湖南科技大学取水泵站说明书.docx
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湖南科技大学取水泵站说明书
学院:
土木工程学院
专业班级:
学生姓名:
学号:
指导教师:
提交日期:
2013年1月6日
目录
取水泵站设计任务书..............................................................................................3
一、设计流量的确定和设计扬程估算..........................................................................4
1.设计流量Q
2.设计扬程H
1)水泵所需静扬程Hst
2)输水干管的水头损失h
3)泵站内管路中的水头损失
二、初选水泵和电机.......................................................................................................4
三、机组基础尺寸的确定...............................................................................................6
四、吸水管路与压水管路布置和计算...........................................................................7
吸压水管路的布置
吸水管
压水管
五、机组与管道布置.......................................................................................................8
六、吸水管路和压水管路中水头损失的计算................................................................9
1.吸水管路中水头损失∑hs
2.压水管路水头损失hd
七、水泵安装高度的确定和泵房简体高度计算..........................................................10
八、附属设备的选择......................................................................................................10
1.计
量设备
2.引水设备
3.排水设备
4.通风设备
5.起重设备
九、泵房平面尺寸的确定...............................................................................................11
十、泵房建筑高度的.......................................................................................................11
十一、泵站内噪声的防治………………………………………………………........12十二、变配电间布置……………………………………………………………….......13
十三、设计心得……………………………………………………………………..…13
十四、参考资料…………………………………………………………............……...13
取水泵站设计任务书
一、目的和要求
1、加深理解和巩固《水泵和水泵站》所讲授的内容。
2、掌握给水泵站工艺设计的步骤、方法和内容。
3、提高设计计算及绘图能力。
4、熟悉并能应用一些常用的设计资料及设计手册。
5、培养独立的分析问题和解决问题的能力。
二、设计题目
取水泵站工艺扩大初步设计
三、设计资料
1、设计流量5万米3/日(不包括厂内自用水),水厂自用水系数α=10%。
2、泵水水质符合国家饮用水水源卫生规定。
河边无冰冻现象,根据河岸地质地形已确定采用固定式取水泵房,从吸水井中抽水,吸水井采用自流从江中取水,取水头部到吸水井间自流管的长度为200米。
3、水源洪水位标高为90.25米(1%频率),枯水位标高为75.50米(97%频率),常年平均水位为81.75米。
4、净化场混合井水面标高为109.05米,取水泵站到净化场输水干管全长为100米。
5、水厂为双电源进线,电力充分保证。
四、设计内容及成果
1、设计内容
取水头部,自流管;水泵机组及其平面布置;吸水井、泵房平面及高度;吸、压水管道;泵房辅助设备;输水干管。
2、设计成果
设计成果包括两大部分。
(1)设计说明书
要求文字通顺,字体工整,简明扼要,内容完整,其它内容包括:
设计概述;取水头部和自流管的设计计算;取水泵站流量和扬程的确定;水泵机组和电机的选择及布置;吸压水管的设计计算及布置;泵站辅助设备的选择;泵站平面及高度的确定。
(2)、设计图纸
图纸以A2图纸为主,内容包括:
取水头部和泵站工艺的平、剖面图,主要设备材料表。
图面要整洁,一定要求工程字体。
五、时间安排
本课程设计为二周。
六、指导教师
谢德华、肖化政等
给水排水教研室2012.11.20
一、设计流量的确定和设计扬程估算
1.设计流量Q
考虑到输水干管漏损和净化场本身用水,自用水系数a=1.1.
设计流量为Q=1.1×50000/24=2291m3/h=0.636m3/s
2.设计扬程H
1)水泵所需静扬程Hst通过取水部分的计算已知在最不利情况下(即一条自流管检修,另一条自流管通过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估计为0.60m,则吸水间中最高水面标高为90.25-0.60=89.65m,最低水面标高为75.50-0.60=74.90m。
所以水泵所需静扬程HST为:
洪水位时,HST=109.05-89.65=19.40m
枯水位时,HST=109.05-74.90=33.95m
2)输水干管的水头损失∑h
设采用两条DN600钢管并联作为原水输水干管,当一条输水管检修时,另一条输水管应通过75%的设计流量,即:
Q=0.75×2291m3/h=0.477m3/s.
