泵与泵站课程设计计算说明书

一、设计说明书

1.工程概况

某自来水厂最高日用水量为53000 m3/d，水厂反应沉淀池前的配水井标高为25.00米，水源最低水位标高为11.50米，年常水位标高为13.90米，最高水位标高为16.82米，取水泵站吸水管长1.5米，压水管长32米，试设计该取水泵站。

2.设计基本资料

（1）近期设计水量53000m3/d；

（2）水源最低水位标高为11.50m，最高水位标高为16.82m，年常水位标高为13.90m，泵站到净化厂的输水干管全长1200米；

（3）水厂反应沉淀池前的配水井水位标高为25.00m，取水泵站吸水管长1.5m，压水管长32m；

（4）水厂为双电源进行；

（5）原水厂水质符合饮用水规定。河边无冰冻现象，根据河岸地质地形以决定采用固定式泵房由吸水井中抽水，吸水井采用自流管从取水头部取水；

（6）该地区地质气候资料：该地区地质条件较好，土耐力一般较高，除个别软土层低于10t/m2外，一般在15-20t/m2之间。地下水含量丰富，工程地质性质良好，有利于城市建设和发展。地震设防烈度为6度。

（7）该地区的气候特征：其气候特征冬冷夏热，四季分明，光照充足，热能丰富，雨量充沛。年平均气温17℃。最热月（7月）平均38.2 ℃，最冷月（1月）平均-2.9℃。无霜期年平均234天，年平均降水量1282.6

毫米，年平均降水日102天左右，境内夏季东南风，冬季多为东北风，年平均风速为每秒1.87米。

二、总述

取水泵站在水厂中也称一级泵站.在地面水水源中,取水泵站一般由吸水井、泵房及闸阀井三部分组成。取水泵站由于它靠江临水的确良特点，所以河道的水文、水运、地质以及航道的变化等都会影响到取水泵上本身的埋深、结构形式以及工程造价等。其从水源中吸进所需处理的水量,经泵站输送到水处理工艺流程进行净化处理。本次课程设计仅以取水泵房为例进行设计，设计中通过粗估流量以及扬程的方法粗略的选取水泵；作水泵并联工况点判断各水泵是否在各自的高效段工作，以此来评估经济合理性以及各泵的利用情况。取水泵房布置采用圆形钢筋混凝土结构，以此节约用地，根据布置原则确定各尺寸间距及长度，选取吸水管路和压水管路的管路配件，各辅助设备之后，绘制得取水泵站平面图及取水泵站立体剖面图各一张。设计取水泵房时，在土建结构方面应考虑到河岸的稳定性，在泵房的抗浮、抗裂、抗倾覆、防滑波等方面均应有周详的计算。在施工过程中，应考虑到争取在河道枯水位时施工，要抢季节，要有比较周全的施工组织计划。在泵房投产后，在运行管理方面必须很好地使用通风、采光、起重、排水以及水锤防护等设施。

三、计算说明书

1.水泵设计流量及扬程

（1)设计流量Q

考虑到输水干管漏损和净化厂本身用水，取自用系数α=1.05。近期设计流量Q=1.05×53000／24=2318.75 m3/s=0.6441 m3/s。

（2)设计扬程H

1）泵所需静扬程H ST

通过取水部分的计算已知在最不利的情况下（即一条自流管检修，另一条自流管通过75%的设计流量时时），从取水头部到泵房吸水间的全部水头损失为0.81，则吸水间中最高水位标高为16.82-0.81=16.01m，最低水位标高为11.50-0.81=10.69m，所以泵所需的扬程H ST为：

最低水位时: H ST=25.00-10.69=14.31 m

最高水位时： H ST=25.00-16.01=8.99 m

2）输水干管中的水头损失

设采用两条DN=700mm的钢管，当一条输水管检修时，另一条输水管应通过75%的设计流量，即Q=0.6441×0.75=0.4831 m3/s ，查水力计算表得管内流速V=1.255m/s，i=0.002675，所以 h=1.1×0.002675×1200=3.531m

