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水泵知识

送水泵站的设计与计算

文章热度:12045

一、泵站设计流量和扬程的确定
    1.设计流量
    送水(二级)泵站的设计流量应按最大日用水量变化曲线和拟定的送水(一级)泵站工作曲线确定。
    送水(二级)泵站的设计流量与管网中是否设置水塔或高地水池有关。当管网内不需设置水塔进行用水量调节时,送水(二级)泵站的设计供水流量按最大日最高时用水量计算。即
    Qh=KhQd/24  
式中Qh——二级泵站的设计流量,m3/h;
    Kh——时变化系数;
    Qd——最高日设计用水量,m3/d。
    当管网中设有水塔或高地水池,供水泵站供水为分级供水。一般分为高峰、低峰二级供水,最多不超过三级供水。泵站各级供水线尽量接近用水线,这样可减小水塔或高地水池的调节容积,一般各级供水量可取该供水时段用水量的平均值。
    2.设计扬程
    送水(二级)泵站的水泵扬程和水塔高度按最大日最高时流量计算。计算水泵扬程时,一般需要考虑一定的富余水头,一般为1~2m。
    (1)无水塔或高地水池管网  在最高用水时,送水(二级)泵站的水泵扬程应保证管网控制点的最小服务水头。
    Hp=Zc+Hc+∑hc+∑hs+∑hn    (6—24)
式中  HD——二级泵站的设计扬程,m;
      Zc——管网控制点的地面标高与清水池最低水位的高差,m;
      Hc——给水管网中控制点要求的最小服务水头(也称最小自由水头),m;
    ∑hc——水泵吸水管路的水头损失,m;
    ∑hs——输水管路的水头损失,m;
     ∑hn——管网中水头损失,m。
    (2)网前水塔管网  二级泵站供水到水塔,再经管网到用户。水塔的设置高度应保证最高用水时管网控制点的压力要求,水塔的水柜底面高出地面高度为:
    Ht=Hc+∑hn-(Zt-Zc)    (6-25)
式中  Ht——水塔高度,即水塔水柜底高于地面的高度,m;
      Hc——控制点要求的最小服务水头,m;
    ∑hn——按最高时用水量计算从水塔到控制点的管网水头损失,m;
      Zt——水塔处的地面标高,m;
      Zc——控制点的地面标高,m。
    泵站的设计扬程应保证将水送到水塔。
    Hp=Zt+Ht+H0+∑hs +∑hc   (6—26)
式中  Zt——水塔处地面和清水池最低水位的高差,m;
      H0——水塔水柜的有效水深,m;
      Ht——水塔高度,m;
    ∑hs——水泵吸水管路水头损失,m;
    ∑hc——二级泵站到水塔的输水管中的水头损失,m。
    (3)对置水塔管网(又称网后水塔)  在最高用水时,泵站和水塔同时向管网供水,两者有各自的供水区,形成供水分界线。在供水分界线上,水压最低,送水(二级)泵站的扬程可按无水塔管网的公式计算。水塔高度计算与网前水塔时相同,只是式中∑^n为最高时供水量时,由水塔供水量引起的从水塔到分界线控制点的水头损失。
    当送水(二级)泵站供水量大于用水量时,多余水量流入水塔,这种流量称转输流量。在最大转输时水泵扬程为
    H’p=Zt+Ht+H0+∑h’s+∑h’c+∑h’n
式中    H:——最大转输时水泵扬程,m;
∑h’s,∑h’c,∑h’n——分别表示最大转输时,水泵吸水管路、输水管和管网的水头损失,m;其他符号意义同前。
  (4)网中有水塔管网  水泵扬程Hp和水塔高度H。计算,应根据具体情况,参考网前
水塔管网和对置水塔管网计算。
    二、水泵和电动机的选择
    1.水泵选择
    送水( 二级)泵站除按最高日最高时供水量和管网计算得出的总扬程选泵外,还应考虑流量变化时的水泵效率,以及经济运行。送水(二级)泵站应选Q—H曲线平缓的水泵,常用单级或SH型双吸清水离心泵,通常送水泵房至少有2~3台供水泵,并且不包括备用泵。   
    尽可能选用允许吸上真空度值大或必需气蚀余量值小的泵,以提高水泵安装高度,减少泵房埋深,降低造价。
    一般城市送水(二级)泵站内设一台备用泵,其型号与泵站内最大一台水泵相同;对于多水源城市的供水,或建有足够调蓄水量高位水池时,亦可不设置备用泵。
    送水(二级)泵站应进行消防事故校核,不设专用消防管道的高压消防制系统,为满足消防时的压力,一般另设消防专用泵。   
    2.电机选择
    可选Y系列普通鼠笼型电动机。
    三、泵房布置
    送水(二级)泵房一般由水泵间、配电间、操作控制室和辅助房间等四部分组成。大多数泵房这些部分可合并建造。
    泵房的布置包括泵房机组的布置;吸水管和出水管的布置与敷设;电气设备与控制设备的布置;其他辅助设备的布置;管沟、检修场地、工作平台、人行通道及楼梯(电梯)等布置;噪声消除措施的布置;工具储藏以及生活间等辅助房间布置等。泵房的电气设备还应按有关防火规范进行消防布置。   
    1.泵房形式
    送水泵房的平面大都采用矩形布置,可使水泵进出水管顺直,水流顺畅,管配件少,便于就地维修。中小型水厂的送水泵房,通常选用具有较大允许吸上真空高度(H。)的水泵,尽量使泵房布置成地面式,以节约投资和方便运行管理,如图6~26所示。如水泵吸水水位较低或允许吸上真空高度(H。)较小,以及需采用自灌式启动的水泵时,泵房布置成半地下式泵房
2.布置原则
泵房布置应符合下列规定。
   (1)满足机电设备布置、安装、运行和检修的要求。
   (2)满足泵房结构布置的要求。
   (3)满足泵房内通风、采暖和采光要求,并符合防潮、防火、防噪声等技术规定。
    (4)满足泵房内外交通运输的要求。
    (5)注意建筑造型,做到布置合理,适用美观。
    (6)泵房布置应考虑预留发展与扩建的可能性。一般可考虑在远期工程中改换较大的水
  泵机组;预留远期增加水泵机组的位置。
    3.泵房的尺寸确定
    (1)泵房长度  根据主机组台数、布置形式、机组间距,边机组段长度和安装检修间距的布置等因素确定。并应满足机组吊运和泵房内部交通的要求。   
    (2)主泵房宽度  根据主机组及辅助设备、电气设备布置要求,进、出水流道(或管道)的尺寸,工作通道宽度,进、出水侧必需的设备吊运要求等因素,结合起吊设备的标准跨度确定。若采取标准预制构件屋面梁,泵房跨度为6m.9m、12m、15m、18m、21m等。
    另外,是否设置管沟对确定泵房宽度影响较大。半地下式泵房的地下部分较浅时可考虑设管沟;较深时不设为各种布置形式。设有管沟的泵房,地面整洁,便于巡行、维修,但增加泵房跨度和造价,尤其是大型泵房的管道直径较大,增加投资较多,故需慎重考虑。
   (c)~(e)布置方式,在进出水管道单侧或双侧,设置一级或二级通道;有时将通道建成平台,可兼作检修场地。
    (3)主泵房各层高度  根据主机组及辅助设备、电气设备的布置,机组的安装、运行、检修,设备吊运以及泵房内通风、采暖和采光要求等因素确定。
    (4)主泵房水泵层底板高程  根据水泵安装高程和进水流道(含吸水室)布置或管道安装要求等因素确定。水泵安装高程应根据不同类型水泵的气蚀余量或允许吸上真空高度,通过对水泵装置的水力计算·,结合泵房处的地形、地质条件综合确定。
    4.其他布置要点
    泵房的除满足上述布置要求外,还应满足下列要求。
    (1)安装在主泵房机组周围的辅助设备、电气设备及管道、电缆道,其布置应避免交叉干扰。
    (2)当主泵房分为多层时,各层楼板均应设置吊物孔,其位置应在同一垂线上,并在起吊设备的工作范围之内。吊物孔的尺寸应按吊运的最大部件或设备外形尺寸各边加0.2m的安全距离确定。
    (3)主泵房对外至少应有两个出口,其中一个应能满足运输最大部件或设备的要求。并在进门口设有足够面积的起吊平台,使机组设备能置于起重机械的起吊范围内。如属大型泵房,还应考虑汽车能进入,使起重机械能直接从汽车上起吊设备。
    (4)立式机组主泵房电动机层的进水侧或出水侧应设主通道,其他各层应设置不少于一条的主通道。主通道宽度不宜小于1.5 m,一般通道宽度不宜小于1.0 m。吊运设备时,被吊设备与固定物的距离不宜小于0.3 m。卧式机组主泵房内宜在管道顶部设工作通道。   
    (5)当主泵房分为多层时,各层应设1~2道楼梯。主楼梯宽度不宜小于1.0m,坡度不宜大于40。楼梯的垂直净空不宜小于2.0m。
    (6)卧式机组主泵房内,四周均应设将渗水汇入集水廊道或集水井的排水沟。
    (7)泵房内应有与水泵间隔声的操作控制室。一般设在泵房的端部;当泵机组数较多、较长时,亦可设在泵房的中间或中侧。主泵房电动机层值班地点允许噪声标准不得大于85dB(A),中控室、微机室和通信室允许噪声标准不得大于65dB(A)。若超过上述允许噪声标准时,应采取必要的降声、消声或隔声措施,并应符合现行国家《工业企业噪声控制设计规范》的规定。
    (8)主泵房的耐火等级不应低于二级。泵房内应设消防设施,并应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》和国家现行标准《水利水电工程设计防火规范》的规定。
    (9)泵房附有加氯间时,必须与泵房间隔开,并有独立向外开的门;氯库须另行独立设置。
  5.泵房的土建设计要求   
  (1)泵房门窗应根据泵房内通风、采暖和采光的需要合理布置。严寒地区应采用双层玻璃窗。向阳面窗户宜有遮阳设施。
    (2)泵房的永久变形缝(包括沉降缝、伸缩缝)的设置,应根据泵房结构型式、地基条件等确定。土基上的缝距不宜大于30m,岩基上的缝距不宜大于20m。缝的宽度不宜小于0.02m。
    (3)泵房屋面可根据当地气候条件和泵房内通风、采暖要求设置隔热层。
    四、水泵机组的布置
    水泵机组布置可分为平行单排(纵向排列)、直线单排(横向单列)和横向双排(横向双行排列)三种形式。其特点见表6-10。
    表6-10机组布置比较
  布置形式
    优    点
    缺    点
    适用情况
平行单排布置
  1.水泵的吸水管可处于顺直状态
  2.布置紧凑,泵房建筑面积小
  3.电动机抽出方便
  1.泵房跨度较大
  2.管道配件较多
  3.水力条件较差
  4.用单轨起吊水泵和电动
机较不方便
1.一般适用于小泵房
直线单排布置
  1.泵房跨度较小
  2.进出水管顺直,水力条件好,可减少水头损失和电耗
  3.泵房上方只需采用单轨葫芦作起重设备
 
