黄墩排涝泵站设计书.pdf

*目 录 第一章 基本资料的分析与整理.2 第一节 地形资料.2 第二节 水文资料.2 第二章 工程规划.3 第一节 站址确定.3 第二节 泵站设计流量和扬程.4 第三节 主机组选型.6 第三章 确定水泵安装高程及泵房轮廓尺寸.8 第一节 水泵安装高程.8 第二节 泵房尺寸设计.8 第四章 泵站总体布置.11 第一节 泵房形式选择.12 第二节 前池设计.12 第三节 出水池设计.14 第五章 水泵工况校核.17 第一节 管路损失计算.17 第二节 总损失计算工况点校核.19 *黄墩排涝泵站设计说明书 第一章 基本资料的分析与整理 一、地形资料 二、水文资料(一)水位 内河设计水位：18.2m；内河最低水位：17.0m；*内河最高水位：19.5m；外河设计水位：21.5m；外河最高水位：22.5m；外河最低水位：19.8m。(二)流量 设计流量为 4.0m/s。第二章 工程规划 第一节 站址确定 一、选址原则 1.泵站的站址选择是根据泵站控制区的具体条件合理地确定泵站的位置，包括取水口，泵房和出水池位置。站址是否合理，将直接关系到整个泵站工程的安全运行、工程投资、工程管理以及工程经济和社会效益发挥等问题；2.泵站站址应根据流域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、管理等因素以及考虑扩建的可能性，经技术经济比较确定；*3.站址宜选择在地形开阔、岸坡适宜、有利于工程布置的地点；4.站址宜选择在岩土坚实、抗渗性能良好的天然地基上，不应设在大的或活动性的断裂构造带及其他不良地质地段。如遇淤泥、流沙、湿陷性黄土、膨胀土等地基，应慎重确定基础类型和地基处理措施；5.站址应尽量选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；6.选址时还要特别注意进水水流的平稳和流速分布的均匀以及避免发生流向改变或形成回流、漩涡等现象。第二节 泵站设计流量和扬程 一、泵站设计流量Q设 34.0/Qms设。二、水泵的设计扬程H设 1.根据所给的水文、地形等资料，可以确定内、外河最低水位、设计水位及最高水位分别为：内河设计水位：18.2m；内河最低水位：17.0m；内河最高水位：19.5m；外河设计水位：21.5m；外河最高水位：22.5m；外河最低水位：19.8m。*由于进水方向在进水池前有前池，同时拦污栅、闸门槽等设施也会带来水头损失，进水方向总水头损失取为 0.5m；出水方向闸门等设施带来水头损失，取为 0.1m。则：进水池设计水位：17.7m；进水池最低水位：16.5m；进水池最高水位：19.0m；出水池设计水位：21.6m；出水池最高水位：22.6m；出水池最低水位：19.9m。2.计算实际扬程H实的最小值、设计值及最大值 H实的最小值=出水池最低水位-进水池最高水位=19.9-19.0=0.9m H实的设计值=出水池设计水位-进水池设计水位=21.6-17.7=3.9m H实的最大值=出水池最高水位-进水池最低水位=22.6-16.5=6.1m 3.初估设计扬程H设 水流由进水池流经泵房机体至出水池会产生管路损失扬程，则对管路损失扬程进行估算：其中设计实际净扬程为 H实=3.9m1m6m，同时 Q1m/s，管路损失扬程可取为 15%25%,由于出水方向已计入 0.1m 的损失，故该处损失扬程取为 15%。H设=（1+15）H实=4.485m；H设min=（1+15）H实的最小值=1.035m；H设max=（1+15）H实的最大值=7.015m；*第三节 主机组选型 一、水泵选型的原则 1.应满足泵站设计流量、设计扬程及不同运行时期排水的要求，同时保证整个运行范围内，机组安全、稳定，并且具有最高的平均效率；2.