水泵及水泵站课程设计说明书

课程名：水泵及水泵站课程设计姓名：李定钟

年级： 08级

学院：水利水电学院

专业：农业水利工程

学号： 0843063031

目录

目录---------------------------------------------1 1.1枢纽中心线---------------------------------------2 1.2设计流量和设计扬程-------------------------------3 1.3初选水泵及动力机---------------------------------- 3 1.4 机组基础尺寸拟定-------------------------------------5

1.5选择进出水管道----------------------------------------6 1.6 确定泵房类型-----------------------------------------6 1.7确定机组及管路布置类型--------------------------------7 1.8泵房辅助设备------------------------------------------8 1.9 泵房尺寸设计-----------------------------------------9 1.10 进出水建筑物的布置设计-----------------------------10 1.11水泵安装高程的确定----------------------------------14 1.12 水泵工况点的校核-----------------------------------14 1.13终选水泵及动力机------------------------------------15

1.14投资概算--------------------------------------------15

设计说明书

1.1枢纽中心线

泵站站址应根据流域地区或城镇建设总体规划、泵站工程规模、运行特点和综合利用要求，考虑地形、地质、水源或容泄区、电源、枢纽布置、对外交通、占地、拆迁、施工、管理等因素以及扩建的可能性，经技术经济比较确定。站址宜选择在地形开阔、岸坡适宜、有利于工程布置的地点。站址宜选择在岩石坚实、抗渗性能良好的天然地基上，不应设在大的或者活动性的断裂构造带及其他不良地质地段。站址应尽量选择在交通方便和靠近电源的地方，以方便机械设备、建筑材料的运输和减少输电线路的长度。选址时要特别注意进水水流的平稳和流速分布均匀和不发生流向改变以及形成回流、漩涡等现象。该地区泵房处岩石较好，用电方便，高差不大，总体呈上升趋势，没有坡升坡降的情况，于是拟定采用单站集中控制方式。

初步拟定两条枢纽中心线，拟定情况如图1-1。

图1-1 枢纽中心线布置图

① — —泵站； ②—输水管道； ③—出水池

从图上可知，1号枢纽中心线在经过511.0m 高程后，坡度变陡，如果说要布置输水管道的话，管道会向上弯曲很大的一个角度，由于水锤的影响，对于管道的稳定很不利。而2号枢纽中心线所经过的地面坡度相差不大，不会出现1号线的情况，综合以上情况，枢纽中心线终选为2号线。

1.2设计流量和设计扬程

1.21 设计流量

供水泵站的设计流量应根据供水对象的用水量标准来确定。该小区的各种用水量在各时段的分布已经给出。只需要考虑净水建筑物的自身用水量以及供水管道的水量损失。可根据公式1-1计算：

Q 设计=Q 日最大用水量+Q 净水建筑物+Q 管路损失 ；公式1-1

根据开发区用水过程图，可知一年当中最大的用水量为1400L/s ，即1.4m 3/s 。考虑到输水管（渠）漏水量取15%以及净水建筑物自身用水量10%，则设计流量定为：

Q 设计=1.4*（1+15%+10%）=1.75m 3/s （6300 m 3/h ）。

根据开发区用水过程图，初步拟定使用4台工作水泵，另外配置一台备用泵，每台水泵至少能够保证最小用水量需求。那么工作的单台水泵的设计流量： ③ ② ① ③

② ①

Q

设计

=6300/4=1575(m3/h)

1.22 设计扬程

泵站进水池设计水位是计算水泵站设计扬程的依据。从河流、湖泊或水库取水的灌溉泵站，确定设计水位时，以历年灌溉期的日平均或旬平均水位拍频，取相应于设计保证率的85~95%的日平均或旬平均水位作为设计水位，供水泵站取水水源保证率为95~95%的日平均或旬平均水位。从渠道取水的泵站，取渠道通过设计流量时的水位作为设计水位。

