郑州大学泵站课程设计说明书资料

题目：某取水泵站工艺设计

学生姓名

指导教师 班 级 专 业 学 院

年 12 月

1

2015

目 录

摘要

1 前言 ··················································· （1）

1.1 设计任务 ·········································· （1） 1.2 基本设计资料 ······································ （1）

2 送水泵站工艺设计 ······································· （1）

2.1工程总体布置及主要设计参数 ·························· （1） 2.2 泵站设计参数 ······································ （2） 2.3 泵站设计扬程估算 ·································· （2） 2.4 初步选泵和电机 ···································· （3） 2.5 水泵机组的布置 ···································· （3） 2.6 吸水井的设计 ······································ （4） 2.7 管路设计与水泵校核 ································· （4）

2.8 水泵安装高程的确定 ································· （7） 2.9 辅助设备选择与布置 ································· （7） 2.10 泵房建筑高度的确定 ································ （9） 2.11 泵房平面尺寸的确定 ································ （9）

3 结论 ····································· （9） 参考文献 ··············································· （10）

附图 泵站工艺平面图和剖面图

2

泵站课程设计说明书

1 摘要

本设计完成了供水工程的取水泵站工艺设计，日供水能力为20000m3/d，安全可靠地满足了某企业生产用水量需求，包括以下几方面内容：

首先确定该泵站的设计规模，之后进行工程总体布置，水泵选型布置，管路设计，辅助设备选型布置，泵房类型选择，以及泵房平面设计和剖面设计。

关键词：泵站 水泵 工艺 2.1 前言

1） 设计任务

根据河流水资源的状况，经取水水源地方案论证，企业水厂从河流取水，本设计完成的是水厂取水泵站工艺设计。 2） 基本设计资料

（1）某企业拟建自用水厂一座，日供水能力20000m3/d。水源采用地表水，水源地位于企业西部。

（2）自然条件

地形描述：自主河槽到岸边，地形变台阶，详见河流取水段地形图。地震烈度6度。地表水属三类水，符合企业用水水源条件。河床最高洪水位为111.8米，

（3）初步规划部分结果

为减少水厂泥沙处理费用，降低工程造价，工程规划在河床中布置两眼大口井，每眼井供水10000m3/d，水井静水位107.8米，设计动水位104.8米。

两眼井距离泵房的吸水管路长度均为200米，有喇叭口，弯头，闸阀，渐缩管等管件。局部阻力系数分别为0.1，0.6，0.07，0.2。

净水厂混合池设计水位124.8米，泵房到净水厂的压水管路长3500米，压水管路局部水力损失按沿程损失的10％计。

2.2 工程总体布置及主要设计参数

本工程河床较宽，采用河床式泵站，为减少水厂泥沙处理费用，降低工程造价，在主河槽附近布置两眼大口井（兼作吸水井），通过引（吸）水管道将主河槽水引至泵房水泵，在泵房东南侧布置进场道路（引桥），在引桥下方设1.2m宽台阶，在泵房周围和进场道路两侧河床用干砌石加固，厚0.4米。

