泵站设计说明.docx
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泵站设计说明
1.排涝站设计
1.1.设计暴雨计算
根据《泵站技术规范》SD204-86中规定。
本站暴雨历时采用3日暴雨3日排至作物耐淹水深。
排涝区暴雨计算资料采用新惠站1980-2006年,共27年的三日暴雨量,进行逐一排频演算。
新惠站1980-2006年三日暴雨量见下表:
新惠站1980-2006年三日暴雨量统计表
年份
三日最大降雨
日期
年份
三日最大降雨
日期
1980
34.9
6-(6-8)
1994
140.5
7-(11-13)
1981
23.7
7-(21-23)
1995
61.3
8-(1-3)
1982
39.3
5-(2-4)
1996
28.7
8-(5-6)
1983
85.7
5-(10-12)
1997
67.2
7-(14-16)
1984
120.7
8-(10-12)
1998
100.8
8-(7-9)
1985
75.8
8-(4-6)
1999
37.1
6-(20-22)
1986
95.7
7-(3-4)
2000
45.2
8-(9-11)
1987
72.8
7-(10-12)
2001
24.4
6-(18-20)
1988
63.6
7-(14-16)
2002
40.1
8-(3-5)
1989
43.6
6-(28-30)
2003
100.7
7-(16-18)
1990
73.2
5-(25-27)
2004
46.3
6-30~7-2
1991
78.6
6-(7-8)
2005
64.9
7-(21-23)
1992
72.8
7-(13-15)
2006
47.6
6-29、30~7-1
1993
148.3
7-(17-19)
本站三日暴雨计算采用现行频率计算法——配线计算法,计算步骤如下:
将原始资料降雨量X由大于小加以排列,计算系列的多年平均三日暴雨量,计算成果列入新惠站1980-2006年三日暴雨量频率计算表。
。
新惠站1980-2006年三日暴雨量频率计算表
序号
年份
三日最大降雨
Ki
Ki-1
(Ki-1)2
P=m/(n+1)*100%
1
1993
148.3
2.18
1.18
1.40
3.57%
2
1994
140.5
2.07
1.07
1.14
7.14%
3
1984
120.7
1.78
0.78
0.60
10.71%
4
1998
100.8
1.48
0.48
0.23
14.29%
5
2003
100.7
1.48
0.48
0.23
17.86%
6
1986
95.7
1.41
0.41
0.17
21.43%
7
1983
85.7
1.26
0.26
0.07
25.00%
8
1991
78.6
1.16
0.16
0.02
28.57%
9
1985
75.8
1.12
0.12
0.01
32.14%
10
1990
73.2
1.08
0.08
0.01
35.71%
11
1987
72.8
1.07
0.07
0.01
39.29%
12
1992
72.8
1.07
0.07
0.01
42.86%
13
1997
67.2
0.99
-0.01
0.00
46.43%
14
2005
64.9
0.96
-0.04
0.00
50.00%
15
1988
63.6
0.94
-0.06
0.00
53.57%
16
1995
61.3
0.90
-0.10
0.01
57.14%
17
2006
47.6
0.70
-0.30
0.09
60.71%
18
2004
46.3
0.68
-0.32
0.10
64.29%
19
2000
45.2
0.67
-0.33
0.11
67.86%
20
1989
43.6
0.64
-0.36
0.13
71.43%
21
2002
40.1
0.59
-0.41
0.17
75.00%
22
1982
39.3
0.58
-0.42
0.18
78.57%
23
1999
37.1
0.55
-0.45
0.21
82.14%
24
1980
34.9
0.51
-0.49
0.24
85.71%
25
1996
28.7
0.42
-0.58
0.33
89.29%
26
2001
24.4
0.36
-0.64
0.41
92.86%
27
1981
23.7
0.35
-0.65
0.42
96.43%
67.91
6.31
取Cv=0.5,并假定Cs=3Cv,Cs=2.5Cv,Cs=2Cv进行配线计算,计算结果计入理论频率计算表。
由理论频率计算表:
通过配线图,十年一遇三日暴雨应为X=113.41mm,故本站设计三日暴雨采用此值。
理论频率计算表
频率
P
x=67.9
x=67.9
x=67.9
Cv=0.5
Cv=0.5
Cv=0.5
Cs=3Cv=1.5
Cs=2.5Cv=1.25
Cs=2Cv=1.0
Kp
xp
Kp
xp
Kp
xp
1
2.67