在平均扬程时，水泵应在高效区运行；在最高和最低扬程时，水泵应能安全、稳定运行；3.便于运行管理和检修。二、水泵选型 1.水泵型号初选 根据水泵设计流量 Q设=4m/s 和 H设=4.485m，以设计扬程的5选泵，查水泵样本，各方案比较如下表 1。表 1：水泵型号初选表 方案 型号 H 设(m)单机 流量(m/s)台数 安放角()转速(r/min)效率(%)单机 N 轴(kW)单机 N 配(kW)叶轮直径(mm)1 28ZLB-70 4.485 0.99 4-2 580 81.3 650 2 28ZLB-70 4.485 1.06 4 0 580 82.4 650 3 700ZLB-125 4.485 2.07 2+2 730 84.0 650 2.方案比较：1 号方案，28ZLB-70 泵型，查水泵工作性能曲线图可得当 H设=4.485m，安装角为-2,台数选为 4 台时，水泵流量 Q测=3.96 m/s，*设计流量 Q设=4m/s，Q测-Q设 Q设=15，故可选；2 号方案，28ZLB-70 泵型，查水泵工作性能曲线图可得当 H设=4.485m，安装角为 0,台数选为 4 台时，水泵流量 Q测=4.42m/s，设计流量 Q设=4m/s，Q测-Q设 Q设=10.55，故不可选；3 号方案，700ZLB-125 泵型，查水泵工作性能曲线图可得当 H设=4.485m，安装角为+2时，台数选为 2 台时，水泵流量 Q测=4.14m/s，设计流量 Q设=4m/s，Q测-Q设 Q设=3.55，故可选；在 1，3 号方案皆可选的前提下，由于 1 方案选为 4 台水泵，方便流量调节，故初步定为 1 号方案，即 28ZLB-70 泵型。3台数确定 由于设计中排涝泵站规模较小，不需用备用机组。由规范可知，对于灌排泵站，装机 39 台较适宜，因此本站采用 4 台机组。4安装方式确定 轴流泵的安装方式有立式、卧式和斜式三种：卧式轴流泵对泵房高度的要求较立式机组低，具有安装方便，检修容易，适用于水源水位变幅不大的场合；斜式轴流泵的特点是适宜安置在斜坡上；立式轴流泵的特点是：占地面积小；轴承磨损均匀；叶轮淹没在水下，启动前不需要充水；能按水位变化的情况可适当调整传动轴的长度，从而可将电机安置在较高的位置，既有利于通风散热，又可免遭洪水淹没等。*根据立式轴流泵的上述优点，本泵站采用 4 台立式安装，叶片安放角为-2的 28ZLB-70 轴流泵。第三章 确定水泵安装高程及泵房轮廓尺寸 第一节 水泵安装高程 根据水泵选型手册确定，详见图 1：泵房横剖面图 第二节 泵房尺寸设计 1泵房高度 由于该设计泵房为湿室泵房，分为水泵层与电机层两层，下面进行说明。*图 7：700ZLB 型轴流泵 由图 7 可知 700ZLB 型轴流泵的尺寸。进水池最低水位低=16.5m；进水池最高水位低=19.3m；叶轮中心高程轮：轮=低-0.78=15.72m；水泵吸水喇叭管管口高程进：进=低-0.78-0.4=15.32m；底板高程底：底=进-0.6=14.72m；电机层楼板高程机：机=高+超高 1m=20.3m；*水泵层高程：泵=底+0.6+0.4+0.8=15.92m。吊车轨顶高程：粱=机+H1+H2+H3+H4+H5 机为电机层楼板高程，m；H1为电动机高出电机层楼板高度，m，若考虑吊件不越过电动机顶部，则此项可不计入；H2为吊件与电动机之间的安全距离，m；H3为吊件的最大长度，m；H4为吊件与吊钩之间的吊索长度，m；H5为吊钩与小车轨道顶部最小距离，m。