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水泵知识

加压泵站的设计与计算

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     当输水管线较长时、中途需进行增压以及从管网抽水向边远或高区供水时采用加压泵站。加压泵站设计计算与送水泵站类似。
  一、加压泵站的类型
  给水加压泵站根据供水功能分类,可以分为给水加压泵站和给水调节加压泵站。当城镇供水管网水量能保证供水区最高日用水量的要求,但不能保证供水区内全日中最高时设计水量的要求,加压泵站设计时应设贮水池进行流量调节,加压泵站的水泵从贮水池抽水加压至供水区的供水管网,这种形式称为给水调节加压泵站。
    根据加压技术分类,可以分为设有水塔加压泵站、气压给水加压泵站和变频调速给水加压泵站。设有水塔加压泵站采用水池一水泵一水塔给水方式,水池调节镇供水与供水区加压泵房水泵抽水之间的流量不平衡,水塔调节供水区泵房水泵送水和供水区管网供水之间的水量不平衡。这种形式的加压泵站在小区供水中使用较早。为便于管理,水塔多布为前置水塔。在供水区规模较小,或供水区分期分批建造解决近期用水要求时,可以采用气压设备的给水加压泵站。如果供水量达到一定规模,供水区内两路电源能保证,可采用设有变频调速装置的给水加压泵站。
    二、加压泵站的设计流量与扬程
    1.设计流量
    给水加压泵站的设计流量的确定应和供水管网设计流量相适应,与加压泵站的服务有关,一般情况下可按下列原则确定。
    (1)加压泵站服务范围为整个小区时,加压泵站的设计流量应按小区最大小时流量计算。
    (2)加压泵站服务范围为居住组团或组团内若干幢建筑时,加压泵站的设计流量应按服务范围内担负供水卫生器具的当量总数计算得出生活用水的设计秒流量作为设计流量。
    (3)加压泵站如果负有小区室外消防任务,加压泵站设计流量应按生活给水流量和消防流量之和来考虑。
    2.设计扬程
    加压泵站的设计扬程可按下式计算:
       Hp=Zc+Hc+∑hs+∑hn    (6-45)
式中  Hp——加压泵站的设计扬程,m;
       Zc——供水区最不利供水点的地面标高和加压泵站内泵房吸水池最低水位的高程差,m。
    Hc——供水区内最不利供水点建筑物要求最小服务水头(也称最小自由水头),m;
  ∑hs——加压泵站内水泵吸水、出水管在设计流量时的总水头损失,m;
 ∑hn——小区内最不利供水点至加压泵站之间给水管网在设计流量时沿程和局部水头损失之和,m。   
    3.加压泵站的位置选择
    给水加压泵站位置选择可根据下列要求确定:
    (1)要使整个给水系统布置合理;
    (2)应靠近用水负荷中心;
    (3)放在水源或城镇管网接水点附近;
    (4)有良好的工程地质条件地段;
    (5)有良好的卫生环境,便于防护地带;
    (6)离供水区配电设施要近,接电要方便;
    (7)要考虑加压泵站对周围环境的影响,必要时应采取隔振消声措施。
    三、设有水塔的给水加压泵站设计
    1.加压泵站的组成
    小区给水加压泵站规模较小,一般由贮水池、泵房、水塔和附属建筑物等组成。贮水池调节城镇给水管网供水与加压泵站水泵出水之间的流量不平衡,保证小区高峰供水水量。泵房内布置水泵与机电等设备,保证小区供水的水压要求。水塔调节水泵出水与小区用水量之间的流量不平衡,使小区给水系统供水更加经济合理。小区供水水塔一般布置呈前置水塔,水塔建造在小区加压泵站内管理方便。小区内加压泵站附属构筑物包括值班室、机修问、仓库等。
  2。加压泵站的布置
  加压泵站的布置包括平面布置和高程布置。
  平面布置的主要内容包括:各种构筑物和建筑物的平面定位;加压泵站内给水、排水管道及附件,附属构筑物的布置;道路、围墙、绿化及供电线路的布置。
    平面布置要求布置紧凑,水的流程通顺,保证施工、检修要求,构筑物之间的管
道简单、短捷,尽量避免立体交叉。
    居住小区给水加压泵站内,为了充分利用城镇给水管网的水压,考虑到水泵的启动和土方平衡,节能等种种因素,故应做好高程布置的设计。
    为了充分利用城镇给水管网的水压,加压泵站内的贮水池一般应布置成半地下式或地上式。
    为了便于水泵的启动水泵应尽量采用自灌式,故泵房和贮水池相适应可布置成半地下式或地上式。
    3.泵房设计 
    (1)泵房的类型与组成  小区加压泵房一般选择采用半地下式或地上式矩形自灌式泵房。一般由水泵机组、动力设备、吸水管路和压水管路以及泵房辅助设备组成。泵房的辅助设备包括引水设备(非自灌泵房时用)、计量设备、起重设备、通风采暖设备和排水设备等。有时还附设加氯间。
    (2)水泵的选择  小区泵房的给水水泵一般采用卧式离心泵,表6—32为常用水泵的型
