水泵课程设计.docx
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水泵课程设计
1.绪论
1.1设计要求
1.1.1设计题目
送水泵站设计
1.1.2基础资料
某县城位中心城区以平原为主体,海拔20-50米,相对高度在20米以下
不考虑泵站后期发展
设计水量8.1万吨/天
用水日变化系数为1.25
城市管网最不利点所需水压为30m
给水管网平差得出送水泵站至最不利点的输水管和配水管网的总水头损失为25.6m
泵站设置处地面平坦,标高37.5m
清水池最低水位为地下3m
城市消防流量为178.5m³/h
消防时水头损失18.9m
1.2参考资料
《给水排水设计手册》第1、2、5册(2001年)
《水泵及水泵站》哈尔滨工业大学出版社(第三版)
《水泵及水泵站设计计算》北京工业出版社(2007年)
《室外排水设计规范》(GB50014-2006)
《工业企业厂界噪声标准》(GB12348-90)
《水泵及水泵站》机械工业出版社
《给水排水管网系统》中国建筑工业出版社(第二版)
《给水排水设备工程师实务手册》机械工业出版社
1.3设计原则
1、贯彻执行国家有关环境保护的政策,按照国家颁布的有关法规、规范及标准进行设计。
2、充分利用已有的工程条件,使新建部分与已有工程紧密衔接。
3、根据设计要求,选用工艺技术先进,处理效果好,操作管理简单,运行稳定可靠,占地面积少,工程投资省和运行费用低的方案。
4、选用性能可靠、效果好,能耗低的国内先进设备。
5、设计充分考虑二次污染的防治,力求噪音低、基本无异味,不影响周围环境。
6、自动化控制程度高,降低劳动强度。
2.水泵机组的初步选择
2.1泵站的设计流量与扬程
根据用水曲线确定泵站工作制度,分两级工作。
第一级,从6:
00到20:
00,每小时占全天用水的5.66%。
第二级,从20:
00到6:
00,每小时占全天用水的2.21%。
二级泵站特点:
二级泵站通常设在净水厂内,经水厂计划后的水经清水池储存,清水池中水经管道流入吸水井,水泵从吸水井吸水,经加压后进入城市输配水管网。
其工艺流程如:
清水池——吸水井——送水泵站——输配水管网——用户。
二级泵站分为两级供水,为满足各时段的用水和保证供水的安全性,泵站的设计流量应为最高日最高时用水量来确定。
泵站的设计流量为81000m³/h
则泵站一级工作时的设计工作流量QⅠ=81000×5.66%=4584.6m³/h=1273.5L/s
泵站二级工作时的设计工作流量QⅡ=81000×2.21%=1790.1m³/h=497.25L/s
泵站的设计扬程与用户的位置和高度、管路的布置及给水系统等方式有关。
泵站一级工作时的设计工作扬程HⅠ=HST+H0+∑h+∑h泵站内+H安全=20+30+25.6+1.5+2=79.1m
取泵站内水头损失为1.5m,安全扬程为2m
2.2水泵和电动机的选择
2.2.1水泵选择原则
1、所选水泵机组应满足用户最高日用水量各个时段流量和扬程的要求,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、水泵机组长期在髙效下工作,运行和管理费用低。
4、水泵性能好实用寿命长,便于安装和检修。
5、在水泵近远期供水能力上应考虑近远期结合,留有发展余地。
2.2.2初选水泵风机
用管道特性曲线和水泵性能曲线选泵。
管道特性曲线和水泵特性曲线的交点为水泵工况点。
求管路特性曲线就是求管路特性曲线中的HST和S,HST=20+30=50m
S=(∑h+∑h泵站内)/Q2=(25.6+1.5)/4584.62=2.47×10-6s2/m5
因此H=50+2.47×10-6×Q2
管路特性曲线关系表
流量/(L/s)
0
