送水泵站工艺设计项目计划书.docx

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送水泵站工艺设计项目计划书

送水泵站工艺设计计划书

1设计目的与要求：

1.1目的：

（1）利用所学的专业知识全面地，有效地完成设计任务；

（2）培养我们的分析问题与解决问题的能力；

（3）系统的设计，让我们掌握了一定的计算方法和设计方法；

（4）设计更让我们知道了规范操作的重要性；

（1）掌握泵站设计的一般方法，独立完成设计；

（2）熟悉水泵选择的一般方法，绘制并联特性曲线，并通过不同方案的对比最终确定最佳方案；

（3）学会水泵站泵房的平面图，剖面图的画法，并掌握不同元件的平面构型；

（4）通过设计掌握查阅资料，解决问题的方法；

通过课程设计让我们进一步把所学的理论知识与设计规范结合起来，再进一步熟悉设计步骤及方法，并掌握课程设计的能力，为以后的工作和学习打下基础，并熟练运用于日后的工程项目中。

2设计任务：

1.根据水量扬程变化情况确定工作泵和备用泵的型号及台数；

2.泵房形式的选择；

3.机组的基础设计：

平面尺寸和高度的确定；

4.计算水泵吸水管和压水管的直径，选择各种配件和阀门的型号，规格种及安装尺寸；

5.吸水井设计：

尺寸和最高最低水位；

6.布置机组和管道；

7.泵房各标高的确定：

室内地面标高，基础顶面，水泵安装高度，泵房建筑高度等；

8.计算吸水管及泵站内压水管损失，并求出总扬程，校核所选水泵；

9.计算和选择附属设备：

（1）设备的选择和布置；

（2）计量设备；（3）起重设备；（4）排水泵站及水锤消除器；

10确定泵站平面尺寸，规划总平面泵房的长度和宽度，包括：

配电室，机器间，值班室，维修间等。

3设计资料

送水泵站最高日最高时水量为（120+20i）l/s,时变化系数Kh=1.82，日变化系数Kd=1.36，最小设计流量为（200+15i）l/s,泵站最大扬程为（65+i）m,最小扬程为（35+i）m,其中i为学生的学号，i=1,2,3，…20.泵站的室外标高为292m，吸水池最高水位标高为290m，吸水池最低水位标高288m，吸水池到泵站距离为5m,该地区冰冻深度为1.7m.