该泵站的进水池设计水位高程取资料中给出的最低水位作为设计水位。

H

进水池

=503.8m

出水池的设计水位高程取泵站用户所需高程，即

H

出水池

=518.3

设计扬程是水泵型式选择的主要根据。在设计扬程工况下，泵站必须满足设计流量的要求，设计扬程应按泵站进出水池水位差，并计入进、出水管道或管道沿程和局部水力损失来确定。水头损失取为15%。

则设计扬程：H设计扬程=（H

出水池-H

进水池

）*（1+15%）=16.675m

1.3初选水泵及动力机

水泵选型应符合下列要求：

1、应满足设计流量、设计扬程及不同时期供水需求，同时要求在整个运行

期间，机组安全、稳定，并且具有较高的效率。

2、在平均扬程时，水泵在高效区运行；在最高和最低扬程是，水泵能安全、

稳定运行。

3、具有多种泵型供选择时，应综合分析水力性能、考虑运行调度的灵活性、

可靠性、机组及辅助设备造价、工程投资和运行费用以及主机组事故

可能造成的损失等因素。

因站址的东北角有高压输电线通过，电力问题很容易解决，选择采用电动机。水泵选择单级双吸离心泵。查水泵性能表得：水泵扬程范围满足泵站设计扬程16.675m的泵型有多种。其中有些泵性与选型原则对照明显不合理，去除后初步选定两种泵性进行比较，350S26，500S22A。水泵性能参数如表1-1。

表1-1 水泵性能参数

根据流量扬程的关系，综合各种因素确定使用500S22A型泵。500S22A型泵配套动力机最终选择Y315L2-6型动力机。

1.4 机组基础尺寸拟定：机组尺寸示意图如图

从图表中可计算出水泵机组的基础尺寸

1.5选择进出水管道

进水管道选择钢管，根据泵型可知进水管直径为500mm，进水管采用钢管。

出水管布置：

泵房外出水管的布置，应根据泵站总体布置要求，结合地形、地质条件确定。由地形图可以看出，从水源到出水池距离不超过100m，根据技术经济原则，当管道长度小于100m时，宜采用单机单管出水方式。

水管的铺设方式通常分为明式铺设和暗式埋设两种。明式铺设便于检修、养护，但造价高，管内无水期间管壁受温度影响较大。一般管径大于1400mm。而暗式埋设分为有垫层和无垫层两种，常应用于石棉水泥管、钢筋混凝土管及直径小于1400mm的连续焊接钢管的铺设，其优点是铺设费用省，但检修困难。

该泵站的出水管直径远远小于1400mm，故选择暗式埋设。埋管设计时，埋入地下的钢管应做防锈处理；埋管应设检查孔，每条钢管的检查孔数量设2个。在钢管穿过泵房墙壁处设置软接头，以防止墙壁与管道产生不均匀沉降而破坏管道；为了保证管道内压力稳定，在管道上端应设置通气管，以便向管内充水时排气，或放空管道时补气。

按照泵型的参数，500S22A型泵流量为1746m3/h，即0.485 m3/s。利用经验公式确定经济管径：

Q>120m3/h时，D=11.5√Q

得D=480mm

水管厚度根据公式：

δ=1/130D

得δ=3.7mm。

1.6 确定泵房类型

该泵房的条件应取固定式，固定式泵房又分为：分基型、干室型、湿室型、块基型4种。

分基型泵房和一般动力厂厂房相似，其主要特征是没有水下结构和每套水泵机组均有各自单独的基础，并且与泵房墙基础分离。该泵房结构简单，施工方便、

容易，造价低廉，它适用于下列场合：1、泵站流量不大（Q<300L/S）的中小型卧式水泵机组。2、泵站工作期间，水源或进水池变幅小于水泵的有效吸上高度。

3、建站处地基比较稳定。

干室型泵房：对于流量较大的水泵，由于水泵机组的重量较大，为了减小作用于地基单位面积上的重量，避免单位面积地基上所承受的重量超过其承重能力，就需要扩大机组基础面积，使各水泵机组的基础及泵房墙基础连成一个整体。