  1.泵房较长
  2.管道配件拆装不便
  3.操作管理线路较长
 
 
  1.广泛被中、小型水厂采用
  2.常用于侧向进水和侧向出水的水泵,如S型双吸中开离心泵
  3.水泵台数不宜超过5~6台,吸水管阀门也可放在房外
 横向双排布置
1.布置紧凑,泵房面积小
  2.配管件简单
  3.水力条件好
  1.泵房跨度大
  2.水泵倒顺转布置,检查麻烦
  3.泵房内较挤,检修空间少
  4.常需采桥式起重机
1.适用于大型双吸卧式离心泵的
地下室泵房
  2.水泵一般在6台以上,施工要
求用沉井而不许泵房太长时
 
 
    一般机组布置间距的要求见表6—11,设计时可按水泵规模、水泵类型等实际情况对照选择。
    五、吸水管和出水管的布置与敷设
    1.吸水管布置
    吸水管的布置应符合下列要求。
表6—11  机组布置间距与通道宽度
    项目
    GBJ13-86室外给水设计规范(97版)
    GB/T 50265—97泵站设计规范
布置情况与要求
  最小间距、通
    道宽/m
布置情况与要求
  最小间距、通
    道宽/m
  机组
  间距
  1.相邻两水泵机组突出部分的净距,及机组突出部分与墙壁间的净距
 
  (1)单列布置时,相邻机组之间
的净距
  (2)双列布置时,管道与相邻机
组之间的净距
  (3)进水管中心线距离应满足进水喇叭管布置及水工布置的要求
  (4)就地检修的电动机还应满足转子抽芯的要求
   不应小于
    1.8~2.0
    不应小于
    1.2~1.5
 
    (1)电动机容量不大于55kW
 
 
    不小于0.8
 
 
    (2)电动机容量大于55kW
 
 
    不小于1.2
 
    2.应保证水泵轴或电动机转子在检修时能够拆卸
 
2.立式泵机组的间距应取下列
的大值
  (1)电动机风道盖板外径
  (2)进水流道最大宽度与相邻流道之的闸墩厚度的尺寸总和
  3.机组段长度当泵房分缝或需放置辅助设备时,可适当加大
  4.边机组段长度应满足设备吊装以及楼梯、交通道布置的要求
 
  不小于1.5m
  宽的运行通
道的尺寸总和
 
  (1)电动机容量小于55kW
 
 
 
  不小于0.8
 
 
  (2)电动机容量大于55kW
 
  同上要求,
  并不小于1.2
  主通道
  1.泵房主要人行通道宽度
  2.配电盘前面通道宽度
  (1)低压
  (2)高压
 
  大于等于1.2
  1.卧式机组
  在大型卧式机组的四周,宜设工作平台,平台通道宽度
  2.立式机组
  (1)电动机层和水泵层的上、下
游侧均应有运行维护通道,其净宽
 
不宜小于1.2
    大于1.5
    大于2.0
    不宜小于
    1.2~1.5
(2)一侧布置有操作盘柜时,其
净宽
不宜小于2.0
  (3)水泵层的运行通道还应满足设备搬运的要求
 
  安装
  检修
  通道
  1.设专用检修场地时:应根据机组外形尺寸决定,并应在周围设有通道,通道宽度
不小于0.7
  安装检修间长度可按下列原则
确定:卧式机组应满足设备进入泵房的要求,其通道宽
 
不宜小于5.0
 
2.当考虑就地检修时:每个机
组的一侧应有一条大于水泵机组
宽度的通道,并应保证泵轴和电机转子在检修时的拆卸,通道宽度
大于水泵机
组宽度0.5
  立式机组应满足一台机组安装
或扩大性大修的要求,机组检修应充分利用机组问的空地
 
  在安装间,除了放置电动机转子外,尚应留有运输最重件的汽车进入泵房的场地,其长度可取
1.0~1.5倍
机组段长度
辅助泵通道
  辅助泵(真空泵、排水泵等):一般利用泵房内的空地,不增加泵房尺寸,这种机组可靠墙设置,只要一边留出通道,通道宽度还应考虑就地检修
不小于0.8
 
