泵站课程设计二级泵站设计.docx
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泵站课程设计二级泵站设计
某镇30000m³/d二级泵站设计
1泵站的组成及特点
1.1泵站的组成
(1)水泵机组包括水泵和电动机,是泵站中最重要的组成部分;
(2)吸压管路指水泵的吸水(进水)管路和压水(出水)管路,水泵通过吸水管从吸水井(池)中吸水,经水泵加压后通过压水管路送至用户;
(3)引水设备指真空引水设备(如真空泵、引水罐等)和灌水设备。
当水泵工作为吸入式启动时,需引水设备;
(4)起重设备指泵站内设备及管道安装,检修用的吊车、电动葫芦等设备;
(5)排水设备指排水泵、排水沟、集水坑等,用以排除泵站地面污水;
(6)计量设备指流量计、压力计、真空泵、温度计等;
(7)采暖及通风设备指采暖用的散热器、电热器、火炉及通风机等设备;
(8)电气设备指变、配电设备;
(9)防水锤设备指水锤消除器等;
(10)其他设备包括照明、通信、安全与防水设施等。
1.2二级泵站的特点
二级泵站通常设在净水厂内,经水厂净化后的水进入清水池储存,清水池中水经管道自流入吸水井,水泵从吸水井吸水,经加压后送入城市输配水管网。
其工艺流程如:
清水池—吸水井—送水泵站—输配水管网—用户。
基本特点:
泵站埋深较浅,通常建成地面式或半地面式,为了适应用户水量、水质的变化,需要设置多台水泵机组,因而,泵房面积较大,泵房一般为矩形形状,砖混结构。
2任务及依据
根据某镇生产及生活用水量的需求,完成一个该镇水厂输水泵站的设计,该镇的用水资料如下:
(1)最高日用水量30000m3/d。
(2)高日用水量变化见下图中曲线。
图1该地区最高日用水量
(3)最高日最高时管网水头损失11米。
(4)管网最不利点标高80米。
(5)消防用水量5000m3。
(6)消防时管网水头损失20米。
(7)火灾发生处标高75米。
(8)城市管网无调节水池,建筑物层数为6层。
(9)泵站所在地地面标高60米。
(10)吸水池最低水位标高55米,最高水位标高60米。
(11)泵站所在地最高水温30℃。
(12)最大冻土深度0.6米。
(13)地下水位2.5米。
(14)吸水池与泵站距离200米(净距)。
(15)泵站附近有独立双电源。
依据中华人民共和国国际标准泵站设计规范及其相关法规,对该镇进行二级泵站设计。
3泵站的设计参数确定(流量及扬程)
3.1设计工况点
(1)流量:
采用城市最高日最高时用水量Qmax(L/s)
根据最高日用水量变化曲线,最高时用水量占全天的5.5%,所以最高时段用水量为:
30000(m3/d)×5.5%=1650(m3/h)
1650(m3/h)÷3600(s)×1000(L/m3)=458.33(L/s)
所以Qmax=458.33(L/s)
(2)扬程:
HP
根据公式HP=(Z0—Zp十Hsev十h管网十h输水十h站内)×1.05(m)
式中:
HP—泵站按Qmax供水时的扬程;
Z0—管网最不利点的地形标高:
80米;
Zp—泵站吸水池最低水面标高:
55米;
Hsev—管网最不利点的自由水头:
28米(为保证用户的用水水压设定,《泵与泵站》建筑工业出版社出版,144页);
h管网—最高日最高时供水量时管网水头损失:
12米;
h输水—最高日最高时供水量时输水管水头损失:
有时输水管很短,这部分损失常包括在h管网内:
本次设计包括于h管网内;
h站内—泵站内吸、压水管管路系统水头损失,估算为2—2.5m:
取2.5米;
1.05—安全系数。
HP=(80-55+28+11+0+2.5)×1.05=69.825(m)
3.2校核工况点
(1)流量:
Q’=Qmax+Q消(L/s)
Q消=500m3/h÷3600s×1000(L/m3)=138.89(L/s)
Q’=458.33+138.89=597.22(L/s)
(2)扬程:
根据公式:
HP’=(Z0—Zp十10十h’管网十h’输水十h’站内)×1.05(m)
式中:
h’管网—消防时管网的水头损失:
20米;
h’输水—消防时输水管水头损失:
有时输水管很短,这部分损失常包括在h管网内:
本次设计包括于h管网内;
h’站内—泵站内吸、压水管管路系统水头损失,估算为2—2.5m:
取2.5米;
10—消防时的自由水头;
HP’—消防时泵站的扬程。
HP’=(80-55+10+20+2.5)×1.05=60.375m
大于火灾处标高75米处:
75-55=20米,也满足。
4、初步选泵和电动机
4.1泵的选择
利用选泵软件,输入流量:
458.33(L/s)扬程:
69.825(m)精度95%
图2选泵示意图
选择方案7,选用300S90A型单级双吸离心泵。
根据上表泵的性能参数以及泵的特性曲线,可确定设计方案为:
三台300S90A泵并联,其中有一台为备用泵。
图3300S90A水泵特征曲线图
图4300S90A水泵详细信息图
表1300S90A水泵相关参数表
型号
流量Q(m3/h)
扬程H(m)
转速
n(r/min)
泵轴功率N(kW)
效率
(%)
汽蚀余量(m)
泵重(kg)
300S90A
576~918
160~255
70~86
1450
190~247
70~74
2.6
840
4.2泵的校核
校核工况点:
按照发生火灾时的供水情况,校核泵站是否能满足消防要求。
校核时,应把泵站中备用泵与最大供水时所用的工作泵并联起来
(Q’,HP’)=(597.22,60.375),
·
图5四台300S90A型号泵并联工作曲线
Q’=597.22(L/s),查图得扬程大于60.375m,合格。
4.3动力设备的配置
表2动力设备配置
水泵型号
轴功率N(kW)
转数n(r/min)
电动机型号
功率N(kW)
效率(%)
电压(V)
电机重量
(KG)
300S90A
190
1450
Y355L1-4
280
71
380
1945
217
74
247
71
5、水泵机组的基础设计及布置
5.1水泵机组的基础设计
图6S型泵外形及安装尺寸
表3300S90A型单级双吸离心泵安装尺寸(mm)(不带底座)
型号
电动机尺寸
E
L
L2
L3
出口椎管法兰尺寸
L1
H
h
B
A
n-∮d
DN3
D03
D3
n3-∮d3
300S90A
1570
355
905
630
610
4-28
500
2743.5
848
450
300
400
440
12-23
300S90A型水泵不带底座,所以选定其基础为混凝土块式基础,
则基础长度
L=地脚螺栓间距+(400~500)=L3+L2+B+(400~500)=280+848+630+(400~500)=450+848+630+472=2400mm
基础宽度
B0=地脚螺栓间距(宽度方向)+(400~500)=A+(400~500)=610+(400~500)=610+490=1100mm
基础高度
图7泵的尺寸
H=地脚螺栓长度+(0.15~0.2)=24d+(0.15~0.2)=24×28+178=850mm
按基础重量校核基础高度
H,=
=
经比较取基础高度为1.32m
其中:
—水泵重量(kg);
—电机重量(kg);
—基础长度(m);
—基础宽度(m);
—基础密度(kg/m3)(混凝土密度ρ=2400kg/m3)。
5.2水泵机组的基础布置
横向排列(泵轴线呈一直线布置)
横向排列这种布置形式适用于侧向进水、侧向出水的S型双吸式水泵,进出水管顺直,水力条件好,这种布置形式虽然泵房长度大些但跨度小,吊装设备采用单轨吊车即可。
图8泵房平面布置简图
泵房总长度为16.70m,总宽度为6m,A为2.246m,B为3.2m,C为2.07m,D为1.3m,E为1.3m。
电机容量>55千瓦时,相邻两个机组及机组与墙壁间净距≥1.2米,A为最大设备宽度+1米,不得小于2米;出水侧基础与墙壁净距B不小于3米;进水侧D不小于1米;C=电机轴长+0.5米。
要求C与E相等;主要通道大于1.2米,当考虑就地检修时,至少在每个机组一侧设置大于水泵机组宽度0.5米的通道.
经检验,设计满足《室外给水设计规范》GB50013—2006。
5.3管径计算
二台300S90A型单级双吸离心泵并联工作,其流量Q=458.33L/s,单台水泵出水量Q=229.165L/s
吸水管管径:
吸水管设计流速一般为:
DN<250mm时,v=1.0~1.2m/s;DN≥250~1000mm时,v=1.2~1.6m/s;DN﹥1000mm时,v=1.5~2.0m/s.