湿室型泵房：为了克服干室型存在的泵房采光、通风较差，室内潮湿以及所受浮托力较大，不利于泵房稳定的缺点，工程上常采用湿室型泵房的形式，这种泵房的下部为一与前池相通并充水的地下湿室。

块基型泵房：对于口径较大（大于1200mm）的水泵，为了满足水泵进水流态的要求，常采用专门的进水流道。为了增大泵房的整体稳定性，常将进水流道、机组基础以及泵房基础浇筑成一个整体，作为整个泵房的基础。

在该泵站中流量Q=437.5L/S，流量较大。不适合选分基型泵房。进水口的直径不大于1200mm，不适合选择块基型泵房。故可选择干室型泵房或湿室型泵房。综合考虑选择干室型比较适合。在干室型泵房中又有矩形、圆形等泵房型式。该地区水位变化不大，平面面积较大，地下埋深较浅，故该泵站选择矩形干室型泵房，工艺布置比较方便，建筑面积能合理利用以及便于利用标准的建筑结构和起重设备。泵房的剖面图和平面图分别见附图1和附图2.

1.7确定机组及管路布置类型

1.7.1 主机组布置：机组采用卧式单机双吸离心泵。该泵房机组数量不多故采用卧式机组设备布置采用单列式。单列式布置是最常采用的一种。它又可分为各机组轴线位于一条直线和轴线彼此平行两种。这里采用各机组轴线平行的布置方式。

布置形式如图1-3：

图1-3

1.7.2配电设备布置：

配电设备的布置型式，通常分为一端式和一侧式。

一端式布置：是在泵房进线一端建配电间或副厂房。这种布置形式适用于机组台数较少的泵站。这种布置形式的优点是泵房跨度小，进、出水侧都可以开窗，有利用通风采光。

一侧式布置是在泵房一侧建配电间或副厂房。这种布置形式的优点是当机组台数较多时，有利于监视机组的运行。

该泵站的机组数目较少，故采用一端式布置。

1.7.3管路布置：

（1）卧式泵吸水管路的布置。所有卧式泵装置的吸水管路都要求布置成管线短而弯头最少，总长度要求控制在25m以内，管路水平段应有不小于1%的坡度向着水泵，使管内水流中可能逸出的气泡，能顺畅的随水流移向水泵排出，以免影响水泵流量。整个吸水管路用支墩牢固支承。

（2）卧式泵出水管路的布置。在室内部分的出水管路布置，其轴线应与水泵出水口方向一致，且相互平行，还要有适当的长度，便于布置室内通道等其他设施。

1.8泵房辅助设备：

1.8.1充水设备

当泵的安装高度高于进水池水位时，即为吸上时，泵启动前必须排气充水。考虑到管理方便，本设计采用真空泵充水。

1.8.2起重设备

泵房中，水泵、电动机、阀门及管道等设备的安装和检修，都需要用到起重设备。该泵站水泵有1780kg ，故可选择电动单轨吊车。

1.8.3排水设备

在水泵运行过程中，难免有水渗出，另外在出现故障的时候，也有可能导致大量的水从管道连接处或者设备中大量渗出，如果没有采用相应的排水设施，地板积水可能导致整个泵站系统陷入瘫痪，因此，泵房排水非常重要。

首先应将主机组地板设置为一定的坡度，一般选取2%的倾斜程度，并且向进水池方向倾斜，地板上设支沟、干沟。支沟延泵房倾斜方向平行，坡度和地板坡度相当；干沟与泵房长度方向平行，由两边向泵房中部倾斜，坡度也为2%，最后汇集到一起，排到进水池里面。

