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課程設計 設計名稱 《泵與泵站》課程設計 題目名稱 送水泵房設計 專 業(yè) 給水排水工程 年級班別 12給水排水（2） 學 號 xxxxxxx 學生姓名 xxx 指導教師 xxx 2014年1月16日 《泵與泵站》課程設計說明書 本課程設計的任務是根據(jù)所給定的原始資料設計某城市新建給水工程的送水泵房。 一、設計目的 本課程設計的主要目的是把《泵與泵站》中所獲得的理論知識加以系統(tǒng)化，并應用于設計工作中，使所學知識得到鞏固和提高，同時培養(yǎng)同學們有條理地創(chuàng)造性地處理設計資料的獨立工作能力。 二、設計基本資料 1、某城市最高日用水量為 4 萬m3/d，時變化系數(shù)Kh=1.6，日變化系數(shù)Kd=1.3，管網(wǎng)起點至最不利點水頭損失為12m，最不利點 地面標高為20m，樓房一般四層（服務水頭20m），泵站至管網(wǎng)起點設兩條輸水管（均為鑄鐵管），每條長500m，管徑500mm，泵站處地面標高為17.2m，吸水井最高水位17.70m，最低水位14.20m，按一處火災核算，消防流量30L/s，發(fā)生火災時管網(wǎng)起點至最不利點水頭損失為17.50m，管網(wǎng)中無水塔。 2、地區(qū)氣象資料可根據(jù)設計需要由當?shù)貧庀蟛块T提供。 3、水廠為雙電源進行。 三、工作內(nèi)容及要求 本設計的工作內(nèi)容由兩部分組成： 1、說明書 2、設計圖紙 其具體要求如下： 1、說明書 （1）設計任務書 （2）總述 （3）水泵設計流量及揚程 （4）水泵機組選擇 （5）吸、壓水管的設計 （6）機組及管路布置 （7）泵站內(nèi)管路的水力計算 （8）輔助設備的選擇和布置 （9）泵站各部分標高的確定 (10)泵房平面尺寸確定 1、設計圖紙 根據(jù)設計計算成果及取水構筑物的布置草圖，按工藝初步設計要求繪制送水泵房平面圖、剖面圖及機組大樣圖，圖中應繪出各主要設備、管道、配件及輔助設備的位置、尺寸、標高。 泵站建筑部分可示意性表示或省略，在圖紙上應列出泵站主要設備及管材配件的等材料表。 1、 總述 本設計中，送水泵房為矩形，長為23.472m，寬為9.340m。泵房為半地下式，泵房上設有操作平臺，建筑總高為9.447m。水泵采用兩臺12Sh-9A型泵、兩臺20sh-9A型水泵（一備一用），電機分別配JS-116-4型和JSQ-1410-6型。吸水管采用DN700和DN500兩種規(guī)格，壓水管采用DN600和DN400兩種規(guī)格。管材為鋼管，采用管路配件均為鋼制零件。起重機選用LD-A型電動單梁起重機，起重量為5t。設200200排水溝，選用50QWDL-15潛水排污泵，真空泵選用兩臺SZ-1J型真空泵，一用一備。 二、設計流量的確定與設計揚程的估算： （1）輸水管管徑的確定 查規(guī)范可得：輸水鑄鐵管的設計流速范圍1.0~1.5m/s，最高日用水量為4萬m3/d，有兩條輸水管，按每條輸水管承擔2萬m3/d。通過計算，當管徑為500mm時，輸水管的流速為1.18m3/s，符合要求 （2）設計流量的確定 該城市管網(wǎng)無設置水塔，因此設計的泵站采取分級供水方式，既設計流量Q按最高日最高時用水量計算，已知：最高日用水量Qd=4104m3/h，時變化系數(shù)Kh=1.6，因此最高日最高時用水量為： （3）設計揚程的估算 1）水泵所需的靜揚程的HST： 當吸水井水位最高時：HST=20.00－17.70=2.30m 當吸水井水位最低時：HST=20.00－14.20=5.80m 水泵所需的靜揚程由供水的最不利點決定，故水泵所需的靜揚程為5.80m 2）泵站至管網(wǎng)起點的水頭損失∑h輸： 泵站至管網(wǎng)起點的水頭損失，以最不利情況計算，既當一條輸水管檢修時，另一條輸水管應通過75％的設計流量。