当Q=229.165L/s时,由钢管水力计算表查得管径D=450mm,流速v=1.4m/s,单位管段的水头损失1000i=5.76
压水管路:
对压水管路的基本要求是耐高压、不漏水、供水安全、安装及检修方便。
压水管路常采用钢管,采用焊接接口,与设备连接处或需要经常检修处采用法兰接口。
为了避免管路上的应力传至水泵,以及安装和拆卸方便,可在压水管路适当位置上设补偿接头或可挠性接头。
离心泵必须要关闸启动。
当不允许水倒流时,需设止回阀。
压水管设计流速为:
DN<250mm时,v=1.5~2.0m/s;DN≥250mm时,v=2.0~2.5m/s;
压水管管径:
当Q=229.165L/s时,由钢管水力计算表查得管径D=350mm,流速v=2.3m/s,阻力系数1000i=21.6。
每台水泵都单独设有吸水管,并设有闸阀,型号为Z73XDN=400mmL=80W=118
压水管设有止回阀,型号为HH44(X)-10,DN=350mm,W=480水泵控制阀,型号为D371X,L=78,,W=56.5DN=350mm
表4管路附件选配
型
号
进口法兰尺寸mm
出口法兰尺寸mm
DN1
D11
D1
n1-Фd1
DN2
D12
D2
n2-Фd2
300S90A
300
400
445
12-22
300
400
440
12-23
表5管路附件选配详单
名称
型号
规格
单位
数量
局部水头损失系数
喇叭口
DN650450
个
3
0.1
三通
DN350350
个
3
4.5
90度弯头
DN350
个
2
0.89
90度弯头
DN450
个
3
1.01
闸阀
Z41T-10型
DN500,L=540
个
2
0.06
闸阀
Z41T-10型
DN350,L=450
个
5
0.07
闸阀
Z41T-10型
DN450mmL=510
个
3
0.07
止回阀
H44T(X)-10
DN350L=800
个
3
3.0
偏心渐缩管
DN450300
个
3
0.19
渐扩管
DN300350
个
3
0.05
5.4管道敷设
设立在管沟中,沟底应有1%坡度坡向集水坑。
6吸水井的设计
6.1喇叭口设计
(1)喇叭口垂直布置:
(2)喇叭口淹没深度
取h=1.0
(3)水泵吸水管进口喇叭口大头直径D≥(1.3
d=1.5×450=675取650mm
(4)水泵吸水管进口喇叭口长度H≥(3.5
7)(D-d)=5×(650-450)=1000mm
(5)喇叭口距吸水井井壁距离
=((0.75
1.0)D=0.9×650=480mm取600mm
(6)喇叭口之间距离
=(1.5
2.0)D=(1.5
2.0)×650=975
1300,取1200mm
(7)喇叭口距吸水井井底距离
≥(0.6
0.8)D=(0.6
0.8)×600=390
520,取500mm
所以,吸水井的长度=nD+(n-1)×(1.5-2.0)×D+2×(0.75-1.0)D=3×650+2×1200+2×600=5550mm,但考虑水泵机组之间距,将吸水井长度确定为11.47m。
6.2吸水井设计
吸水井的宽度=(0.75-1.0)D+4D=5×650=3250mm
吸水井有效高度=吸水井最高水位标高-吸水井最低水位标高+吸水喇叭口最小淹没深度+吸水喇叭口距井底距离=60-55+0.8+0.5=6.3m
吸水井有效容积应不小于最大一台泵5min的抽水量。
抽水量:
229.17×300=68749.5L有效容积:
11.47×3.25×6.3=234848.25L.