查水力计算表v=1.63m/s,1000i=5.420,所以∑h=1.1×0.00542×100=0.5962m。
(式中1.1系包括局部损失而加大的系数)。
3)泵站内管路中的水头损失粗估为2.00m.则水泵设计扬程为
设计枯水位时,Hmax=33.95+0.5962+2+2=38.5462m
设计洪水位时,Hmin=19.40+0.5962+2+2=23.9962m
二、初选水泵和电机
选泵的主要原则
水泵基础的作用是支撑并固定机组,以便于机组运行平行稳定,不产生振动。
因而要求基础坚实牢固,不发生下沉和不均匀沉降现象,卧式泵多采用混凝土块式基础,立式泵多采用圆柱式混凝土基础或泵房基础、楼板合建。
(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)应在保证水泵的正常吸水条件,在不发生气蚀的前提下,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,应充分利用水泵的允许吸上真空高度,以提高水泵安装高度,减少泵房埋深,降低造价。
同时应避免泵站内各泵安装高度相差太大,致使各泵的基础埋深参差不齐或整个泵站埋深增加。
(5)水泵的台数及流量配比根据供水系统的运行调度要求、泵房的性质及规模、近远期结合方式等作综合考虑,并结合调速装置的应用进行多方案比较后确定。
(6)水泵的构造形式对泵房的大小、结构形式和泵房内部布置、泵站造价等有影响,因此要合理选择水泵的构造形式。
(7)选泵时应尽量结合地区条件优先选择当地制造的成系列生产的、比较定型的和性能良好的产品。
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,它的型号相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,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。
根据条件选择如下:
4台12Sh-9A型水泵,三台工作,一台备用。
表1:
水泵性能表
水泵型号
流量(L/s)
扬程(m)
转速(r/min)
轴功率(kW)
电机功率(kW)
效率(%)
进出出口直径(mm)
允许吸上真空高度(m)
12sh-9A
140~248
55~42
1470
99.2~131
155
78~83
300
4.5
根据4台12Sh-9A型水泵的要求选JR-116-4型电动机4台
表2:
电机配置表
水泵型号
流量(L/s)
扬程(m)
转速(r/min)
轴功率(kW)
电机功率(kW)
效率(%)
进出出口直径(mm)
允许吸上真空高度(m)
12sh-9A
140~248
55~42
1470
99.2~131
155
78~83
300
4.5
三、机组基础尺寸的确定
查《给水排水设计手册11》sh型泵安装尺寸计算,所选水泵不带底座。
表3:
基础计算
水泵
电机
W/kg
L/m
B/m
H/m
型号
/kg
型号
/kg
12sh-9A
773
JR-116-4
1250
2023
2.8
1.0
0.90
W=Wp+Wm=773×9.80+1250×9.80=19825.4N.
基础深度H按下式计算:
H=3.0×W/(L×B×y)
式中L-基础长度,L=2.8m;
B-基础宽度,B=1.0m;
y-基础所用材料的容重,对于混凝土基础,y=23520N/m3H=3.0×19825.4/(2.8×1.0×23520)=0.9m.
基础实际深度连同泵房底板在内,应为2m。
四、吸水管路与压水管路布置和计算
吸压水管路的布置
吸压水管路的布置要求
根据《泵与泵站》(第五版)167页:
吸水管路布置要求:
不漏气:
吸水管路是不允许漏气的,否则会使泵的工作发生严重故障。
因此,吸水管路一般采用钢管,因钢管强度高,接口可焊接,密封性胜于铸铁管。
不积气:
为了使泵能及时排走吸水管内的空气,吸水管应有沿水流方向连续上升的坡度i,一般大于0.005,以免形成气囊,影响过水能力,严重时会破坏真空吸水。
为了避免产生气囊,应使沿吸水管线的最高点在泵吸入口的顶端。
不吸气:
吸水管进口在最低水位下的淹没深度h不应小于0.5~1.0m。
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。
尽可能减少吸水管长度,少用管件,以减少吸水管水头损失,减少埋深。
每台水泵应有自己独立的吸水管。
吸水井水位高于轴时,应设手动、常开检修闸阀。
压水管路布置要求:
承压要求;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
每台水泵有单独的吸水管与压水管
吸压水管路的布置
1.吸水管路布置
根据《给水排水工程快速设计手册》(第一册给水工程)157页和《泵与泵站》(第五版)167页:
(1)每台水泵宜设置单独的吸水管直接向吸水井或清水池中吸水。
(2)吸水管路应尽可能短,减少配件,一般采用钢管或铸铁管,并应该注意避免接口漏气。
吸水管路是不允许漏气的,否则会使水泵的工作发生严重故障。
本设计吸水管路采用钢管,因钢管强度高,接口可焊接,密封性胜于铸铁管。
(3)为了使水泵能及时排走吸水管路内的空气,吸水管应有沿水流方向,即向水泵连续上升的坡度(i
0.005),以免形成气囊。
并应该防止由于施工允许误差,和泵房与管道的不均匀沉降而引起吸水管的倒坡,必要时采用较大的上升坡度。
(4)如水泵位于最高检修水位以上,吸水管可以不装阀门;反之,吸水管上应该安装阀门,以便使水泵检修,阀门一般采取手动。
(5)水泵吸入端的渐缩管必须采用偏心渐缩管,保持渐缩管的上边水平,以防止在吸水管道的某段(或某处)上出现积气,形成气囊,影响过水能力。
(6)为了避免吸水井(池)水面产生漩涡使水泵吸水时吸入空气,水泵进口在最低水位下的淹没深度h不应小于0.5~1.0m,如图2.7所示。
若淹没深度不能满足要求时,则应在管子末端装置水平隔板。
(7)为了防止水泵吸入井底的沉渣,并使水泵工作时有良好的水力条件,应遵循以下规定:
①吸水管的进口高于井底不小于0.8D,如图2-10所示。
D为吸水管喇叭口(或底阀)扩大部分的直径,取D为吸水管直径的1.3~1.5倍。
②吸水管喇叭口边缘距离井壁不小于(0.75~1.0)D。
③在同一井中安装有几根吸水管时,吸水喇叭口之间的距离不小于(1.5~2.0)D。
④当水泵采用抽气设备充水或能自灌充水时,为了减少吸水管进口处的水头损失,吸水管进口采用喇叭口形式。
如水中有较大悬游杂质时,喇叭口外面还需加设滤网,以防止水中杂质进入水泵。
1.吸水管
已知Q1=0.636/3=0.212m/s
采用DN450钢管,则v=1.29m/s,1000i=4.890.
