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泵站设计说明书
《泵与泵站》课程设计
说明书
题目:
2.5万人城镇给水泵站(二级泵站)规划设计
学院:
环境科学与工程学院
专业:
给水排水工程
班级:
给排水1202
学号:
1213300226、27、28
学生姓名:
沈喻龙、李思聪、邵志春
指导教师:
李强标
二○一四年十二月
1
一、送水泵站(二级泵站)设计
1.1、设计目的
根据给定的资料,综合运用所学的专业知识,进行H城镇二级给水泵站设计。
1.2、设计原始资料
1、H城镇位于浙江省内,海拔为900米;土质为砂纸粘土,无地下水,不考虑冰冻。
2、H城镇远期规划人口约2.5万人,最高日用水量为4.8万立方米/日。
3、泵站地坪标高为906米。
二级泵站的工作制度,分两级:
①第一级,从22时到5时,每小时占全天用水量的(2.5%)。
②第二级,从5时到22时,每小时占全天用水量的(5.2%)。
4、H城镇设计最不利点的地面标高为921米,该处有一座12层建筑,要求二级泵站供水至第7层。
5、二级泵站至最不利点的输水管和配水管网的总水头损失为26米。
6、清水池所在地的地面标高与泵站地坪标高相同,清水池边墙距二级泵站外墙约1.5米;二级泵站直接由清水池吸水。
7、清水池最低水位在地面以下3.1米。
清水池的最高水温为30.0℃、最低水温为0℃。
8、未预见用水量及管网漏水量取值范围10~15%。
9、泵站变配电设施按一级负荷设置。
10、H城镇给水系统采用低压消防制。
设计着火点定为最不利点处,消防水头
为10米;消防时输水管和配水管网的总水头损失为
27米。
1.3、设计要求
1.3.1、说明书要求:
⑴泵站的设计流量、扬程,水泵的选择。
⑵给水泵站高程布置及水力计算,校核水泵安装高度。
⑶清水池的容积计算。
⑷给水泵站平面布置。
⑸高效工况点、消防校核。
⑹材料一览表(含编号、名称、规格、单位、数量),工程投资估算。
3
1.3.2、图纸要求:
⑴ACAD制图,A3。
⑵泵站平面图和剖面图,应绘出主要设备、管路、配件及辅助设备的位置、
2
间距,列出主要设备表和材料表。
⑶系统平面图和高程图,标注清楚(从清水池至不利点示意,高程、名称)。
1.3.3、总要求:
⑴按时完成大作业。
⑵要求章节合理、文字简练、排版工整,图面正确、整洁、清楚。
1.4、内容要求
1、绪论(二级泵站的作用、意义等)
2、设计流量、扬程的确定;
3、初选水泵和电机;
4、机组基础尺寸的确定;
5、机组与管道布置;
6、吸水管与压水管路水力计算;
7、水泵安装高度的确定;
8、水泵工况点校核(高效段校核、消防校核);
9、附属设备的选择;
10、泵房设计;
11、投资估算。
(备注:
章节安排自定,可参考以上)
二、设计计算
2.1水泵和电机的初步选择
2.1.1二级泵站的组成及特点
(1)二级泵站的组成
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;
3
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。
在泵站中除设有机器间(安装水泵机组的房间)外,还设有高低压配电室、控
制室、值班室、修理间等辅助房间。
(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。
2.1.2泵站设计参数的确定
(1)设计流量的确定
泵站的设计流量按最高日最高时用水量确定:
Q=762.7L/s
(2)设计扬程的确定
吸水井最低工作水位=清水池最低水位—吸水井与清水池连接管道中的水头损失
=-3.1m
(3)管网控制点的地面标高与吸水池最低水位的高程差:
Zc=921-(906-3.1)=18.1m
(4)该城镇最不利点楼高7层,则管网要求的最小服务水头:
Ho=32m
(5)最大用水时输水管与管网总水头损失:
26m
初步假定用水量最大时泵站内管路水头损失:
h22m
附加安全水头
2m,忽略泵站和管网之间管道水头,则泵站设计扬程:
H=Zc+H0+
h+
h
+H=15+26+32+2+2+3.1=80.1
p
1
2
安
其中:
H—泵站所需扬程(m)
4
Zc—地形高差(m)
H0—自由水压(m);
h1—总水头损失(m);
h2—泵站内损失(初步估计为2m)
H安—安全水头2m
2.1.3选择水泵
(1)水泵选择的基本原则及要点基本原则:
1)所选水泵机组应满足用户最高日各个时刻(含最大的)流量和扬程的要求,保证供水的安全可靠性。