1.0~1.5倍
  机组段长度
 
    (1)每台水泵宜设置单独的吸水管直接从吸水井或清水池中吸水。如几台水泵采用合并吸水管时,应使合并部分处于自灌状态,同时吸水管数目不得少于两条,在联通管上应装阀门,当一条吸水管发生事故时,其余吸水管应仍能满足泵房设计水量的要求。
   (2)吸水管路应尽可能短、减少配件,一般采用钢管或铸铁管,并应注意避免接口漏气。
    (3)吸水管应有沿水流方向连续上升的坡度i,一般大于等于0.005,并应防止由于工允许误差和泵房管道的不均匀沉降而引起吸水管的倒坡,必要时采用较大的上升坡度。    为了避免产生气囊,应使沿吸水管线的最高点在水泵吸入口的顶端。吸水管的断面一般应大于水泵吸入口的断面,吸水管路上的变径管可采用偏心渐缩管(即偏心大小头),保持渐缩管的上边水平。
    (4)如水泵位于最高检修水位以上,吸水管可不装阀门;反之吸水管上应安装阀门,以便水泵检修。阀门一般采用手动。
    (5)泵站内吸水管一般没有联络管,如果因为某种原因,必须减少水泵吸水管的条数,而设置联络管时,则在联络管上应设置必要数量的闸阀,以保证泵站的正常工作。但是这种情况应尽量避免,因为,在水泵为吸人式工作时,管路上设置的闸阀越多,出事的可能性也越大。所以它只适用于吸水管路很长而又不能设吸水井的情况。
    一般情况下,为了保证安全供水,输水干管通常设置两条(在给水系统中有较大容积的高地水池时,也可只设一条),而泵站内水泵台数常在2~3台以上。为此,就必须考虑到当一条输水干管发生故障需要修复或工作水泵发生故障改用备用水泵送水时均能将水送往用户。
    (6)吸水管的设计流速建议采用以下数值:
    ①管径小于250mm时,为1.O~1.2m/s;
    ②管径在250~1000mm时,为1.2~1.6m/s;
    ③管径大于1000mm时,为1.5~2.Om/s。
    在吸水管路不长且地形吸水高度不很大时,可采用比上述数值大些的流速,如1.6~2.0m/s;例如水泵为自灌式工作时,则吸水管中流速可适当放大。
    (7)为了避免水泵吸入空气,吸水管进口在最低水位下的淹没深度五应不小于0.5~1.0m。若淹没深度不能满足要求时,则应在管子末端装置水平隔板。
    (8)吸水管的直径为d,为了避免水泵吸入井底沉渣,并使水泵工作时有良好的水力条件,应遵循以下规定。
    ①吸水管上喇叭口的直径一般可采用D=(1.3~1.5)d;
    ②吸水喇叭口边缘与井壁的净距不小于(0.75~1.0)D;
    ③在同一井中安装有几根吸水管时,吸水喇叭口之间的距离不小于(1.5~2.0)D。
    2.压水管的布置
    送水泵站的安全要求较高,在布置压水管路时,必须满足:
    (1)能使任何一台水泵及闸阀停用检修而不影响其他水泵的工作。
    (2)每台水泵能输水至任何一条输水管。
    压水管的布置一般应符合下列要求。
    (1)出水管上应设闸阀、止回阀和压力表,并宜设置防水锤装置,防水锤装置可选用气囊式水锤消除器或缓闭与速闭止回阀等。当直径D大于等于300mm时,大都采用电动或液压传动阀门。止回阀通常装于水泵与压水闸阀之间。如果水锤现象不严重,且为地面式泵站时,可将止回阀放在压水闸阀的后面,或者将止回阀装设于泵站外特设的切换井中。
    (2)出水管一般采用钢管、焊接接口,但为便于安装和检修,在适当地点可设法兰接口。
    (3)为了安装上方便和避免管路上的应力(如由于自重、受温度变化或水锤作用所产生的应力)传至水泵,一般应在吸水管路和压水管路上需设置伸缩节或可曲挠的橡胶
接头。
    (4)为了承受管路中内压力所造成的推力,在一定的部位上(各弯头处)应设置专门的支墩或拉杆。
    (5)压水管的设计流速建议采用以下数值:
    ①管径小于250mm时,为1.5~2.Om/s;
    ②管径在250~1000mm时,为2.0~2.5m/s;
    ③管径大于1000mm时,为2.0~3.0m/s。
    水泵出水联络管和出水总管一般宜在泵房内布置,联络管上闸阀布置应满足任何一台水泵和闸阀检修仍能保证泵房能正常出水。
    送水泵站通常在站外输水管路上设一检修闸阀,或每台水泵均加设一检修闸阀,即每台泵出口设有两个闸阀。这种闸阀经常是开启状态的,只有当修理水泵或水管上的闸阀时才关闭。这样布置,可大大地减少压水总联络管上的大闸阀个数,因而是较安全又经济的办法。
    检修闸阀和联络管路上的闸阀,因使用机会很少,不易损坏,一般不再考虑修理时的备用问题。   
    压水管路及管路上闸阀布置方式的不同,对泵站的节能效果与供水安全性均有紧密联系。三台泵(一用一备)、两条输水管的两种不同方式布置中可节省两个90度弯头的配件,并且泵l、’泵Ⅱ作为经常工作泵,水头损失甚小,与图6—31(b)布置相比较具有明显的节能效果。
    上述这种情况,如果必须保证有两台泵向一条输水管送水时,则应在联络母管上要增设两个双闸阀,如图6-32(b)所示。为了缩小泵房的跨度,可将闸阀1装在联络母管的延长线E。
   四台水泵向两条总压水管供水的布置图,其中一台为备用泵。这时闸阀之一要修理时,泵站还有两台水泵及一条压水总管可供水,水量下降不多。假设只装一个闸阀,则当修理它时,整个泵站将停止工作。