泵站应设置泵房间、配电间、值班室和检修间（见附图）。该取水泵房为半地下式矩形泵房。

3

泵站级别根据《泵站设计规范》参照泵站设计参数确定，泵房建筑物级别划分。

2.3 泵站主要设计参数

（1）防洪标准

泵房建筑物根据级别查《泵站设计规范》河床最高洪水位为111.8m （2）设计水位

净水厂混合池设计水位124.8米，水源设计最低水位104.8米，校核洪水位111.80m。

（3）泵站设计流量

由设计资料可知，水厂供水规模为20000m/d，根据泵站供水方式，确定泵站设计流量Q。Q=1.05×20000÷24=875 m3/d=0.243 m3/s

3

2.4 泵站设计扬程估算

泵站设计扬程为

H＝HST＋∑hev （1） ＝20+2.5+50.742 m＝73.242 m

式中， HST—进水池最低水位与水厂混合池设计水位高差（mH2O）

HST＝124.800－104.800＝20.000mH2O。

∑h—为管路中的总水头损失（mH2O），包括沿程水头损失

和局部水头损失。

输水干管沿程水头损失可按比阻法计算，局部水头损失计算按沿程水头损失10％计。

输水干管通过的设计流量为0.238m³/d，根据经济设计流速v2＝1.5～2.5 m/s，使用球墨铸铁管，取管径DN400,则输水干管流速v5＝1.4 m/s，查手册比阻A＝0.2232 m³/d。 压水管路水头损失∑hd＝1.1kALQ2

＝1.1×1×0.2232×3500×0.243^2＝50.742m

4

吸水管路与泵房内管路水头损失估算为2.5m. 泵站装置需要扬程H＝20＋2.5+50.742＝73.242 m。

2.5 初步选泵

选泵的主要依据是泵站设计扬程H=73.242和泵站设计流量Q=0.243 m3/s。单泵设计流量Q=0.119根据选泵原则和选泵步骤，淘汰明显不合理的选泵方案，符合选泵原则要求的水泵见表1.

表 1 初选水泵性能列表

泵的 型号 流 量 扬程 转 数 轴功率 电机 效 率 允许吸 叶 轮 重量 0.100 0.170 0.095 10Sh-6A 0.130 0.150

根据表1，列举出以下选泵方案：

（1）方案一为：选用2台10Sh-6，备用1台10Sh-6，总计3台。 （2）方案二为：选用2台10Sh-6A，备用1台10Sh-6A，总计3台。 方案一水泵组合流量和扬程满足要求。

初选电机：根据10Sh-6型水泵的要求，选用配套三相交流异步电动机。 查电机型号表，选择电机为

表2电机性能参数表 型号 额定功率 转速 重量 JR115-4

135KW 1500r/min 1180kg 71 1470 56 61 54 50 1470 （kw） 功率 99.4 112.6 135 126 83 91.8 135 101 η 70 76.5 74 70 75 73 上真空 直 径 6 5.5 4.5 6.5 6 5.0 430 588 460 598 （m3/s） （m） （r/min） 10Sh-6 0.135 65.1 （kw） （%） 高度（m） （mm） （kg） 2.6 水泵机组的布置与基础

（1）本设计采用的是3台Sh系列单级双吸卧式离心泵，因此机组布置采用横向排

列方式。

（2）机组基础采用混凝土基础，混凝土容重γ＝23520N/m3,机组的基础深度计

算公式为

H＝

3.0W （2）

LBγ5

式中，W—机组总重量（N），

L—基础长度（m），

B—基础宽度（m），

γ—基础所用材料的容重（N/m3）。

（3）查给水排水设计手册，得到10Sh-6型水泵机组的基础平面尺寸为2800mm

×800mm，机组总重量为1778kg，为1778×9.8=17424.4N则根据公式（2）计算出其基础深度为

3.0WH＝ ＝ 3.0×17424.4÷（2.8×0.8×23520）=0.992m

LBγ

2.7 吸水井的设计

根据资料给出的初步设计结果：

根据场地条件，为降低造价，泵站的吸水井采用受力条件好的半地下式圆形吸水井两个，为避免泥沙进入吸水井中，降低泥沙处理费，设计成大口井，各有1根吸水管路至于井中，吸水井设计动水位为104.8m，池顶高程为108.0m。

吸水井口径为3m，深度7m，有效容积为28m3。两眼大口井相距120米。

2.8管路设计

由于钢管的强度高，接口可焊接，因此吸水管路和出水管（泵房内）均采用1 管线的布置

每台水泵均有单独的吸水管，伸入大口井中。水泵吸水管上设有普通平板式阀门。输水干管设检修阀门井，布置在泵房外3m左右位置，为普通平板式阀门三条水泵出水管路在距离泵房后墙1.095m处两两连接后，与DN400的输水干管相连。水泵出水管上设有对夹式蜗杆传动蝶阀（D371XP－10）对夹式液动蝶阀（D771X－10）和逆止阀。管线详细布置见附图。