3）泵站内管路中的水头损失h p

粗估 2 m

最低水位时： H max=14.31+3.531+2+2=21.841m

最高水位时： H max=8.99+3.531+2+2=16.521m

2.水泵机组选择

根据《给水排水常用设备手册》P10图1-3sh（s）型泵型谱图，选出三台20sh-19A（Q=0.36-0.56m3/s，H=23-14m，n=970rpm，N=132KW，W P=2000Kg）型泵。

根据20sh-19A型泵的要求选用Y315M3-6三相异步电动机（N=132KW，n=970rpm，W m1120Kg）。两台工作，一台备用。

3.机组基础尺寸的确定

查泵与电机样本，计算出20sh-19A 型泵机组平面尺寸为2843mm ×1380m ，机组总重量W=W P + W m =20000+11200=31200N 。

基础深度H 按下式计算： H=

r

B L W

??0.3

式中 L ——基础长度，L=3.3m B ——基础宽度，B=1.75m

r=基础所用材料的容量，对于混凝土基础，r=23520N/m 3

故：H=

r

B L W ??0.3=2352075.13.331200

0.3???=0.689m 水泥基座深度连同泵房底板在内，应为1.889m 。

20sh-19A

4.吸、压水管的设计

每台泵有单独的吸水管与压水管

（1）吸水管

已知 Q 1=

2

6441

.0=0.32205m 3/s 采用DN500的钢管，则v=1.58m/s ，i=6.45×10-3。 （2）压水管

采用DN500的钢管，则v=1.58m/s ，i=6.45×10-3。

5.机组与管道布置 （1）基础布置

基础布置情况见取水泵站祥图。 泵机组布置原则：在不妨碍操作和维修的需要下，尽量减少泵房 建筑面积的大小，以节约成本。

（2）机组的排列方式

采用机组横向排列方式，这种布置的优点是：布置紧凑，泵房跨

度小，适用于双吸式泵，不仅管路布置简单，且水力条件好。同时因各机组轴线在同一直线上，便于选择起重设备。

本取水泵房采用圆形钢筋混凝土结构，此类泵房平面面积相对较 小，可以减少工程造价。每台泵有单独的吸水管、压水管引出泵房后连接起来。泵出水管上设有液压蝶阀（（c ）HDZs41X-10）和手动蝶阀（D 2241X-10），吸水管上设手动闸板闸阀（Z545T-6）。为了减少泵房建设面积，闸阀切换井设在泵房外面，两条DN700的输水干管用每条输水管上各设有切换用的蝶阀（GD371 Xp-1）一个。

6.吸水管路和压水管路中水头损失的计算

取一条最不利线路，从吸水口到输水干管上切换闸阀为止为计算线路图

（1）吸水管路中水头损失∑h s ∑h s =∑h fs +∑h ls

∑h fs =l 1*i s =1.5×6.45×10-3=0.009675m ∑h ls = (ζ1+ζ2) *v 22/2g ＋ζ3*v 12/2g)

式中, ζ1-吸水管进口局部阴力系数， ζ1=0.75；

ζ2-DN500 闸阀局部阻力系数,按开户度a/d=2/8考虑,ζ2=0.26；

ζ3-偏心渐缩管DN500×300, ζ3=0.19；

则 ∑h ls =(0.75＋0.26)×1.582/2g ＋0.19×1.582/2g=0.1528m 故 ∑h s =∑h fs ＋∑h ls =0.009675+0.1528=0.1625m