由此計算得出每條輸水管的設計流量： Q’=0.75Q=0.75741L/s=556L/s 由《給水排水設計手冊第一冊》401頁的水力計算表可查得 當Q=550L/s時，V=2.80m/s，1000i=20.7 當Q=560L/s時，V=2.85m/s，1000i=21.4 利用“內(nèi)插法”可求得Q’=500L/s輸水管的水力坡度i為： 1000i=21.089 v=2.83m/s 所以輸水管的水頭損失為：∑h輸=1.121.08910-3500=11.60 （其中1.1是包括局部損失而加大的系數(shù)） 3）泵站內(nèi)的管道水頭損失hp初估計為2m 4）安全水頭初估計為2m 5） 已知管網(wǎng)最不利點的水頭損失為12m，服務水頭為20m。則水泵的設計 總揚程為：H=HST+Hsev+∑h輸+∑h網(wǎng)+hp+安全水頭 =5.80+20.00+11.60+12.00+2+2=53.40m 三、初選泵和電機 （1）可選用的泵及其性能 在課程設計當中，只考慮sh型水泵。當在最不利的情況下，流量和揚程要求最大時，Q=471L/s,H=53.40，在sh型水泵性能曲線型譜圖上畫出a點（741,53.40） 流量和揚程要求最小時，Q=30L/s,由于流量極小。泵站、輸水管和配水管網(wǎng)中的水頭損失也很小，現(xiàn)假定此三者之和為2m，則該點的揚程為：H=HST+Hsev+2+hp+安全水頭H=5.80+20+2+2=29.8m，故Q=30L/s，H=29.8m。 在Sh型水泵性能曲線型譜圖上畫出b點（30,29.8）。連接a、b兩點，選泵的范圍即落在與ab連線相交的泵高效段內(nèi)。初選結果如下： 12Sh-9A 12Sh-9B 20Sh-9 20Sh-9A 各泵的參數(shù)見下表： 泵型號 流量 (L/s) 揚程 (H) 轉數(shù) (r/min) 功率(KW) 效率(％) 吸上高度 Hs(m) 葉輪直徑 (mm) 重量 (kg) 軸功率 電動機 功率 12Sh-9A 147 55 1470 99.2 155 80 4.5 402 809 200 49 115.6 83 248 42 131 78 12Sh-9B 140 47.2 1470 99.2 135 80 4.5 378 809 190 43 115.6 83 232 37 131 78 20Sh-9 430 66 970 340 520 82 4 682 2570 560 59 390 83 680 50 433 77 20Sh-9A 390 58 970 300 380 74 4 640 2570 530 50 347 75 630 42 360 72 （2）管道的特性曲線 管道的的沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)之和S=（∑h輸+∑h網(wǎng)+hp）/Q2=（11.6+12+2）/0.7412=46.66（S2/m2） 故管道的特性曲線方程為H=HST+SQ2=(5.8+20+2)+46.66Q2=27.8+46.66Q2 （3）泵的組合方案及比較： 根據(jù)初選泵組合不同的方案，查手冊《給水排水設計手冊 材料設備 續(xù)冊二》112頁，在坐標紙上做出各泵的單泵特性曲線和不同組合下并聯(lián)的特性曲線，以及管道特性曲線（見附圖），結合附圖與表格比較兩個方案，選出最佳方案 方案編號 用水變化范圍 (L/s) 運行泵及其臺數(shù) 泵揚程 (m) 所需揚程 (m) 揚程 利用率 (％) 泵效率 (％) 方案一選用 兩臺12Sh-9A 一臺20Sh-9A 690-760 兩臺12Sh-9A 一臺20Sh-9A 56-55 50-55 89-100 80-83 73-78 590-690 一臺12Sh-9A 一臺20Sh-9A 54-50 44-50 81-100 