1.9 泵房尺寸设计

1．9．1泵房宽度：

泵房宽度，又称为泵房跨度应根据水泵、阀门和所配置的其他管件的数量和尺寸以及水泵机组的布置型式，并满足设备安装、检修以及运行维护通道或交通通道布置的要求确定。

根据主机组布置形式、泵体大小、进出水管路上阀件长度、通道尺寸而定。 其计算式为公式1-6：

012345678B b b b b b b b b b =++++++++ 公式1-6

0b 为泵体长度，1.38m ；

1b 为混凝土边台宽度，0.5m ；

2b 、3b 为水泵进出水口处渐变接管长度， 0.4m ；

4b 为水泵出水管与闸阀间的短管， 0.4m ；

5b 为出水管闸阀体长度，0.3m ；

6b 为进水管闸阀体长度，0.3m ；

7b 为出水管侧闸阀到墙的距离，1.7m 。

b 8为进水管侧闸阀到混凝土边台1.7m

则

B=6.48m

1．9．2泵房长度：根据主机组布置形式、主机组轴心线长度、机组间或机组与墙壁间净距和配电间与检修间等尺寸而定。机组的宽度为365.1cm ，机组间的间距取设备组间的间距100cm ，机组和墙的间距取100cm 。

L=365.1*5+100*4+100*1+200=2425.5cm

取L=2430cm

1.10 进出水建筑物的布置设计：

泵站与水源间常常设置引水建筑物，将水从水源引至泵站的前池和进水池或者直接引向水泵进口，以保证水泵的正常安全运行等方面都有密切关系。引水建筑物的主要结构形式有：管式、涵洞式、和明渠式。该泵站的地形条件比较适合用明渠式。

1.10.1明渠式引水渠计算：

引水建筑物采用的是有自动调节能力的明渠式引水建筑物。明渠从灌溉干渠中引水，汇集到前池，长度为10m 。

渠道断面尺寸是根据渠道的设计流量并通过水力计算加以确定的，一般可用均匀流公式进行计算，如公式1-1：

1/6/Q C C R n

== 公式1-1 式中：Q 为渠道设计流量，1.75m 3/s ；

ω为渠道过水断面面积，㎡；

R 为水力半径，m ；

i 为渠道比降，1/4000；

C 为谢才系数；

n 为渠床糙率，0.015。

渠道采用混凝土渠道，比降i 采用1/4000，糙率n 为0.025。采用经验公式计算水深和边坡系数。

h=βQ 1/3 ；

α=NQ 1/4-m 。

系数β取0.85。N 也为系数，N 取3。Q=1~3m 3/s, α取1.5。

计算可得h=1.024m 。m=1.95。

根据以上数据，带入公式1-1可以求得：

h=1.024m ，b=0.495m 。

渠道不冲不淤流速校核：

根据流量Q ，水深h ，底宽b ，边坡系数m ，可以求得渠道中流速：

v=0.686 m/s 。

混凝土的允许不冲流速

cs V =8.0 m/s ，满足不冲流速。

不淤流速根据公式1-2计算：

5.00Q C V cd = 公式1-2

查表得0C 为0.4，则

cd V =0.453m/s ，满足不淤流速。

1.10.2前池

前池是连接引渠和进水池的建筑物，前池的形状和尺寸，不仅会影响水流流态，而且对泵站工程的投资和运行管理带来很大影响。根据水流方向，前池分为正向进水前池和侧向进水前池。本设计采用正向进水前池。

1. 前池扩散角α的确定

正向进水前池扩散角α是影响前池流态及其尺寸大小的主要因素。水流在渐变段流动时形成固定的扩散角，如果前池扩散角小于等于水流的固有扩散角，则不会在水流中产生脱壁现象，从而避免了回流的出现；但从工程经济上考虑，当引渠末端底宽b 和进水池宽一定时，如果α取得过小，虽然不会出现水流脱壁，但池长增大，工程量也因之增大。反之，虽然工程量小，但是池中水力条件恶化，影响水泵吸水，所以α值应根据池中水力条件好，工程量省得原则加以确定。由于引渠和前池中的水流一般为缓流，根据已建工程经验，选用扩散角α为40°。 前池池长L 的确定：