2)依据所选水泵建造的泵站的造价低。
3)水泵机组长期在高效率下工作,运行及管理费用低。
4)水泵性能好,使用寿命长,便于安装和检修。
5)在水泵供水能力上应考虑近、远期结合,留有发展余地。
要点:
(1)大小兼顾,调配灵活
(2)型号整齐,互为备用
(3)合理地用尽各泵的高效段
(4)近远期相结合的观点在选泵过程应给予相当的重视。
(2)初选水泵
为了在用水量减小时进行灵活调度,减少能量浪费,利用水泵综合性能图选
择几台水泵并联工作来满足最高时用水量和扬程需要,而在用水量减小时,减少
并联水泵台数或单泵运行供水都能保持在各水泵高效段工作。
5
图6图1Sh型离心泵性能曲线型谱图
当Q=30L/s时(型谱图最小流量)。
泵站内水头损失甚小,此时输水管和配
水管网中水头损失也较小,假定三者之和为3m(即h1h23m),则相应
的水泵扬程为:
50.1m
根据Q=762.7L/s,Hp=80.1m和Q=30L/s,Hp=50.1m,在泵的综合性能图上
确定两点,将两点连接成参考管道特性曲线(如图6所示),选取与参考管道特
性曲线相交的水泵并联,并联泵的特性曲线见图7.
表1选泵方案
方案编号
用水变化范
运行泵及
泵扬程
所需扬程
扬程利用率
泵效率
围
其台数
(m)
(m)
(%)
(%)
660~763
三台
81.0~72.0
80.0~72.0
89~100
72~86
第一种方
14sh-9
案选用
360~660
二台
74.0~72.0
74.0~72.0
87~100
72~74
三台
14sh-9
14sh-9
<360
一台
<72.0
<72.0
<72
14sh-9
6
四台
670~76383.0~76.075.5~81.088~10071~7412sh-6A
第二种方三台
584~67076.5~80.071.5~80.089~10070~72
案选用12sh-6A
四台二台
255~58471.5~77.067.0~77.087~10070~71
12sh-6A12sh-6A
一台
<255<70.0<70.0<7012sh-6A
通过比较,虽然两个方案在扬程利用率上基本相近,都比较高,但是第一种
方案的泵利用率较大;用水量变化范围较宽,利于远期城镇用水量扩展;且第二
种方案采用的泵台数较多,增加了投资费用,同时以后的维护检修也会造成费用
的增加,故采用第一方案,并选用一台14Sh-9型水泵为备用。
图2
并联泵的特性曲线
140
120
系列1
系列2
100
系列3
80
系列4
程
系列5
扬
60
多项式(系列1)
40
多项式(系列2)
多项式(系列3)
20
多项式(系列4)
0
多项式(系列5)
0
200400600流量800100012001400
2.2水泵机组的基础设计
Sh单级双吸离心泵的安装尺寸如图3所示:
7
图7
Sh单
级双
吸离
心泵
安装
尺寸
图1
图8
Sh
单级双吸离心泵安装尺寸图2
8
表2
Sh型单级双吸离心泵的性能表
流量
功率N(kW)
效
叶轮
转速
率
吸上
扬程
电动
直径
重量
泵型号
3
n(r/min
轴功
(
高度
L/s
H(m)
机功
(mm
(kg)
m/h
)
率
%
Hs(m)
率
)
)
972
270
80
275
77
14sh-9
1260
350
75
1470
322410
80
3.5500
1200
1440
400
65
323
79
电机配置,选取功率符合的,如表
13:
表3
电机配置
水泵型号
电机型号
轴功率(kw)
工作电压
电机重量(kg)
(v)
14sh-9
Y400-4
355
6000
3420
机组布置采用单行顺列布置,便于吸、压管路直进直出布置,减少水力损失,
同时也可简化起吊设备。
基础尺寸如表14所示:
表4基础尺寸
水泵型号L/mmB/mmH/mm
14sh-9153313001106
2.3水泵吸水管路和压水管路设计
根据当地条件泵房选用半地下式。
每台水泵设有独立的吸水管直接从吸水井
吸水,各泵压水管出泵房后,在闸阀井内以横向联络管相连接,且以两条总输水
管送水至管网。
一台水泵单独工作时,其流量为水泵吸水管和压水管所通过的最大流量,根
据单泵运行流量初步选定吸水管和压水管径。
即14sh-9型水泵吸、压水管所通
过的流量应按Q=400L/s(最大)设计,管材采用钢管。
水泵的管路布置如图4所示:
图4管路布置
9
2.3.1吸水管路
(1)吸水管路布置要求
吸水管路通常处在高压状态下工作,所以对吸水管路的基本要求是不漏气、不积
