泵站典型设计

泵站典型设计（灌溉工程）

2011-07-29 16:48:39

泵站典型设计（灌溉工程）

一、正常取水位的确定

通过AA县水利局多年观测数据，泉点最枯水位不低于1520m左右，因此取水位定在1520m。

二、泵站型式选择

由于杨箐泉水出露于岩溶低洼地，汛期水位涨幅达1.5m，提水不需考虑泵站防洪问题。由于泵站附近内地势较平坦，泵站采用离心泵提水，修建地面式砖混结构泵房，有效利用泵站现有的良好交通、电力、通讯等有利条件。

三、泵站水力机械

根据灌区需水量计算，换算成泵站16h提水流量为80.49m3/h，考虑烟区灌溉时间短，利用率较低，拟选择安装两台泵（一用一备）。扬程确定：

1、取水高程1520.0m，高位水池底板高程1605.0m,即实际扬程85m.

2、上水管长370m，进水管6m，经计算水头损失为4.95m、0.91m。

由实际扬程+水头损失得出总扬程为85+0.91+4.95=91.86m.

水泵的选择

泵站设计流量Q=80.49m3/h，安装两台多级单吸分段式离心泵，单台设计流量Q=80.49m3/h。

设计净扬程为：实际扬程85m+水头损失5.86m+余量3m=93.86m。

水泵参数如下表：

型号流量Q 转速n(r/min) 扬程H(m) 效率η(%) 功率N(kw) 气蚀余量(NPSH)r

m3/h L/s 轴功率电动机功率

JGGC100 72-20×5 72 20 1480 108 65 32.4 45 2.5

100 27.8 100 72 37.8 3

126 35 85 70 41.7 `4

当扬程为93.86m时，流量为80.49m3/h，效率72.4%，可见泵在高效区运行。

四、水泵安装高程的确定

JGGC 100-20×5型水泵必需汽蚀余量△hc为2.5~4.0m，为了泵的安全运行，根据机械工业部部颁标准JB1040-67规定，对一般清水泵的临界气蚀余量基础上再加上0.3m的安全余量，即[△h]=△hc+0.3 =2.8~4.3m。

允许吸上真空高度：

式中：

pa/γ——吸水面上的实际压头，8.96m；

pv/γ——抽水实际温度下的汽化压头，0.24m；

Δh——允许气蚀余量，3m；

hg——进水管的水头损失，0.86m；

经计算，所选择水泵的允许吸上真空高度为3.86m，根据实际地形情况，选定泵房地面高程为1521.50m，水泵安装高程为1521.72m，安装高程与吸水池高差1521.72－1520=1.72m <[Hs] =2.8~4.3m，满足吸上高度要求，因此泵站安装高程定为1521.72m。

五、水锤压力计算

水锤压力计算采用帕马金曲线简化图计算停泵水锤，校核管道强度。

首先计算出横坐标值和参数2ρ，其中；；

式中：N0为水泵设计功率，单位kW；GD2为水泵和电机的飞轮惯量之和，单位N.m2；n0为水泵设计转速，单位r/min；V0为压力钢管流速，单位m/s；H0为工作扬程，单位m；a为均质圆形管（e/d<1/20）水击波传播速度，单位m/s；d为管径，单位mm；e为管壁厚度，单位mm；K为水的体积弹性模数，K=2.06×109pa;；E为管材纵向弹性模数E=9.81×1010，α=K/E=0.02。

带入数值： =1171.4m/s，

查帕马金曲线得出口下降压头83%×H0=83%×94.5=78.5m，管道中点压力下降55%×H0=55%×94.5=52.0m，管道中点上升压头

21.5%×94.5=20.3m，水泵出口上升压头37%×94.5=35.0m，水泵最大反转速度143%n0，水泵最大反转速度的时间秒，水泵开始倒流的时间秒。

检验管道出口及中点是否发生水柱分离现象：管道出口△h最大=83%< ，此处不会发生水柱分离。管道中点△h最大=55%< ，此处不会发生水柱分离。

配套电动机为异步电动机，电动机的最大允许转速为1.25 n0，在1.25 n0情况下允许历时2min，但由于水泵最大反转转速为1.43 n0，在停泵后1.57s即达到最大反转速度，因此应在出水管道设缓闭式逆止阀，同时安装弹簧全启封闭式安全阀，公称压力1.6Mpa。