    较大直径的转换阀门、止回阀及横跨管等宜设在泵房外的阀门室(井)内。对于较深的地下式泵房,为避免止回阀等裂管事故和减小泵房布置面积,将联络管置于墙外的管廊中或将联络管设在站外,而把联络管上的闸阀置于闸阀井中。
    3.吸水管路和压水管路的敷设
    管路及其附件的布置和敷设应当保证使用和修理上的便利。一般要求如下。
    (1)敷设互相平行的管路,其净距不应小于0.8m,以便维修人员能无阻地拆装接头和配件.
    (2)为了承受管路中压力所造成的推力,应在必要的地方(如弯头、三通处)装置支墩、拉杆等,不允许让这些推力传给水泵。
    (3)尽可能将进、出水阀门分别布置在一条轴线上。
    (4)管道穿越地下泵房钢筋混凝土墙壁及水池池壁时,应设置穿墙套管或墙管。墙管为铸铁特殊配件,安装时管道直接与墙管连接。穿墙套管为铸铁特殊配件,亦可采用钢管制作。管道安装后,管道与套管间用止水材料封填。
    (5)埋深较大的地下式泵房,进、出水管道一般沿地面敷设,地面式泵房或埋深较浅的泵房,宜采用管槽内敷设管道。管槽必须具有坡度、自流排出积水;或排入泵房内集水坑,由排水泵排出。
    当泵房的进、出水管为直线布置时,拆装水泵和阀门较为困难,常设置具有伸缩或柔性的特殊配件、伸缩器,以方便拆装,需要时还可补偿蝶阀开启时阀瓣伸出长度。
    当水管敷设在泵站地板上时,应修建跨过管道并能走近机组和闸阀的跨桥或通行平台,以便操作与通行。
    泵站内管道一般不宜架空安装。但地下深度较大的泵房,为了与室外管路连接,有时需要架空管道。管道架空安装不应阻碍通行及架设在电气设备的上方,以免管道漏水或凝露时影响下面电气设备的安全工作。管道可采用悬挂或沿墙壁的支柱安装,管底距地面不应小于2.Om。
    当管道敷设在管槽(又称管沟)中,管槽上应有活动盖板,一般采用钢板或铸铁板,也可用预制钢筋混凝土板。管槽的宽度和深度应便于人员下到管槽进行安装检修。一般,管顶至盖板底的距离应根据水管埋设深度决定,并不小于l50mm。沟壁与水管外壁的距离应不小于300mm。管槽的宽度和深度还需按照管道上阀门的设置情况,而适当放大。沟底应有向集水坑或排水口倾斜的坡度。
    地下式水泵站所在地地下水位较高时,不宜采用能通行的管沟或地下室,否则会大大增加泵站的造价。
    吸、压水管在引出泵房之后,必须埋设在冰冻线以下,并应有必要的防腐防震措施。如管道位于泵站施工工作坑范围内,则管道底部应做基础处理,以免回填土发生过大的沉陷。
  六、精选水泵和电动机
  根据地形条件确定水泵的安装高度。计算出吸水管路和泵站范围内压水管路中的水头损失,然后求出泵站的扬程。如果发现初选的水泵不合适,则可以切削叶轮或另行选泵,根据新选的水泵的轴功率,再选用电动机。
  七、泵房建筑高度确定
  泵房高度是指泵房进口处地坪(或平台)到屋顶梁底部的高度,除考虑采光通风条件外,还取决于水泵的安装高度、泵房内有无起重设备以及起重设备的型号。泵房内的起重设备应根据最大一台泵或电机的重量选用。起重量小于500k9,用移动吊架或固定吊钩;起重量500-200kg,用手动单轨吊车;起重量大于2000k9,用电动桥式吊车。辅助性房屋高度一般采用3m。
  1.无起重设备时
  泵房的高度应不小于3m。
  2.采用单轨吊车
  (1)地面式泵房(图6-36)
    H=a+b+c+d+e+f+g(6-28)
式中  H——泵房高度,m;
    a——吊车梁高度,m;
    b——滑车高度,m;
    c——起重葫芦在钢丝绳吊紧情况下的长度,m;
    d——起重绳的垂直长度,水泵为0.85x,电动机为1.2x,Z为起重部件宽度,m;
    e——最大一台水泵或电动机的高度,m;
    f——吊起物底部和最高一台机组顶部的距离,m,一般应大于0.5m;
    g——最高一台水泵或电动机至室内地坪高度,m。
    (2)地下式泵房(除特别指明外,其余符号意义同地面式泵房)
    当H2≥f+9时、H=H1+H2   (6—29)
式中  H2——泵房地下部分高度,ra;
      H1——泵房地上部分高度,m,
即H1=a+b+c+d+P+h
式中  p——吊起物底部与泵房进口处室内地坪或平台的距离,一般不小于0.3~0.5m。
    当Hz<f+9一h时    H1=(a+b+f+d+e+f+g)一H2    (6—30)
    符号的意义同上。
    3.采用单梁悬挂式吊车
    (1)地面式泵房(见图6-37)
    H=a+f1+d+e+f+g(6-31)
式中a——行车轨道的高度,m;
    C1——行车轨道底到起重钩中心的高度,m;
    其余符号的意义同上。
    (2)地下式泵房(除特别指明外,其余符号意义同地面式泵房)
    当H2≥f+g时H=H1+H2
    H1=a+Cl+d+e+无    .
    当H2<f+g-h时H1=a+fc1+d+e+f+g-H2
    其余符号的意义同上。   
    4.采用桥式吊车
    (1)地面式泵房(见图6-38)
    H=a1+a2+C1+d+e+f+g    (6—34)
式中,n—一般不小于0.3m;
    a2——行车梁高度,m;
    c1——行车梁底到起重钩中心的高度,m。
    其余符号的意义同上。
    由于桥式起重机可在横向移动,故g可按跨越处的固定物高度确定。
    (2)地下式泵房(除特别指明外,其余符号意义同地面式泵房)
