水泵站设计计算书.docx
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水泵站设计计算书
水泵站设计计算书
第一部分设计说明书
1清水池
1.1清水池尺寸
新建配水厂清水池采用两座蓉量各为4000m3的方形水池,平面尺寸31.2m×31.2m,池内存水高度4.2m,安全超高0.3m,保温覆土0.7m;为无梁楼盖钢筋混凝土结构。
1.2清水池容积
式中:
W—清水池总容量,m3;
W1—清水池调节容积,m3;
W2—消防总水量,m3;
W3—安全贮水量,m3。
1.清水池调节容积W1
真正的调节容量以最高日供水量的18%计,W1=25500×18%=4590m3。
2.清水池消防总量W2
根据城市发展规模远期人口超过10万,消防流量应为45升/秒,两处同时着火,救火时间为两小时。
消防总流量=45×2=90L/s=324立方米/时;
消防总用水量=324×2=648立方米。
3.计算安全贮水量W3
安全贮水按占最高日用水量的27%计算,W3=25500×27%=6885m3。
4.清水池总容量W
=4590+648+6885=121233图1清水池尺寸
故新建两座4000m3的清水池,连同市区老配水厂4座1000m3的清水池,全系统清水池总容量达到12000m3,为最高日需水量2.55万立方米的47%。
1.3清水池填挖土方量
为利于抗震,清水池为半地下式,池内底标高-2.2米,0.1米地基基础,0.2米池底混凝土浇注,故挖深为-2.5米,一座清水池的开挖土方量为31.2×31.2×2.5=2433.6m3。
由于二连浩特市平均气温较低,最低温度为-40.2℃,故池顶的覆土厚度为0.7米,池外侧覆土采用三层台的挡土墙方式。
每层高1.0米,宽2.0米,可在其上种植花草。
故一座清水池填土方量为31.2×31.2×0.7+(35.2×35.2-31.2×31.2)×1+(39.2×39.2-31.2×31.2)×1+(43.2×43.2-31.2×31.2)×1=681.488+265.6+563.2+892.8=2403m3;填土量和开挖量相差无几,几乎不需要运土。
图2清水池剖面图
图3清水池填挖方量计算图
1.3清水池水位确定(h为水深,H为相对于地面的水位)
1、清水池最高水位
h0=4000÷31.22=4.11m,取4.2m。
H0=4.11-2.2=1.91m
2、最高时此时池内存安全储水和消防水量共7533m
,按新旧水厂存水比例新水厂存水量为5022m
,所以
最小水深h2=(5022÷2)÷31.22=2.58m
最低水位H2=2.58-2.2=0.38m
设计水位H2设=(H0+H2)=(1.91-2.2)/2=-0.145
3、最高时+消防时此种工况允许把清水池中的水用完,最终池中几乎没有水,此时
最小水深h1=h0=0
最低水位H1=3.8-5.5=-1.7m
设计水位H1设=(H0+H1)=(1.91-2.2)/2=-0.145
4、事故时此时池内只存有消防水量648m
,按比例新水厂存水量432m
,所以
最小水深h3=(432÷2)÷31.22=0.22m
最低水位H3=0.22-2.2=1.98m
设计水位H3设=(H0+H2)=(1.91-2.2)/2=-0.145
1.4清水池配管
进水管共两根,管径按水厂最高日平均时制水量、设计流速0.9m/s计算;出水管共4根,管径按最高日最高时用水量、设计流速1.5m/s计算。
最高日平均时流量为Q=13600÷24=566.7m3/h=0.157
最高日最高时流量为Q=13600÷24×1.5=850m3/h=0.236
则每座清水池进水管管径为d=
m,取标准管径DN350。
出水管管径为d=
m,取标准管径DN250,喇叭口直径D=1.3d=1.3×250=325mm,取标准管径DN350。
溢流管每池一根,管径取DN400,管端为喇叭口;排泥管每池一根,用管径DN200;两池间设连通管DN600。
2供水泵站主泵房
2.1扬程、流量确定
2.1.1市政给水管网平差计算
①给水管网平差计算原理介绍
市政给水管网平差计算采用鸿业市政管线软件计算。
此软件的给水管网平差计算采用的是解节点方程的方法,平差计算准备工作较少,计算时采用柯尔-勃洛克公式。