粱=20.3+0+0.5+3+1+1.3=26.1 2泵房长度 L泵房=nB+na+L检修间+L配电间+2c n 为主机组台数，n=4；B 为进水池单宽，B=3D(D 为喇叭口进口半径)，则 B=31=3m；a 为隔墩厚度，取为 0.6m；L检修间取 1.2 倍（B+a），则 L检修间=4.32m；L配电间此处不考虑，配电间另外布置；c 为边墩厚度，由于本泵站为小型泵站，取 0.6m。L泵房=43+40.6+4.32+20.6=19.92m 3泵房宽度 *W=D+b1+b2+b3+b4+b5+b6 W 为电动机层净宽，m；D 为电动机外径，m；b1为操作盘柜背面与吊车柱间的净距，m；b2为操作盘柜的厚度，m；b3为配电盘盘面至吊物孔边缘的净距，m；b4为电动机外壳至吊物孔边缘距离，m；b5为吊物孔的宽度，m；b6为吊物孔边缘至吊车柱的距离，m。其中，取 D=0.8m，b1+b2+b3=1.2m，b4=1m，b5=1.2m，b6=0.6m，则 W=0.8+1.2+1+1.2+0.6=4.8m 第四章 泵站总体布置 根据所给出的黄墩湖地形资料，内河底宽为 7m，底高程为 16m；外河底高程为 18.8m，底宽为 6.2m，断面为梯形断面，边坡系数为 1：2。表 3：外河水力要素统计表 外河 水位 边坡系数m 河面宽度B 断面面积A 流量 Q(m/s)流速v(m/s)水深(m)最高 22.5 2 21 50.32 4 0.08 3.7 *设计 21.5 2 17 31.32 4 0.13 2.7 最低 19.8 2 10.2 8.20 4 0.49 1 表 4：出水池水力要素统计表 出水池 水位 边坡系数m 河面宽度B 断面面积A 流量 Q(m/s)流速v(m/s)水深(m)最高 22.6 0 22.6 93.79 4 0.04 4.15 设计水位 21.6 0 21.6 68.04 4 0.06 3.15 最低水位 19.9 0 19.9 28.86 4 0.14 1.45 表 5：内河水力要素统计表 内河 水位 边坡系数m 河面宽度B 断面面积A 流量 Q(m/s)流速v(m/s)水深(m)最高水位 19.5 2 21 49.00 4 0.08 3.5 设计水位 18.2 2 15.8 25.08 4 0.16 2.2 最低水位 17.0 2 11 9.00 4 0.44 1 表 6：进水池水力要素统计表 进水池 水位 边坡系数m 河面宽度B 断面面积A 流量 Q(m/s)流速v(m/s)水深(m)最高水位 19.0 0 19.0 66.5 4 0.06 3.5 设计水位 17.7 0 17.7 38.94 4 0.10 2.2 最低水位 16.5 0 16.5 16.5 4 0.24 1 第一节 泵房形式选择 为了克服干室型泵房存在的泵房采光、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，此设计选择湿室型泵房的形式。湿室型泵房分为上下两层，上层为电机层，安装电动机及其配电和控制设备，下层为湿室，泵体及其进水喇叭管淹没于湿室水面以下。选择为 4 台机组，进水池内设置 3 个隔墩将进水池分为 4 个进水室，创造良好的进水条件，同时 4 台机组可以单独检修，互不干扰。第二节 前池设计 本设计为小型排涝泵站，不设引渠。选用正向进水前池，选用这*种方式，水泵机组可以对称开机，流态较好，池中水流基本平顺无涡。前池断面设计(一)前池断面有关参数 1.前池扩散角 前池扩散角是影响前池流态及尺寸大小的主要因素，过大，则前池太短、工程量小，水流扩散太快，极易导致回流或漩涡；过小，水流扩散平缓，流态较理想，但前池过长，工程量大。根据工程经验，扩散角取值一般为=2040，此工程扩散角选为=30。