    当H2≥f+g时H=H1+H2=a+b+c+d+e+h+H2z   (6—35)
    当H2<f+g9-h时H1=n+a22+cl+d+e+f+g-H2   (6—36)
    符号的意义同上。
    八、吸水井布置
    一般吸水井靠近二级泵房吸水管一侧,每台水泵有单独吸水管从吸水井吸水。水泵台数少时,也可不设吸水井而直接自清水池吸水。吸水井的形式有分离式吸水井和池内式吸水井两种。分离式吸水井如图6—39所示,它是在邻近泵房吸水管一侧设置的独立构筑物。池内式吸水井如图6—40所示,它是在清水池的一端用隔墙分出一部分容积作为吸水井。当多台水泵吸水管共用一井时,常将吸水井分成两格,中间设置连通管和闸阀,或不设阀门用虹吸管连通,以便分隔清洗使用。
    吸水井的尺寸应满足吸水管的布置、安装、检修和正常工作的要求,通常按吸水喇叭H间距决定。
    多台水泵的吸水井应有一定的进水流程,以调整水流使顺直均布地流向各吸水管。一般要求吸水井格网出水至吸水喇叭El中心的流程长度Z不小于3D,即l≥3D。
    吸水井水位随清水池水位变化而变化,两者的水位差等于连接管道中的水头损失。
    九、送水泵站设计计算举例
    1.设计资料
    某市新建水厂净化处理后的洁净水进入清水池,经由二级泵站加压输送至城市配水管网。
    ①二级泵站设计地点的地面海拔高程2.0m,冰冻深度为1.0m,地下水位为-4.0m。
    ②城市最高日最高时用水量471L/s,消防水量按50L/s考虑。
    ③清水池池底标高为-2.0m,最高水位标高为2.0m,最低水位为-0.8m,吸水井与清水池连接管道中的水头损失为0.2m。
    ④管网控制点地面标高为4.0m,平均建筑层数3层,输水管与管网总水头损失最大用水时为10m,消防时为13m。试进行泵站工艺设计。
    2.泵房形式的选择及泵站平面布置
    泵房主体工程由机器间、配电室、控制室和值班室等组成。
    机器间采用矩形半地下形式,以便于布置吸压水管路与室外管网平接,减少弯头水力损失,并紧靠吸水井南侧布置,直接从吸水井取水压送至管网。
    值班室、控制室及配电室在机器间西侧,与泵房合并布置,与机器间用玻璃隔断分隔。最西侧端设有配电室,双回路电源用电缆引入。
    3.水泵机组的选择
    (1)设计流量  泵站的设计流量按最高日最高时用水量确定,Q=471L/s。
    (2)设计扬程吸水井最低工作水位一清水池最低水位-0.2=-0.8-0.2=-1.0m。
    管网控制点的地面标高与吸水井最低水位的高程差:Zc=4+1=5m。
    该地区平均建筑层数3层,则管网要求的最小服务水头:H0=16m。
    最大用水时输水管与管网总水头损失:∑hl=10m。
    初步假定用水量最大时泵站内管路水头损失:∑h2=2m。
    附加安全水头1.5m,则泵站设计扬程
    Hp=Zc+Ho+∑h1+∑h2+1.5-5+16+10+2+1.5-34.5m
    (3)选择水泵型号  为了在用水量减小时进行灵活调度,减少能量浪费,利用水泵综合性能图选择几台水泵并联工作来满足最高时用水流量和扬程需要,而在用水量减小时,减少并联水泵台数或单泵运行供水都能保持在各水泵高效段工作。
    当Q=30L/s时(型谱图最小流量),泵站内水头损失甚小,此时输水管和配水管网中
1水头损失也较小,假定三者之和为3m(即∑元1+∑庇2=3m),则相应的水泵的扬程为:
    HD=Zc+Ho+∑h1+∑h2+1.5-5+16+3+1.5=25.5m
    根据Q=471L/s,Hp=32.5m和Q=30L/s,Hp=25.5m,在水泵综合性能图上确定两点连接成参考管道特性曲线,选取与参考管道特性曲线相交的水泵并联。可选用两台12Sh-13型和一台10Sh-9A型并联,也可选用一台l4Sh-13A、一台12Sh-13和一台10Sh-9A型水泵并联。方案比较见表6—12。
    表6—12  方案比较
方  案
用水量变化
范围/(L/s)
运行水泵
水泵扬程/m
所需扬程/m
浪费扬程/m
水泵效率
    /%
  第一方案:两台12Sh-13和一台10Sh~9A
400~471
两台12Sh-13
一台10Sh-9A
37~34.5
32~34.5
5~O
  82~85
  75~80
  300~400
两台12Sh-13
    40~32
    31~32
    9~0
  80~85
230~300
一台12Sh-l3
一台1Osh-9A
37~36.5
31.5~36.5
  6.5~O
82~85
  75~76
  150~230
一台12Sh-13
  38~30.5
  32~30.5
    6~0
  82~81
    90~150
一台1Osh-9A
  35.5~30
    28~30
    7.5~0
  78~80
第二方案:一台14Sh-13A,一台12Sh-13,台10Sh-9A
350~47l
一台14Sh-13A
一台1OSh-9A
41~34.5
31~34.5
10~O
  80~82
  74~80
230~350
一台14Sh-13A
   40~31
30.5~31
9.5~O
81~81
150~230
一台12Sh-13
38~30.5
30~30.5
     8~0
82~81
 