当引渠末端的底宽b 、前池扩散角α和进水池宽度B 已知时。前池池长可按下式计算：

2tan 2B b

L α

-= ；（公式1-3）

池底纵向坡度：

前池的纵坡应该适中，通常采用i=1/3~1/5，本设计采用1/4。

前池中的隔墩：

前池中加设隔墩，可以避免在前池扩散角过大或部分机组运行时池中产生回流和偏流。因此，设置隔墩可以加大扩散角α，减少池长L ；而且，加设隔墩后，减小了前池的过水断面，增加了池中流速，可以防止泥沙淤积。因此多泥沙河流上的泵站前池应设隔墩分为多条进水道，每条进水道通向单独的进水池，并在进水道首部设进水闸及拦污设施，也可设水里排沙设施。隔墩型式有半隔墩和全隔墩两种。半隔墩是在前池当中设若干个像桥墩一样的隔墩，实际上只起导流作用。若果把这些隔墩延伸至进水池后墙，即每个进水池都有各自的前池，这样的隔墩叫做全隔墩。在该泵站的设计中，采用全隔墩。

前池的翼墙：

翼墙是连接进水池和前池的边墙。它对减少泵站造价和改善边侧进水流态都有一定作用。翼墙型式多采用直立式并和前池中心线成45度角。

1.10.3进水池尺寸计算

它是专供进水管吸水的池子。因本设计采用的卧式机组，因此选用房前式进水池，采用直立池壁，其直立部分采用浆砌块石挡土墙形式，护底厚为0.5m ，此外，在吸水管口附近的护底厚应增至0.7m ，并在顶面上现浇0.1m 厚混凝土层

保护，防止块石因吸水杯拢松动。

则可根据公式1-4确定：

h

B KQ L 总= 公式1-4 式中：K 为进水池的秒换水系数，矩形池采用40；

B 为进水池宽度；

h 为进水池最小水深，m ；

总Q 为泵站设计总流量，1.75m 3/s 。

其中，进水喇叭口的直径D in 采用1.5D （D 为进水管直径），为750mm 。则管

口悬空高度P=0.8D in =600mm ，淹没深度h sub,c =1.25 D in =937.5mm 。

进水池最小水深h min =h sub,c +P=1.5375取1.6m,

h min =1.6m

进水池宽度取B=πD in

B=2.4m 。

则根据公式1-4可以计算出池长

L 进水池=4.7m 。

前池长度

2tan 2B b

L α

-=前池

L 前池=2.6m

引水渠由于坡度很小，10m 的距离几乎没有降落，而渠底高程为503.8-1.0= 502.8m 。前池坡度为1/4，长度为2.6m ，降落0.64m ，则进水池底部高程取前池尾部高程为

▽进水池底部=502.8-0.64=502.16m 。

池顶与干渠顶部相平，为505.9m ，安全超高取0.7m ；

则进水池高度为

H 进水池=505.9-502.16+0.7=4.44m 。

隔墩的厚度为2.26m

1.10.4出水池尺寸计算

根据设计资料，本设计采用正向出水池。并且因为水泵的扬程大于设计所需扬程，所以采用淹没式出流方式。出水池简图：

出水池长度根据公式：

L=Kh

淹最大

计算。

h

淹最大

取2.1m

L=3.344m取L=3.5m。

出水池其他尺寸计算：

管口下缘至池底的距离P：此段距离主要用以防止池中泥沙或杂物等淤塞出水口。一般采用：P=10~20cm。该出水池取20cm。

管口上缘最小淹没深度采用

h

淹没最小=2v

o

2/2g=0.59m

出水池单管出流宽度B=3D

0。

出水池底板高程：

▽底=▽低-（h淹没最小+D0+P）

▽底=518.3-（0.59+0.5+0.2）=517.3m

▽顶=▽高+△h=519.8+0.4=520.2m

出水池可用浆砌块石圬工结构，池壁用重力式挡水墙，底板与池壁分离，接缝处设止水。出水池最好建造在挖方上。

出水池管道采用拍门断流方式。

1.10.5出水管路

出水管路采用收缩布置。其特点是管路在平面上平行出泵房后，先收缩一定角度，后平行起坡至出水池，坡面管路采用联合镇墩支承。它与平行布置相比，有减小管坡挖方量及缩小出水池工程量等优点，但大部分管路有增加长度，增多弯头等缺点。采用5条独立的出水钢管。管厚：