2前池池长 前池池长由内河末端底宽 b，进水池总宽 B 及选定的前池扩散角确定：L=B-b2tan 2=13.8-72tan 302=12.69m B：进水池宽度；b：内河末端的底宽；：前池扩散角 3池底纵向坡度 由于水泵淹没深度的要求，进水池池底的高程一般高于内河末端的河底高程，需将前池池底做成斜坡，使其在立面上起连接作用，i=HL=16-15.512.69=0.039。根据经验 i 取 0.20.3 时，水流流态较好，这里取 i=0.25，则前池斜坡段长度为 L1=16-15.50.25=2m，所以引渠的水*平段长度为 L2=L-L1=10.69m。4.前池边坡系数 m 与翼墙形式 前池边坡与铅垂线夹角的正切称为边坡系数，根据本设计土质条件及挖填方的深度，采用 m=2。由于与进水池中心线成 45夹角的直立式翼墙可获得较好的流态，并且便于施工，故采用与进水池中心线成 45夹角的直立式翼墙。第三节 出水池设计 出水池是衔接出水管路与排水干渠的建筑物。其主要作用是消除管中出流的余能并使之平顺地流入干渠或容泄区；防止机组停止工作或管路被破坏后，干渠或容泄区中的水通过水渠或出水管道倒流；汇集出水管道的出流或向几条干渠分流。根据池中水流方向可分为正向出水池和侧向出水池，这里选用正向出水池。1.出水管直径0D 为降低出口流速，使出水池中不产生水跃并减少出口损失，出水管出口直径宜取得大些；同时，出水管出口直径不宜过大，以免过分增大配套的拍门及相关尺寸。兼顾两方面要求，同时该泵站设计扬程为 4.485m，属于低扬程泵站，其出口损失在总扬程中所占比重较大，对装置效率影响较大，出口流速取值不宜过大，设计采用出水管管口平均流速为v出=1.5m/s,符合工程经验要求。则出水管出水直径*D0=0.92m。2.淹没深度h淹 出水管管口留有一定的淹没深度，可以避免出水管水流冲出水面、增加水力损失和水面旋滚，淹没深度取值与管口流速有关，采用公式：h淹=（23）v022g,本设计为水平出流，系数可以取小值 2，则 h淹=21.5229.81=0.23m。3.池底至管口下缘距离 P 为方便出水管道及拍门的安装，同时为避免泥沙或杂物堵塞管口，出水管管口与出水池池底之间应留有一定的空间，P 可取 0.20.3m，取 P 为 0.3m。4.出水池墙顶高程和池底高程 出水池池顶高程根据池中最高水位加上安全超高h 来确定，即 顶=高+h 式中：高为出水池最高水位，m；h 为安全超高，与泵站流量关系如下表 7：表 7：出水池安全超高 泵站流量(m/s)安全超高 h超高(m)6 0.6 *由于 Q设=4.0m/s16m/s，故h=0.5m，则出水池池顶高程：顶=高+h=22.6+0.5=23.1m 出水池池底高程根据池中最低水位低来确定，即 底=低-h淹最小+D0+P 式中，h淹最小为最小淹没深度；D0为出水管直径；P 为出水管口下缘至出水池底距离。底=19.9-0.23-0.92-0.3=18.45m 则出水池的净高：H=顶-底=4.65m。5.出水池宽度 出水池宽度计算公式：B=（n-1）+n(D0+2a)式中：n出水管数目；隔墩厚度，m，这里取为 0.6m；D0出水管出口直径，m；a出水管边缘至池壁或隔墩的距离，这里 a取 1.13 D0=1.130.92=1.0396m,B=（4-1）0.6+4(0.92+21.0396)=13.8m 6.出水池长度 假定管口出流符合无限空间射流规律，即认为水流在池中逐渐扩散，沿池长的断面平均流速逐渐缩小，当断面平均流速等于渠中流速时，此段长度即为出水池长。L=3.58（v0v渠）2-10.41D0=7.87m 7.干渠护砌长度 L护=（45）h渠max=53.7=18.5 *8.