满足要求。
7校核泵机组:
7.1校核水泵机组
吸水管总水头损失∑hs=201.4×5.76+(0.1×1+1.01×1+0.19+0.07×1)×1.42÷19.6=1.16+0.137=1.297
压水管总水头损失
=iL=21.6×15+(3×1+0.89×1+0.07×1+3×1+0.05×1+0.07×1)×2.32÷19.6=2.235m
泵房内管路水头损失
m
所以,水泵泵扬程为
HP=(Z0—Zp十Hsev十h管网十h输水十h站内)×1.05=(80-55+28+12+3.532)×1.05=70.9086
与估计扬程基本相同,说明选定的水泵机组合适。
7.2消防校核
消防时,泵站的供水量
消防时,泵站的扬程
HP’=(80-55+10+20+2.5)×1.05=60.375m
与估计扬程基本相同,说明选定的水泵机组合适。
8水泵安装高度计算
(1)300S90A型水泵允许吸上真空高度为3.5m
HS’=HS-(10.33-ha)-(hva-0.24),查表得的当水温为30C°时,hva=0.43
HS’=HS-(10.33-ha)-(hva-0.24)=3.5-(0.43-0.24)=3.31m
泵的安装高度Hss。
∑hs=1.297m,v2/2g=0.1m
Hss=3.31-1.297-0.1=1.913m
(2)泵轴标高=吸水井最低水位+Hss=55+1.913=56.913m
(3)基础顶面标高=泵轴标高-泵轴至基础顶面高度(H1)=56.913-0.335=56.578m
(4)泵房地面标高=基础顶面标高-0.20=56.578-0.20=56.378m
(5)水泵进口中心标高=泵轴标高-
=56.913-0.268=56.645m
(6)水泵出口中心标高=泵轴标高-
=56.913-0.268=56.645m
9设备的选择
9.1真空泵选择
真空泵的抽气量
:
=1.1×[0.45×3.14×(0.45/2)2+200×3.14×(0.45/2)2]÷5÷(10.33-1.913)×10.33=408.1(
/h)
真空泵所需的真空值
毫米汞柱
其中:
—真空泵的抽气量(m3/s);
—漏气系数(1.05~1.10);
—最大一台水泵泵壳内空气容积(m3);
—吸水管中空气容积;
—水泵引水时间(min),一般应小于5min,消防泵应不大于3min;
—真空泵的最大真空度(mmHg);
—离心泵的安装高度(m),最好取吸水井最低水位至水泵顶部的高差。
根据
和
选取SZ-3J型水环式真空泵(电动机为Y200
)2台,一备一用,布置在泵房靠墙边处。
9.2计量设备选择
在压水管上设超声波流量计,选取DCT6488型超声波流量计2台,安装在泵房外输水干管上,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0~760mmHg。
9.3起重设备选择
300S90A型水泵的重量840Kg,Y355L1-4型电机的重量是1945Kg
根据电机和水泵的重量结合水泵房的高度选择起重机的重量的型号为
型电动葫芦双梁式起重机
起重量5t,跨度5.5m,起升高度9m。
滑车和电动葫芦总高度1090mm.
9.4泵房的高度
取吊物底部至最高一台机组顶距e=0.5m,则e+f=0.55+0.5=1.05m
泵房间地面以上高度为:
=a+b+c+d+e+f=4.25
a—为吊车梁高度,取0.5m
b—滑车和电动葫芦总高度1090mm
c—最大一台设备高度1.110m
d-顶梁上部高度0.5m
h—为泵房地下部分的高度,3.622m
所以,泵房总高度为4.25m,为了以后的发展需要,取H=8m
9.5排水设备
设潜水排污泵2台,一用一备,设积水坑一个,容积为1.0×1.2×1.5m³
选取50ZZB-10型自吸污水泵泵,其参数为:
Q=15
/h,H=10m,n=2900r/min,N=1.1KWN
结束语
在为期一周多的课程设计里,我学到了不少的知识,也对学习有了更深的感悟。
在课程设计过程中,我们是主体,老师从旁指导,自己动手后才知道把课堂知识和实践联系在一起的过程很艰难。
不过在经过查资料以及老师的帮助下,我按时完成了课程设计的任务。
通过这通过这次课设,我了解和熟悉了更多关于给水排水的知识,也学会了许多设计方面的常识,更增加了我对学习专业知识的浓厚兴趣。
我非常感谢我的指导老师张铁坚老师的指导和帮助,感谢老师给我们这次课设的机会,提高了我们的手工绘图能力。
在以后的学习过程中,我会更加努力的学习课本上的知识,并多多联系实践,为以后的发展打下坚实的基础。
我想这就是我课程设计的最大感受吧!
参考文献
[1]姜乃昌主编.泵与泵站(第五版).北京:
中国建筑工业出版社,2007.
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中国建筑工业出版社,2002.
[3]《给水排水设计手册》(第3册)第二版.北京:
中国建筑工业出版社,2004.
[4]《给水排水设计手册》(第11册)第二版.北京:
中国建筑工业出版社,2002.
[5]《给水排水设计手册》(第12册)第二版.北京:
中国建筑工业出版社,2001.
[6]李亚峰,尹士君,蒋白懿编著.水泵及泵站设计计算.北京:
化学工业出版社,2007.
[7]《全国通用给排水标准图集》
[8]《泵站设计规范GBT50265-97》
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