气、不吸气,否则会使水泵的工作产生故障。
为此常采取一下措施:
1)为保证吸水管路不漏气,要求管材必须严格。
2)为使水泵及时排走吸水管路中的气体,吸水管应有沿水流方向连续上升的坡度。
3)吸水管的安装与敷设应避免在管道内形成气囊。
4)吸水管安装在吸水井内,吸水井有效容积应不小于最大一台泵5min的抽
水量。
5)吸入式工作的水泵,每台水泵应设单独的吸水管。
6)当吸水池水位高于水泵轴线时,吸水管上应设闸阀,以利于水泵检修。
7)当水中有大量杂质时,喇叭口下面应设置滤网。
8)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。
(2)吸水管管径
根据已知条件和要求,得出水泵的吸水管管径,如表15所示:
表5吸水管管径计算
10
流量(L/s)
管径D(mm)
流速
v
水泵型号
(m/s)
i(mm/m)
14sh-9
400
600
1.41
4.16
2.3.2压水管路
(1)压水管路布置要求
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。
1)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。
2)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。
3)离心泵必须要关闸启动。
4)当不允许水倒流时,需设止回阀。
5)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;
(2)压水管管径
根据已知条件和要求,得出水泵的压水管管径,如表16所示:
表6
压水管管径计算
水泵型号
流量(L/s)
管径D(mm)
流速v(m/s)i(mm/m)
14sh-9
400
500
2.04
10.9
2.3.3管路附件选配
每台水泵都单独设有吸水管,并设有闸阀,型号为Z41T-10.
压水管设有止回阀,型号为HH44X-10.
具体管路附件选配如表17所示:
表7管路附件选配表
名称型号规格单位数量
喇叭口DN600个4
11
90度弯头
DN500
个
2
闸阀
Z945T-10
DN500
个
8
DN600
十字管
DN600*600
个
2
止回阀
HH44X-10
DN500
个
4
偏心渐缩管
DN600*500
个
4
渐扩管
DN500*600
个
8
2.4布置机组和管道
水泵机组布置的基本要求是:
供水安全可靠、管道布置简短、安装与维护方
便、机组排列整齐、起重设备简单并留有扩建余地。
(1)常见的布置形式有:
1、纵向排列
适用于IS型单级单吸悬臂式离心泵。
采用这种排列形式可以使吸水管保持顺直,
机组布置较为紧凑整齐,检修方便,泵房长度较小但宽度较大(IS型水泵轻,可
以用移动式吊装设备)。
2、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Sh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。
3、横向双行排列
横向双行排列这种排列更为紧凑,节省建筑面积。
泵房跨度大、起重设备需考虑采用桥式行车。
适用于泵房中机组较多的圆形取水泵站。
但这种布置形式两行泵的转向从电机方向看去是彼此相反的,因此,在泵订货时应向水泵厂特别说明,以便水泵厂配置不同转向的轴套止锁装置。
(2)根据比较机组采用横向排列。
横向排列的各部尺寸应符合下列要求:
1)泵凸出部分到墙壁的净距A1等于最大设备的宽度加1m,但不得小于2m。
A1=b+1000=13000+1000=2300mm,取A1=5000mm。
12
2)出水侧泵基础与墙壁的净距B1>应按水管配件安装的需要确定。
但是考虑到
泵出水侧是管理操作的主要通道,故B1≥3m。
取B1=3000mm。
3)进水侧泵基础与墙壁的净距D1,也应根据管道配件的安装要求决定,但不小
于1m。
取D1=1500mm。
4)电机凸出部分与配电设备的净距C1,应保证电机转子在检修时能拆卸,并保持一定安全距离,其值要求:
C1=电机轴长+0.5m。
但是,低压配电设备应C1≥1.5m;高压配电设备C1≥2.0m。
C1=L+500=1200+500=1700mm,取C1=2000mm。
5)泵基础之间的净距E1值与C1要求相同,即E1=C1。
如果电机和泵凸出基础,
E1值表示为凸出部分的净距。
取E1=2000mm。
6)控制室和配电室长度分别取3000mm、2000mm。
