1、 1 四川省某城镇自来水厂的 取水泵站工艺设计 学 院 建筑与环境学院 学生姓名 蒋耀东 专 业 给排水 学 号 年 级 2011 级 指导教师 郭洪光 二一 四 年 1 月 2 目录 第一章 设计任务及设计资料 1.1 设计资料 3 1.2 设计任务 3 第二章 设计计算 2.1 取水泵站枢纽布置 4 2.2 设计流量的确定和设计扬程估算 4 2.3 初选泵和电机 5 2.4 机组基础尺寸的确定 7 2.5 吸水管路和压水管路计算 8 2.6 机组和管道布置 8 2.7 吸水管路和压水管路中水头损失的计算 9 2.8 消防校核 10 2.9 泵安装高度的确定和泵房筒体高度计算 11 2.10
2、 附属设备的选择 11 2.11 泵房建筑高度的确定 13 2.12 泵房平面尺寸的确定 14 2.13 附图及参考资料 14 第三章 结束语 3 第一章 设计任务及设计资料 1.1 设计资料 1.1.1城镇规划资料 该城镇规划近期为 2020 年，远期为 2030 年。取水泵站设计要求近远期结合 ，泵房土建部分按远期设计，设备只安装近期要求的设备。 （ 1） 设计用水量资料 该城镇近期设计水量为 6400m3/d，远期设计水量为近期的 1.4 倍 为 8960 m3/d。 （ 2） 城镇消防供水要求 根据防火规范要求，该城镇同时发生火灾次数为两次，每次消防用水量为45L/s，火灾延续时间按
3、2 小时计。消防储水使用后要求 24 小时内补满。 （ 3） 供水安全性要求 要求连续供水，事故时输水管供水量不低于正常供水时流量的 75%。 1.1.2泵站设计资料 （ 1） 水文、地质资料 在拟建一级泵站河段处百年一遇洪水位为 590.60m，常水位为 585.55m， 97%保证率的枯水位为 582.50m。 97%保证率的枯水流量为 31.5m3/s。河流断面见附图 1， 河流水质符合生活饮用水水源水质标准。在拟建一级泵站的河流断面及净水厂的空地布置有钻孔。由地质柱状图可看出，表层有 2m厚的砂粘土覆盖层，以下是中密卵石层或砂岩，适合工程建设。 （ 2） 地形资料 拟建一级泵站处的地形
4、见附图 2， 水厂配水井设计水位标高为 600.3m。 （ 3） 气象资料 年平均气温 15.8，最高气温 39.5，最低气温 5.6，最大冻土深度0.30m。河流冬季无结冰现象，夏季最高水温为 26。河流主导风向，夏季为东南风，冬季为西北风。 1.2 设计任务 1.2.1 主要设计步骤 （ 1）确定给水泵站的设计流量，初步确定水泵扬程； （ 2）初选水泵和电动机，包括水泵型号，工作和备用泵台数； （ 3）水泵机组和吸压水管路的布置和设计计算； （ 4）进行泵站的平面布置； （ 5）终选水泵 ，并对工作工况进行分析； （ 6）决定起重设备的型号，确定泵房的建筑高度； （ 7）选择真空泵，排水泵
5、等附属设备； （ 8）整理说明书，汇总泵站的设备及管件表； （ 9）绘制泵站平剖面图，并列出主要设备表及材料表。 1.2.2 设计成果 对水泵进行合理选型，对水泵站的主要工艺尺寸进行设计计算，确定水泵站的平面布置和高程布置，完成设计计算说明书和设计图纸。设计深度为初步设计的深度。提交的设计成果主要包括： 4 （ 1）泵站平面及剖面图（比例 1:100200）、水泵基础详图（比例 1:2050）、设计说明、 主要设备及材料表（注明规格及主要性能参数）。图纸采用标准 2#图或1#图。工艺图上应表示出构筑物工艺设计尺寸、布置形式、主要设备及主要工艺管道、附件的相对位置、标高等，注明管径。 （ 2）、
6、设计计算说明书一份。设计说明书包括以下内容： 概述设计任务，资料分析，设计所依据的规范和标准。 机电设备选择的依据和计算。 泵站各建筑物的型式、结构选择的依据、计算结果及其草图。 泵房尺寸拟定的依据和设备布置的说明。 验证机组选择的合理性，并说明其在使用中应注意的问题。 必要的附图、附表、参考文献。包括枢纽平面布置草图，以及 取水头部 或水池吸水井设计草图等。 结束语。包括对泵站设计的评价、收获和存在的问题等。 第二章 设计计算 2.1 取水泵站枢纽布置 取水点水源岸边较陡，主流靠近岸边，岸边常年水深较大，在枯水期也能满足 取水的水深 要求，水质和地质条件都较好 ； 常年水位为 585.55m
7、，洪水位为590.60m，枯水位为 582.50m，最大水位变化为 8.10m， 可见 水位变化不大 。 综合上述因素，本设计选 用 合建式岸边取水构筑物。 合建式的 主要优点是布置紧凑，占地面积小，水泵吸水管路短，运行管理方便，利于自动控制 。本设计的泵站 枢纽布置图见最后页的附图。 2.2 设计流量的确定和设计扬程估算 2.2.1 设计流量 Q 考虑到输水干管漏损和净化厂本身用水，取自用水系数 =1.05，则 近期设计流量 Q=1.05 6400 24=280m3/h=77.8L/s 远期设计流量 Q=1.05 8960 24=392m3/h=108.9L/s 2.2.2设计扬程 H （