该泵站为二级供水，泵站一级工作从5点到20点，每小时水量占全天水量的5.4%,泵站二级工作从29点到5点，每小时水量占全天的2.2%。

4水泵机组的选择：

4.1泵站设计参数的确定：

送水泵站最高日最高时的用水量Q=1200+17*20=1540l/s=5544m3/h,

全天用水量Qd=Qh*24/Kh=5544*24/1.82=7317069m3/d,

水泵一级工作流量：

Q1=Qd*5.4%=3947.82m3/h

水泵二级工作流量：

Q2=Qd*2.2%=1608.37m3/h

根据水泵站最高日最高时的水量及最小设计流量，最大扬程65+17=82m，最小扬程35+17=52m,l列出管路特性曲线方程：

带入数据得：

得：

水泵以及工作时所需扬程：

水泵站二级供水所需扬程：

4.2选择水泵：

（1）选泵的依据：

工程所需的水量和水压及变化规律；

（2）选泵的原则要求：

在满足最不利工况的条件下，考虑各种工况，尽可能地节约投资，减少能耗。

从技术上对流量Q，扬程H进行合理计算，对水泵台数和型号进行选定，满足用户对水量和水压的要求。

从经济和管理上对水泵台数和工作方式进行确定，做到维修费最低，投资最低，正常工作能耗最低。

（3）备用泵的确定：

1不允许减少水量和不允许间断供水的泵站，应有两套备用机组，如大工矿企业；

2允许减少供水量，只保证事故水量的泵站，或允许间断供水是，可设一套备用机组；

3城市供水系统中的泵站以及高层建筑给水泵站一般只设一套备用机组；

4通常备用泵与最大泵型号相同；

5如果给水系统中有相当大容积的水塔，也可不舍备用机组；

6备用泵要处于完好准备状态，随时能启动工作，备用泵和工作泵是互为备用，轮换工作的关系；

（4）选水泵时还要考虑的其他因素：

1水泵类型必须与抽水的水质相适应，输送清水要用清水泵，抽污水要用污水泵；

2要考虑水泵的吸水能力，在保证吸水的条件下，尽可能减少水泵站埋深。

多种水泵的允许吸上真空高度Hs不同，水泵安装高度不同时，要照顾基础平齐，就低不就高；

3考虑远期发展，远近结合，因一级泵站施工费高，要考虑远近结合：

㈠预留位置，当水量增加时，增加新泵；㈡近期用小泵，远期更换大泵工作；㈢更换叶轮，远期安装大叶轮工作。

最好近期泵在远期供水量低时仍能使用。

4水泵的构造型式对泵房的大小，结构形式和泵房内布置等都有影响，课直接影响泵站的造价；

5应选择便于维修养护，当地能系列生产，比较定型的，性能良好的产品。

（5）选定方案：

根据管路特性曲线，和泵站的最大扬程及水泵的工作效率考虑，初步确定两个方案。

方案一:

4台350S75A型水泵并联。

350S75A型水泵性能参数：

Q=900~1332

，H=56~70m,η=84%，n=1450r/min,电机功率N=280Kw,Hsv=5.5m，质量w=1200Kg.

方案二：

2台500S98B型水泵并联。

500S98B性能参数：

Q=1400~2020

，H=59~86m，η=78%，n=970r/min,N=560Kw,Hsv=4m

两个方案进行比较：

方案编号

水量变化范围

运行水泵型号及台数

水泵扬程m

管路所需扬程m

扬程浪费m

水泵效率%

方案一

4台350S75A

3640～4200

4台

72～68

63～68

9～0

80～77

2640～3640

3台

73～63

56.5～63

16.5～0

77～70

1360～2640

2台

77～56.5

51～56.5

16～0

70～65

方案二

2台500S98B

2300～4000

2台

87～66

55～66

32～0

76～65

1500～2300

1台

82～54

52～54

30～0

75～76

上表所示的两套方案进行对比，第二套方案养成浪费大于第一套方案，效率也低于打一套方案；第一套方案所选用的水泵汽蚀余量为5.5m，大于第二套方案的汽蚀余量4m;第一套方案的电机功率为280Kw,四台共需要1120Kw,与第二套方案560*2=1120Kw相等，并且效率高于第二套方案；尽管第一套方案所需的泵房面积大于第二套方案，但是为了以后加大的供水量，可以选择换轮运行。

如果换轮运行不能满足要求，则可以在原本的底座上面进行扩建，所以不用留出过多的扩建面积。

所以，根据上述考虑，选择第一套方案来完成送水泵站的送水任务。

4.3确定电机

根据水泵样本提供的配套可选电动机，选定Y355-4型电动机。

电机参数：

N=280Kw,V=6kv，n=1480r/min,W=2160Kg。

5水泵基础设计：

5.1基础的作用及要求：

水泵基础的作用是支撑并固定机组以便于机组运行平稳不产生振动。

因而要求基础坚实牢固，不发生下沉和均匀沉降现象，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。

5.2卧式泵的块式基础尺寸：

（1）带泵座的小型水泵：

基础长度L/m=水泵底座长度L

+（0.15~0.20）;

基础宽度B/m=水泵底座螺孔间距B

+（0.15~0.20）；

基础高度H/m=水泵底脚螺栓长度L+（0.15~0.20）;

（2）不带底座的大中型水泵：

基础长度L/m=水泵机组底脚螺栓长度方向间距L

+（0.40~0.50）;

基础宽度B/m=水泵底角螺栓孔宽度方向间距B

+（0.40~0.50）；

基础高度H/m=水泵底脚螺栓长度L+（0.15~0.20）;

5.3高度校核：

为保证水泵稳定工作，基础必须有相当的重量，一般基础重量应大于2.5~4倍水泵机组重量，在已知基础平面尺寸条件下，根据基础的总重量可以计算出其高度。

基础最小高度不小于500~700mm，以保证其稳定性，基础用混凝土浇筑，浇筑基础应高出室内地坪10~20cm.