（2）压水管路水头损失∑h d ∑h d =∑h fd ＋∑h ld

∑h fd =(l 2＋l 3＋l 4＋l 5＋l 6)×i d1＋l 7×i d2

DN=500

L1=1250

DN=500 L2=8000

DN=500 L3=5000

DN=500

L4=10000

DN=500 L5=7000

DN=700

L7=2000

=(8.0+5.0+7.0+10.0+2.0)×6.45×10-3+1.8×

6.45×10-3=0.21801m

∑h ld=ζ4×v32/2g＋(2ζ5＋ζ6＋ζ7＋ζ8＋2ζ9＋

ζ10)v42/2g＋(ζ11＋ζ12＋ζ13)v52/2g

= 0.25×2.912/2g＋(2×0.51＋0.315＋0.21＋0.15

＋2×1.01＋0.18) 1.582/2g＋(0.5＋1.5＋0.15)×1.862/2g

=0.9836m

式中ζ4-DN300×500渐放管，ζ4=0.25

ζ5-DN500钢制450弯头, ζ5=0.51

ζ6-DN700液控蝶阀, ζ6=0.315

ζ7-DN700伸缩接头, ζ7=0.21

ζ8-DN700手动蝶阀, ζ8=0.15

ζ9-DN700钢制弯头, ζ9=1.01

ζ10-DN500×600渐放管, ζ10=0.18

ζ11-DN1400钢制斜三通, ζ11=0.5

ζ12-DN1400钢制正三通, ζ12=1.5

ζ13-DN1400蝶阀, ζ13=0.15

故∑h d=∑h ld＋∑h fd=0.136095+0.9836=1.12 m

从水泵吸水口到输水干管上切换闸阀间的全部水头损失为:∑h=∑h d＋∑h s=0.21801+1.12=1.33801m。

因此,水泵的实际扬程为:

设计枯水位时,H max=14.31＋3.531＋1.33801+2=21.17901m

设计洪水位时,H min=8.99＋3.531＋1.33801+2=15.859m

由此可见，出选的水泵机组符合要求。

7.泵安装高度的确定和泵房筒体高度的计算

为了便于用沉井法施工将泵房机器间底板放在与吸水间底板同一

标高，因而水泵为自灌式工作，所以水泵的安装高度小于其允许吸上真空高度无须计算。

已知吸水间最低动水位标高为10.69m,为保证吸水管的正常吸

水，取吸水管的中心标高为8.69m。（吸水管上缘的淹没深度为10.69—8.69—D/2=1.750m）。取吸水管下缘距吸水间底板0.70m,则吸水间底版标高为8.69-0.50/2-0.70=7.74m。

洪水位标高为16.82，考虑1.0m的浪高，则操作平台标高为

17.82m。

故泵房筒体高度为：H=17.82-8.69=9.13m

8.附属设备的选择

（1）起重设备

最大起重量为JR-116-4型电机重量W m=1250kg，最大起吊高

度为9.13+2=11.13m(其中2m是考虑操作平台上汽车的高度。为此，选用CD1电动葫芦即可满足要求，起吊高度24m。

（2）引水设备

水泵系自灌工作，不需引水设备。

（3）排水设备

由于泵房较深，故采用电动水泵排水。沿泵房内壁设排水沟，

将水汇集到集水坑内，然后用泵抽回到吸水间去。

取水泵房的排水量一般按20～40m3/h考虑，排水泵的静扬程

按17.82-8.69=9.13m计，水头损失大约5m，故总扬程在9.13+5=14.13左，

可选用XA32/13B型离心泵（Q=15.5m3/h,H=14.7m,N=1.07kW,n=2900/min）2台，一台工作，一台备用，配套电机为Y90S-2型电机（N=1.5Kw,380V）。

（4）通风设备

由于与水泵配套的电机为水冷式，无需专用通风设备进行空-

空冷却，但由于泵房筒体较深，仍选用风机进行换气通风。选用两台C400-1.5型轴流风机(转速2960r/min,风量400m3/min,风压50Pa，配套电机Y400-4,N=500kW，6Kw)。

（5）计量设备

在净化场的送水泵让内安装电磁流量计统一计量，故本泵让内不

再设计量设备。

9.泵房建筑高度的确定

泵房筒体高度为9.13,操作平台以上的建筑高度，根据起重设备

及起吊高度、电梯井机房的高度、采光及通风的要求，吊车梁底板到操作平台楼板的距离为4.13m,从平台楼板到房顶底板净高为5m。

10.泵房平面尺寸的确定

根据水泵机组、吸水与压水管道的布置条件以及排水泵机组和通

风机等附属设备的设置情况，从给水排水设计手册中查出有关设备和管道配件的尺寸，能过计算，求得泵房内径为16m。

四、参考资料

1、《泵与泵站》，姜乃昌主编，(第五版), 中国建筑工业出版社；

2、《给水排水设计手册》第1、

3、5、9、11册；

3、《泵站设计规范》GB/T 50265—97；

4、给水排水国家标准图集》（S1、S2等）；

5、给水排水工程专业毕业设计指南》，李亚峰主编，化学工业出版社；

6、《水泵及泵站设计计算》李亚峰等编。