六、主接线方案

本工程可从杨箐水源附近就近接电，附近有10KV高压线路到达，泵站输电线路共长约1.0km，泵站主接线方案采用主变压器经过跌落式熔断器及隔离开关与电网相连接，隔离开关除作为检修时隔离电源的设备外，还用来接通、断开空载变压器。变压器二次侧经由自动空气开关与控制柜母线排相连接。

七、变压器容量选择

根据《泵站设计规范》，变压器容量可按下式计算：Sb≥1.05×0.8×(K1ped/ncosφ+ K2ped/ncosφ),式中K1、K2为同时系数；ped为电机功率，单位KW；n为电动机效率；cosφ为电动机功率因数，根据公式Sb≥1.05×0.8×(K1ped/ncosφ+K2ped/ncosφ)进行计算。考虑到照明用电以及控制柜用电，选择满足泵站要求的变压器。

可得泵站Sb＝57.9KVA选配63KVA的变压器一台，架设10KV输电线路1.0km。主要用电负荷为：水泵45kw，其它用电5.0kw，总用电负荷为50kw。

八、提水管道设计

提水管道从杨泉泉水水源直接提水到高位水池，净扬程为85m，管材采用钢管。

1、进水管计算

（1）管道直径采用公式：计算。

式中：Q——泵的设计流量（m3/s），取Q=0.0224m3/s（单机）

ν——输水管设计流速（m/s），规范规定ν=1.5～2m/s，取1.5 m/s

经计算，输水管径D=0.138m，根据《实用五金手册》的热轧无缝钢管选择DN146，δ=6mm，经计算管道的过水流速为1.59m/s。

（2）水头损失计算

输水管道水头损失根据《水力学计算手册》进行计算，钢管的沿程水头损失hf宜按下列公式计算：

式中：L—钢管的长度； 6m

D—钢管的内径，0.146-0.006×2=0.134m

n—钢管管材的糙率 0.011

ζi—局部水头损失系数之和；

经计算，进水管管道沿程水头损失hf=0.23m，局部水头损失为hj=0.68m。由此得进水管道总水头h=hf+hj=0.91m。

2、出水管计算

根据审查意见上水管按《兴仁县鲁础营乡、雨樟镇片区2009年度烟水配套工程》总规划的需水量确定

取两台泵同时工作时提水流量计算提水管。

管道直径采用公式：计算。

式中：Q——提水管设计流量（m3/s），取Q=0.0448m3/s（工作运行）。

ν——提水管设计流速（m/s），取ν=1.5m/s

经计算，输水管径D=243mm，选提水管DN250的热轧无缝钢管，管道内流速为1.41m/s。

（2）压力钢管管壁厚度δ计算

钢管管壁厚度采用公式计算。

式中：Hj——设计管段的计算水头（m）；Hj=94.5m；

D0——钢管的内径（cm）；D0=23.4（D=250,初取δ=8mm）；

C——锈蚀厚度（cm）；C=0.2；

[σ]′——估算钢材的允许应力（kg/cm2）；[σ]′=1000

φ——纵向焊缝焊接应力减弱系数。取φ=1

经计算，δ=0.12cm，根据规范的构造要求，管壁最小厚度为6mm，综合考虑其他因素取δ=0.8cm。

（3）水头损失计算

提水管道水头损失根据《水力学计算手册》进行计算，钢管的沿程水头损失hf宜按下列公式计算：

式中：L—钢管的长度；370m

D—钢管的内径，0.25-0.008×2=0.234m

n—钢管管材的糙率 0.011

ζi—局部水头损失系数之和；6

经计算，管道沿程水头损失hf=3.93m，局部水头损失为hj=1.02m。由此得总水头损失h=hf+hj=4.95m。提水净扬程为85m，总扬程为0.91+4.95+85+3（余量）=93.86m，因此设计扬程取93.86m。

（4）管道敷设

管道全线采用明管敷设。水泵进水管为DN140的热轧无缝钢管，出水管采用DN250热轧无缝钢管，管道共设8个镇墩，两镇墩之间管道用支墩支撑，每10m布置一个支墩。

（5）镇墩的稳定计算

镇墩是用来承受因管道因改变方向而产生的不平衡力，不允许管道在镇墩处发生任何位移。镇墩的抗滑稳定安全系数最小值取 =1.3，反推出镇墩的重量，镇墩的重量G的计算公式为：，再推求镇墩的尺寸。