号及技术数据。
名称
型号
流量范围
扬程范围
kpa
配套电机
 
L/s
m3/h
功率/kW
转速/(r/rain)
IS80-65-160
8.61~17.8
31~64
350~280
7.5
2900
IS80-50-200
8.61~17.8
31~64
550~450
15
2900
IS80-50-200A
7.78~16.1
28~58
420~350
11
2900
IS100-80-160
18.1~34.7
65~125
350~280
15
2900
IS100-65-200
18.1~34.7
65~125
550~450
22
2900
IS100-65-200A
16.1~31.1
58-112
420~350
18.5
2900
IS150-125-315
36.1~69.4
130~250
350~280
30
1450
IS150-125-400
36.1~69.4
130~250
550~450
45
1450
IS150-125400A
31.9~61.2
115~220
420-350
37
1450
IS200-150-315
63.9~105.6
230~380
350-280
45
1450
IS200-150-400
63.9~105.6
230~380
550~450
75
1450
IS200-150-400A
58.3~94.4
210~340
450~350
55
1450
150S-50
36.1~61.2
130~220
520~350
40
2900
150S-50A
31~50
112~180
440--350
30
2900
150S-50B
30~50
108~180
380~320
22
2900
200S-42
60~95
216~342
480~350
55
2900
200S-42A
55~86
198~316
430~310
40
2900
200S-63A
50~90
180~324
545~375
55
2900
6Sh-9
36.2~61.2
130~220
520~350
40
2950
6Sh-9A
31~50
112~180
500~310
30
2950
8Sh-9A
50~90
180~324
545~375
55
2950
8Sh-13
60~95
216~342r
480~350
45
2950
8Sh-13A
55~86
198~310
430~310
40
2950
DA180×3
7~11
25.2~39.6
384~264
5.5
2920
DA180×4
7~11
25.2~39.6
512~352
7.5
2920
DA1-100×2
10~20
36~72
388~284
10
2940
DA1-100×3
10~20
36~72
582~426
13
2940
DA1-125×2
25~35
90-126
460~300
22
2950
DA1-150×2
35~50
126~180
606~492
40
2950
75TSWA×3
8.33~11.65
30~42
375~300
7.5
1450
75TSWA×4
8.33~11.65
30~42
500~400
11
1450
100TSWA×3
17.3~22.2
62~80
480~420
15
1450
100TSWA×4
17.3~22.2
62~80
648~560
18.5
1450
125TSWA×3
20~30
32~108
460~400
22
1450
125TSWA×4
20~30
32~108
690~600
30
1450
 
    设有水塔的给水加压泵站泵房的选泵流量应考虑水塔的调节作用,应按小区的规模和用水规律结合水塔的调节容积来确定。
    泵房的服务范围为居住小区,选泵流量可根据水塔调节容积的大小在最高日最高时和最高日平均时流量之间选定。水塔内可设置水位自动控制装置,控制水泵的启动和停泵。
    泵房的服务范围为居住组团规模或更小,选泵流量可根据水塔调节容积在最高日流量与设计秒流量之间选定。水塔内设置水位自动控制装置,控制水泵启动和停泵。
    水塔多布置为前置水塔,这样泵房中水泵的扬程可以按公式(6—21)计算。水塔的塔高的计算可参见公式(6—22)。
    选择水泵时注意以下几点。
    ①按确定的选泵流量和选泵扬程进行选泵,选泵时应考虑其他工况(消防、事故、经常供应流量等)运行要求,并进行校核计算。
    ②选泵时要注意到应使水泵经常的工作范围,能均处于水泵Q~h特性曲线的高效区内。
    ③选泵时要注意选择与水泵相配套的电动机设备,小区泵房的电机一般选用低压电机。
    ④在保证吸水条件的情况下,应尽量利用水泵的允许吸上真空高度,以减少泵房的埋深,降低工程造价。