    通过比较,第二方案虽然水泵效率较高,但与所需扬程相比浪费能量较大。第一方案虽然有一台10Sh-9A效率较低,但总的来看能量浪费少,水泵型号也少,且分级数量多,故采用第一方案,并选用一台12Sh-13型水泵为备用泵(见表6-13)。
    表6-13水泵性能
  水泵
  编号
    水泵
    型号
    流量
  KL/s)
扬程/m
    转速
/(r/min)
  轴功率
    /kW
  效率/%
允许吸上真空高度值Hs/m
重量W/kg
  I
  12Sh-13
  170~220
   ~250
36.4~32.2
  ~29.5
1470
  76~83.2
    ~88
  80~83.5
  ~82.2
4.5
709
   Ⅱ
10Sh-9A
  90~135
    ~160
35.5~30.5
    ~25
1470
42.3~48.6
    ~51
  80~83.5
  ~82.2
6.O
   428
 
(4)电机配置采用水泵厂家所指定的配套电机,见表6—14。
    表6-14电机配置
    水泵编号
    水泵型号
    轴功率/kW
转速/(r/rain)
    电机型号
    电机功率/kW
    I
    Ⅱ
    12Sh-13
    10Sh-9A
    76~83.2~88
  42.3~48.6~51
    1480
    2970
    Y315S一4
    Y250M一2
    110
    55
 
  4.机组布置和基础设计   
  (1)机组布置  采用单行顺列布置,便于吸、压管路直进直出布置,减少水力损失,同时也可简化起吊设备。
    (2)基础尺寸  基础根据厂家提供样本,12Sh一13型和loSh一9A型水泵均带底座,其基础尺寸按水泵安装尺寸提供的数据确定,见表6—15。
    表6—15基础尺寸
    水泵编号
    水泵型号
    L/mm
    B/mm
    H/mm
    I
    Ⅱ
    12Sh-13
    10Sh-9A
    2190
    1840
    1300
    1150
    600 
    600
 
    5.吸水管和压水管路设计
    (1)管路布置  根据当地条件,地下水位深,气候寒冷,泵房选用半地下式,吸、压水管可与室外1m深冻土层下的管道平接。每台水泵设有独立的吸水管直接从吸水井吸水,各泵压水管出泵房后,在闸阀井内以横向联络管相连接,且以两条总输水管送水至管网。
    初定出水管的管顶高程为lm,而吸水井中最高水位为1.8m,此时水泵为自灌式引水,吸水管上设闸阀,以便停泵检修时使用。吸水井中最低水位为-1.0m,此时水泵为吸入式引水,需要相应的引水设备。
    (2)管径计算  一台水泵单独工作时,其流量为水泵吸水管和压水管所通过的最大流
量,根据单泵运行流量初步选定吸水管和压水管径,计算结果见表6—16。
    表6-16  吸水管和压水管管径计算
    水泵型号
  流量/(L/s)
    吸水  管
    压水  管
管径/mm
流速/(m/s)
i/(mm/m)
管径/mm
流速/(m/s)
i/(mm/m)
    12Sh-13
    10Sh-9A
    230
    150
    450
    350
    1.40
    1.50
    6.23
    9.50
    350
    300
    2.30
    2.05
    20.96
    20.44
 
