张村泵站设计水利水电专科.doc

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1、张村泵站设计一、 工程概况： 1、张村泵站地形图（1/1000）如下图所示：由图上可知：水源位于张村的北面，地形的变动起伏不是很大。有公路经过张村。2、地质及土壤情况见钻孔地质柱状剖面图（如图1）3、地下水位316.00m,灌溉期间水源最低的日平均水位为315.20m，最高日平均水位为316.80m，夏季最高日平均水温为34。4、水源设计年内月平均水位见表1：月份123456水位316.58316.60316.55316.58316.47316.38月份789101112水位315.87315.60315.47316.00316.52316.55表15灌溉作物以水稻小麦为主，总耕地面积为310

2、4亩，其中80分布在张村的西面，各时段的灌水率见表2。灌水率LS千亩-140304030（35）(37)20灌水时间Dm-19/3-21/37/4-13/42/5-13/518/5-11/618/6-30/66/7-28/79/10-21/10表26、附近有电网通过，电压25kv。当地建筑材料由块石、碎石、红砖、红瓦及木材等，水泥及钢筋可以由外地运来。管区交通方便，有公路通过。二、基本资料：1.地质及土壤情况。2.地下水位：316.00m。3.根据灌区需要，控制出水池水位为340.00m。4.附近有电网，电压为35kv。5水泵及电动机，根据需要从参数资料中选择。6.灌溉期间水源最低的日平均水位

3、为315.20m，最高日平均水位为316.80m，夏季最高日平均水温为34。三、泵站设计参数的确定（一） 泵站流量的确定根据灌区时段灌水率表绘制初步灌水率图。如图2所示。图2 张村灌区初步灌水率图由图可知，各阶段的灌水率相差悬殊。泵站将出现频繁的开停机，渠道输水断断续续的情况，给管理带来不便。如按其中最大灌水率来泵站和渠道流量，势必造成泵站装机容量和渠道断面过大，增加工程投资。因此，必须对初步灌水率图进行必要的修正。对18/6-30/6延长2天，则灌水率由35降到30。对6/7-28/7缩短2天，则灌水率由37升高到约40。修正后的灌水率图如图3所示因在修正后的灌水率图上6/7-26/7连续灌

4、水时间最长且灌水率最大为40，所以取此灌水率为设计灌水率。如图3所示。假定来水过程能满足有水过程，按原定灌水面积进行灌区规划设计，渠系安全衬砌，采用0.90，t取22h，则设计流量为 Q设=24q设/（t）=1454.551455L/s 其中 取30 则 Qmax=1.2Q设=1746L/s Qmin=24qmin/（t）=727.3L/s（二）、泵站设计扬程的确定（） 静扬程的确定图3 张村灌区灌水率修正图1. 设计静扬程用运行期间出现的几率最多，运行历时最长的静扬程（即加权平均扬程）代表设计扬程。用加权平均法求得 H静=QitiHi静/Qiti =Qiti（出-进i）/Qiti =Qiti

5、（340-进i）/Qiti水源水位线如图4所示图4 水源水位线图 H静i=Qiti（340-出i）/Qiti =24qi（340-进i）/qi= 40(340-316.565)+30(340-316.543)+40(340-316.44）+30(340-316.38)+30(340-316)+40(340-315.74)+20(340-316.26)40+30+40+30+30+40+20 =23.73m 则 H设静=23.73m考虑引渠、闸损0.31m。所以 H设静=24.04m2.最大静扬程这是泵站正常运行的上限扬程。应按泵站出水池最高运行水位与进水池最低运行水位之差计算。 H静max=出

6、-进min =340-315.12+hf=25.10m3.最小静扬程 这是泵站运行的下限扬程。最低扬程应按出水池的水位和静水池的最高水位之差计算。 即 H静min=出-进max =340-316.8+hf=23.51m （） 设计扬程（H静+H损） 泵站的设计扬程包括泵站的设计静扬程和设计总扬程。 为了确定设计扬程，需要先估计管道损失，进而求的设计扬程 H设=（1+K）H静 其中K管道损失率 查表得K=0.3 则 H设=（1+0.3）24.04=31.25m设计最大扬程 H设max=（1+0.3）25.11=32.6m H设min=（1+0.3）23.51=30.56m四、水泵机组选型及配套