500
1000
1500
2000
2500
扬程/m
50.00
50.3275
51.31
52.9475
55.24
58.1875
流量/(L/s)
3000
3500
4000
4500
5000
扬程/m
61.79
66.0475
70.96
76.5275
82.75
首先确定为S型水泵,则查询可得S型水泵型谱图,根据型谱图与管道特性曲线间的关系,确定水泵型号。
将管道特性曲线画入水泵型谱图中可确定水泵类型,初步选为300S75型和350S125B型两种。
方案一:
3台350S125A型水泵并联工作,其工况点见图
方案二:
5台350S125B型水泵并联工作,其工况点见图
两种泵各项参数
水泵型号
350S125B
350S125A
厂家
湘电长沙水泵厂
长沙卧式多级泵制造有限公司
流量/(m³/h)
745-1098-1458
787-1157-1538
扬程/m
108-96-77
120-107-86
轴功率/KW
313-373-419
391-462-550
效率/%
70-77-72.5
70-78-70
转速/(r/min)
1450
1450
配套电机型号
JSQ1410-4
JSQ148-4
配套电机功率/KW
500
570
配套电机电压/V
380
380
泵重/Kg
1830
840
电机重/kg
3550
1945
必须汽蚀余量/m
5.4
5.4
泵进口口径/mm
350
350
泵出口口径/mm
200
200
叶轮名义直径/mm
575
531
方案比较表
方案编号
水量变化范围/(L/s)
运行水泵台数
水泵扬程/m
管路所需扬程/m
扬程浪费
水泵效率/%
方案一3台350S125A
4800-3740
3
88.5-80.0
68.0-80.0
19.5-0.0
77.64-68.5
3740-2990
2
90.0-68.0
56.0-68.0
34.0-0
77.25-65.1
2990-1500
1
80.6-56.0
53.0-56.0
26.4-0
71.49-64.3
方案二
5台350S125B
5100-4650
5
88.1-86.0
78.0-86.0
9.9-0
76.49-76.1
4650-3900
4
78.0-85.5
70.0-78.0
15.5-0
76.62-74.8
3900-2900
3
77.5-70.0
61.0-70.0
6.5-0
76.54-74.3
74.33
2900-1500
2
61.0-84.0
52.5-61.0
31.5-0
72.96-70.8
由上表可以看出,方案二在扬程利用和效率方面均优于方案一,只是水泵台数比方案一要多两台,增加了基建投资。
最后选定方案一作为初步设计方案。
5台350S125B型水泵并联工作时,其工况点在X点,X点对应的流量和扬程分别为5100m3/h和86m。
基本满足泵站一级工作流量要求。
4台350S125B型水泵并联工作时,其工况点在L点,L点对应的流量和扬程分别为4650m3/h和85.5m。
3台350S125B型水泵并联工作时,其工况点在N点,N点对应的流量和扬程分别为3900m3/h和70m。
2台350S125B型水泵并联工作时,其工况点在M点,M点对应的流量和扬程分别为2900m3/h和61m。
基本满足(偏大)泵站二级设计工作流量要求。
城市供水及高层建筑给水泵一般只设一套备用机组,则选用6台350S125B型水泵,5台工作,一台备用。
3.水泵机组的布置和基础设计
3.1水泵机组布置
1、纵向排列(水泵轴线平行)
适用于如IS型单级单吸悬臂式离心泵。
2、横向排列(水泵轴线呈一条线)
适用于侧向进出水的水泵,如单级双吸卧式离心泵S、SH、SA型。
3、横向双行排列