解节点方程不需要预先分配管道流量,它是从假定管道流量,反算各节点压力,再根据算出的节点压力计算管道流量的一个迭代过程。
②给水管网平差计算结果
最高时工况、最高+消防工况、事故工况时水源入网点的自由水压分别为37.288m、36.555m、40.500m;流量分别为236.11L/s、281.11L/s、165.27L/s。
2.1.2扬程(H)
扬程H=清水池最低水位与入网点高程的差+入网点自由水压+水厂内管路损失
根据城市管网平差图,选66点为控制点,与入网点高差为6m。
水厂内管路损失假定为2m,累及管路损失及自由水压查阅城市管网平差图可知。
1.最高时工况:
入网点高程为961.000m,自由水压为37.288m。
则在清水池不同水位时的水泵扬程为:
最高水位时:
H=-2.910+37.288+2=36.378m
设计水位时:
H=-2.145+37.288+2=37.143m
最低水位时:
H=-1.380+37.288+2=37.908m
2.消防工况:
入网点高程为961.000m,自由水压为36.555m。
则在清水池不同水位时的水泵扬程为:
最高水位时:
H=-2.910+36.555+2=35.645m
设计水位时:
H=-0.855+36.555+2=37.700m
最低水位时:
H=1.200+36.555+2=39.755m
3.事故工况:
入网点高程为961.000m,自由水压为40.500m。
则在清水池不同水位时的水泵扬程为:
最高水位时:
H=-2.910+40.500+2=39.590m
设计水位时:
H=-0.930+40.500+2=41.570m
最低水位时:
H=0.980+40.500+2=43.480m
2.1.3流量(Q)
新水厂的设计供水量为1.92万立方米/日,日变化系数取1.5。
则:
1.最高时工况:
Q=(13600×1000×1.5)÷24÷3600=236.11L/s
2.消防工况:
Q=236.11+45=281.11L/s
3.事故工况:
Q=281.11×70%=165.27L/s
2.2水泵初定安装高程
根据清水池最低水位时,保证水泵可以将清水池的水抽干。
集水坑底高程为▽底=-3.05m,吸水喇叭口高于集水坑底0.8D=0.8×350=280mm,吸水管的淹没深度取h淹=0.7m,因此吸水管中心线标高为:
▽吸=▽底+0.8D+h淹+D/2
=-3.05+0.28+0.7+0.25/2
=-1.945m
查《Sh型离心泵外形及安装尺寸图、表》得水泵进口中心线距泵轴线160mm,出水管中心线到泵轴线的距离为165mm,所以:
水泵的初定安装高程:
▽泵=▽吸+0.16=-1.945+0.16=-1.785
出水管中心线高程为:
▽出=▽泵-0.165=-1.785-0.165=-1.950m。
查得水泵轴线距底座350mm,取底座厚200m,则室内地坪高▽地为:
▽地=▽泵-0.35-0.2
=-1.785-0.35-0.2
=-2.335
2.3进、出水管管径确定
2.3.1进水管
清水池出水管即为水泵进水管,管径DN250。
管路设备有:
喇叭口、90°弯管、伸缩蝶阀、等径三(四)通、偏心渐缩管等。
2.3.2出水管
管径可根据经济流速v=2.0~3.0m/s选择,则出水管径
,取标准化管径DN200,
并联后合为两根出水管,其管径为
,取标准化管径DN350,
管路设备有:
正心渐扩管、伸缩蝶阀、缓闭止回阀、90°弯管、等径三(四)通等。
2.4泵房平面、高度
水泵机组布置采用横向排列,进出水管顺直,水力条件好,节省电耗。
查《Sh型离心泵外形及安装尺寸图表》知,8Sh—13型泵尺寸为1.698m×0.55m,配套电动机型号为Y250M—2。
1、泵房长度:
泵间距采用1.2m,电动机靠墙一侧与墙净距取1.4m,走到平台宽度取1.5m,水泵靠墙一侧与墙净距取1.2m,在泵东侧设检修间,宽度取用2.5m。
L=1.698×5+1.2×4+1.4+1.2+2.5+1.5×2=21.4
2、泵房宽度:
将进、出水连通管全部置于泵房内,这样需要加大泵房宽度,取B=9.0m。
—连通管与墙的间距;
、
、
、
、
—分别为出口短管、闸阀、止回阀、水泵出口渐扩短管、进口渐缩短管的长度;
—水泵基础宽度。
①进水管上伸缩蝶阀DN250长约400mm;