7、根据计算的扬程计算范围为30.56m-32.64m，和供水图初选14sh19离心泵6台（其中一台备用），查14sh19型泵性能表，得其转数为1450rpm，轴功率99.7KW，电机功率1254KW，效率为85%，允许吸上真空高度Hs=3.5m，叶轮直径D=350mm，重量为878kg，因张村有35KV的电网通过，所以选用电动机。配套电机为35KV，查表电机型号选用JR116-4。 14sh-19型泵的工作特性曲线如图5所示。水泵QH工作特性曲线和管路特性曲的交点A，A点即为水泵的运行工况点，水泵在该点工作时的参数可由图上查得： Q=270L/s H=32.70m =86 功率N=99.7kw

8、上述参数能够说明流量与扬程均能满足要求。而且水泵也在高效率情况下工作，因此，所选的14sh-19型水泵在性能上是满足的。其具体的外形尺寸如图6所示五、确定水泵的安装高程 1.对Hs进行高程和水温的修正 工厂所给的水泵允许吸水高度Hs=3.5是在标准大气压（10.33H2O）和水温20 （相应得汽化压力为0.24m H2O）时的数据，与当地的实际条件不符合，须对Hs进行修正。 水泵安装地海拔为318.00m，当地最高水温34，查表（水在各种温度下的气化压力表）知：30时 PB/=0.43；当T=40时PB/=0.75。利用差分法得34时PB/=0.558，修正后的允许吸水高度用Hs表示。即 Hs

9、=Hs-/900-(PB/-0.24) =3.5-318/900-(0.558-0.24) =2.83m2.安装高程的确定水泵吸水管设置 水平长3.0m，垂直高4.0m，进口设一喇叭管，一个90弯头。直径400mm。（1）吸水管阻力计算 流道中的流速V1=Q1/A1=2.1497m/s 沿程损失 当T=30时 运动粘滞系数 =0.80010-6m2/s 当T=40时 运动粘滞系数 =0.65810-6m2/s采用差分法知T=34时，运动粘滞系数 =0.743210-6m2/s则雷诺系数Re=vd/=2.14790.4/0.743210-6 =1.157106m2/s2000所以 为紊流根据管壁

10、面的情况 取=0.1查图得 =0.0018则沿程损失 HL=lv2/2gd=0.01872.14972/0.429.81=0.074268m 局部水头损失 a.因采用90弯头 则 =0.131+0.1632(0.4)7/2(/90)1/2 =0.1376 则 hj1=v2/2g=0.13762.14972/29.81=0.01509m b.进口喇叭管 设与进口相接的管径为350mm，取=10 查表得r=0.16则 =r（1-A2/A1）2=0.0375所以 hj2=v2/2g=0.03752.14972/29.81=0.0041m所以 hf= HL+ hj1+ hj2=0.09346m 安装高

11、度Hz=Hs-/900-v2/2g-hf-(PB/-0.24) =2.83-318/900-2.14972/29.81-0.09346-(0.558-0.24) =1.83m所以 安装高程Za=Hz+318=319.83m六、站址选择 站址选择的原则：（1） 应选在就近水源，水位稳定，水质良好的地方。（2） 泵站应建在地形开阔，岸边适宜的地方，开挖量少，适宜布置管道，注意避开山沟。（3） 泵站主要建筑物应建在坚实完整、承载力强的岩石地基上，避开大的活动性构造地带。（4） 泵站应选在就近电源，交通方便的地方。根据以上原则选择站址，拟定泵站枢纽纵向中心线如张村泵站总体布置图所示。 根据地形图和地质

12、资料No.1孔地面下4.5m即为砾石。预计泵站厂房基地高程为319.83-0.56-0.25-0.6=318.42m。由图可得水平距50m范围地面高程322.00m为泵列中心线。 七、泵房设计及辅助设备选择（一） 泵房结构型式 选用泵为卧式。进水池水位变化范围较大，吸程较低，故可采用干室型泵房。为了便于设备布置和维护管理，也便于进出水管路和进水池的布置，采用矩形干室型泵房。（二） 泵房的布置 泵站的厂房一般由三部分组成，即主厂房主要布置主机组;副厂房布置电气设备包括中央控制室；检修间检修机组及电气设备等。为了电气设备的防潮、防尘，并且能给运行管理人员由一个良好的运行管理环境，一般都专设高压开关