δ=1/130D=3.7mm。

管道敷设方式采暗式铺设式。受温度影响小，铺设方便。但检修困难，该地区应做好防锈处理，每条管道设两个检查孔，以及通气孔。在穿过泵房处设置软接头。

1.11水泵安装高程的确定

水泵安装高程是指水泵基准面的海拔高程，它等于吸水面的海拔高程与水泵安装高程之和，如公式1-6：

g H H H +=吸水面水泵基准面 公式1-6

由于水泵产品样本或说明书给出的[Hs]值是标准状态下的数值，则在标准状况下，w s g h g

v H H --=2][][2

，其中，因为进水管较短，沿程水头损失忽略不计，以局部水头损失为主。

（1）进水口局部损失系数为0.31；

（2）弯曲段损失系数为7/20.1310.1632(/)d ξρ=+=0.29。

管内流速为v=Q/A=2.42m/s ，g

v 22

为 0.29m ，水头损失h w 计算得2.175m ，则[Hg]为 3.235m 。估计从渠道进入进水池水面降落0.25m ，渠道最低水位时为503.8m ，则

H 水泵基准面=503.8-0.25+3.235=506.785m 。

但是考虑到泵站是干室型的，机组安装在第一层，故水泵的基准面高程取进水池的最低水位的高程。

H 水泵基准面=503.8m

1.12 水泵工况点的校核

利用图解法求水泵得运行工况，首先必须确定管路的水力损失。出水管管路很长，局部水头损失相对于沿程水里损失来说非常小，几乎可以忽略不计，因此只需计算沿程水力损失。计算公式如下1-7：

222)22(Q gA gA d L h i

i w ∑+=ξλ 公式1-7 式中：λ取0.2

L 为管长，55m ；

d 为管径，0.48m ；

A 为管道横断面积，0.18㎡。

（1）水泵局部损失系数为5。

（2）渐粗管局部损失系数为0.08。

（3）闸阀局部损失系数为3。

则250.18w h Q =;

进水池最低水位：▽进水池最低水位=▽进水池底部+h 进水池最低水深=503.76m

静扬程H st 为518.3-503.76=14.54m

H r =H st +h w =14.54+50.18Q 2

500S22A型号泵的Q~H，Q~Hr数据如表1-3。

Q~H，Q~Hr曲线如图1-8。

表1-3

0 27.4 0 14.54

0.1 26.2227 0.1 15.0418

0.15 25.44558 0.15 15.66905

0.2 24.5428 0.2 16.5472

0.25 23.51438 0.25 17.67625

0.3 22.3603 0.3 19.0562

0.35 21.08058 0.35 20.68705

0.4 19.6752 0.4 22.5688

0.45 18.14418 0.45 24.70145

0.5 16.4875 0.5 27.085

0.55 14.70518 0.55 29.71945

0.6 12.7972 0.6 32.6048

图1-8

从图中可知，水泵的工作点的在(0.357m3/s,20.9m)即 (1285.2m3/h,20.9m）500S22A水泵工作点的效率大约为73%。查资料得该泵在Q=1100m3/h到Q=2833m3/h之间运行时均为高效区.所以水泵工作点是处在高效区。

1.13终选水泵及动力机：

水泵终选为：500S22A，动力机选为Y315L1-6型动力机。

１. １４投资概算：

根据资料可以查得，500S22A型泵单价为37250元，5台一共186250元；Y Y315L1-6型动力机单价为20000元，5台一共100000元。

10kv的电力变压器为6000元，配电盘价格为4000元。

每一台泵的进出水管路长度约为55m，管径为480mm，壁厚为3.7mm，一共需要5根，体积约为3.1m3，容重和钢板容重相近，取钢板容重7.85T/m3，钢管价格为5800元/T，购买钢管需要141143元。

引水渠、前池、进水池、泵房、以及出水池共需要混凝土大约1000立方米，单价为250元/m3，则混凝土需要250000元。

土石方开挖量约为1500立方米，则开挖价格为49500元。

表１-4 投资概预算表

该泵站的总投资为78.6893万元。