②进口偏心渐缩管l=2(D-d)+150=2×(250-200)+150=250mm,(查得泵进口直径为200mm);
③出口正心渐扩管l=2(D-d)+150=2×(200-125)+150=300mm(查得泵出口直径为125mm);
④止回阀长约600mm;
⑤进、出水管连同管外壁距墙净距至少为0.5m,可以容工作人员进行检修。
取标准柱间距5.1m,因此(21.4-1)÷5.1=4,共4个开间,5根柱子,主子尺寸取为400×400mm。
3水泵工作点校核及调速计算
3.1管路损失计算
1.沿程管路损失阻力系数S沿计算:
表1管路沿程阻力系数计算表
水泵名称
管段
管长L(m)
糙率n
管径D(mm)
S
并联点前水泵Ⅰ
进水管
21.5
0.012
0.25
51.56
出水管
4.9
0.20
38.60
合计
90.16
并联点前水泵Ⅱ
进水管
23.5
0.012
0.25
56.36
出水管
3
0.20
23.63
合计
79.99
并联点前水泵Ⅲ
进水管
26.5
0.012
0.25
61.15
出水管
4.9
0.20
38.60
合计
99.75
并联点后水泵
出水管
84
0.012
0.35
33.52
2.局部管路损失阻力系数S局计算:
表2管路局部阻力系数计算表
水泵名称
管段
管件名称
规格
数量
管径D(m)
损失系数
S
并联点前水泵Ⅰ
进水管
喇叭口
D=350,250
1
0.30
0.6
6.12
90°弯管
1
0.25
0.8
16.92
闸阀
1
0.25
0.07
1.48
伸缩蝶阀
SD341X-6
1
0.25
0.16
3.38
三通
1
0.25
1.5
31.73
偏心渐缩管
D=250,D=200
1
0.225
0.18
5.80
出水管
正心渐扩管
D=125,D=200
1
0.1625
0.06
7.11
伸缩蝶阀
SD341X-6
1
0.20
0.22
11.36
微阻缓闭止回阀
1
0.20
0.15
7.75
90°弯管
1
0.20
0.5
25.82
闸阀
2
0.20
0.08
8.262
异径四通
D=300,200
1
0.25
0.2
4.23
合计
129.96
并联点前水泵Ⅱ
进水管
喇叭口
D=350,250
1
0.3
0.6
6.12
90°弯管
1
0.25
0.8
16.92
闸阀
1
0.25
0.07
1.48
等直径四通管
1
0.25
4
84.60
伸缩蝶阀
SD341X-6
1
0.25
0.16
3.38
偏心渐缩管
D=250,D=200
1
0.225
0.18
5.80
出水管
正心渐扩管
D=125,200
1
0.1625
0.22
26.07
伸缩蝶阀
SD341X-6
1
0.20
0.16
8.26
微阻缓闭止回阀
1
0.20
0.15
7.75
异径四通
D=300,200
1
0.25
0.2
4.23
合计
164.62
并联点前水泵Ⅲ
进水管
喇叭口
D=350,250
1
0.3
0.6
6.12
90°弯管
1
0.25
0.8
16.92
闸阀
3
0.25
0.07
1.48
等直径四通管
1
0.25
4
84.60
伸缩蝶阀
SD341X-6
2
0.25
0.16
3.38
三通
1
0.25
3
63.45
偏心渐缩管
D=250,D=200
1
0.225
0.18
5.80
出水管
正心渐扩管
D=125,200
1
0.1625
0.22
26.07
微阻缓闭止回阀
1
0.20
0.15
7075
三通
1
0.20
1.5
77.46
伸缩蝶阀
SD341X-6
1
0.20
0.16
8.26
闸阀
2
0.20
0.08
4.13
异径四通
D=300,200
1
0.25
0.2
4.23
合计
320.13
合并后
出水管
流量计
1
0.30
0.2
2.04
闸阀
1
0.30
0.07
0.71
等直径三通管
1
0.30
1.5
15.30
90°弯管
1
0.30
0.7
7.14
合计
合计
25.19
阻力参数和:
水泵Ⅰ的阻力参数为:
SⅠ=S沿+S局=90.16+129.96=220.12s2/m5
水泵Ⅱ的阻力参数为:
SⅡ=S沿+S局=79.99+164.62=244.61s2/m5
水泵Ⅲ的阻力参数为:
SⅢ=S沿+S局=99.75+320.13=419.88s2/m5
并联后的阻力参数为:
S=S沿+S局=33.32+25.19=58.51s2/m5
3.管路损失计算
表3管路损失计算表(m3/s)
Q
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
0.035
0.040
0.050
0.060
0.070
S1Q2
0.02
0.05
0.09
0.14
0.20
0.27
0.35
0.55
0.79
1.08
SⅡQ2
0.02
0.06
0.10
0.15
0.22
0.30
0.39
0.61
0.88
1.20
SⅢQ2
0.04
0.09
0.17
0.26
0.38
0.51
0.67
1.05
1.51
2.06
Q
0.025
0.050
0.075
0.100
0.125
0.150
0.175
0.200
0.225
0.250
SQ2
0.04
0.15
0.33
0.59
0.91
1.32
1.79
2.34
2.96
3.36
3.2水泵性能曲线的绘制
在8sh-13水泵的性能曲线上分别纵减Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号泵的并联点前的管路损失得到三泵的折引性能曲线,Ⅳ、Ⅴ号泵与Ⅰ、Ⅱ布置对称,分别将3,4,5台泵的折引性能曲线在同扬程下进行叠加,得到3条“并联泵”的性能曲线,如附图1所示。
3.3绘制并联点后的需要扬程曲线、工作点求解及校核
3.3.1需要扬程的计算
表5清水池各工况时设计水深水位表
工况最高(m)最高时+消防时(m)最高时(m)事故时(m)
水深4.112.0553.3452.13
相对水位1.91-0.1451.145-0.07
绝对水位963.91961.885963.145961.930
1)最高时:
▽设=963.145m
则H需=961.0-963.145+37.288+SQ2
H需=35.143+SQ2
2)最高时+消防时:
▽设=961.885m
则H需=961.0-961.885+36.555+SQ2
H需=35.67+SQ2
3)事故时:
▽设=961.930m
则H需=961.0-961.930+40.500+SQ2
H需=39.57+SQ2
(以上S选取最不利泵吸水管路损失进行计算,即水泵Ⅲ所在管路。
)
3.3.2绘制并联点后的需要扬程曲线
将并联点后的管路特性曲线与净扬程叠加,分别得到三种工况下抽水系统的需要扬程曲线。
3.3.3进行工作点求解及校核
1、求并联工作点:
在8sh-13水泵的性能曲线上分别纵减Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号泵的并联点前的管路损失得到三泵的折引性能曲线,Ⅳ、Ⅴ号泵与Ⅰ、Ⅱ布置对称,分别将Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号泵的折引性能曲线在同扬程下进行叠加,得到3条“并联泵”的性能曲线,如附图1所示。
三种工况下的需要扬程曲线Q~H需与(Q~H)Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ相交于不同三点,此三点即为并联以后的工况点,其横坐标表示三台泵并联以后的流量,纵坐标表示三台泵并联以后的扬程。
2、求单泵工作点:
通过并联工作点作横轴的平行线,交单泵的折引性能曲线于不同的三点,在通过这三点作垂线交单泵性能曲线于三点,此即为并联工作时各单泵的工作点,分别作垂线交Q~N、Q~η曲线所得点分别为并联工作时单泵的效率点和轴功率点。
3.4调速泵计算
根据下表选择调速泵及定速泵台数。
表5调速泵台数确定表
工况
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
流量范围
Qmin~Q1
Q1~2Q1
2Q1~3Q1
3Q1~(2n+1)Q1
开泵情况
一调
两调
两调一定
两调n定
调速泵最小流量
Qmin
Q1/2
Q1/2
Q1/2
3.4.1最高时+消防时调速泵转速计算
①由附图查得最高+消防时,并联运行单泵工况点最小流量为QA=85.7L/s,扬程为H=38.7m。
最高+消防时:
Q=281.11L/s∈(3Q3~4Q3),选两调两定。
②调速泵有两台、定速泵两台,调速泵的流量为QB=(Q-2QA)/2=54.86L/s,然后作垂线与Q~H需曲线交于一点,可知B点的扬程为HB=35.8m。
③由B点可得式k=HB/QB2=11895(s2/m5)。
因此可得相似抛物线方程H=11895Q2,按此式算出表。
然后,按此表点绘出相似工况抛物线,如附图所示。
与Q~H曲线交于C点,得QC=63L/s,扬程HC=47.1m。
表15相似工况抛物线上各点Q、H值关系
点号0123456
流量Q(L/s)0102030405060
扬程H(m)01.194.7610.7119.0329.7442.82
④用比例率公式:
n1/n2=Q1/Q2,n2=n1×QB/QC=2950×54.86/63=2568r/min
3.4.2最高时调速泵转速计算
①由附图查得最高时,并联运行单泵工况点最小流量为QA=87L/s,扬程为H=38.2m。
最高时:
Q=236.11L/s∈(2Q3~3Q3),选两调一定。
②调速泵有两台、定速泵两台,调速泵的流量为QB=(Q-QA)/2=74.56L/s,然后作垂线与Q~H需曲线交于一点,可知B点的扬程为HB=35.4m。
③由B点可得式k=HB/QB2=6368(s2/m5)。
因此可得相似抛物线方程H=6368Q2,按此式算出表。
然后,按此表点绘出相似工况抛物线,如附图所示。
与Q~H曲线交于C点,得QC=79.8L/s,扬程HC=41.1m。
表15相似工况抛物线上各点Q、H值关系
点号01234567
流量Q(L/s)010203040506070
扬程H(m)00.642.555.7310.1915.9222.9231.20
④用比例率公式:
n1/n2=Q1/Q2,n2=n1×QB/QC=2950×74.56/79.8=2756r/min
同样方法可以求得事故时调速泵的转速。
3.4.3事故时调速泵的转速
①由附图查得事故时,并联运行单泵工况点最小流量为QA=77.5L/s,扬程为H=41.8m。
最高时:
Q=165.27L/s∈(2Q3~3Q3),选两调一定。
②调速泵有两台、定速泵两台,调速泵的流量为QB=(Q-QA)/2=43.88L/s,然后作垂线与Q~H需曲线交于一点,可知B点的扬程为HB=39.7m。
③由B点可得式k=HB/QB2=6609(s2/m5)。
因此可得相似抛物线方程H=6609Q2,按此式算出表。
然后,按此表点绘出相似工况抛物线,如附图所示。
与Q~H曲线交于C点,得QC=49.9L/s,扬程HC=50.3m。
表15相似工况抛物线上各点Q、H值关系
点号012345
流量Q(L/s)01020304050
扬程H(m)02.068.2518.5632.9951.55
④用比例率公式:
n1/n2=Q1/Q2,n2=n1×QB/QC=2950×43.88/49.9=2594r/min
调速泵各工况运行及调速结果见下表:
表18调速泵运行及各工况转速
工况
最高时+消防时
最高时
事故时
开泵情况
两调两定
两调一定
两调一定
转速(r/min)
2568
2756
2594
4泵房地下混凝土的配筋
4.1结果布置方案及基本假定
1、基本原则
(1)本设计泵房下墙体池壁按三边固定,一边自由计算弯矩和剪力;
(2)横墙长向池壁的长高比l/h=21.4/3.22=6.6>3,属于单向板三边固定,顶端自由的情况;
(3)纵墙短向池壁的长高比l/h=9/3.22=2.8<3,属于双向板三边固定,顶端自由的情况。
2、基本数据
荷载:
只考虑地下纵墙承受回填土的静止土压力,为三角形分布荷载,其余荷载忽略。
取土重度
。
墙厚:
370mm。
混凝土采用
,查《给水排水工程结构》附表1-1(6)可知
,
。
钢筋采用HPB235,查《给水排水工程结构》附表1-1(3)可知
,
。
3、截面尺寸的初步确定
(1)、长墙壁厚度的确定
在池内土压力作用下壁底端的最大负弯矩设计值为:
假设配筋率为0.5%,则配筋率特征值
相应的
,截面有效高度h0的需要值可由下式计算确定:
h0=
mm取长壁厚度为370mm
(2)短墙壁厚度的确定
取底端弯矩作为估
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