1、污水泵站设计污水泵站设计污水泵站设计（）摘 要泵站是为水提供势能和压能，解决无自流条件下的排灌、供水和水资源调配问题的唯一动力来源，是解决洪涝灾害、干旱缺水、水环境恶化当今三大水资源问题的有效工程措施之一。它们承担着区域性的防洪、除涝、灌溉、调水和供水的重任，主要用于农田排灌、城市给排水以及跨流域调水等。本次设计通过对流量的计算、扬程的估算，最终选取200WLI600-25立式泵，三用一备，配套电机型号为Y280M-2。经核算后，其流量和扬程都能够满足设计要求。由于所选水泵为立式泵，故采用横向排列布置。每台水泵都配备单独的吸水管路，管径为350mm；每台水泵也配有单独的压水管，管径为300mm
2、。两条压水管合用一条出水干管，管径为350mm。管材使用焊接钢管，管道敷设采用明装。采用集水池与机器间合建式的矩形泵站。经计算集水池的长为5.95m，宽为4.2m；出水井的长为8m，宽为1.2米。在设计中，对泵房内部的标高进行了详细的计算，确定了泵与泵之间的距离为2.0m，泵与电机之间的距离为2.5m，水泵距吸水管侧墙3m，水泵距出水管侧墙4m，在泵房右侧设大门，水泵距大门的距离为5m。辅助设备选取了XWB-2.5-3型机械格栅、YZ-60Z压力表和SL型手动单梁起重机。最终确定了泵房检修间的高度为6.37m，地下部分的高度为8.02m。理论上，所设计内容满足泵站设计规范的要求，具有可行性。关
3、键词：泵站；扬程；集水池；辅助设备污水泵站设计1 文献综述 1.1 泵1.1.1 泵的含义泵是一种能量转换机械，它将动力机的机械能量转给液体，使液体获得能量而得到提升、增压、输送、亚送水的泵称为水泵。1.1.2 泵的分类由于水泵在国民经济各部门中应用很广，品种系列繁多，对它的分类方法也各不相同。按其原理可分为以下三类1：1.1.2.1 叶片式水泵它对液体的压送是靠装有叶片的叶轮高速旋转而完成的。属于这一类的有离心泵、轴流泵、混流泵等。1.1.2.2 容积式水泵它对液体的压送是靠泵体工作室容积的改变来完成的。一般使工作室容积改变的方式有往复运动和旋转运动两种。属于往复运动这一类的如活塞往复泵、柱
4、塞式往复泵等。属于旋转运动这一类的如转子泵等。1.1.2.3 其它类型水泵这类泵是指除叶片式水泵和容积式水泵以外的特殊泵，属于这一类的主要有螺旋泵、射流泵（又称水射器）、水锤泵、水轮泵以及气升泵(又称空气扬水机)等。其中除螺旋泵是利用螺旋推进原理来提高液体的位能以外，上述各种水泵的特点都是利用高速液流或气流的动能或动量来输送液体的。在给排水工程中，结合具体条件应用这类特殊水泵来输送水或药剂（混凝剂、消毒药剂等）时，常常能起到良好的效果。1.1.3 泵的作用泵被广泛地用于国民经济各部门，只要有液体流动几乎都有泵在工作，如电力、采矿、石油化工、冶金、纺织、市政工程及农林排灌等都需要用泵提升、增压输
5、送。在城市中，水的循环都是由一系列的不同功能的水泵站来完成的。城市给水中原水由取水泵站从水源取水送水至水厂，处理后的水有送水泵站城市管网中去；在城市排水中，生活污水和工业废水就有污水泵站提升至净化厂，净化后的水又由水泵站提升排放，以及雨水的提升排放等。1.1.4 我国泵的现状及发展趋势目前，国内可以生产多种型号、多种规格、多品种、不同材质的多种系列泵，最大的水泵叶轮直径达5.7m，而小型微型泵如同纽扣般大小，在材质上研制了氟塑合金泵、陶瓷泵、玻璃泵、无泄露节能型的磁力驱动泵，以及体积小投资省多种材质的潜水泵。水泵发展的总趋向可归结为：(1) 大型化、大容量化如果说在40年前，对于5万kW的发电