    横向联络管的流量应为两台较大水泵并联流量Q=400L/s,取d=450mm,则u=2.43m/s,i=17.35mm/m  每条输水管按最大总流量的75%考虑,即Q=471×75%=353L/s,取d一450mm,则V=2.14m/s,i=13.77mm/m。
    (3)管路附件选配。
    横向联络管与输水管选用Z45T-10型闸阀,DN450,L=510mm,W=522k9。
    6.泵房机器间布置
表6-17管路附件选配
    名    称
    型号规格
  主要尺寸/ram
    名    称
    型号规格
  主要尺寸/mm
喇叭口
  DN450钢制
  D1 600,H450
喇叭口
  DN350钢制
  D1 500,H450
90°弯头
  DN450
    R=450mm
    L=450mm
90°弯头
DN350
    R=350mm
    L=350mm
蝶阀
    DN450
    D371J-10
    L=114mm
    W=159kg
蝶阀
    DN350
    D371J-10
    L=78mm
    W=63.5kg
偏心渐缩管
  DN450×DN300
    L=470mm
偏心渐缩管
   DN350×250
    L=370mm
渐扩管
  DN250×DN350
    L=370mm
渐扩管
    DN200×300
    L=370mm
止回阀
    DN350
    HBH41 H-10
    L=190mm
    W=182kg
止回阀
    DN300
    HBH41H-10
    L=178mm
    W=145kg
蝶阀
    DN350
    D971X-10
    L=78mm
    W=118kg
蝶阀
    DN300
    D971X一10
    L=78mm
    W=109.1kg
90°弯头
DN350
    R=350mm
    L=350mm
90°弯头
   DN300
    R=300mm
    L=300mm
渐扩管
  DN350×DN450
    L=370mm
渐扩管
  DN300×DN450
    L=470mm
十字管
  DN450×DN450
  L1 400,Lz400
十字管
  DN450×DN450
    L1400,L2400
 
    (1)机器问长度  因电机功率大于55kW,故基础间距取为l.2m,基础与墙壁间距离取为lm。除四台水泵外,机器间右端按最大一台机组布置,设一块检修场地,平面尺寸为4.0m×3.0m,故得机器间总长度:
    L=3×2.19+1.84+1.0+3×1.2+4.0-17.01m
    (2)机器间宽度  吸水管蝶阀距墙取lm,压水管蝶阀一侧留1.2m宽的管理道路,水泵基础与墙壁净距按水管配件安装的需要确定。根据图6—42可得机器间宽度:
    B=1.0+0.114+0.47+1.30+0.37+0.19+0.078+1.2=4.722m
考虑到水泵出水侧是管理、操作的主要通道,水泵基础与墙壁净距不宜小于3m,机器问采取标准预制构件屋面梁,机器间平面尺寸最后确定为长18.0m,宽6m。
    (3)管路敷设  为便于与室外冻土层下管道平接,室内管道均设在管沟内,沟顶加0.15m厚的钢筋混凝土盖板,与室内地坪齐平。
    7.吸水井设计
    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:,Hmin=-0.1m
    吸水井最高水位:Hmax一清水池最高水位一清水池至吸水井水头损失=2.O-0.2=1.8m
    水泵吸水管进口喇叭口大头直径D≥(1.3~1.5)d,取1.33×450=600mm
    水泵吸水管进口喇叭口长度L≥(3.0~7.0)×(D-d),取3.0×(600-450)=450mm
    喇叭口距吸水井井壁距离≥(0.75~1.0)D,取1.0×600=600mm
    喇叭口之间距离≥(1.5~2.0)D,取2.0×600=1200mm
    喇叭口距吸水井井底距离≥0.8D,取500mm
    喇叭口淹没水深h≥(0.5~1.O)1T1,取1.0m
  吸水井井底标高:-1.00-1.0-0.50=-2.50m
  所以,吸水井长度为7100mm,最后根据水泵机组之间距离调整为l8000mm,水井宽度为l800mm(最后调整为3000mm),吸水井高度为4800mm(包括超高300mm)。
  8.水泵安装高度验算
  (1)根据管路布置时初定的吸水管顶标高为lm。查样本,由水泵外形尺寸可知,12Sh-13型泵的轴中心线高于进水管中心275mm,10Sh-9A型泵的轴线泵轴中心线高于进水管中心200mm。   
    12Sh-13型泵的泵轴标高一吸水管顶标高一D/2+轴中心线与进水管中心距离
    -1.0-0.45/2+0.275=1.05m
  吸水井最低水位为-1.0m。
  12Sh-13型泵的安装高度:Hss一泵轴标高一吸水井最低水位一1.o5+1.0—2.05m
  同理,10Sh-9A型泵初定安装高度Hss=2.025m。为使泵房地面取平,按Hss=2.05m验算(因其H。值较小)。 
  (2)水泵进口参数见表6-18。
    表-6-18  水泵进口参数
    水泵型号
进口直径DN/mm
进口流速口v1/mm
    Hs/m
    流量Q/(L/s)
    12Sh-13
    10Sh-9A
    300
    250
    3.2
    3.O5
    4.5
    6
    230
    150
 