2 管路流速计算

v＝4Q （3） D2壁厚为9mm的钢管，压水管根据管道压力采用的是球墨铸铁管。

式中，Q—管路通过的设计流量（m3/s），D—管径（m） （1） 吸水管路的流速计算

吸水管路两条，单泵设计供水流量为0.119m³/s根据适宜设计流速v1＝1.05～1.5 m/s，经计算采用D1＝350mm，根据式（3）v1=4×0.119÷3.14÷0.35^2=1.237 m/s。

6

（2） 喇叭口的管径确定及流速计算

按照泵站设计规范要求，吸水管的喇叭口管径D≥1.25D1 D=437.5所以取D＝450mm，则根据公式（3）v5=4×0.119÷3.14÷0.4375^2= 0.792 m/s，符合泵站设计要求。

（3） 泵进口及出口流速计算

水泵进口直径D3＝250mm，则根据公式（3）计算得泵进口流速v3＝4×0.119÷3.14÷0.25^2=2.425 m/s；水泵出口管径D4＝150mm，则根据公式（3）计算得泵出口流速v4＝4×0.119÷3.14÷0.15^2=6.737 m/s。

（4） 水泵出水支管的流速计算

出水管路两条，根据经济设计流速v2＝1.5～2.5 m/s，经计算采用D2＝300mm。根据式（3）计算其经济流速v2＝4×0.119÷3.14÷0.3^2=1.684 m/s。

3 吸水管路和压水管路中水头损失的计算

管路沿程水头损失根据设计资料可按比阻法计算，对于钢管，计算公式如下:

∑hf=∑Ak1k2LQ2 （4）

式中，k1—钢管壁厚不等于10mm时的修正系数，对于本次设计k1＝1

k3—管中平均流速小于1.2m/s的修正系数 A—比阻值

管路局部水头损失计算公式如下：

v2 ∑hm＝∑ζ

2g式中，ζ—局部水头损失系数

（5）

管路总水头损失∑hs＝∑hf＋∑hm。

（1） 吸水管路水头损失的计算

取12Sh-6型水泵吸水喇叭口至泵房外墙为最不利计算路线。 A. 沿程水头损失计算

管径350mm，钢管查《手册》可知：A＝0.4078 ，k1＝1，k3＝1 吸水管路管长为200m，则根据公式（4）计算得 ∑hfs＝0.4078×1×1×200×0.119^2＝1.155m B. 局部水头损失计算

查《手册》知：喇叭口局部阻力系数ζ1＝0.1，90°弯头ζ2＝0.5，120°弯头ζ3＝0.4，普通平板式阀门ζ4＝0.07，偏心渐缩管DN350×250的局部阻力系数ζ5＝0.2。 则根据公式（5）计算得

vv∑hms＝（ζ1＋ζ2＋ζ3＋ζ4）1 ＋ζ3 3 ＝（0.1＋0.5＋0.4＋0.07）

2g2g7

22×1.237^2/(2×9.81)＋0.2×2.425^2/(2×9.81)＝0.143m 所以，吸水管路水头损失∑hs＝1.155＋0.143＝1.298m （2） 压水管路水头损失的计算 A. 泵房内沿程水头损失计算

查给水排水设计手册可知，k1＝1 ，k 2＝1；对于DN=300，A1＝0.9392 压水管路DN300管长为4m，因此根据公式（4）可得： ∑hfd＝0.9392×4×0.119^2＝0.053m B. 泵房内局部水头损失计算