181.31
2.59
175.88
2.51
170.45
5
1.98
134.46
1.96
133.10
1.94
131.74
10
1.67
113.41
1.67
113.41
1.67
113.41
20
1.35
91.68
1.36
92.35
1.38
93.71
50
0.88
59.76
0.90
61.12
0.92
62.47
75
0.64
43.46
0.63
42.78
0.64
43.46
90
0.49
33.27
0.47
31.92
0.44
29.88
95
0.44
29.88
0.39
26.48
0.34
23.09
99
0.37
25.13
0.29
19.69
0.21
14.26
新惠站1980-2006年三日暴雨量频率曲线
1.2.排涝流量计算
排涝区范围明确,其按规范排涝流量计算如下:
根据五万分之一地形图量测,本排涝区内总集水面积33km²,利用天然水沟面积可作调蓄区,根据区域实际情况平均调蓄水深按R=0.37X计。
式中:
M——排涝模数;
T——排水历时,T=3天;
t——日开机小时,取t=22小时。
将以上参数代入计算得,排涝区十年一遇三日暴雨三日排至作物耐淹水深的总排涝流量Q=5.82m³/s。
由于排涝区中间由民间堤防隔开,故需修建两座排涝站(15+900排涝站,18+900排涝站)进行排水,根据五万分之一地形图量测,两排涝站排涝区面积近似相等,故两排涝站排涝流量均按2.91m³/s设计。
以18+900处排涝站作为典型进行设计。
依据《泵站设计规范》GB/T50265-97中规定,本次设计排涝站等别为Ⅳ等,建筑规模为小
(1)型。
主要建筑物级别为4级,次要建筑物级别为5级。
1.3.引渠设计
本次设计引渠采用梯形断面,其优点是施工简单,边坡稳定。
①引渠断面设计
引渠中的水流可以认为是明渠均匀流,因此,可以按照明渠均匀流的公式设计渠道横纵断面。
计算公式如下:
式中:
Q——设计流量(m3/s)
A——过水断面面积(m2)
R——水力半径(m)
i——渠底比降
C——谢才系数(C=1/nR1/6)
n—渠床糙率。
取0.014。
梯形渠道水力计算采用下列公式:
A=(b+mh)h
R=A/χ
χ=b+2h(1+m2)0.5
式中:
b、h-渠底宽、水深(m);
χ——湿周(m);
m——边坡系数;
C—谢才系数(m1/2/s),一般采用
计算
进行梯形渠道水力计算时,通常是先确定I、M、n,然后选定h(或b),计算b(或h)。
②流速校核
为防止渠道在运用过程中产生冲刷或淤积现象,以保证渠道的稳定过水能力,在设计渠道断面时,必须使渠中的流速控制在一定范围内,即不冲不淤的允许范围:
若校核不满足要求,需进行重新调整设计,直至满足要求。
引渠水利要素计算成果见下表:
引渠水利要素表
设计流量
(m³/s)
设计水深
(m)
边坡系数M
渠底宽
b(m)
渠深
(m)
糙率
比降
流速
(m/s)
2.915
0.86
2.00
3.00
1.70
0.014
0.0002
0.71
引渠和进水池连接处设计悬臂式挡土墙,挡土墙墙高3.9m,每侧墙长3m。
1.4.挡土墙稳定计算
挡土墙稳定计算公式与整体稳定计算公式相同,采用计算机软件计算。
计算结果均满足稳定要求。
荷载组合
运行期
完建期
自重
√
√
土重
√
√
土压力
√
√
水重
√
静水压力
√
挡土墙计算参数表
墙后填土
内摩擦角
(度)
墙后填土容重(kN/m3)
墙背与墙后
填土摩擦角
(度)
地基土容重(kN/m3)
地基土容
许承载力
(kPa)
墙底摩
擦系数
地基土
内摩擦角
(度)
32
15.8
16.5
16.3
130
0.35
26.4
其中土压力采用库伦土压力公式计算。
计算公式:
式中:
—作用在挡土墙背的主动土压力,(KN/m);
—挡土墙后的填土重度,水位以下取浮重度(KN/m3);
—挡土墙高度,(m);
—主动土压力系数;
—挡土墙后填土的内摩擦角,(度);
ε—挡土墙背面与铅直面的夹角,(度);
δ—挡土墙后填土对墙背的外摩擦角,(度);
β—挡土墙后填土表面坡角,(度);
[η]—基底应力最大值与最小值之比的允许值,[η]=2.0;
[σ]—地基容许承载力,[σ]=130Kpa;
[KC]—容许的抗滑稳定系数,[KC]=1.3;
[K0]—容许的抗倾覆滑稳定系数,[K0]=1.5。
挡土墙稳定计算成果表
设计工况
挡土墙位置
结构形式
抗滑稳定系数Kc
抗倾覆稳定安全系数
K0
趾部基底压应力
(kPa)
踵部基底压应力
(kPa)
不均匀系数
[Kc]
[K0]
完建期
进水池/引渠
钢筋混凝土悬臂式挡土墙
2.061
7.15
80.96
42.01
1.93
1.3
1.5
运行期
20.3
9.62
56.51
57.68
1.02
经计算:
各拟定断面挡土墙在不同设计工况下,抗滑、抗倾、基础压应力、基础不均匀系数均满足规范要求
1.5.设计扬程的计算
(1)确定设计流量
Q=2.914m3/s=2914L/s。