6、机组被看做是一个重大的技术成就的话，那么在今天这一动力不过是只能用来驱动一台130万kW大型汽轮发电机组的给水泵而已。近几年来，国际上大型水泵发展很快，巨型轴流泵的叶轮直径已达7m，潜水泵直径已达1m，用于城市及工业企业给水工程中的双吸离心泵的功率已达5500kW。 (2) 高扬程化、高速化目前，锅炉给水泵的单级扬程已打破10MPa的记录。要进一步实现高扬程化，势必要提高泵的转速。今后随着水泵的气蚀、材料强度等问题的不断改善，泵的转速有可能进一步向高速化的方向发展，在水泵行业中，这种高速化的发展趋势是具有世界性的。(3) 系列化、通用化、标准化产品的系列化、通用化、标准化（简称“三化”）是现代
7、工业生产工艺的必然要求。1975年国际标准化协会制订了额定压力为0.72MPa的单级离心泵的主要尺寸及其规格参数（ISO2858-1975E）。此标准泵的性能范围为：流量6.3400m3/h，扬程0.251.25MPa。目前，在欧洲凡满足此规格的水泵已作为标准泵出售。我国自1958年以来，在统一型号、系列分类、定型尺寸等方面也做了不少工作，水泵的托架、悬架、轴承架等主要零部件均已有了系列标准，产品的“三化”程度在不断提高1-2。今后，随着原子能和燃化工业等科学技术的发展，将进一步要求水泵业发展高速、高温、高效率以及大容量等方面的各种特殊产品。同时，也要求不断提高现有常规产品的质量和水平。所有这
8、些，都将意味着必需在基础理论、计算技术、模型试验、测量手段以及材料选择、加工工艺等一些列环节上的革新，未来是现今的延伸和继续，此任务是十分光荣和艰巨的。1.2 泵站1.2.1 泵站的含义水泵工作必须有配套的动力机、管路系统。并在一定的水位条件下工作，这些系统称为泵装置。泵装置及辅助设备和相应的构筑物组成了水泵站2。在市政建设中，水泵站是城市给水和排水工程中必要的组成部分。1.2.2 泵站的分类(1) 按室内外地坪标高分为：地面泵站、半地下式泵站、地下式泵站。(2) 按作用分为：取水泵站（一级泵站）、送水泵站（二级泵站）、加压泵站、循环泵站。(3 )泵站工程基本上分为：大型低扬程泵站、大型高扬程
9、泵站、机井泵站（井灌）浮动式泵站、中小型泵站。(4) 排水泵站按其排水性质又可分为：污水（生活污水、生产污水）泵站、雨水泵站、合流泵站、污泥泵站等。1.2.3 排水泵站污水泵站主要由机器间、集水池、格栅、辅助间、变电所组成。机器间内设置水泵机组和相关的附属设施。集水池的作用是收集来水，还可以在一定程度上调节来水的不均匀行，起到调节水量的作用，保证水泵能均匀工作。格栅安装在集水池内，其作用主要是拦截水中较粗大的漂浮物或固体杂质，防止杂物堵塞、损坏水泵和管道等设施，因此格栅也叫拦污栅。辅助间一般包括储藏室、维修间、休息室和卫生间等。排水泵站的类型取决于进水管渠的埋深、来水的流量、水泵机组的型号和数
10、量、当地的水文地质质料和施工方法等多种因素，选择排水泵站的类型应从造价、布置、施工、运行条件等方面考虑。在工程实践中，排水泵站的类型是多种多样的，选择泵房类型时应考虑具体的工程条件。(1) 由于污水泵站一般为常年运行，选用自灌泵房比较方便，只有在特殊情况下才选用非自灌式泵房；(2) 流量小于2m3/s时，常选用下圆上方形泵房，当直径D=715m时，工程造价矩形低；(3) 大流量的永久性污水泵站，选用矩形泵房。(4) 分建式与合建式泵房的选用可根据水泵的启动方式来确定，一般自灌式启动应采用合建式泵房，非自灌式启动或因地形条件受限制，可采用分建式泵房。(5) 全地下式泵房，地面以上占地少，工程造价
11、低，地下泵房潮湿，对一般电机的运转会产生影响，采用潜水泵可解决这一问题。 究竟采取何种类型，应根据具体情况，经多方案技术经济比较后决定。1.2.4 泵站的作用泵站是为水提供势能和压能，解决无自流条件下的排灌、供水和水资源调配问题的唯一动力来源，是解决洪涝灾害、干旱缺水、水环境恶化当今三大水资源问题的有效工程措施之一。它们承担着区域性的防洪、除涝、灌溉、调水和供水的重任，主要用于农田排灌、城市给排水以及跨流域调水等。在大多数城市中由于各种条件的限制，对生活污水，工业废水和雨水不能做到完全分流制，受污染的水体还不能达到全部净化，污染源还不能全部控制。经研究发现，可用污水泵站来输送，拦截生活污水和工