5.4基础设计

350S75A型水泵不带底座，所以选定基础为混凝土块式基础。

（1）基础长度：

L/mm=3000+（400~500）=3450mm;

（2）基础宽度：

B/mm=1250+（400~500）=1700mm;

（3）基础高度：

=

;

则，水泵基础混凝土块式基础尺寸为

6吸水管和压水管设计：

6.1.吸水管路设计要求：

（1）.不允许泄露，尤其是离心泵不允许漏气，否则会使水泵的工作发生严重故障，所以水泵的吸水管一般采用金属管材，多为钢管。

钢管强度高，密闭性好，便与检修补漏；

（2）.不积气，应避免形成气囊。

吸水管的真空值达到一定值时，水中溶解的气体就会因为压力减少而逸出，积存在管路的局部最高点处，形成气囊，影响吸水管的过水能力，严重时会使真空破坏，吸水管停止供水。

为避免形成气囊，吸水管沿水流方向设连续向上的坡度，一般i≥0.005吸水管径上部管壁与吸水管坡度相同；吸水管进口淹没深度要足够，以避免吸气；

（3）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；

（4）每台泵都有自己独立的吸水管；

（5）吸水井水位位于高于水泵泵轴是，应设手动，常开检修闸阀；

（6）吸水管设计流速一般采用数据如下：

DN＜250mm时，v=1.0～1.2m/s

DN＞250mm时，v=1.2～1.6m/s

自罐式工作水泵的吸水管水流速度可适当放大。

（7）吸水管进口用底阀时，应设喇叭口，以使吸水管进口水流流动平稳，减少损失。

喇叭口尺寸为：

D=（1.3～1.5）d,H=（3.5～7.0）（D-d）;D为喇叭口大头直径，d为吸水管直径。

（8）水泵灌泵运行时，应设底阀，作用是：

水只能吸入水泵，而不能从吸水喇叭口流出。

6.2压水管设计要求：

（1）水泵压水管路要承受高压，所以要求坚固不漏水，有承受高压的能力，通常采用金属管材，采用焊接接口，在必要的地方设法兰接口，以便于拆装和检修。

（2）为安装方便和减少管路上的温度应力或水锤应力，在必要的地方设柔性借口或伸缩接头。

（3）为承受管路中应力所产生的内部推力，要在转弯，三通等受力处设支墩或拉杆。

（4）闸阀直径D≥400mm时，应设用电机或水力闸阀，因为在高压条件下，阀门启动较为困难。

（5）压力管的设计流速一般应：

DN＜250mm时，v=1.5～2.0m/s;

DN≥250mm时，v=2.0～２.5m/s

（6）不允许水倒流时，应设止回阀：

①大泵站，输水管长；②井群给水系统；③多水源，多泵站给水系统；④管网可能产生负压的情况；⑤遥控泵站无法关闭。

6.3泵站中管路敷设与布置：

（1）管路敷设要求：

①管道不能直接埋于土中，要敷设在地沟内，地板上或地下室中；

②泵房出水管应敷设在冰冻线以下；

③泵房内管路不易架空，必要时，要不妨碍通行及机组的吊装和检修，不能架设在设备上方；

（2）管路布置原则要求：

①输水干管一般为两条，要设检修闸阀；

②吸水管应设联络管；

③保证任意处干管，闸阀检修时，不影响其他水泵工作；

④保证任一处干管，闸阀，联络管损坏时，水泵站能将水送往用户；

⑤任一台水泵都能输水到任意条输水管；

⑥在保证上述要求下，管配件，接头以及阀门数最少。

6.4吸压水管路管径计算：

350S75A水泵的最大工作流量为1332

（370l/s）,为水泵吸水管和压水管所需通过最大流量，选定吸水管管径600mm，压水管管径450mm

吸水管DN=600mm时，流速v=

=1.30m/s（在1.2-1.6m范围内）；

压水管管径DN=450mm时，流速v=

=2.32m/s（在2.0-2.5m范围内）

最终确定吸水管管径为600mm，压水管管径为450mm

7吸水井设计：

7.1吸水井设计安装要求：

（1）垂直安装的喇叭口：

①淹没深度h≥0.5-1.0m，否则应设水平隔板，水平隔板边长为2D或3d;