这种布置更为紧凑,节省建筑面积。
由于我设定的方案为5台泵,综合考虑应选横向排列。
3.2水泵机组基础设计
(1)基础长度
L=地脚螺钉距+(400~500)=L2+L3+B+450=1103+781+1000+450=3333mm取3.5m
(2)基础宽度
B=地脚螺钉间距+(400~500)=B3+450=500+450=950mm,即1.0m
(3)基础高度
H={(2.5~4.0)×(W水泵+W电机)}/{L×B×ρ}
其中基础密度即混凝土密度2400kg/m³
则基础高度
H={3.0×(1830+3550)}/{3.5×1×2400}=1.92m取2.0m
那么混凝土块基础的尺寸(m)为L×B×H=3.5×1.0×2.0
4.吸水管路和压水管路设计
4.1吸水管设计要求
(1)不允许有泄漏,尤其是离心泵不允许漏气,否则会使水泵的工作发生严重故障。
所以水泵吸水管一般采用金属管,多为钢管。
钢管强度高,密封性好,便于检修补漏。
(2)不积气,应避免形成气囊。
为避免形成气囊,在设计吸水管路时应注意:
吸水管应有沿水流方向连续向上的坡度,一般i≥0.005,吸水管径大于进口直径需要渐缩管,渐缩管上部管壁吸水管(直段)坡度相同,吸水管进口淹没坡度要足够,以避免吸气。
(3)尽可能减少吸水管长度,少用管件,以减少吸水管水头损失,减少埋深。
(4)每台水泵应有自己独立的吸水管。
(5)吸水井水位高于泵轴时,应设手动、常开检修闸阀。
(6)吸水管设计流速一般采用数据如下:
DN<250mm时,v=1.0~1.2m/s;
DN≥250mm时,v=1.2~1.6m/s.
自灌式工作的水泵的吸水管水流速度可适当放大。
(7)吸水管进口用底阀时,应设有喇叭口,以使吸水管进口水流流动平稳,减少损失。
喇叭口的尺寸为:
D=(1.3~1.5)d,H=(3.5~7.0)(D-d);D为喇叭口直径,d为吸水管直径。
当水中有大量悬浮杂质时,可在喇叭口前段加装滤网,以减少杂质的进入。
(8)水泵灌水启动时,应设有底阀。
4.2压水管设计要求
(1)水泵压水管路要求承受高压,所以要求坚固不漏水,有承受高压的能力,通常采用金属管材,多为钢管,采用焊接接口,在必要的地方设法兰接口,以便于拆装和检修。
(2)为安装方便和减小管路上的温度应力或水锤应力,在必要的地方设柔性接口或伸缩接头。
(3)为承受管路中内应力所产生的内部推力,要在转弯、三通等内部推力处设支墩或拉杆。
(4)闸阀直径D≥400mm时,应使用电动或水力闸阀,因为在高水压下,阀门启动较为困难。
(5)压水管的设计流速一般应:
DN<250mm时,v=1.5~2.0m/s;
DN≥250mm时,v=2.0~2.5m/s。
(6)不允许水倒流时,要设置止回阀,在下列情况要设置止回阀:
①大泵站,输水管长;②井群给水系统;③多水源,多泵站给水系统;④管网可能产生负压的情况;⑤遥控泵站无法关阀。
当泵站为一级供水时,5台350S125B型单级双吸泵并联工作,其流量Q=1416.7L/s,单台泵出水流量为Q=283.3L/s。
当泵站为二级供水时,2台350S125B型单级双吸泵并联工作,其流量Q=805L/s,单台泵出水流量为Q=402.8L/s。
水泵吸压水管所通过流量应按Q=402.8L/s(最大)设计,管材采用钢管。
查钢管管水力计算表取吸水管管径DN1=600mm,v1=1.75m/s,1000i=4.01m
压水管管径DN2=500mm,v2=2.01m/s,1000i=10.5m
每台泵都单独设有吸水管,并设有手动常开检修阀门,型号为D371J-10,DN=600mm,L=154mm,W=380Kg。
压水管设有多功能水泵控制阀,型号JD745X-25,DN=500mm,L=1100mm,W=120Kg,并设有联络管。