12、业废水，这对控制和改善城市的水污染起到了关键作用4。1.2.5 泵站的优缺点泵站与其它水利建筑物不同，它无需修建挡水和引水建筑物，对资源和环境无影响，受水源、地形、地质等条件的影响较小，且具有投资省、成本低、工期短、见效快、灵活机动等优点。但是，泵站运行要耗能，设备维护和更新费用高。尽管如此，许多国家还是把泵站工程建设列为优先考虑的重点5。1.2.6 我国水泵站的现状我国泵站工程基本上有下列几种类型：1.2.6.1 大型低扬程泵站大型低扬程泵站的建设，最近30多年来发展十分迅速。这类泵站的特点是扬程低、流量大、自动化程度高。这些泵站主要分布在长江中下游沿江低洼地区，如江都三站、江都四站、淮安二
13、站、谏壁排灌站、皂河一站、胭马山站、高潭口站等。1.2.6.2 大型高扬程泵站这类泵站主要分布在陕西、山西等高原地区，其特点是扬程高、梯级多、工程艰巨。黄河干流上第一座大型工程山西夹马口泵站建成并投人运行，分三级提水，总计净扬程110m，总流量9. 5m3/s。陕西东雷二级站，安装了目前国内最大的农用离心泵，其单泵扬程225m，单机容量8000kW 。1.2.6.3 (机并泵站(并灌)、浮动式及中小型泵站到目前已发展机并273万眼，最大井深达500m，各型并泵每年抽取地下水400亿m一500亿m，井灌面积约800万hm2。浮动式泵站主要分布在我国西南、中南等省区水位变幅较大的江河与水库等沿岸。
14、如长江在重庆的最大水位变幅达35m。中小型泵站主要分布在平原等水源丰富地区，如长江三角洲、珠江三角洲等。这些地区地势平坦，水位变幅小，泵站星罗棋布，形成大面积泵站群，全国有47万多座。山西省万家寨引黄工程属于跨流域调水工程，由黄河万家寨水库引水，分别向太原、大同和平朔3个地区供水，引水线路总长约452km，年设计引水量12亿吨。南水北调工程是中外关注的国家重点跨流域调水工程。一期工程由已建成的江都站抽取长江水500m3/s北上，输水线路646km；二期工程抽水700m3/s，全线总长1 150km，建站37座，总装机达103万kW。 我国泵站建设的特点是速度快、类型多、规模大、范围广；合理规划
15、、优化选型，精心设计，精心施工；加强管理、优化运行、节能节水、效益显著。在泵站工程建设发展中，科学研究与工程技术得到迅速提高，为泵站工程的发展提供了技术保证。 现今，我国共有各类型固定排灌站50多万处，机电排灌总面积超过0.33亿公顷，各省、区相继建了许多水利枢纽工程，一批跨流域调水工程也相继建成或在规划实施阶段2。调水的大型市政工程有“引滦入津”、“引黄济青”、“东深供水”等。其中“引滦入津”工程，采用三级提水将滦河水逐级提升后自流入天津，全线共建大型泵站4座，共装大型轴流泵27台，总装机容量2102kW。我国较早、较大的市政提水工程有上海市黄浦江引水工程，发展至今全国各地城市给水、排水泵站
16、的规模在日益扩大，从而满住了居民生活用水与生产用水的要求6。泵站自动化水平逐步提高，虽然我国泵站自动化装备还不够完善，技术水平还不够高，但自动化管理模式正在被人们所接受，并努力去实现。从机组起动、监视运行、停机全过程以及多级抽水泵站系统的调节、优化调度，在逐步实现自动化的过程中计算机技术及网络系统的应用日趋广泛，管理水平也在逐步提高7。1.2.7 国外水泵站的现状以日本和美国为例。目前，日本由国家投资兴建的水库、水渠、水闸、泵站等骨干水利设施共1443项，灌排水渠总长17810km。全国共有7400个土地改良区，控制面积340万hm2。现在的日本灌排事业，已远远超过了因种植水稻而必须具备的功能