13、室和中控室，而且设专用场地检修。这三部分相对位置主要根据泵站的地形、地质条件，高压线路的来向，进场公路的位置等加以确定。泵房的检修间不仅平时供机组检修之用，而且建站时，运送机组及其电气设备的汽车要进入其中，所以其位置主要是根据进厂公路的来向加以确定。此次设计中，将检修间布置在厂房的右端。为了缩短泵房的长度，便于运行管理人员监视主机组的运行，同时也可缩短通向主机组的电缆，将副厂房布置在主厂房出水侧。（三）泵房内部布置泵房内部布置主要是主厂房内的机组、排水沟、交通道、充水系统、技术供水的布设。1. 主机组的布置：为了使开挖量小，布设整齐，主厂房的跨度小，采用一列式布置。2. 排水沟和集水井为了排出

14、水泵、水封用废水和管阀漏水等，主厂房内要设排水干、支沟。支沟一般沿机组基础四周和厂房的横向布置，干沟沿厂房纵向布置，与电缆沟分开。3. 电缆沟：从配电室引伸至电动机的电缆，直接架在泵房箱型基础的前墙和后墙上。（四）泵房尺寸的确定确定泵房尺寸，主要是根据设备的合理布置，并满足设备的安全运行要求和泵房的稳定条件定出其跨度和长度，根据机组及其起吊设备等条件决定除泵房的高度。1. 泵房长度（主厂房）的确定泵房的长度主要根据机组的长度（轴向），机组之间间距和检修间长度加以确定。泵房长度L=nL0+（n-1）L1+2L2+L3 其中 L0机组的长度 L1机组之间间距（查泵房内设备之间的间距） L2机组顶端

15、到检修间和墙的距离 L3检修间的长度 n机组台数 则 L=nL0+(n-1)L1+2L2 =62.56+51.4+21.5 =25.36m 另外检修间的长度为3.6m 所以 L=25.36+3.6=28.9629m泵站的主厂房一般按工业单层厂房标准设计。柱距为6m，但泵房长度L不是6的倍数，所以将检修间长度L3调整为4.6m，使泵房长度为30m。2. 泵房的跨度泵房跨度系指两侧墙定位轴线之间的距离。它是根据泵房内出水管路、阀件、水泵横向长度及安装检修必须的距离而定。泵吸管长度尽量缩短，争取吸程。 跨度B=B1+B2其中 B1=泵前长度+阀门+水平管长=600+550+1000=2150mm B

16、2=泵后长度+锥管长度+逆止阀长+阀门+人行道 =500+300+800+550+2700 =4850mm厂房跨度B=B1+B2=2.15+4.85=7m3. 泵房内各部分高程水泵的安装高程确定之后，泵房内各部分高程在此基础之上就相应的定出。（1）泵房地面高程地 地=泵-h1-h2式中 泵水泵安装高程 h1 泵轴线至泵底座的距离，可从泵产品样本中查知 h2 机组基础顶面至地坪的距离，一般为0.2-0.3m所以 地=泵-h1-h2 =319.83-0.56-0.3 =318.97m （2）检修间高程D1 应高于泵房底板，其高程一般和配电间地板高程一致，为了防洪安全以及便于 汽车运输设备，检修间地

17、板高程应高出最高洪水位及泵房外地面0.5m左右。 取1=320m （3）副厂房和交通道高程：其高程与检修间相同 4.泵房高度的确定 （1）吊车轨面高程轨的确定： 轨应保证载重汽车进入检修间装卸设备，所以吊车轨面高程应根据这个起吊基点 由下式确定： 轨=地+h1+h2+h3+h4+h5+h6 式中：地检修间地板高程（m） h1汽车车厢底板离地面高度（m） h2垫块高（m） h3最高设备或部件的高度（m） h4捆扎长度（m） h5吊车吊钩到轨道面的距离（m） h6起吊物吊离车厢底板的必要高度（m） 因为 h1=1.6m h2=0.3m h3=1.1m h4=3.5m h5=1.2m h6=0.7m