型号
进口法兰尺寸
出口法兰尺寸
Φd4
Dg1
Dn1
D1
n1-Φd1
Dg2
D02
D2
N2-Φd2
350S125B
Φ35
350
460
505
16-Φ22
350
460
505
16-Φ22
管路附件选配
名称
规格
单位
数量
备注
喇叭口
DN800×600
个
6
90°弯头
DN600
个
6
蝶阀
DN600L=154
个
D371J-10
偏心渐缩管
DN600×350
个
6
同心渐扩管
DN350×500
个
12
止回阀
DN500L=350
个
6
HD741X-10
三通
DN500×600
个
6
90°弯头
DN450
个
渐扩管
个
十字管
个
电动闸阀
DN600L=350
个
6
D941X-10
5.泵房形式的选择及机械间布置
5.1管路敷设时的要求
(1)管道不能直接埋于土中,要敷设在地沟内、地板上或地下室中。
(2)泵房出户管应敷设在冰冻线以下。
(3)泵房内管路不宜架空,必要时,要不妨碍通行及机组吊装和检修,不能架设在电气设备上方。
管路的布置主要是解决水泵联合和代换工作的问题;阀门和管路的数目问题;局部有损坏和维修时对其他水泵工作时的影响问题。
5.2管路布置的原则要求
(1)输水干管一般为两条,要设时,不影响其他水泵工作;
(2)吸水管应避免设联络管;
(3)保证任一处干管、闸阀、联络管损坏时,水泵站能将水送往用户;
(4)保证任一台水泵、闸阀检修检修闸阀;
(5)任一台水泵都能输水到任一条输水干管;
(6)在保证上述要求下、管配件、接头以及阀门数目最少。
5.3管路敷设
为便于与室外冻土层下管道平接,室内管道均设在管沟内,沟顶加0.15厚的钢筋混凝土盖板,与室内地坪齐平。
5.4机器间长度
因电动机功率较大,故机组间距取为2m,泵房主要人行道2m,配电盘前通道宽度2m,安装检修通道5m,辅助泵通道3m。
5.5机器间宽度
吸水管蝶阀距墙取1m,压水管蝶阀一侧留1.2m宽的管理道路,水泵基础与墙壁净距按水管配件安装的需要确定
6.吸水井设计
6.1设计要求
1、淹没深度h≥0.5~1.0m,否则应设水平隔板,水平隔板边长为2D或3d
2、喇叭口与井底间距离要大于0.8D,使水行进流速小于吸水管进口流速。
3、喇叭口距吸水井井壁距离要大于(0.75~1.0)D。
4、喇叭口之间的距离要大于(1.5~2.0)D。
6.2设计计算
吸水井尺寸应满足安装水泵吸水管进口喇叭口的要求:
清水池最低水位(视为吸水池最低水位)=34.5m; 吸水井最高水位=清水池最高水位=37.5m;
⑴水泵吸水管进口喇叭口大头直径D≥(1.3-1.5)d=600×1.5=900mm
⑵水泵吸水管进口喇叭口长度L≥(3.0-7.0)×(D-d) =3×(900-600)=900mm
⑶喇叭口边缘距吸水井侧壁距离≥(0.75-1.0)D =1×900=900mm
⑷喇叭口边缘之间的距离≥(1.5-2.0)D =2×900=1800mm
⑸喇叭口距吸水井底部距离≥(0.8-1.0)D =1×900=900mm
⑹喇叭口淹没水深h≥500~1000mm,根据喇叭口设置尺寸取1500mm
综合上述尺寸,并根据泵房布置和吸水口布置最终确定吸水井尺寸如下:
吸水井长度为16200mm,吸水井宽度为2700mm,吸水井深度为4800mm。
6.3各工艺标高的设计计算
泵轴安装高度HSS=HS-v2/2g-∑hs
式中HSS:
泵轴安装高度(m);
HS:
水泵吸上高度(m);
g:
重力加速度(m/s2);
∑hs:
水泵吸入管路水头损失(m)。
查得水泵吸入管路阻力系数§1=0.10(喇叭口局部阻力系数),§2=0.60(90弯头局部阻力系数),§3=0.01(阀门局部阻力系数),§4=0.18(偏心渐缩管局部阻力系数)。