8、1）泵所需静扬程 HST 由于本设计 采 用合建式岸边取水构筑物，进水方式为自灌式，所以 取水至泵房 的水头损失为 0m。 由地形资料知， 水厂配水井设计水位标高为 600.3m，所以泵站所需净扬程 HST为： 洪水位时： HST=600.30m-590.60m=9.70m 常水位时： HST=600.30m-585.55m=14.75m 枯水位时： HST=600.30m-582.50m=17.80m （ 2）输水干管中的水头损失 h 设采用两条 DN275 钢管并联作为原水输水干管。当两条输水管正常工作时（按近期考虑），每根输水管通过的流量 Q=77.8 2=38.9L/s，查水力计算表得
9、管内流速 v=0.64m/s， i=0.00256，所以 h=1.1 i L=1.1 0.00256 300=0.84 m（式中 1.1是包括局部损失而加大的系数； L为原水输水管的长度，为 300m）；当一条输水管检修时，另一条输水管应通过 75%的设计流量（按远期考虑），即5 Q=0.75 108.9L/s=81.7L/s，查水力计算表得管内流速 v=1.34m/s， i=0.01023，所以 h=1.1 i L=1.1 300 0.01023=3.38m。 （ 3） 泵站内管路中的水头损失 hp 粗估为 2m。 则近期正常工作扬程： 洪水位时： Hmin=9.7+0.84+2+2=14.
10、54m 常水位时： H=14.75+0.84+2+2=19.59m 枯水位时： Hmax=17.80+0.84+2+2=22.64m 远期事故时工作扬程： 洪水位时： Hmin=9.7+3.38+2+2=17.08m 常水位时： H=14.75+3.38+2+2=22.13m 枯水位时： Hmax=17.80+3.38+2+2=25.18m 2.3 初选泵和电机 2.3.1 选泵方案 根据用水量及扬程的要求，初步拟定以下两种备选方案。 方案：近期设计选用三台型号为 KQW125/150-18.5/2 的卧式单级单吸离心泵 (Q=2550L/s， H=24.531.5m， N=18.5kW， H
11、s=4m)，两用一备；远期增加一台同型号泵，三用一备。 方案：近期设计选用三台型号为 KQW150/285-18.5/4 的卧式单级单吸离心泵（ Q=33.657.8L/s， H=20.725.8m， N=18.5kW， Hs=3.5m），两用一备；远期增加一台同型号泵，三用一备。 2.3.2 方案比较 KQW125/150-18.5/2 卧式单级单吸离心泵的特性曲线以及相应的参数表如下： 6 可见，该泵在扬程方面满足要求，且高效段为 3352L/s。下面再看 KQW150/ 285-18.5/4 卧式单级单吸离心泵的特性曲线及参数表，如下图： 可见，该泵扬程勉强满足要求，而且高效段为 436
12、6L/s，而水泵实际工作时的工况点并不能落在工况点上，造成水泵工作效率低，不仅造成电力上的浪费，同时也影响水泵的使用寿命。 综上分析，将 方案作为最终的初选水泵方案。根据 KQW125/150-18.5/27 卧式单级单吸离心泵的要求选用 Y200L1-6 型电动机。 2.4 机组基础尺寸的确定 查 KQW125/150-18.5/2 卧式单级单吸离心泵的尺寸图与尺寸表 可知，底座长度为 630mm，宽度为 320mm，底座地脚钉的长度为 272mm。底座螺孔间距（宽度方向） 530mm，底座螺孔间距（宽度方向） 320mm。 基础长度 L=底座长度 +（ 150mm200mm） =630mm
13、+170mm=800mm 基础宽度 B=底座螺孔间距（宽度方向） +（ 150mm200mm） =320mm+180mm=500mm 基础高度 H=底座地脚钉的长度 +（ 150mm200mm） =272mm+178mm=450mm 计算出 KQW125/150-18.5/2 型泵机组基础平面尺寸为 800mm 500mm，泵、电机和底座总质量 m=330kg。基础深度 H按下式计算校核： H=LBmg5.3=1.2m 8 式中 L 基础长度， L=0.8m； B 基础宽度， B=0.5m； 基础所用材料的容重，本设计采用混泥土基础， =23520N/m3 基础的平、剖面图如下 ： 2.5 吸