17、。所到之处，灌溉排水设施与自然密切共存，相依相伴。它们在贮存地下水、防洪、防污治污、国土治理的生态环境中，发挥着极为重要的作用，维护和创造了日本优美的农村景观和人文文化。在该国众多的大型泵站中，新川河口和三乡排水站是较有代表性的。新川河口排水站共装有6台直径为4.2m的贯流式水泵，扬程2.6m，单台泵流量40m3/s，排水受益面积30万亩。三乡排水站装有直径为4.6m的混流泵，单台泵流量50 m3/s，设计扬程6.3m8。美国拥有世界上流量和扬程最大的泵站埃德蒙斯顿泵站。它位于美国加州中部圣华金河谷地区的贝克斯菲尔德市南郊，是全长864公里加州北水南调工程干渠上22座大型泵站之一（将水从加州北
18、部干渠越过Tehachapi山脉输送到加州南部）。埃德蒙斯顿泵站装有14台泵，每台泵的流量为9m3/s，需提供的静扬程为587m（不包括管路损失），效率为92.2%，转速是600r/m（与电动机同），配套电动机功率为8万马力（近6万kW）。泵站总流量为125 m3/s，配套总功率112万马力，年耗电量约60亿kW/h。水泵为立轴4级串联，高9.45m，转轮直径4.88m，重220吨。水泵与电动机直联，机组总高近20m，重420吨。工程总投资约1.75亿美元9。1.3 国外泵站值得我们借鉴的地方1.3.1 国外泵站的运行、管理及自动化国外泵站在运行、管理方面自动化程度高，监控系统完善。这样，既提
19、高了泵站运行的安全性、可靠性和经济性，又节约了人力资源，为工程的维护提供了可靠依据。美国西部调水工程的建设和管理经验表明，对系统实行集中统一调度具有许多优越性。加州的调水工程由水资源部统一管理运行，并于19641974年安装了控制系统，包括计算机、通信和电子设备。该系统可对17座泵站和电厂，71座节制闸的198个闸门和其他各种设备、设施实行计算机通信、监控、检测和调度。为便于工程的控制和运用，除在萨克拉门托市设置中央控制室外，还在奥洛维尔、三角洲、圣路易斯、圣华金和南加州等5个区域设置分控制中心。中央控制室负责所有工程的管理和协调，同时也兼作其各分控制中心的备用。中央控制系统主要由计算机系统、
20、CRT系统、调度控制台、模拟屏、打印系统和通信系统组成。其中，模拟屏高 3 m，长 16 m，带有警铃装置。一旦出现事故或非常情况，警铃会自动报警10。中央亚利桑那工程，其集中控制系统称程序可控的主监控系统。控制系统包括主控制站（该站配有2台高级计算机和用于联机控制及新程序开发的软件）、遥控终端单元（该单元设在泵站、控制建筑物和分水口等地方）、通信系统、遥控终端屏蔽室、备用电源、闸门控制和传感器、泵站控制器等。调水工程管理不仅是调配水量，而且还对区域内总的水资源（包括地下水、地表水及外来水等）实行统一管理。比如对地下水的抽取，一般规定开采量不准超过可开采量的10，否则要及时地进行人工回灌，这些
21、均要纳入供水计划11。日本水管理几乎全部实现了自动化。工程设施和自动化设备均有明确的使用期限，一般规定1020年更新一次。所以，六七十年代兴建的水利工程和安装的设备，现已完成改造、扩建和安装新的计算机系统。监控系统大都采用集中管理的分层分布式结构，即在一个水系上设有中央管理站，采用计算机和遥测、遥控装置对各种泵站、水工建筑物、渠道等进行集中监控，以达到水资源综合利用的目的。各分站和中央管理站之间采用无线电进行联系，也有采用国家专用电话线进行联系的，七八十年代新装的设备大多采用微波通信。水管理系统的监控设备随着CRT的高密度化，辅助存贮器的小型化、大容量化以及微型计算机的普及和个性化等，大大地提