出水池与干渠的渐变段 其中收缩角宜取 3040，这里取为 40，则 L=B-b2tan 2=13.8-6.22tan 402=10.44m 第五章 水泵工况校核 第一节 管路损失计算 由于水泵是在水泵装置中工作，所以水泵的运行性能不仅与泵本身的性能有关，而且也与装置的形式有关，这里水泵装置包括水泵泵体，进、出水池，拦污栅，检修闸门，管路附件，出水管等，管路的长短以及管路附件的种类和数量都将影响管路中的水力损失，而管路水利损失的大小又将影响水泵的工作扬程，进、出水池中水面高低更是直接影响水泵扬程的重要因素，所以，首先要确定水泵的装置性能，进而确定水泵的运行工作点，装置需要扬程等于装置净扬程与管路的总阻力损失之和，即：dsrstwtwPPHHhHhg。由于上下游水面的高程 变 化 不 大，上 下 游 压 差 很 小，可 以 忽 略。其 中：22222iiiwfiilvvhhhiSQdgg，212fi iSligA，A：为管道的过流断面面积；fi：为摩阻系数。rH：装置需要扬程；stH：装置净扬程；wh：总阻力损失；fh：沿程水力损失；h：局部水力损失；n：糙率，*钢管取 0.012；v：计算段的平均流速，（m/s）；l：计算段的长度（m）；R：水力半径(m)；i：计算段的局部阻力损失系数，iv：计算断面上的流速（m/s）。公式可简化为：hw=(10.28Lini2di5.33+0.083idi4)Q2 沿程损失fh与局部损失h 在实际工程设计中，管路损失往往需要通过模型试验来确定，但受条件所限，只能采用公式进行计算。这就需要将沿程管道简化，以套用公式进行计算。水流由前池、进水池，途径拦污栅、检修门槽至泵体进水口的水头损失(包括沿程损失与局部损失)为 0.5m；由水泵出水管口、拍门，流经出水池至外河的水头损失(包括沿程损失与局部损失)为 0.1m。下面计算由泵体进水管口至水泵出水管口的损失，该部分如图 9 所示：图 9：水泵机体管道图 由下至上各段说明：水泵进水管口至水泵梁和60弯头不计 *倾斜上升段长度：2.15m hw=(10.28Lini2di5.33+0.083idi4)Q2 则：hw=10.282.150.01220.75.33=0.79m 30弯头 hw=(10.28Lini2di5.33+0.083idi4)Q2 则：hw=0.0830.440.74=0.152m 水平段：8m hw=(10.28Lini2di5.33+0.083idi4)Q2 则：hw=10.2880.01220.75.33=0.079m 水平渐变段：1.00m。hw=(10.28Lini2di5.33+0.083idi4)Q2 则：hw=10.2810.01220.815.33+0.0830.210.814=0.045m 拍门局部损失 hw=(1.41.5)v22g=1.51.5229.81=0.172m 第二节 总损失计算工况点校核 1.单泵总水头损失 *hw=hf+hl=0.021+0.152+0.079+0.045+0.172=0.469m 2.损失系数 S=hwQ2=0.469s/m2 3.水泵工况点确定 由水泵样本曲线可得 HQ 曲线；再由损失系数S 推求出Hr设计Q、HminQ 和 HmaxQ 曲线如图，进而求得水泵工况点，如图 10：水泵工况点校核图012345678900.20.40.60.811.21.41.6Q（m/s）H(m)Hmin-Q曲线Hr设计-Q曲线Hmax-Q曲线H泵-Q曲线 图 10：水泵工况点校核图 4.工况点校核(1)设 计 扬 程：H=4.95 m4.485m，Q=0.96m /s，Q-Q设 Q设=40.96-4.00 4.00=45，流量校核满足要求；(2)最小扬程：H=1.75m1.035m，Q=1.25m/s，Nmax=KgQH=1.119.811.251.7578.8=69.43kW80.00kW，电机功率校核满足要求。虽然水泵不在高效区运行，但由于此种情况出现的机率较少，可以不做考虑。