2.5泵房形式的选择
泵房主体工程由机器间、配电室、控制室和值班室等组成。
机器间采用矩形半地下形式,以便于布置吸压水管路与室外管网平接,减少
弯头水力损失,并紧靠清水池南侧布置,直接从清水池取水压送至管网。
如图5所示:
图5泵房主体布置图
吸水井
配电室值班室控制室半地下室机器间
泵的布置形式
(一)纵向排列
此种排列方式适用于如IS型单级单吸悬臂式离心泵。
因为悬臂式系顶端进水,采用纵向排列能使吸水管保持顺直状态,如果泵房中兼有侧向进水和侧向出
水的离心泵,则才纵向排列的方案就值得商榷。
如果Sh型泵占多数时,纵向排列方案就不可取。
13
(二)横向排列
侧向进、出水的泵,如单级双吸卧式离心泵Sh型、SA型采用横向排列比较
好。
根据以上要点和实际情况,本泵站采用的是Sh型泵,故横向布置。
如图6
所示:
图6泵房简图
因此可知泵房总长度:
L=A1+3×E1+C1+4×L安装+(L控制+L配电)
=5000+3×2000+2000+1×1700+3×2200+5000=26300mm
(其中L控制+L配电取5000mm)
泵房总宽度B=D1+B基础+B1
=1500+1300+3000=5300mm
2.6清水池容积计算
2.6清水池的容积设计
2.6.1容积计算
清水池中除贮存调节用水量以外,还存放消防用水量和给水处理系统生产自
用水量。
清水池设计有效容积为:
W=W1+W2+W3+W4
3
式中W1—清水池调节容积(m);
3
W2—消防贮备水量(m),按2小时室外消防用水量计算;
14
3
W3—给水处理系统生产自用水量(m),一般取最高日用水量的5%~10%;
3
W4—安全贮备水量(m);
在缺乏资料时,一般清水池容积可按最高日用水量的10%~20%设计,则清水
池容积为:
W1=4.8×104×15%=7200m3
2.6.2清水池形状及尺寸
清水池应设计成相等容积的两只,如仅有一只,则应分格或采取适当措施,以便清洗或检修时不间断供水。
故设两个等容积清水池,均为矩形,长L=40m,宽D=35m,高H=6m。
2.7水泵安装高度验算
(1)根据管路布置时初定的吸水管顶标高为904m,查样本,由水泵外形尺寸可知,14sh-9型水泵的轴中心线高于进水管中心H3=260mm,
14sh-9型泵的泵轴标高=吸水管顶标高-D/2+轴中心线与进水管中心距离
=904-0.6/2+0.26=903.96m
吸水井最低水位为902.9m
8sh-13型泵的安装高度:
Hss=泵轴标高-吸水井最低水
=903.96-902.9=1.06m
水泵进口参数见表18:
表8水泵进口参数
进口流速
水泵型号进口直径DN/mmv1/(m/s)Hs/m流量Q/(L/s)
14sh-93504.163.5400
当地的海拔高度为100.29m,故可取Hs′=Hs-(10.33-ha)-(hva-0.24),水
温按照30℃来算,Hs′=3.5-(10.33-9.3)-(0.43-0.24)=2.28m
15
(4)DN600吸水管直管长:
L1=3.00m,i=4.17mm/m,吸水管的沿程水头损失:
0.013m
吸水管路局部水头损失∑h1s计算结果见表19。
表9
吸水管路局部水头损失计算
管道直径
管件
阻力系数
最大流量
流
速
v2/2g
水头损失ζ
mm
ζ
(L/s)
v(m/s)
v2/2g
喇叭口
0.61
400
1.41
0.101
0.062
600
90。
弯头
0.67
400
1.41
0.101
0.068
蝶阀
0.06
400
1.41
0.101
0.006
600×500
偏心渐缩管
0.25
400
2.04
0.212
0.053
合计
0.189
吸水管路水头损失:
∑hs=0.013+0.189=0.202m
水泵允许的最大安装高度:
Hss=Hs′-∑hs-v12/2g=2.28-0.202-0.212=1.867m>1.06m
满足要求。
2.8复核水泵和电机
根据已经确定的机组布置和管路情况,按单泵运行、两台泵运行及最大用水
时三台泵运行时重新计算泵房内的管路水头损失,复核所需扬程,然后校核水泵
机组(本题按单泵运行校核水泵扬程)。
取最不利管线,如图7:
图7最不利管线图
16
(1)吸水管路中的水头损失:
∑hs=0.013+0.189=0.202m
(2)压水管水头损失
压水管DN500直管长L2=8m,id=10.9mm/m
D
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