经过计算并考虑长期运行后水泵性能下降和管路阻力增加等,取∑hs=1.00m,则
HSS/m=4.0-1.752/2×9.81-1.00=2.84
泵轴标高/m=吸水井最低水位+HSS=34.5+2.84=37.34m
基础顶面标高/m=泵轴标高-泵轴至基础顶面高度=37.34-0.62=36.72m
泵房地面标高/m=基础顶面标高-0.2=36.72-0.2=36.7m
7.复核水泵机组
根据已经确定的机组布置和管路情况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。
泵房内管路水头损失
∑h泵站内/m=∑hs+∑hd=1.00+0.44=1.44m
所以,水泵扬程
HI=ZC+H0+∑h+∑h泵站内+∑h安全=20+30+25.6+1.44+2=79.04,与估计扬程基本相同,选定得水泵机组合适。
8.消防校核
消防时,泵站的供水量
Q火=Qd+Qx=4584.6+178.5=4763.1m3/h=1323.08L/s
消防时,泵站的扬程
H火=ZC+H0火+∑h+∑h泵站内+∑h安全=20+10+18.9+1.44+2=52.34m
其中ZC:
地形高差;
H0火:
自由水压,H0火=10.0m(低压消防制);
∑h:
总水头损失;
∑h泵站内:
泵站内水头损失。
根据Q火和H火,在图上绘制泵站在消防时需要的水泵工况点,间图中,点在5台水泵并联曲线的下方,所以,2台水泵并联工作就能满足消防时的水量和水压要求,说明所选水泵机组能够适应城市消防灭火的要求。
9.泵站的辅助设备
9.1引水设备
启动引水设备选用水环式真空泵,真空泵的最大排气量为
QV/(m3/s)=K×{(WP+WS)×Ha}/{T×(Ha-HSS)}
=1.10×{(0.25+8.33)×10.33}/{300×(10.33-2.84)}
=0.04
式中QV:
真空泵的最大排气量;
K:
漏气系数(1.05-1.10);
WP:
最大一台水泵泵壳内空气容积;
WS:
吸水管中空气容积;
Ha:
105Pa下的水柱高度,一般采用10.33m;
T:
水泵引水时间,一般采用5min,消防水泵去3min;
HSS:
离心泵的安装高度。
真空泵的最大真空度
HVmax/Pa=HSS×1.01×105/10.33=2.98×1.01×105/10.33=29136.5
式中HVmax:
真空泵的最大真空度
HSS:
离心泵的安装高度。
选取SZB-8型水环式真空泵两台,一用一备,布置在泵房靠墙边处。
9.2计量设备
在压水管上设超声波流量计,选取SP-1型超声波流量计2台,安装在泵房外输水干管上,距离泵房7m。
在压水管上设压力表,型号为Y-60Z,测量范围为0.0-0.1MPa。
在吸水管上设真空表,型号为Z-60Z,测量范围为-1.01×105-0Pa。
9.3起重设备
JSQ1410-4电机重3550Kg,选取LH型电动葫芦双梁式起重机,起重量为5吨,跨度16.5米,起升高度6米。
LH型电动葫芦双梁式起重机外形尺寸
B
BQ
BX
H
H1
H2
HS
S1
S2
3696
3000
1100
1200
414
2040
168
976
975
9.4排水设备
设污水泵2台,一用一备,设集水坑一个,容积(m3)取2.0×1.5×1.5=4.5。
选取50WQ10-10-0.75型潜水排污泵,其参数为
Q=10L/s;H=10m;n=1440r/min;N=4.0kW。
10.泵站平面布置
根据泵站布置原则,考虑到维修方便,巡视交通顺畅,将泵站总图布置的尽可能经济合理、美观适用,最终送水泵站工艺布置如图。
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