2.压水管
采用DN450钢管,则v=1.29m/s,1000i=4.890.
五、机组与管道布置
机组与管道布置的基本要求
水泵机组间距以不妨碍设备操作和维护、人员巡视安全为原则,机组布置应保证设备工作可靠,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,水头损失最少,并应留有扩建的余地。
管路的布置主要是解决水泵联合和代换工作的问题;阀门和管路的数目问题;局部有损坏和维修时对其他水泵工作的影响问题等。
布置的原则要求是:
①输水干管一般为两条,要设检修闸阀。
②吸水管应避免设联络管。
③任一处干管、闸阀、联络管损坏时,水泵站能保证用户供水。
④保证任一台水泵、闸阀检修时,不影响其他水泵工作。
⑤任一台水泵都能输水到任一条输水干管。
⑥在保证上述要求下,管配件、接头以及阀门数目最少。
为了布置紧凑,充分利用建筑面积,将四台机组交错并列布置成两排,两台为正常转向,两台为反常转向,在订货时应予以说明。
每台水泵有单独的吸水管,压水管引出泵房后两两连接起来。
水泵出水管上设有D971X-0.6型对夹式电动蝶阀和手动蝶阀(D371X-0.6),吸水管设手动闸板闸阀(Z548T-10型伞形齿轮传动法兰暗杆平行式双闸板闸阀)。
为了减少泵房建筑面积,闸阀切换井设在泵房外面,两条DN600的输水干管用DN600蝶阀(D41X-0.6)连接起来,每条输水管上各设切换用的蝶阀(D41X-0.6)一个。
六、吸水管路和压水管路中水头损失的计算
取一条最不利线路,从吸水口到输水干管上切换闸阀为止为计算线路图
1.吸水管路中水头损失∑hs
∑hs=∑hfs+∑hls
∑hfs=l1*is=1.2×0.00489=0.005868m
∑hls=Yh((ζ1+ζ2)×v2/2g+ζ3*v1/2g)
式中,ζ1-吸水管进口局部阴力系数,ζ1=0.75;
ζ2-DN4500闸阀局部阻力系数,按开户度a/d=2/8考虑,ζ2=0.26;
ζ3-偏心渐缩管DN450×300,ζ3=0.19;
则∑hls=(0.75+0.26)×1.292/2g+0.19×32/2g=0.17m
故∑hs=∑hfs+∑hls=0.005868+0.17=0.175868m
2.压水管路水头损失
∑hd=∑hfd+∑hld
∑hfd=(I2+I3+I4+I5+I6)×id1+i7×id2
=(4.0+0.8+8.0+5.00+1.50)×0.00489+1.8×0.00489=0.061m
∑hld=ζ4×v32/2g+(2ζ5+ζ6+ζ7+ζ8+2ζ9+ζ10)v42/2g+(ζ11+ζ12+ζ13)v52/2g=0.25×32/2g+(2×0.51+0.315+0.21+0.15+2×1.01+0.18)1.292/2g+(0.5+1.5+0.15)×1.6872/2g=0.870m
式中ζ4-DN300×450渐放管,ζ4=0.25
ζ5-DN450钢制45弯头,ζ5=0.51
ζ6-DN600液控蝶阀,ζ6=0.315
ζ7-DN600伸缩接头,ζ7=0.21
ζ8-DN600手动蝶阀,ζ8=0.15
ζ9-DN600钢制弯头,ζ9=1.01
ζ10-DN450×600渐放管,ζ10=0.18
ζ11-DN1200钢制斜三通,ζ11=0.5
ζ12-DN1200钢制正三通,ζ12=1.5
ζ13-DN1200蝶阀,ζ13=0.15
故∑hd=∑hld+∑hfd=0.061+0.870=0.931m
从水泵吸水口到输水干管上切换闸阀间的全部水头损失为:
∑h=∑hd+∑hs=0.174+0.931=1.105m
因此,水泵的实际扬程为:
设计枯水位时,Hmax=33.95+0.5962+1.105+2=37.65m
设计洪水位时,Hmin=19.40+0.5962+1.105+2=23.10m
由此可见,出选的水泵机组符合要求。
七、水泵安装高度的确定和泵房简体高度计算
为了便于用沉井法施工将泵房机器间底板放在与吸水间底板同一标高,因而水泵为自灌式工作,所以水泵的安装高度小于其允许吸上真空高度无须计算。