18、 所以 轨=320+1.6+0.3+1.1+3.5+1.2+0.7=328.4m (2) 屋顶高程鼎由吊车轨面高程轨加上轨面高度而定，轨道采用工字梁 取定=330.00m （四） 搬入、通风及起吊设备的选择 搬入方式主要采用卡车搬入。 主副厂房不挡水各层，大都有条件开窗户，应尽量采用自然通风。其中设备采用电动单梁起重机，一步法起吊。起重机的工作制应采用轻级、慢速。制动器和电气设备的工作制应采用中级。八、整体稳定校核 （一） 泵房整体稳定校核 干室型泵房整体稳定校核一般应包括抗滑、抗浮两种工况。根据干室型泵房的结构特点，干室三面都回填土，因受力比较均匀，通常不必进行抗滑稳定计算。但是，由于干室内

19、不允许进水，在高水位时浮力很大，必须进行抗浮稳定校核。 抗浮稳定校核可选择泵房土建完毕，机组未安装，未回填土，但泵房四周达设计最高水位时，此时抗浮力为泵房土建部分的自重，包括屋面系统、砖墙、水下墙及底板等。设其为W（方向朝下），浮托力为泵房淹没于水下同体积德水重，设其为W浮（方向朝上）。 浮托稳定程度以安全数K浮表示。K浮抗浮力与浮托力的比值 即 K浮=W/W浮K浮必须大于或等于允许的抗浮安全系数K浮，一般应大于1.1。如果计算的尺寸不满足抗浮稳定的要求，可考虑增加泵房的自重或将底板适当的伸出并回填土，以利用其上的水重及土重，从而加大泵房的抗浮力。 计算工况应以最不利的工况为准。 （二）地基应

20、力的校核 干室型地基应力的校核工况，取泵房土建施工完毕，机组已经安装及进水池为设计最低水位。取一台机组与相邻另一台机组的中心线所夹的范围作为计算单元，地基应力安下式计算：Pmaxmin =N/BL（16e/B） e=B/2-Ma/NPmaxmin式中 为基础底面边缘最大（最小）地基应力 KPa/m2 N为计算单元内所有垂直力之和 KN B为计算底板厚度 m L为计算单元长度 m e为偏心距 m Ma为计算单元内所有外力（包括水平力和垂直力）对A点的力矩之和 KNM 根据工业与民用建筑地基基础设计规范有关规定，按允许承载力计算地基应符合下式要求 PR式中 P地基底面处的平均地基应力 KPa/m2

21、 R修正后地基土的允许承载力 KPa/m2 受偏心荷载作用时，除符合e=B/2-Ma/N要求外，尚应符合下式要求： Pmax1.2R九、进水池与前池设计 （一） 进水池 1.边壁形式与后墙距T 进水池的边壁形式采用矩形。如图7所示T图7 进水喇叭口直径D进=（1.3-1.5）D1 =1.30.4=0.52M D1卧式泵的进水管直径 为了改善流态，进水管应仅靠后墙，即T=0.5D进=0.50.52=0.26m2. 进水池宽度B 进水池宽度B对池中漩涡、回流和水头损失都有影响。 宽度B=机组间距机组数 =1.46=8.4m3. 进水管口至池底的距离即悬空高度P该高度在满足水利条件良好和防止泥沙淤积

22、管口的情况下，应尽量减小为宜，以降低工程造价。 P=（0.50.6）P进=0.60.52=0.312m 取P=0.4m4. 进水管口淹没深度hs的确定淹没深度hs对表面漩涡的形成和发展有决定性的影响。通常采用以下公式计算h临淹， h临淹 KsD进 Ks=0.64（Fr+0.65T/D进+0.75）其中 Fr为弗劳德数 Fr=v进2/gD进 在0.31.8范围内取值。 则 Ks=0.64（1+0.650.260.52+0.75） =0.642.075 =1.328 所以 h临淹= KsD进=1.3280.52=0.69m 取 hs=1mLgh 5.进水池的长度Lg 如图8所示图8 进水池必须有足