14、水管路和压水管路计算 每台泵都有单独的吸水管与压水管，由于 设备只安装近期要求的设备 ，所以吸水管、压水管管径根据近期设计水量确定 。 2.5.1 吸水管 已知 Q=280 2=140m3/h=38.9L/s 采用 DN200 的钢管，则 v=1.27m/s， i=0.01402。 2.5.2 压水管 采用 DN175 的钢管，则 v=1.66m/s， i=0.02867。 2.6 机组和管道布置 9 为了布置紧凑，充分利用建筑面积，将四台机组交错并列布置成两排，两台为正常转向，两台为反常转向，在订货时 给予说明。每台泵有单独的吸水管、压水管引出泵房后两两连接起来。泵出水管上设有液控蝶阀和手控
15、蝶阀，吸水管上设手动闸板闸阀。为了减少泵房建筑面积，闸阀切换井设在泵房外面，两条 DN275的输水干管用 DN275 蝶阀连接起来，每条输水管上各设切换用的蝶阀一个。 2.7 吸水管路和压水管路中水头损失的计算 取一条最不利路线，从吸水口到输水干管上切换闸阀止为计算路线图，如下： 2.7.1 吸水管路中水头损失 hS hS= hfs+ hls 式中 hfs 沿程水头损失 hls 局部 水头损失 hfs=l1is=2.822 0.01402=0.0396m hls= igv22 =（ 1+ 2+ 4+ 5）gv22 =（ 0.1+0.78+0.15+0.18） 1.272（ 2 9.8） =0.
16、0996m 式中 1 喇叭口式吸水管进口局部阻力系数， 1=0.1 2 DN200 钢制焊接弯头 90， 2=0.78 4 DN200 手动蝶阀， 4=0.15 5 DN200 125 偏心异径管， 5=0.18 故 hS= hfs+ hls=0.0396+0.0996=0.1392m 2.7.2 压水管路水头损失 hd hd= hfd+ hld 式中 hfd 沿程水头损失 hld 局部水头损失 hfd=0.02867（ 0.255m+0.255m+0.540m+4.950m+9.510m+4.780m+0.410m+ 0.500m） =0.02867 21.2m=0.6078m hld= i
17、gv22 =( 7+ 8+ 9+ 8+ 8+ 12+ 13+ 8+ 8+ 17+ 19+ 20+ 19+10 20）gv22 =（ 0.26+0.87+0.15+0.87+0.87+0.21+0.15+0.87+0.87+0.05+1.5+0.15 +1.5+0.15） 1.662（ 2 9.8） =1.0685m 7 DN125 175 缩放异径管， 7=0.26 8 DN175 钢制焊接弯头 90， 8=0.87 9 DN175 手动蝶阀， 9=0.15 12 DN175 伸缩接头， 12=0.21 13 DN175 电动蝶阀， 13=0.15 17 DN175 275 渐放异径管， 17
18、=0.05 19 DN275 钢制正三通， 19=1.5 20 DN275 电动蝶阀， 20=0.15 故 hd= hfd+ hld=0.6078+1.0685=1.6763m 2.7.3 泵实际扬程 从泵吸水口到输水干管上切换闸阀间的全部水头损失为： h= hs+ hd=0.1392+1.6763=1.8155m 因此，泵的实际扬程为： 近期正常工作扬程： 洪水位时： Hmin=9.7+0.84+2+1.8155=14.36m 常水位时： H=14.75+0.84+2+1.8155=19.41m 枯水位时： Hmax=17.80+0.84+2+1.8155=22.46m 远期事故时工作扬程：
19、 洪水位时： Hmin=9.7+3.38+2+1.8155=16.90m 常水位时： H=14.75+3.38+2+1.8155=21.95m 枯水位时： Hmax=17.80+3.38+2+1.8155=25.00m 由此可见，初选的泵机组符合要求。 2.8 消防校核 2.8.1 消防流量计算 由设计资料知， 根据防火规范要求，该城镇同时发生火灾次数为两次，每次消防用水量为 45L/s，火灾延续时间按 2 小时计 ； 消防储水使用后要求 24 小时内补满。 所以设计的消防用水为 2 45L/s=90L/s=324m3/h。 消防时 ， 一级泵站 不仅要向清水池中输送生活生产用水， 还要在规定的时间内补充必要的消防贮备用水，此时开启备用泵以加强泵站的工作。因此，备用泵的 流量 ： =2 1.05（ 324+400） -2 280 24 =40m3/h 式中 设计净水构筑物本身用水系数，取 1.05； Qr 一级泵站正常运行时的流量，为 280m3/h； Q 最高用水时连续最大两小时平均用水量，为 400m3/h； Qf 设计的消防用水，为 324m3/h；
