水泵设计计算书参照

1 绪论

泵站的日最大设计水量Qd=9.8万m3/d。

给水管网设计的部分成果：

（1）泵站分两级工作。泵站第一级工作从  时至次日  时，每小时水量占全天用水量的3.10；泵站第二级工作从  时至  时，每小时水量占全天用水量的4.90%。

（2）该城市给水管网的设计最不利点的地面标高为65.00m，建筑层数为8层，自由水压为36m。

（3）给水管网平差得出的二泵站至最不利点的输水管和配水管网的总水头损失为16.5m。

（4）消防流量为144 m3/h，消防时的总水头损失为24.5m。

清水池所在地地面标高为58.00m，清水池最低水位在地面以下4.5m。

城市冰冻线为1.9m。最高气温为36℃，最低气温为-35℃。

泵站所在地土壤良好，地下水位为4.5m。

泵站具备双电源条件。

2 初选水泵和电机

2.1泵站设计参数的确定

泵站一级工作时的设计工作流量

QⅠ/(m3/h)=9 800×3.10%=3038(843.9L/s)

泵站二级工作时设计工作流量

QⅡ/(m3/h)=9 800×4.90%=4802(1333.9L/s)

    水泵站的设计扬程与用户的位置和高度、管路布置及给水系统的工作方式等有关。泵站一级工作时的设计扬程

        HⅠ/m=Zc+H0+∑h+∑h泵站内+H安全=(65-58+4.5)+36+16.5+1.5+2=67.5

其中    HⅠ—水泵的设计扬程

        Zｃ—地形高差；Ｚｃ=Ｚ１+Ｚ２；

　　　  H０—自由水压；

　　　  ∑h=总水头损失；

        ∑h 泵站内－泵站内水头损失（初估为1.5m）；

        H安全－为保证水泵长期良好稳定工作而取的安全水头（m）；一般采用1~2m。

2.2选择水泵

可用管路特性曲线和型谱图进行选泵。管路特性曲线和水泵特性曲线交点为水泵工况点。

求管路特性曲线就是求管路特性曲线方程中的参数HST和S。因为

     HST/m=11.5+36++0.5=48

所以

S/(h2×m-5)=(∑h+∑h泵站内)/Q2=(16.5+2)/48022=8×10-7

因此               

H=48.00+8×10-7Q2

根据上述公式，在（Q-H）坐标系中作出管路特性曲线，参照管路特性曲线和水泵型谱图，或者根据水泵样本选定水泵。

经反复比较推敲选定两个方案：

方案一：5台350S75A型工作水泵，其工况点如图1（方案一）；

方案二：4台500S59+1台350S75A，其工况点如图2（方案二）。

图1  方案一

图2  方案二

对上述两个方案进行比较，主要在水泵台数、效率及其扬程浪费方面进行比较，比较结果见下表1：

表1  方案比较表

Q=900~1332m3/h；H=56~70m；η=84%；n=1450r/min；电机功率N=280kW；HSV=5.8m；质量W=1200kg。

    5台350S75A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为5110m3/h和69.0m,基本满足泵站二级设计工作流量要求。

    4台350S75A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为4550m3/h和.5m。

3台350S75A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为3720m3/h和59.0m,基本满足泵站一级设计工作流量要求。