    (3)因当地海拔高度为2m,故可近似取:H:一H。一4.5m。
    (4)水泵安装高度校核根据图6—44,DN450吸水管直管长:Ll—5.03m,i。一
6.23mm/m吸水管的沿程水头损失:
    ∑hfs=isLl=6.23×5.03/1000=0.03m
    吸水管路局部水头损失∑矗l。计算结果见表6-19。
    表6.19  吸水管路局部水头损失计算
管道直径/mm
管  件
  阻力系数车
  最大流量
    /(L/s)
流速u/(m/s)
   V2/2g
  水头损失
    450
    喇叭口
  ε=0.56
    230
    1.4
    0.10
    0.O56
    90弯头
  ε=0.67
    230
    1.4
    0.10
    0.O67
    蝶阀
  ε=0.07
    230
    1.4
    0.10
    0.007
  450×300
偏心渐缩管
  ε=0.19
    230
    3.2
    0.52
    0.O99
    合计
 
 
 
 
 
    ∑hls=0.229
 
    根据已经确定的机组布置和管路情况,按单泵运行、两台泵运行及最大用水时三台泵运行时重新计算泵房内的管路水头损失,复核所需扬程,然后校核水泵机组(本题按单泵运行校核水泵扬程)。取最不利管线。
    (1)吸水管路中水头损失∑元。
    ∑hs=-∑hfs+∑his-0.259m
    (2)压水管路水头损失∑元d
    压水管DN350直管长:L2=5.3m,idl=20.96mm/m;DN450直管长:L3=9.49m,
id2=6.23mm/m。
  压水管路沿程损失:
    ∑‰=ZiL=5.3 X篱+9.49×蒜--0.17m
    压水管路局部水头损失∑尼ld计算见表6—20。
    表6.20压水管路局部水头损失计算
230
管道直径
DN/mm
管件
阻力系数搴
 
最大流量
/(L/s)
 
流速v/(m/s)
V2/2g
水头损失/m
250×350
渐扩管
0.05
230
4.61
1.O8
0.05
350
止回阀
3.0
230
2.30
0.27
0.81
蝶阀
0.30
230
2.30
0.27
0.08
350
90。弯头
0.59
230
1.40
0.10
0.06
350×450
渐放管
0.13
230
2.30
0.27
0.04
450× 450
十字管
0.2
230
1.40
0.10
0.02
450
2×闸阀
2×0.07
230
1.40
0.10
0.01
450×450
十字管
0.2
1.40
0.10
0.02
450
闸阀
00O7
230
1.40
0.10
0.01
合计
 
 
 
 
 
∑hid=1.10
 
压水管路总水头损失:∑hd=∑hfd+∑hld=0.17+1.10=1.27m
(3)从水泵吸水口到输水管上切换蝶阀之间的全部水头损失:
    ∑h2=∑hs+∑hd=0.26+1.27-1.53m
    (4)水泵的实际扬程
    最低水位时:Hpmax=Zc+Ho+∑hl+∑h2+1.5-5.0+16.0+10+1.53+1.5-34.03m
    最高水位时:Hpnin=Zc+Ho+∑h1+∑h2+1.5-(4-2)+16+10+1-53+1-5=31.03m
    可见初选水泵机组符合要求。
    10.消防校核
    按最不利情况考虑,消防时,二级泵站的供水量为消防用水量与最高时用水量之和为521L/s,需要最高扬程为37.5m。当备用泵与最高时运行水泵同时启动时,为三台12Sh-13和一台10Sh-9A并联工作,在水泵综合性能图上绘出四泵并联总和Q—H曲线,与参考管道特性曲线的交点为Q一560L/s,H一37.5m,说明所选水泵机组能够适应设计地区的消防灭火的要求。
  11.各工艺标高设计
  12Sh-13型泵轴标高为1.05m,由l2Sh-13型水泵外形尺寸中可查得泵轴至基础顶面。
距离H1=0.52m
    泵基础顶面标高一泵轴标高一泵轴至基础顶面距离=1.05-0.52=0.53m
    基础高出泵房底按0.2m计,可得泵房室内地坪高程为0.53-0.2-0.33m
    其他工艺标高见表6-21。
    表6-21  工艺标高计算/m
水泵型号
  进水管管中心标高/m
  泵轴至基础顶面高度/m
  泵轴中心线高于进水管管中心距离/m
泵轴中心线高于出水管管中心距离/m
泵轴标高/m
  出水管管中
  心标高/m
 12Sh-13
 10Sh-9A
    0.775
    0.770
    0.520
    0.440
    0.275
    0.200
    0.305
    0.260
    1.050
    0.970
    0.745
    0.710
 
    泵房室内地坪高程为0.33m,室外地面高程为2.0m,故泵房为半地下式。地下部分高度为2.0-0.33=1.67m。
    最高设备Y315S-4至室内地坪高度:9-1.217m
    取吊物底部至最高一台机组顶距f=0.5m,则g+f=1.217+0.5-1.717m>1.67m
    泵房问高度为:
    H1=(a+b+c+d+e+f+g)一H2=3.518m
式中  a-为单轨吊车梁高度,0.32m;   
    b-为滑车高度,0.231m;
    c-为起重葫芦钢丝绳绕紧状态长度,0.5m;
    d-起重绳的垂直长度,Y315S-4电机总宽2一1..0m,则取d=1.2x=1.2m;
    e-最大一台电机高度,e-1.22m;
     f+g=1.717m;
    H2—为泵房间地下部分高度,1.67m。
    附属设备选择
    (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.
    选用SZB-8型水环式真空泵两台,一用一备。抽气量28.8m3/h,真空值520mmH9,电机功率3.0kW。
    (2)计量设备  在压水管上设超声波计量计,选取SP一1型超声波流量计两台,安装在泵房外输水干管上,距离泵房5m。
    在压水管上设压力表,型号为Y一602,测量范围为0.0~1.0MPa;吸水管上设真空表,型号为Z-602,测量范围为0.0~760mmH9。
    (3)起重设备  选用Sc型2t手动单轨吊车,工字钢为32a型,起升高度为3~12m。
    (4)排水设备选用50QW10-7-0.75潜水排污泵两台,一用一备,流量Q=10m3/h,转数n=2820r/min,电机功率N=7.5kW。设积水坑一个,1.Om×0.2mX× 1.5m(h)

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