查《手册》可知：同心渐扩管DN150×300的局部阻力系数ζ6＝0.05，缓闭逆止阀ζ7＝0.8，DN300对夹式蜗杆传动蝶阀的局部阻力系数ζ8＝0.15，对夹式液动蝶阀ζ9＝0.15，DN300钢制90°弯头的局部阻力系数ζ10＝ 0.78，DN300×400钢制三通的局部阻力系数ζ11＝1.86。 则根据公式（2.5）计算得

2vv∑hmd＝ζ ＋（ζ7＋ζ8＋ζ9＋ζ10＋ζ11）2

2g2g＝0.05×6.737^2/2/9.81＋（0.8＋0.15＋0.15＋0.78＋1.86）×1.684^2/2/9.81＝0.656m 4泵站设计扬程

管路总水头损失∑h＝1.298＋0.053＋0.656＋50.742＝52.749m。 泵站设计装置需要扬程H＝20＋52.749＝72.749m。

5水泵工况校核和水泵选型校核

整个管路系统为连个同型号泵并联向水池供水，对汇合前的单条管道，有：

∑h=SQ² （6） ∑h由上计算已得为

∑h＝∑hs +∑hfd +∑hmd =1.298＋0.053＋0.656=2.007m

2设计单条吸水管的流量Q=0.119m³/s,将∑h、Q代入（6）得汇合前单条进水管

道阻抗S单141.73m6/s2

输水管阻抗：

S输6m1.1KAL1.110.22323500859.32s2

由上得整个管路的管路特性方程为

HHST(

S单4S输）Q2204.7525Q2

8

2.9 水泵安装高程的确定

吸水井设计动水位（最低）104.8先修正HS为 H1S，

H1S＝HS－（10.33－10.2）＝5.37

米，水温

20℃，

v12 HSS＝ HS－ －h （8）

2g1

▽安＝▽低＋HSS

吸水井最低动水位104.800m，水温20℃，先修正HS为 H1S，根据以上校核时所算实际流量，由表1插值得

HS＝5.676m

则由此计算安装高度：

H1S＝HS－（10.33－10.2）＝5.546m

v12HSS＝ HS－ －h

2g1

＝ 5.546－1.237^2/(2×9.81)－1.298＝4.17m ▽安＝▽低＋HSS ＝104.8 ＋4.17＝108.97m

2.10 辅助设备的选择与布置

（1）起重设备

查给水排水设计手册得到，JR115－4型交流异步电动机重量为1180kg，10Sh-6型水泵重量为598kg。因此，最大起重量为1778kg。 泵房底板标高=▽安-0.450-0.3=107.925m 上层楼板标高=111.800+1=112.800m

最大起吊高度H＝112.800－107.925＋1.5＋0.3＋1＝7.675m

因此，本设计采用的电动单轨葫芦型号为CD13－9D（起重量3t，起升高度9m，自重340kg）。

(2)排水设备

泵房吸水管路一侧沿壁边设置排水槽，尺寸为21000mm×300mm×50mm，泵房底板以坡度0.1％向排水槽倾斜，水流汇集到集水井后由排水泵排出至道路雨水口，集水井尺寸为500mm×500mm×100mm。

由于泵房较深，故采用电动排水泵排水。泵房排水量按20～40m3/h考虑，排水泵静扬程按17.5m计，水头损失大约5m，故排水泵的扬程估算为17.5＋5＝22.5m，因此可选用IS65－50－160A型离心泵两台，一台工作，一台备用，配套电机为Y100L－2。

9

IS65－50－160A型离心泵是根据国际标准ISO02858规定的性能和尺寸设计的，其优点是检修方便。排水泵性能表如下：

表4 排水泵性能列表 流量扬程 转速功率 电机功率效率型号 电机型号 （kw） （kw） （%） （m3/h） （m） （r/min） IS65－50－160A 30 22 28 11 24 22 2900 3 Y100L－2 4 63% (3) 通风设备 由于泵房为半地下式，所以需要专用的通风设备进行冷却，选用轴流通风机进行通风换气。30K4－11型轴流通风机属低压通风机，具有结构简单、噪音较小等优点，适用于厂房、仓库、办公室等。