②喇叭口于井底间距要大于0.8D，时水进行流苏小雨吸水管进口流速；

③喇叭口距吸水井井壁距离要大于（0.75-1.0）D；

④喇叭口之间距离要大于（1.5-2.0）D

（2）水平安装的喇叭口：

①淹没深度h≥0.5-1.5m;

②喇叭口于井底间距要大于0.33D，行进流苏小雨吸水管进口流速；

③喇叭口之间距离要大于（1.5-2.0）D

7.2吸水井设计计算：

根据所给资料，泵站室外标高292m，吸水池最高水位标高为290m，吸水池最低水位标高为288m.

水泵吸水管进口喇叭口大头直径DN/mm≥（1.3-1.5）d=1.33*600=800mm.

水泵吸水管进口喇叭口长度L/mm≥（3.0-7.0）（D-d）=4.0*（800-600）=800mm

喇叭口距吸水井井壁距离/mm≥（0.75-1.0）D=1.0-800=800mm

喇叭口之间距离/mm≥（1.5-2.0）D=2.0*800=1600mm

喇叭口距吸水井井底距离/mm≥0.8D=640mm

喇叭口淹没深度水深h≥（0.5-1.0）m=1.0m

因此，吸水井长度为12000mm,吸水井宽度为2400mm,吸水井高度=喇叭口距井底深度+淹没深度+有效水深+冻土层+超高=0.64+1.0+3.6+1.7+0.3=7.24m