再选一台同型号的350S75A型水泵备用，泵站共设有6台350S75型水泵，5用1备。

2.3确定电机

根据水泵样本提供的配套可选电机，选定Y355L1-4电机，其参数如下：

额定电压V=380V；N=280kW；n=1450r/min；W=1860kg。

3 水泵机组的基础设计

350S75A型水泵不带底座，所以选定其基础为混凝土块式基础，其基本计算如下：

（1）基础长度

L/mm=地脚螺钉间距+（400~500）=

L3+L2+B+(400~500)=

500+8+630+481 =2500

（2）基础宽度

B/mm=地脚螺钉间距+（400~500）=

      A+（400~500）=610+490= 1100                    

（3）基础高度

H/mm={（2.5~4.0）×（W水泵+W电机）}/{L×B×ρ}

其中        W水泵—水泵质量（kg）；

            W电机—电机质量（kg）；

            L—基础长度（m）；

            B—基础宽度（m）；

           ρ—基础密度（kg/m3）(混凝土密度ρ=2400 kg/m3)。

则水泵基础高度为

            H/m=3.0×（1200+1860）/{2.5×1.1×2400}=1.39m

设计取1.5m；

从而，混凝土块基础的尺寸（m）为L×B×H=2.5×1.1×1.5。

4 吸水管路和压水管路设计计算

由图1可知1台350S75A型水泵的最大工作流量为1400m３/h(388.9L/s),为水泵吸水管和压水管所通过的最大流量，初步选定吸水管的管径为DN=500mm，压水管管径DN=400mm。

当吸水管管径DN=600mm时，流速v=1.38m/s。(一般在1.2～1.6m/s范围内)

压水管管径在DN=500mm时，流速v=1.98m/s。(一般在2.0～2.5m/s范围内)

说明上述管径选择合适。

5 吸水井设计计算

吸水井尺寸应满足安装水泵吸水管进口喇叭口的要求。

吸水井最低水位/m=泵站所在地面标高-清水池有效水深-清水池至吸水井管路水头损失=58.00-4.5-0.2=53.30。

吸水井最高水位/m=清水池最高水位=泵站所在位置地面标高=58.00。

水泵吸水管进口喇叭口大头直径DN/mm≥(1.3～1.5)d=1.33×600=800。

水泵吸水管进口喇叭口长度L/mm≥(3.5～7.0)×(D-d)=4.0×(800-600)=800。

喇叭口距吸水井井壁距离/mm≥(0.75～1.0)D=1.0×800=800。

喇叭口之间距离/mm≥（1.5～2.0）D=2.0×800=1600。

喇叭口距吸水井井底距离/mm≥(0.8～1.0)D=1.0×800=800。

喇叭口淹没水深h/mm≥(0.5～～1.0)=1.20。

所以，吸水井长度=14400mm，吸水井宽度=2400mm，吸水井高度=7000mm(包括超高300)。

6 各工艺标高的设计计算

泵轴安装高度        

HSS=HS-v2/2g-∑hS

式中 SS—泵轴安装高度（m）；

 S—水泵吸上高度（m）；

 ∑hS—水泵吸水管路水头损失（m）。

查得水泵吸水管路阻力系数ξ1=0.10（喇叭口局部阻力系数）；ξ2=0.60（90度弯头局部阻力系数）；ξ3=0.01（阀门局部阻力系数）；ξ4=0.18（偏心减缩管局部阻力系数）。

经计算∑hs=0.10m，考虑长期运行后水泵性能下降和管路阻力增加等因素的影响，所以取∑hS=1.00m，则

HSS=HS-v2/2g-∑hS=4.69-1.382/2×9.81-1.00=3.59

泵轴标高/m＝吸水井最低水位+Hss＝53.30+3.59=56.0m

基础顶面标高/m＝泵轴标高-泵轴至基础顶面高度h1＝56.-0.62＝56.27 m

泵房地面标高/m＝基础顶面标高-0.20＝56.07m

7 复核水泵机组

 根据已经确定得机组布置和管路情况重新计算泵房内得管路水头损失，复核所需扬程，然后校核水泵机组。

泵房内管路水头损失（已知ξ1=0.10（喇叭口局部阻力系数）；ξ2=1.01（90度弯头局部阻力系数）；ξ3=0.01（阀门局部阻力系数）；ξ4=0.20（偏心减缩管局部阻力系数）；ξ5=0.1(三通)；ξ6=0.21（同心渐扩管局部阻力系数））