本次设计选用2台30K4－11型轴流通风机，根据泵房窗户尺寸选用其中的8号风机，其性能表如下：

表5 轴流风机性能列表 风机型号 8 叶轮直风量 电机功叶片转数 叶片空气效理论 电机 径 率 数 （r/min） 角度 （m3/h）率（%） 功率（kw） 型号 （mm） （kw） 800 6 1450 25 27400 63 5.0 JO－51 5.5 (4) 计量设备 为了有效地调度泵站的工作，并进行经济核算，泵站内必须设置计量设施。本设计采用LWCB型插入式涡轮流量计（DN400）。该流量计具有水头损失小、节能、易于远传、显示以及可不断流即可在管道上安装和拆卸等优点，因此可以将其直接安装在管道中，而无须安装旁通管道。

(5) 水环式真空泵

真空泵台数为1台，型号选择如下： 真空泵用于离心泵引水时，选泵依据主要根据泵和吸水管所需的抽气量和振动值的大小而定。

抽气量按下式计算：

QvKVPVS （2.7） TQv—真空泵抽气量（m³/min） K-漏气系数，取1.05

VP-泵站内最大泵泵壳容积，相当于泵吸水口面积乘以水泵进口至泵出口压

水管第一个阀门距离，此处距离取1m.

VS-吸水管内容积

T-引水时间，取5min

计算得：VP10.12520.049m3

10

表6 不同管径每米管长空气容积 D（mm） V（m3/m） 200 0.031 250 0.071 300 0.092 350 0.096 400 0.12 VS2000.09218.400m3；T=5min

以上数据代入（2.7）得：QV=3.874m3/min 最大真空值HVHSS3973292mmHg 13.613.6根据以上计算，查《手册》可选择水环式真空泵为SZ-3型水环式真空泵，配套电机型号为JO2-41-4。

2.11 泵房建筑高度的确定

根据水泵安装高程和泵轴离泵底座的距离以及泵基础高出泵房地下室地面0.2m，可计算得泵房地下室地面标高为108.97-0.450-0.3=107.925m进水管中心标高108.97－0.21＝108.76m

出水管中心标高108.97－0.300＝108.67m 上层楼板走道标高比洪水位高1.0m，则为112.800m，又根据走道以上厂房建筑高度，以及起重设备和起吊高度、采光及通风的要求，

推算泵房屋顶大梁下缘高程为118.800m，因此计算出泵房净高为6m。详细尺寸见附图。

2.12 泵房平面尺寸的确定

根据水泵机组、吸水管路与压水管路的布置条件以及排水泵等相关辅助设备的布置情况，从给水排水设计手册中查出有关设备和管道配件的尺寸，通过计算得泵房平面尺寸为17.5m×6.9m。

控制室及配电室

根据泵房平面布置，控制室尺寸为2 m×3 m。其具体布置位置见附图。 巡视走道

平面尺寸为14m×1.05m，通往地下室的楼梯投影平面尺寸宽为0.8m。其具体布置位置见附图。

详细尺寸见附图。

3 结论

由于设计经验有限，且时间较短，因此，本设计存在了许多不足之处，需要进一步的改进。本设计完成了20000m3/d供水规模的某企业水厂取水泵站工艺

11

设计，为下一步的其它工种设计和施工图设计做好了准备。

水泵选型缺乏优化，泵房布置仍有不合理之处。有待在今后的学习和工作中不断学习，在具体实践中进一步修改完善。

参考资料

[1] 室外给水设计规范．GB 50013-2006(2006年版)．北京：中国计划出版社．2006年4月

[2] 泵站设计规范．GB 50265-2010．北京：中国计划出版社．2011年2月 [3] 严煦世 范谨初. 给水工程[第四版].北京：中国建筑工业出版社.1999年6月

2015.01

给排水科学与工程教研室

12