根据水泵机组布置进行调整：

吸水井长度=5650×4+井壁距离×2=25m

吸水井宽度=3m

8各工艺标高的计算：

（1）泵轴安装高度

式中：

——泵轴安装高度（m）

——水泵吸上真空高度（m）

——重力加速度（

）

——水泵吸水管路水头损失（m）

查得水泵吸水管阻力系数

=0.1（喇叭口阻力损失），

=0.6（90度弯头局部阻力系数），

=0.01（阀门局部阻力损失），

=0.18（偏心渐缩管局部阻力损失）

经过长期的考虑及水泵性能下降和管路阻力增加，取

=1.0m,则

（2）泵轴标高/m=吸水井最低水位标高+

=288+1.9=289.9m

（3）基础顶面标高/m=泵轴标高-泵轴至基础顶面高度=289.9-0.4=289.5m

（4）泵站地面高度/m=基础顶面标高-基础高度=289.5-0.4=289.7m

9复核水泵机组：

根据已确定的机组布置和管路情况重新计算泵房内的管路损失，复核所选扬程，然后校核水泵机组。

泵房内管路水头损失：

∑hs泵站内／m=∑hs＋∑hd=1.00＋0.5=1.5

所以，水泵扬程

H/m=Hst＋SQ²=49.13＋13.87×（3947.82／3600）²＋1.5

=65.84m

10泵房的选择及机械布置

根据集水井最低水位标高288m，水泵Hs（4.5m）的条件，确定泵房为矩形半地下式。

水泵机组采用单排横向布置。

每台水泵都单独设有吸水管，并设有手动常开检修阀门，型号为D371-10，DN=600㎜，L=154㎜，W=380㎏。

压水管设有液压缓闭止回蝶阀，型号为HH44X-10微阻缓闭止回阀，DN=450㎜，L=1000㎜，W=840㎏

电动控制阀门，型号D941x-10电动蝶阀，DN=450㎜，L=330㎜，W=400㎏

设有联络管（DN=600㎜）联络后，联络管上设有手动常开检修阀门，型号为D371-10，DN=600㎜，L=154㎜，W=380㎏。

有两条输水干管（DN=700㎜）送往城市管网。

11泵站的辅助设施设计：

11.1引水设备：

（1）吸水管带底阀：

①人工引水：

将水从泵壳顶部的引水孔灌入泵内，同时打开排气阀；

②用压水管的水倒灌引水：

当压力管内经常有水，切水压不大无止回阀时，直接打开压水管上的闸阀，将水灌入泵内；

③高架水箱引水在泵房内设一高架水箱，启动水泵时，可用水箱中水自流灌满水泵；

上水引水方法的特点是：

底阀水头损失大，底阀需经常清理和检修；装置比较简单。

（2）吸水管不带底阀：

①真空泵引水，特点：

水泵运行可靠，启动快，易于实现自动化控制。

水环式真空泵是使用最多的真空泵。

其工作原理是偏心叶轮装于泵壳内，启动前灌满泵壳，叶轮旋转形成水环。

水环内表面与泵壳离开，各叶轮间空间渐渐增大，压力减少，空气从进气管和进气口吸入。

后半转的过程中，水环内表面与泵壳接近，空间缩小，压力升高，空气从排气口排出。

真空泵排气量：

K————漏气系数，一般K=1.05~1.10；

Wp———泵站中最大一台水泵壳内空气容积，西党羽水泵吸入口面积乘以水泵吸入口到出水阀之间的距离；

Ws————泵站中最大一台水泵吸水管内空气容积，相当于吸水管横截面积乘以长度，查表；

Ha————大气压，用水柱高度表示；

Hss————水泵安装高度；

T————水泵引水时间，一般应小于5min,消防水泵不大于3min;

（2）水射器引水：

水射器引水是利用压力通过水射器喷嘴处产生高速水流，使喉管进口处形成真空的原理，将水泵内的空气抽走。

水射器具有结构简单，占地少，安装容易，工作可靠，维护方便等优点，是一种常见的引水设备。

缺点是效率太低，须供给大量的高压水。

11.2计量设备：

为了有效调度泵站的工作，泵站内必须设置计量设备。

常用的计量设备有电磁流量计，插入式涡轮流量计，插入式涡街流量计以及均流流量计等，由变速器和转换器两部分组成。

（1）电磁流量计：

电磁流量计是利用电磁感应定律制成的流量计。

电磁流量计的特点是：

变速结构简单，工作可靠；水头损失小，其不易堵塞，电耗少；无机械惯性，反应灵敏，可以测量脉动流量，测量范围大，低负荷亦可测量，而且输出讯号于流量呈线性关系，计量方便，测量精度均为±1.5%，安装简单，体积小，占地小；但价格较高，怕潮，怕水浸。