22、高了工程的自动化水平。大型泵站由于设备比较集中，更易于实现自动化12。1.3.2 国外泵站技术装备好、自动化程度高国外水泵的性能指标明显优于国内，机组的结构、配套和传动方式也丰富多彩。国外大型水泵生产企业制造出来的泵，一般具有转速高、体积小、重量轻等优点，其流量是我国同口径水泵流量的1.5-2倍。如荷兰1.8m的水泵与我国2.8m的水泵性能相同，但前者的重量为23.1吨，后者的重量却是48吨，两者相差一倍以上。另外，采用齿轮传动，可以大幅度地减小电动机的体积和重量。如荷兰口径3.6m的贯流泵，采用齿轮变速传动的结构设计后，与其配套的高速电机直径仅1.2m，电机和齿轮箱的总重量是15吨12。如果
23、将这台泵改用我国的直接传动，其电机直径将由原来的1.2m增加到6.1m，重量由15吨增加到49吨。由此可见，国外机组的高速化，不仅使机组的体积减小、重量变轻，而且还使厂房和土建投资大幅度降低，特别是考虑不同机组的装置形式（立、卧、斜式）对泵房结构的影响后，这种效果更明显13。国外水利工程建设，十分注意严把质量关。如荷兰的水泵生产和泵站管理，两者在业务上的关系要比我国密切得多，水泵厂的设计人员对泵站的运行管理非常熟悉，他们与泵站管理单位在设计、生产、制造、试验、安装、调试、运行和检修等各个环节上配合默契，协调一致。水泵的内外表面平整光滑，叶片铝青铜表面加工光洁度高。这样就确保了水泵符合泵站的使用
24、要求，不仅效率高，空化性能好，而且大大地延长了水泵的使用寿命，减少了事故的发生。泵站的自动化程度较高，对泵站运行的各种指标、长期跟踪、监测和记录，随时发现问题可随时加以解决。同时，记录下来的数据也将成为水泵开发和性能完善的依据。另外，自动化大大减少了事故的发生，也减少了泵站的管理工作人员14-16。1.3.3 国外泵站运行管理人员少、素质好、社会分工严密国外泵站运行管理人员只相当于我国的1/10，而运行管理有条不紊，长期保持正常运转。以荷兰为例，事实上，STORK泵厂负责核心部件的生产和总装，一般采用懂专业、有经验的管理人员，在泵站运行中，可以及时发现问题，并能正确地处理突发事件。管理人员只负
25、责值班运行、小规模的检修和大规模的检查，而大规模的检修则由泵厂完成，甚至于清洁卫生工作都由专业人员承包，更没有沉重的行政包袱。这些社会分工与协作方面的成功经验，值得我们认真研究和借鉴学习17-18。1.3.4 国外十分注重工程的维护和保养、运行管理费用充足国外泵站的清洁工作做得好，一般都配有清污、清淤机械，它是保证泵站安全运行、节能、减少水泵磨损、延长机组寿命必不可少的泵站设备。在费用方面国外泵站以受益者支付或国家拨款等方式获得充足的资金，有条件、有能力根据不同的需求进行改造、维修和扩建19-20。2 设计任务2.1 设计资料污水泵站纳污区服务人口15万人，生活污水定额为150L/(人d)。泵
26、站设格栅、集水池、吸水管、泵机组、出水管。进水管管底高程为394m，管径800mm；出水管提升后的水面高程为410.00米，经400米管长至处理构筑物。泵站选定位置不受附近河道洪水的淹没和冲刷，泵站地坪高程为400.00米。地下水位最高高程为397.00米,最低为396.00米,地下水无侵蚀性,土壤冰冻深度为0.6米。2.2 工艺流程图 图2.1 污水泵站工艺流程图Figure 2.1 Flow chart of sewage pumping station2.3 设计内容（1）确定泵站的流量和扬程；（2）选择水泵和电机组（包括水泵型号、电动机型号、工作和备用泵台数等）；（3）确定水泵机组的基