(2)确定设计扬程
设计扬程按泵站进、出水池设计运行水位差,并计入水力损失确定。
本泵站设计无出水池,故设计扬程按出水管路最高安装高程及进水池设计运行水位差,并计入水力损失确定。
出水管路最高安装高程:
h高=444.81m;
进水池设计运行水位:
h运=438.91。
a.管道沿程损失按以下公式计算:
式中:
hf——管道沿程水头损失;
f——摩阻系数,取0.014;
L——管道长度,L=50m;
Q——设计流量,Q=2.914m3/s;
A——管道截面面积,A=0.196m²;
D——管道内径,取D=0.5m。
计算得hf=0.886m。
b.局部水头损失用下式计算:
式中:
hj——局部水头损失
——局部水头损失系数之和,其中
,
,
,
。
则
6.6。
其余符号同上。
计算得hj=1.20m。
设计扬程:
h运=h高-h运+hf+hj=7.99m
1.6.确定泵型方案
(1)主泵类型的选择
水泵型号主要根据其设计流量及扬程经经济比较后确定,拟选择辽宁营源泵业有限公司混流泵。
水泵参数如下表所示:
选用500HW-6型泵性能表
型号
流量Q(L/s)
扬程H(m)
转速n
(r/min)
轴功率(kW)
效率
(%)
配用功率
(PS/kw)
直联配套动力机型号
重量
(kg)
500HW-6
591
692
762
12.0
9.8
8.4
730
83.4
76.4
78.1
83.4
87.0
80.4
120/95
JS125-8
770
(2)确定主泵台数
根据
,可据此确定所需泵型的台数。
i=2914/692=4.21台,取5台。
1.7.确定水泵安装高程
确定水泵安装高程为440.85m。
1.8.起重机设备选型
因排水泵站系小型泵站,考虑起重设备采用SG-2型单轨小车,性能参数如下表:
起重量(kN)
提升高度(m)
运行速度
(m/min)
手拉力
(kN)
工字型钢号
总重量
(kg)
19.6
3~10
2.5
0.147
36a
58
1.9.泵房初步布置设计
该排水泵站系小型排水站,考虑到结构简单,施工方便,机组运行,检修方便等因素,采用分基式泵房。
(1)泵房尺寸拟定
泵房平面尺寸、泵房长度:
根据机组台数、机组基础在泵房长度方向的尺寸、机组间距以及建筑统一模数制,定为泵房长21.8+0.37*2m。
泵房宽度,根据机组在泵房跨度方向的尺寸,进出水管路和管路附件的长度,以及安装检修和操作所需的空间,并考虑通道宽度要求初步拟定泵房宽度为7+0.37*2m。
故泵房建筑面积为163.39m²,设计房高4.5m。
(2)泵房内部设备布置
配电间:
配电间尺寸为2.5*3m,内设接电柜1组,战用柜1组,电机柜5组,电容柜1组。
值班室:
考虑到工作人员休息,设值班室1间,尺寸为2.5*3m。
维修室:
留一间为维修间,尺寸为7*3m。
电缆沟:
配电间至机组的电缆整齐地铺设在泵房地面下的电缆沟内。
排水沟:
为了排除水泵水封用的废水,泵房渗漏水以及检修水泵时的废水,在泵房地面向进水池倾斜的坡度设排水沟,其尺寸为0.2*0.3m,3%的坡度,在排水沟末端设置排水井,采用预埋PVC管将水排至进水池。
抽真空设备:
当水泵正值吸水时,需充水后才能启动,需用真空泵抽气充水,选真空泵一台,拟选SZ-1型真空泵。
起重设备:
为便于水泵或电动机的安装和检修,泵房设吊车SG-2型单轨小车。
(3)主要构件细部尺寸:
墙体:
砖混结构墙厚370mm
墙基:
采用C20素混凝土扩大基础。
过梁:
必须放在门窗上面,尺寸为370×200mm。
圈梁:
屋檐下500mm,现浇钢筋混凝土构件。
大门:
宽3m,高2.5m
小门:
宽1.6m,高2.4m;宽1.2m,高2.0m。
窗:
宽0.9m,高0.9m。
屋盖:
采用彩钢瓦(含10cm厚保温板)。
窗户采用不锈钢塑钢窗。
双层玻璃隔音。
1.10.进水池设计
本设计采用半开敞式直立池壁进水池。
池底高程437.30m,池深2.30~3.30m。
池宽B:
由下式计算得:
式中:
n—进水管路根数,本设计方案为5根;
—相邻梁进水管中心间距,本设计为1.3m;
—边管中心至池侧壁距离,本设计为0.95m;
则B=(5-1)×1.3+2×0.95=7.6m。
池长L=10.0m
本项目水泵选型为混流泵,关阀启动,故启动前泵和吸入管路必须充满水并排尽空气;同时在吸水口处设置拦污栅,拦截来水中污物。
从管道安装技术上,吸水管道要求有严格的密封性,不能漏气、漏水,否则将会破坏水泵进水口处的真空度,使水泵出水量减少,严重时甚至抽不上水来。
因此,要认真地做好管道的接口工作,保证管道连接的施工质量。
1.11.泵房稳定计算
水泵采用混流泵,泵房采用堤后式布置,未改变原渗流通道,因此,泵房的渗流稳定不需验算,建站地点高程440.00m,地势平坦,外河河底高程440.40m,最高水位444.06m,防洪堤顶高程446.76m。
.
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