81-83 70-78 520-590 一臺20Sh-9A 50-44 40-44 78-100 70-78 290-520 兩臺12Sh-9A 56-40 32-40 63-100 75-83 ＜290 一臺12Sh-9A ＞32 ＜32 ＜83 方案二選用 一臺12Sh-9A 一臺12Sh-9B 一臺20Sh-9 680-760 一臺12Sh-9A 一臺20Sh-9 58-55 49-55 85-100 80-82 75-78 470-680 一臺20Sh-9A 63-49 38-49 60-100 70-78 290-470 一臺12Sh-9A 一臺12Sh-9B 48-38 32-38 67-100 70-77 75-82 260-290 一臺12Sh-9A 39-31 31-32 80-100 70-75 ＜260 一臺12Sh-9B ＞31 ＜31 ＜80 經(jīng)過對比可得出：方案一的揚程利用率高于方案二，同時方案一的泵效率優(yōu)于方案二，并且方案一泵的型號整齊簡單，易管理和維護，因此最終選擇方案一，既為兩臺12Sh-9A，兩臺20Sh-9A（一臺20Sh-9A為備用泵） (4)電動機的選擇 查看《給水排水設計手冊第十一冊》第一版（其余的參考手冊為第二版），從泵的功率和轉數(shù)，選擇與之相匹配的電動機，最終確定電動機的方案 水泵型號 電動機型號 功率 (Kw) 轉數(shù) (r/min) 重量 (kg) 電壓 (V) 12Sh-9A JS-116-4 155 1470 1080 380 20Sh-9A JSQ-1410-6 380 985 3550 6000 （5）機組基礎的確定 1) 機組的基礎尺寸 機組基礎搭配 總長 (mm) 總寬 (mm) 水泵重量 (kg) 電機重量 (kg) 總重量 (kg) 12Sh-9A、JS-116-4 2254 1020 809 1080 1889 20Sh-9A、JSQ-1410-6 3282 1340 2570 3550 6120 12Sh-9A泵與JS-116-4電動機組基礎 20Sh-9A泵與JSQ1410-6電動機組基礎 2） 基礎高度的確定 12-Sh-9A型水泵與JS-116-4型電機的基礎高度： 20Sh-9A型水泵與JSQ-1410-6型電機的基礎高度： 四、吸、壓水管路的設計 （1）查《給水排水快速設計手冊》可得吸壓水管的流速要求如下： 管徑（mm） d＜250 250≤d＜1000 吸水管流速（m/s） 1.0~1.2 1.2~1.6 壓水管流速（m/s） 1.5~2.0 2.0~2.5 （2）在水泵的單泵特性曲線、并聯(lián)特性曲線和管道的特性曲線圖上可看出： 1）單臺12Sh-9A水泵單獨運行時，最大流量Q=290L/s，吸水管采用鋼管，查《給水排水設計手冊第一冊》367頁： 吸水管：D=500mm，V=1.42m/s，1000i=5.23 壓水管：D=400mm，V=2.24m/s，1000i=17.3 2）單臺20Sh-9A水泵單獨運行時，最大流量Q=590L/s，吸水管采用鋼管，查《給水排水設計手冊第一冊》367頁： 吸水管：D=700mm，V=1.53m/s，1000i=4.0 壓水管：D=600mm，V=2.02m/s，1000i=8.3 五、機組及管路布置 （1）機組布置 本設計的送水泵站為矩形，機組布置采用橫向排列的方式。每臺泵都有單獨的吸水管，各泵的壓水管引出泵房后在連接起來，最后匯到兩臺DN500的鑄鐵管輸水管中。 (2) 管路的布置 管路布置見下圖： 管路布置圖 12Sh-9A水泵的管路的配件見下表 泵型號 管路 編號 設備名稱 型號規(guī)格(mm) 局部阻力 系數(shù) 數(shù)量 12Sh-9A 吸水管路 1 吸水喇叭口 DN500DN750 H1=530,H2=119 0.5 2 2 90同徑彎頭 DN500 0.64 2 3 柔性穿墻套管 DN500,L=500 / 4 4 手動閘閥 Z41T-10型明桿楔式 DN=500，L=540 0.06 2 5 柔性接頭 可曲撓橡膠接頭 DN=500，L=255 0.21 2 6 偏心漸縮管 DN500DN300,L=715 0.2 2 壓水管路 7 同心漸擴管 DN400DN300,L=510 0.2 2 8 柔性接頭 可曲撓橡膠接頭 DN=600，L=260 0.21 2 9 止回閥 H44X-10旋啟式 DN=400，L=900 1.7 2 10 電動蝶閥 D971X型電動對夾式 DN400，L=155 0.2 2 11 柔性穿墻套管 DN500,L=400 / 2 12 異徑三通 DN500DN400 1.5 2 13 同徑三通 DN500DN500 3 2 14 手動蝶閥 D371X型蝸輪傳動對夾式 DN=500，L=127 0.2 1 15 電動蝶閥 D971X型電動對夾式 DN500，L=155 0.2 1 20Sh-9A水泵的管路的配件見下表 泵型號 管路 編號 設備名稱 型號規(guī)格(mm) 局部阻力系數(shù) 數(shù)量 20Sh-9A 吸水管路 1 吸水喇叭口 DN700DN1050 0.56 2 H1=740,H2=159 2 90同徑彎頭 DN700 0.68 2 3 柔性穿墻套管 DN700,L=500 / 4 4 手動閘閥 Z41T-10型明桿楔式 0.06 2 DN=700，L=660 5 柔性接頭 可曲撓橡膠接頭 0.21 2 DN=700，L=260 6 偏心漸縮管 DN700DN500,L=706 0.2 2 壓水管路 7 同心漸擴管 DN600DN300,L=520 0.34 2 8 柔性接頭 可曲撓橡膠接頭 0.21 2 DN=600，L=260 9 止回閥 H44TX-10旋啟式 1.7 2 DN=600，L=1300 10 電動蝶閥 D971X型電動對夾式 0.2 2 DN600，L=155 11 90異徑彎頭 DN600DN500 0.67 2 12 柔性穿墻套管 DN600,L=500 / 2 說明： 1)12Sh—9A的吐出錐管尺寸為DN200DN300，L=500mm。20Sh—9A的吐出錐管尺寸為DN300DN500，L=1000mm 2)為了節(jié)省面積，閘門井設在泵房外，井的直徑為2000mm，閘門井中設的是一個DN500的電動蝶閥和DN500的手動蝶閥 六、泵站內(nèi)管道的水頭損失計算 取一條最不利線路，從20Sh-9A吸水口經(jīng)過閘門井最終到輸水干管為計算線路圖（如下圖所示） 泵站內(nèi)部最不利線路 （1）吸水管路的水頭損失∑hs 本設計取吸水管長為8m，由四（2）可得，吸水管中的流速為V1=1.53m/s，流入泵中的速度V2為： 吸水管的水力坡度1000i=4.00，因此： （2）水泵本身的水頭損失 （3）壓水管路的水頭損失∑hd 本設計取壓水管長為20m，由四（2）可得，壓水管中的流速為V3=2.02m/s 在DN500的輸水管的流速V4為： 壓水管的水力坡度1000i=8.3，因此： (注：根據(jù)最不利點各個三通的水流特點，分別取0.1、0.1、1.5) 終上所述可得：泵站內(nèi)部的水頭損失為： 水泵所需的實際揚程為： H=HST+Hsev+∑h輸+∑h網(wǎng)+∑h泵站+安全水頭 =5.80+20.00+11.60+12.00+2.59+2=53.99m 七、消防校核 消防按一處發(fā)生火災進行計算可得： 消防所需揚程：H=HST+Hsev+∑h輸+∑h網(wǎng)+∑h泵站+安全水=5.8+10+11.60+17.50+2.59+2=49.49m（該式中消防的服務水頭取10m） 消防所需流量：Q=741+30L/s。在坐標紙上做出點（771,49.49），可得所選的水泵在發(fā)生火災時無需備用泵也能滿足消防要求 八、輔助設備的選擇和布置 （1）起重設備 水泵和電機是不帶底座的，因此泵和電機可以分開起吊。