（2）超声波流量计：

超声波流量计是利用超声波在流体中传播速度随着流体的速度变化的原理设计的。

一般称为速度差法，目前各国所用的超声波流量计大部分都属于这种类型。

（3）插入式涡街流量计：

主要有变送器和显示仪两部分组成。

一般保证仪表常熟的精度的流速范围为0.5~2.5m/s,用于管径200~1000mm，的管道，仪表常熟精度为±2.5%。

（4）插入式涡街流量计：

涡街流量计根据德国学者卡门发现的涡旋现象制成的。

无可动部件，结构简单，安装方便，量程范围较宽，测量精度一般为±1.5%~±2.5%。

。

目前可测管径50~1400mm之间的流量，较为常用的是LVCB型插入式涡街流量计。

（5）均速流量计：

均速流量计是基于早期的毕托管测速原理发展出来的一种新型流量计。

其工作原理是根据流动的液体动势能转换原理，综合了毕托管和绕组圆柱的应用技术制成的。

11.3起重设备：

（1）起重设备的选择：

泵房中必须设有起重设备以满足水泵机组的安装和维修需要。

它的服务对象为：

水泵，电机，阀门及管道。

选择什么起重设备取决于这些重量。

（2）起重设备的布置：

起重设备主要是研究起重机的设备高度和作业两个问题：

①水泵的安装高度应能保证在下列情况下，无阻碍的进行调运工作：

a.吊起重物后，能在机器间内的最高机组或设备顶上越过；

b.在地下式泵站应能将重物吊至输口；

c.如果汽车能开入机器间中，应能将重物调到汽车上；

泵房的高度大小与泵内有无起重设备有关。

再无吊车设备时，应不小于3m，（指进口处室内地平高度或平台至屋顶梁底的距离）；当有起重设备时，其高度通过计算确定。

②深井泵房的高度需考虑以下因素：

a境内扬水管的每节长度；

b.电动机和扬水管的提取高度；

c.不使检修三脚架跨度过大；

d.通风的要求。

③所谓作业面是指起重吊钩服务的范围。

固定吊钩配置葫芦，能起重起举无法水平移动，只能为一台机组服务，作业面单一。

单轨吊车与其运动轨迹是一条直线，它取决于吊车梁的布置。

桥式行车具有横向和纵向移动的功能，它服务范围为一个面。

但吊钩落点距离泵房墙壁有一定距离，故沿壁四周形成以环状区域，属于行车工作的死角。

11.4通风与采暖：

一般采用自然通风。

如果自然通风不够，则采用机械通风。

机械通风分抽风式和排风式。

风机的依据是风量和风压。

（1）风量计算：

①按泵房每小时换8~10次所需通风空气量计算，设泵房建筑容积为V，则风机排风量为（8~10）V；

②按消除室内预热的通风空气量计算：

Q——泵房内同时运行的电机的总散热量（KJ/s）;

c——空气比热，一般c取1.10KJ/（Kg℃）;

——泵房外空气密度，随温度改变，当t=30℃，

=1.12

；

——泵房内外空气温度差（℃）

N——电机功率（KJ/s）

——电机效率，一般取0.9

n——同时运行电机台数

（2）风压损失：

①沿程损失：

——风管长度（m）

i——每米风管的沿程损失，根据管道的风量和风速，由手册查的；

——沿程损失

②局部损失：

——为局部损失系数，查手册可得；

v——泵房建筑容积；

——空气密度

——局部损失

全部损失H=

+

11.5其他设施：

（1）排水:

排水设施设计注意：

①泵站内要设排水沟，坡度要大于0.01，坡向积水坑，且集水坑容积为5min排水泵流量。

②排水泵设计流量可选10l/s~30l/s

③自流排水时，必须设止回阀以防漏雨倒灌。

（2）通讯：

泵站内通讯十分重要。

一般是在值班室内安装电话机，供生产调度和通讯之用。

电话间应具有隔声效果，以免噪声干扰。

（3）防火与安全措施：

泵房中防火主要是防止用电起火及雷击起火。

泵站中的防雷保护措施常用避雷针，避雷线或避雷器等。

泵站安全设施中除了防雷保护外，还应设有接地保护和灭火器材的使用。

11.6辅助设施计算：

（1）引水设备：

启动引水设备援用水环式真空泵，真空泵最大排气量为：

Qv——真空泵的最大排气量（

）；

K——漏气系数（1.05~1.10）；

Wp——最大一台水泵泵壳内空气容积

；

Ws——吸水管中空气容积

Ha——10

Pa下水柱高度，10.33m，

T——水泵引水时间，一般5min,消防水泵3min;

Hss——离心泵安装高度m

真空泵最大真空度：

——真空泵的最大真空Pa;

——离心泵的安装装高度（m）,吸水井最低水位之水泵顶部的高差，选取SZB-8型水环式真空泵2台，一用一备，布置在泵房靠墙边处。

（2）计量设备：

在压水管上设超声波流量计，选用SP-1型超声波流量计2台，安装在泵房内输水干线上，距离泵房7m.

在压水管上设压力表，型号为Y-60Z，测量范围为0.0~1.0MPa..在吸水管上设真空表，型号为Z-60Z，测量范围为

Pa.

（3）起重设备：

选取单梁氏起重机SDQ-3，起重3t,跨度13~14m，起升高度3.0~10.0,m

（4）排水设备：

设污水泵两台，一用一备，积水坑1个，容积2.0×1.0×1.5=3.0，选取500WQ10-10-0.75型潜水泵，排污泵参数为：

Q=10l/s;H=10m,n=1440r/min;N=1.0Kw

12泵站平面布置

12.1水泵机组布置要求：

机组间距以不妨碍设备正常操作和维护，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，水头损失最小，并留有扩建余地。

12.2水泵机组的布置形式：

（1）纵向布置：

①泵房大门要求通畅，技能容纳最大的设备，又留有操作余地。

其场地宽度一般为水管外壁和墙壁的净距A表示。

A等于最大设备宽度加