27、础尺寸；（4）吸水管路和压水管路的设计计算（包括进出水管内的流速、管径、阀门等）；（5）集水池和出水井的设计计算；（6）确定泵站内的附属设备、格栅、起重设备、排水设备等；（7）泵站的平面布置；（8）泵站的高程布置；（9）绘制泵站的平面图和剖面图。3 设计计算3.1 设计参数的确定3.1.1 污水流量设计： 污水泵站纳污区服人口15万人，生活污水量定额为150 L/(人d) 。计算居民生活污水设计流量为： 式中：Qmax-居住区的生活污水设计流量； q居住区的生活污水量标准； N-使用沟道的设计人数；K-总变化系数。3.1.2 扬程的估算：设泵站内的总损失为3.5m,安全水头为2m.则可初步确定
28、水泵的扬程。两条压水管合用一条出水干管，则每条出水干管的最大流量为：出水干管管径取350mm，查表得： ， 。泵站外压水管水头损失为。 则400m出水干管的压头损失为：总水头损失为： 泵站扬程可按下式计算： 式中：Hss吸水管地形高度（m），为集水池内最低水位与水泵轴线之高差； Hsd一压水地形高度（m），为泵轴线与输水最高点(即压水管出口处)的高差； 一污水通过吸水管路和压水管路中的水头损失(包括沿程损失和局部损失)； HC一安全水头。应该指出，由于污水泵站一般扬程较低，局部损失占总损失比重较大，所以不可忽略不计。3.2 水泵、电机组的选择3.2.1 泵站机组的选择城市的用水量是不均匀的，因
29、而排入管道的污水流量也是不均匀的。要正确的确定泵的出水量及其台数以及决定集水池的容积，必须知道排水量为最高日中每小时污水流量的变化情况。而在设计排水泵站时，这中资料往往是不能得到的。因此，排水泵站的设计流量一般均按最高日最高时污水流量决定。一般小型排水泵站(最高日污水量在5000m3以下)，设1-2套机组；大型排水泵站(最高日污水量超过15000 m3)设3-4套机组。本次设计泵站的最高日污水量为，所以为大型泵站，需设3-4套机组。3.2.2 水泵的选择3.2.2.1 选泵要求（1）选泵机组泵的总抽升能力，应按进水管的最大时污水量计，并应满足最大充满度时的流量要求；（2） 尽量选择类型相同和相
30、同口径的水泵，以便维修，但还须满足低流量时的需求；（3）由于生活污水，对水泵有腐蚀作用，故污水泵站尽量采用污水泵，在大的污水泵站中，无大型污水泵时才选用清水泵。3.2.2.2 选泵的主要依据主要依据是流量、扬程以及其变化规律。3.2.2.3 选泵的原则（1） 大小兼顾，调配灵活 在用水量和所需的水压变化较大的情况下，选用性能不同的泵的台数越多，越能适应用水量变化的要求，浪费的能量越少。（2） 型号齐全，互为备用希望能选择同型号的泵并联工作，这样无论是电机、电器设备的配套与贮备管道配件的安装与制作均会带来很大的方便。（3） 合理地用尽各泵的高效段单级双及吸式离心泵是给水工程中常用的一种离心泵（如
31、Sh型、SA型）。它们的经济工作范围（即高效段），一般在0.85Qp1.05Qp之间（Qp为泵铭牌上的额定流量值）。（4） 近远期相结合近远相结合的观点在选泵过程应给予相当的重视。特别是在经济发展活跃的地区和年代，以及扩建比较困难的取水泵站中，可考虑近期用小泵大基础的办法，近期发展采用换大泵轮以增大水量，远期采用换大泵的措施。（5） 大中型泵站需作选泵方案比较3.2.2.4 选泵具体计算 泵的设计流量按最高日最高时流量。采用集水池与机器间合建式的矩形泵站，考虑4台水泵(一台备用)，每台泵的容积约是130.21(L/s)。由，H=32m，经比较选用200 WLI600-25立式泵，三用一备。其各项性能见表一。表3.1 200WL600-25立式泵的性能表Table 3.1 performance table ofvertical pump 200WL600-25水泵型号流量（m3/h)扬程（m）转数(r/min)电机功率（KW）轴功率（KW)效率（%)汽蚀余量m总重量（吨）200 WLI 600-25600359807555.1744.31.23.2.2.5 水泵电机的确定根据