23、够的有效容积，否则在启动过程中，可能由于涞水较慢，进水池中水位急剧下降，致使淹没深度不足而造成启动困难，甚至使水泵无法抽水。 Lg=KQ/hB 式中 Lg进水池的最小长度 m Q泵站总流量 m3/s K秒换水系数 因为 Q=1.62 m3/s 0.5m3/s 所以 取K=20Lg=201.62/18.4=3.86m6.进水池的安全超高h 如图8所示留有一定的安全超高h，除考虑风浪影响因素外，还应考虑停泵时所形成的涌浪。取 h=0.8m 7.进水池底高程：进=314.0m 为了保证良好的进水条件，进水池和机组增设隔墩。（二）前池 此设计采用正向进水前池。 设引水渠末端嘴下水深为0.6m，渠底高程

24、为315.2-0.6=314.6m，渠底宽为2m，前池扩散角取30。则 前池的长度L=（B-b）/2tg（/2）=（8.4-2）/2tg（30/2） =11.912m所以 前池坡率降i=（314.6-314）/12=0.05 即 i=1：20十、管道设计 1.进水池的布置形式与水泵的结构和类型、进水池水位变化幅度有关。进水池最低水位经常低于水平管段。因此，需要有垂直的管段与水平管段连接。 2.出水管道 根据管路布置原则，本站的压力钢管比较短，长度不超过80m。为了减少管路局部损失，经济运行，本站压力管道不再合并，但机组输水，沿途设支镇墩，保证管道运行稳定。十一、出水池 如图9所示 选择正向出水

25、的形式。1. 水平出流时出水池长度L根据水面漩涡法知 L=ah淹0.5 a=7-（hp/Do-0.5）2.4/（10.5/m2） m=hp/Lp 设 h淹=1m hp=1m Lp=2m m=0.5 a=5.4 所以 L=ah淹0.5=5.4m h淹min=0.3m h淹hpLLp如图9 淹没出流示意图2 出水池宽度B从施工和水力条件考虑，最小单管出流宽度为 B（23）Do 即 B11=20.4=0.8m所以 B=60.8=4.8m 取B=5m2. 出水池底板高程 如图10所示它是根据干渠最低水位低来确定。 即 底= 低-（hmin+Do+P） 式中 hmin最小淹没深 设 低=340m 则 底

26、=340-（0.3+0.4+0.4）=338.9m3. 出水池池顶高程： 如图10所示 根据池中最高水位加上安全超高h来确定。 顶=高+h =341+0.5 =341.5m十二、泵站运行工况 泵站运行工况已在泵的选型计算中说明，在此不再阐述。高低底顶hp如图10十三、结束语通过此次设计，使我们获得的专业理论知识系统化、整体化。以便于巩固扩大所学的专业知识。增强了我们独立分析问题、解决问题的能力；提高了设计计算技巧和编写说明书及绘图能力。为适应今后的工作需要打下了坚实的基础。但是，也发现了不少问题。一是我们理论联系实际的能力还不够强，解决实际问题的能力还有待提高；二是对泵站的总体及细部还考虑不够

27、周全，导致此次设计深度欠佳；三是此设计缺少一些数据，从而在设计说明书中对厂房的稳定分析和应力分析只是理论的阐述。 通过这次设计使我的理论知识更加全面、实践能力更强。设计中发现的问题，也可能是今后工作中所遇到的，我会加以改正，今后不会再犯第二次。在设计中存在的缺点、疏漏和不妥，恳请各位老师批评指正。 参考文献 温新丽主编，水电站及泵站，中央广播电视大学出版社，2001。 丘传忻编著，泵站，中国水利水电出版社，2004。 张景成 张立秋主编、袁一星 李亚峰主审，水泵与水泵站，哈尔滨工业大学出版社，2003。 王涛主编，水泵及水泵站习题实验课程设计指导书，北京：水利电力出版社，1995。 丁成伟编，离心泵与轴流泵，北京：机械工业出版社，1985。目录一、工程概况 （1）二、基本资料 （2）三、泵站设计参数的确定 （2） （一） 泵站流量的确定 （2） （二） 泵站设计扬程的确定 （3）四、水泵机组选型及配套 （5）五、确定水泵的安装高程 （8）六、站址选择 （9）七、泵站设计及辅助设备选择 （9）八、整体稳定校核 （13）九、进水池与前池设计 （14）十、管道设计 （16）十一、出水池 （16）十二、泵站运行工况 （17）十三、结束语 （17）参考文献 （19）22