最大的起重設備為電機JSQ-1410-6，重量3550kg。泵房大概跨度為8米多，查《給水排水設計手冊第十一冊》670頁，選擇LD-A型電動單梁起重機，跨度Lk=7.5米，起重量為5噸。 （2） 真空泵的選擇 啟動引水設備選用真空泵，真空泵的排氣量Q為 （注：20Sh-9A的吸水口到出水閘閥的距離為3.6m） 真空泵的最大真空度Hvmax 查《給水排水設計手冊第十一冊》173頁，選用兩臺SZ-1J型真空泵(一用一備） （3) 排水設備 在泵房內(nèi)設排水溝200200，另設50QWDL-15潛水排污泵 (4)通風設備 泵房設計為半地下室泵房，采用自然通風設有高低窗，并且保證足夠的開窗面積 九、泵站各部分標高的確定 （1）泵的安裝高度 12Sh-9A水泵的允許吸上真空高度Hs=4.5m，20Sh-9A水泵的允許吸上真空高度Hs=4.0m，所以按20Sh-9A水泵來計算安裝高度Hss（假設水溫為20℃，海拔為100m） 所以安裝高度取2.5m （2）吸水井高度的確定 1） 按照規(guī)范，從吸水井最低水位到喇叭口的浸沒深度不應小于0.5~1.0m，取浸沒深度為1.0m，故喇叭口的標高為 H喇叭口=14.20－1.0m=13.20m 2） 按照規(guī)范，從吸水井井底到喇叭口的距離應符合0.8D，D為喇叭口的最寬出口的直徑。即H井底=13.20－0.81.050m=12.36m （3）各泵軸、管軸和基礎的標高確定 1）由九（1）可得安裝高度為2.5m，則泵軸的標高H泵軸=14.20+2.5m=16.70m，查手冊《給水排水設計手冊 材料設備 續(xù)冊二》得： 泵型號 泵軸與吸水管軸 的距離（mm） 泵軸與壓水管軸 的距離（mm） 泵軸與基的距離（mm） 12Sh-9A 265 304 520 20Sh-9A 425 545 900 2）20Sh-9A各標高的確定 吸水管的管軸標高吸軸=16.70－0.425m=16.275m 壓水管的管軸標高H壓軸=16.70－0.545m=16.155m 基礎的標高H基礎16.70-0.900m=15.800m 3）12Sh-9A各標高的確定 吸水管的管軸標高吸軸=16.70－0.265m=16.435m 壓水管的管軸標高H壓軸=16.70－0.304m=16.396m 基礎的標高H基礎16.70-0.520m=16.18m 4）泵房地面標高H泵地=15.8-0.4m=15.400m（基礎突出地面的高度定為0.4m） （4）泵房工作平臺的標高 泵房工作平臺設計為比地面高出400mm，所以工作平臺的標高： H工作=17.20+0.4m=17.60m （5）泵房頂?shù)臉烁? 根據(jù)規(guī)范和手冊，查出起重機的規(guī)格和要求，列出下表： 類型 高度差（m） 離屋頂?shù)膬艨崭叨? 0.1 機架自身高度 0.56 起重機電機與掛鉤的高度 1.13 繩子的長度取最寬起吊物的1.2倍 最寬設備為JQ-1410-6電機，寬度為1.75m 1.21.75=2.1 最高起吊物20Sh-9A水泵的高度 1.457 起吊后離地面的凈空值 2 綜上可得，泵房到工作平臺的高度H=0.1+0.56+1.13+2.1+1.457+2m=7.347m 所以，泵房頂?shù)臉烁逪房頂=17.50+7.347m=24.847m （6）泵房的平面尺寸的確定 1）泵房的長度 由于電動機的功大于55KW，按照橫向排列各部分的尺寸的要求所得，基礎與基礎之間的距離為2m，基礎與墻的距離為3.2m,，所以泵房的長度為: L=3.22+23+22.254+23.282m=23.472m 2） 泵房的寬度 為了使在泵房內(nèi)的設備能夠易安裝和拆卸檢修，吸水管一側距墻的寬度大于1.5m，考慮吸水管設有其他配件，取3m，壓水管一側距墻的寬度大于3m，考慮壓水管設有較多的其他配件，取5m，所以泵房的寬度為： B=3+5+1.340m=9.340m