 ∑h泵站内/m=∑hS+∑hd=1.00+0.37=1.37

所以，水泵扬程

HⅠ/m=Zc +H0+∑h+∑h泵站内=

7.00+4.50+36.00+16.50+1.37=65.47

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，二级泵站的供水量

  Q火/(m3·h-1)=Qd+Qx=4802+144=4946(1374L/s)

消防时，泵站的扬程

H火/m=Zc+H0火+∑hx+∑h泵站内=11.5+10.0+24.5+1.37=47.37

其中 c—地形高差(m)；

H0火—自由水压(低压消防制取10.0m)；

∑hx—消防时的总水头损失(m)；

∑h泵站内—泵站内水头损失（m）。

 根据和，在附图上绘制泵站在消防时需要得水泵工况点，见图中得X点，X点在两台水泵并联特性曲线得下方，所以，两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设计小区的消防灭火的要求。

9 泵房形式的选择及机械间的布置

根据清水池最低水位标高（53.50m）和水泵HS（4.69m）的条件，确定泵房为矩形半地下式。

水泵机组为单排顺列式布置。

每台泵单独设有吸水管，并设有手动常开检修阀门，型号D371J-10，DN=600mm，L=154mm，W=380kg。

压水管设有液压缓闭止回蝶阀，型号HD741X-10液控止回阀，DN=500mm，L=350mm，W=1358kg；电动控制阀门，型号为D941X-10电动蝶阀，DN=500mm，L=350mm，W=600kg。

设有联络管（DN=600mm），联络后，联络管上设有手动常开检修阀门，型号为D371J-10，DN=600mm，L=154mm，W=380kg。由两条输水干管（DN700mm）送往城市管网，上面安设常开检修阀门，型号D371J-10，DN=700mm，L=165mm。

泵房内管路采用直进直出布置，直接敷设在室内地板上。

选用各种弯头、三通和变径管等配件，计算确定机械间长度为32m和宽度为12m。

10 泵站的辅助设备的选择

10.1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

 V/(m3·s-1)=K×{(WP+WS)×Ha}/{T×(Ha-HSS)}=

 ×{（1.4+8.33）×10.33}/{300×(10.33-3.59)}=0.05

式中  QV—真空泵的最大排气量（m3/s）；

K—漏气系数（1.05～1.10）；

WP—最大一台水泵泵壳内空气容积（m3）；

WS—吸水管中空气容积（m3）；

Ha—105Pa下的水柱高度，取10.33m；

T—水泵引水时间（h），一般取5min，消防水泵选3min；

HSS—离心泵的安装高度（m）； 

真空泵的最大真空度

HVmax/Pa=HSS×1.01×105/10.33=

5.0×1.01×105/10.33=48886.74

其中  HVmax—真空泵的最大真空（Pa）；

  HSS—离心泵的安装高度（m），最好取吸水井最低水位至水泵顶部的高差。

根据QV和HVmax选取SZB-8型水环式真空泵2台，一备一用，布置在泵房靠墙边处。

10.2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0.0～1.0MPa。在吸水管上设真空表，型号为Z－60Z，测量范围为-1.01×105～0Pa。

10.3 起重设备

选取单梁悬挂式起重机SDQ-2，起重量2t，跨度7.0m，起升高度3.0～10.0m。

根据起重机的要求计算确定泵房净高度12m。

10.4 排水设备

设潜水排污泵2台，一用一备，设集水坑一个，容积为2.0×1.0×1.5＝3.0m3。

选取50QW25-10-1.5型潜水排污泵，其参数为：

Q=25m3/h；H=10m；n=2840r/min；N=1.5kW。

11 泵房的建筑高度和平面尺寸的确定

水泵机组采用单排顺列式布置。水泵间距2.0m，水泵与控制值班室间距2.5m，水泵距大门口3.5m；水泵距吸水管侧墙3.154m； 泵房长41.70m,宽12m，净高12m；吸水井长26.7m，宽3m，泵房净空高度10.0m。