
L3
B
B1
3510
1860
1167
580
1000
810
B3
A
H
H1
H2
H3
800
710
400
800
370
480
E
h
W水泵
W电机
n—φd
800
1200
2235N
3000N
4—35
表3进口法兰尺寸表4出口法兰尺寸
DN1
D01
D1
n1-d1
500
620
670
20-26
DN2
D02
D2
n2-d2
350
460
505
16-22
500S59A型泵工作曲线图
500S59A型泵安装尺寸
<三>、吸水管路的设计
(1)流量Q
Q1=
=1385.52m3/h=0.385m3/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1.0~1.2m/s
管径等于或大于250㎜时,V取1.2~1.6m/s
(3)吸水管路直径
采用DN600×8钢管,则V=1.32m/s,i=3.56‰
(4)吸水管路的管件布置
<1>喇叭口设计
喇叭口扩大直径D≥(1.3~1.5)d=1.4×600=840㎜取800㎜
喇叭口高度4(D-DN)=4×(800-600)=800㎜
喇叭口距墙壁的距离a>(0.75~1.0)D取a=0.9×800=720㎜取700㎜
喇叭口距室底的距离h1≥(0.6~0.8)D=0.75×800=1200㎜
喇叭口之间距离l1≥(1.5~2.0)D=1.5×800=1200㎜
喇叭口淹没深度h2≥(1.0~1.25)D=1.25×800=1200㎜
喇叭口中心线与后墙的距离C=(0.8~1.0)D=0。
9×800=720取700㎜
喇叭口与进水室的距离l≥3D=2400㎜
<2.>手动闸阀采用Z45T—10正齿轮转动暗杆楔式闸阀,其规格为:
500S59A:
DM=700㎜,L=660㎜
〈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:
500S59A:
DN700500,L=600㎜,ζ=0.20
<4>90°弯头
500S59A:
DN600,T=700㎜,ζ=1.06
<四>、压水管路的设计
(1)流量Q
Q1=
=1385.52m3/h=0.385m3/s
(2)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1.5~2.0m/s
管径等于或大于250㎜时,为2.0~2.5m/s
③压水管的选取
采用DN450×6钢管,则V=2.34m/s,i=16.2‰
(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
500S59A:
DN600,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:
500S59A:
DN600,L=600㎜,W=1018kg,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:
500S59A:
DN600,L=600㎜,W=1540kg,ζ=0.06
④同心渐扩管压水管路上的渐扩管规格如下:
500S59A,DN500600,L=600㎜,ζ=0.11
⑤设在联络管上的渐扩管规格:
DN600800,L=800㎜,ζ=0.34
DN500800,L=800㎜.ζ=0.31
⑥三通管
DN500800,L=1200,ζ=0.78
<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,500S59A型泵:
L=B+L2+L3+(400~500)=1000+1167+580+453=3200㎜
B=A+450=710+450〈B+450=1250取1250㎜
H=3.0×(3000+2235)÷(3.2×1.25×2400)=1630取1700㎜
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500S59A型水泵,两台工作,一台备用。
远期需扩建时,再添加一台500S59A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=1250+1000=2250㎜取2700㎜
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=1860+500=2360㎜但是,低压配电设备应C1≥1.5m;高压配电设备应C1≥2m,C1取2360㎜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=2360㎜
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=1225㎜
⑧A2:
泵及电机突出部分长度A2=200~250㎜
⑨D1:
压水管路管径D1=450㎜
⑩L:
机组基础长度L=3200㎜
所以,可得R=B1+F+
D1+L+
E1=3000+225+1225+3200+1350=9000㎜
<六>水泵房安装高度
(1)水泵安装高度
Hss=
-Hsv-∑hs-hva
式中Hss——安装高度,泵轴至最低水位的几何高度;
Pa——水面上的绝对大气压;
Hsv——水泵的气蚀余量;
∑hs——吸水管路总水头损失;
hva——实际水温下的饱和蒸汽压力。
500S59A:
Hss=
-6-0.51-0.43=3.16m
吸水间最低水位=24.60-280×4.25‰=23.41m
泵轴标高=吸水间最低水位+Hss=23.41+3.26=26.67m
(2)泵房中各标高确定
①泵房内底地面标高=泵轴标高-h1-0.4
=26.67-1.3-0.4
=24.97m(0.4为基础突出地面高)
②水泵基础顶标高=泵轴标高+H1=26.67+0.5=27.17m
③水泵基础底标高=26.67-0.8=25.87m
④电机基础顶标高=27.17+1.2=28.37m
⑤水泵进水口中心标高=泵轴标高-H2=26.67-0.37=26.30m
⑥水泵出水口中心标高=泵轴标高-H4
=26.67-0.47=26.20m
⑦地下部分筒体高度=室外地面高度-泵房内底标高
=34.60-24.97=9.63m
泵房筒体高度=操作平台标高-泵房内底标高
=(洪水位标高+1m浪高)-泵房内底标高
=(38.00+1)-24.97
=14.03m
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=洪水位标高+1m浪高
=38.00+1=39.00m
⑨泵房顶标高=操作平台标高+泵房地上部分高度
=39.00+5.8=44.80m
⑩总的筒体高度=泵房顶标高-泵房内底标高
=44.80-24.97=19.83m
<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
吸水管路中水头损失∑hs:
∑hs=∑hfs+∑hls
1、吸水管路沿程水头损失:
∑hfs=l1×is=3.56‰×6.870=0.024m
2、局部水头损失:
∑hls=(ζ1+ζ2)
+ζ3
式中ζ1———吸水管进口局部阻力系数,ζ1=0.075
ζ2———DN600×8钢管闸阀局部阻力系数,按开启度
=0.125考虑,ζ2=0.45;1.905
ζ3———偏心渐缩管DN700×500,ζ3=0.80
则∑hls=(0.75+0.45)×
+0.2×
=1.934m
所以吸水管路总水头损失为:
∑hs=∑hfs+∑hls=1.934+0.024=1.96m
压水管路水头损失∑hd:
∑hd=∑hfd+∑hld
1、压水管路沿程水头损失:
∑hfd=il=0.0039×4+0.00323×10+0.00843×5=0.08m
2、局部水头损失:
∑hld=(ζ1+ζ2+ζ3+ζ4+ζ5+ζ6+ζ7)·
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