已知吸水间最低动水位标高为74.90m,为保证吸水管的正常吸水,取吸水管的中心标高为72.90m。
吸水管上缘的淹没深度为74.90—72.90—D/2=1.775m)取吸水管下缘距吸水间底板0.70m,则吸水间底版标高为72.40-0.45/2-0.70=71.475m。
洪水位标高为90.25m,考虑1.0m的浪高,则操作平台标高为91.25m。
故泵房筒体高度为:
H=91.25-72.90=18.35m
八、附属设备的选择
1起重设备
最大起重量JR-116-4型电机重量Wm=1250kgJR-1161250kg,最大起吊高度为18.85+2=20.85m(其中2m是考虑操作平台上汽车的高度。
为此,选用CD1电动葫芦即可满足要求,起吊高度24m。
)
2引水设备
水泵系自灌工作,不需引水设备。
3排水设备
由于泵房较深,故采用电动水泵排水。
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20~40m3/h考虑,排水泵的静扬程按90.25-72.90=17.35m计,水头损失大约5m,故总扬程在17.35+5=22.35左右,可选用2BA-6型离心泵(Q=30m3/h,H=24m,N=3.09kW,n=2900/min)2台,一台工作,一台备用,配套电机为Y112M-2型电机(N=4Kw,380V)。
4通风设备由于与水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C400-1.5型轴流风机(转速2960r/min,风量400m3/min,风压50Pa,配套电机Y400-4,N=500kW,6Kw)。
5计量设备在净化场的送水泵让内安装电磁流量计统一计量,故本泵让内不再设计量设备。
九、泵房建筑高度的确定
泵房筒体高度已知为18.85m,操作平台以上的建筑高度,根据平台上汽车高度2m,设备中最高的高度水泵0.9m,取1m,电动葫芦的高度1.4m,起重机梁0.66m,起重绳垂直长度1.2X(X为宽度),2.2m。
所以,平台到吊车梁底板距离为7.3m。
十、泵房平面尺寸的确定
根据《给水排水工程快速设计手册》(第一册给水工程)P153页,《室外给水设计规范》(CBJ13-86)的17页,的相关内容,机组横向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。
本次设计要求不小于2m;
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
根据水泵机组、吸水与压水管道的布置条件以及排水泵机组和通风机等附属设备的设置情况,从给水排水设计手册中查出有关设备和管道配件的尺寸,能过计算,求得泵房内径为12.70m。
十一、泵站内噪声的防治
泵站中的噪声源有:
电机噪声、泵和液力噪声(由流出叶轮时的不稳定流动产生)、风机噪声、阀件噪声和变压器噪声等。
其中以电机转子高速转动时,引起与定子间的空气振动而发出的高频声响为最大。
防治噪声最根本的办法是从声源上治理,即将发声体改造成不发声体,但是,在许多情况下,由于技术上或经济上的原因,直接从声源上治理噪声往往是很困难的。
这就需要采用吸声、消声、隔声、隔振等噪声控制技术。
吸声是用吸声材料装饰在泵房间的内表面上或在高噪声房间悬挂空间吸声体,将室内的声音吸掉一部分,以降低噪声。
消声可采用消声器,它是消除空气动力性噪声的重要技术措施,把消声器安装在气体通道上,噪声被降低,而气体可以通过。
隔声是把发声的物体或者需要安静的场所封闭在一定的空间内,使其与环境隔绝,如做成隔声间或隔声罩。
隔振是在机组下装置隔振器,使振动不至传递到其他结构体而产生辐射噪声。
十二、变配电间布置
根据《泵站设计规范》(GB/T50265-97)相关内容:
1.布置要点:
(1
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