    ⑤有水塔调节的泵房选泵一般可采用一用一备两台机组。选泵流量大、水塔调节容积小时可采用两用一备三台机组,水泵宜选择同型号泵,互为备用。
    (3)泵房的布置  泵房的布置与送水泵房布置相同。但小区泵房水泵机组的套数较少,一般采用单列布置。
    (4)泵房隔振  小区给水泵房机组噪声对周围环境有影响时,应采取隔振、消声措施。
    ①选用低噪声水泵,从水泵产生噪声的情况来看,一般立式泵低于卧式泵,单级泵低于多级泵,低转速泵低于高转速泵,离心泵低于活塞泵,变频泵低于工频泵。
    ②水泵基座的隔振,可在水泵下部设置橡胶隔振垫、橡胶隔振器、弹簧隔震器等隔震装置。
    ③管道中的隔振,可在吸水管和出水管路中设置可曲挠接头、可曲挠弯头、可曲挠异径管等隔振装置。
    ④管道的支架可选用弹性吊架、弹性支架和弹性托架等隔振固定装置。
    ⑤管道穿过楼板和墙时,应有隔振垫层。
    ⑥如果有必要时还可在泵房建筑上采用一些隔声和吸声措施,如泵房可做成双层玻璃窗、门、顶棚安装多孔吸音板等。
    泵房的隔振、消声措施应注意机组基础隔振、管道隔振和支架的隔振是配套措施,缺一不可,否则达不到隔振的效果。
    四、给水加压泵房设计实例
    1.设计基础资料
    某加压泵房,负有小区的生活与消防供水任务。
    ①泵房设计地点的地面高程-0.15m,冰冻深度为1.OOm,地下水位-1.OOm。
    ②小区最高时用水量为l3.9L/s,消防供水满足小区室外与室内消防用水要求,水量按35L/s考虑。
    ③蓄水池底标高为-0.5OOm,高水位为-1.55m,最低水位为-4.90m,消防水位-2.65m。
    ④小区管网控制点标高为0.35m,生活供水所需自由水头420kPa,消防时550kPa;输水管与管网总水头损失最大用水时为20kPa,消防时为50kPa。
    ⑤蓄水池内消防储水量252m3,生活调节水量120m3,消防用水平时不得动用。
    2.泵站设计参数的确定
    (1)设计流量  生活供水设计流量按小区最大时流量考虑:Qh=13.9L/s(50m3/h)。消防供水设计流量为35L/s(126m3/h)。
    (2)设计扬程  最大用水时蓄水池的最低生活吸水位与设计最不利点地面高差Zc=3.0m;所需自由水压Hc=420kPa,输水管与管网总水头损失为∑hn=20kPa,泵站内总水
头损失∑hs=10kPa;考虑增加10kPa的安全水头。
    生活加压水泵设计扬程:
Hp=Zc+Hc+∑hs+∑hn+10=30+420+10+20+10=490kPa
    消防时蓄水池的最低动水位与设计最不利点地面高差Zc=5.25m;所需自由水压Hc=550kPa,输水管与管网总水头损失为∑hn=50kPa,泵站内总水头损失∑hs=20kPa;考虑
增加15kPa的安全水头。
    消防水泵设计扬程:Hp=Zc+Hc+∑hs+∑hn+15=52.5+550+20+50+15=687.5kPa
    3.选择水泵与电机
    小区生活加压水泵与消防泵分开设置,选择ISG型水泵四台,其中生活水泵两台(一用一备),消防泵两台(一用一备),水泵性能参数见表6-33,ISG、IRG立式管道泵自带配套电机。
   表6—33  水泵性能参数
水泵编号
水泵型号
  流量
/(m3/h)
扬程/kPa
  转速
/(r/min)
电机功率
    /kW
效率/%
允许吸上真空高度值Hs/m
  重量
/kg
  生活泵Ⅱ
  ISG80-200(F)
  30~60
 540~470
    2930
    15
  55~68
    6.0
    210
  消防泵I
 ISGl25-250A(F)
90~180
 730~670
    2970
    45
    74
    5.5
    454
生活水泵由微变频调速控制,变频调速控制柜满足:
①双电源接入;
②备用泵实现自接;
    ③消防水位生活水泵停泵。
    4.机组基础设计
    根据厂家提供样本,ISG80-200(F)与ISG125-250A(F)型水泵均带有底座,基础尺寸见图6—55。
    5.水泵的吸水管路和压水管路计算
    每台水均设有单独的吸水管和压水管,均采用焊接钢管。其计算结果见表6—34。
    表6—34  吸水管和压水管管径计算
水泵编号
水泵型号
  流量
/(m3/h)
    吸  水  管
    压  水  管
管径/mm
流速
  /(m/s)
  i
/(kPa/m)
管径/mm
流速
  /(m/s)
  Z
  /(kPa/m)
    I
 ISG125-250A(F)
    126
    200
    1.14
0.1132
    150
    2.06
    0.4830
    Ⅱ
  ISG80-00(F)
    50
    125
    1.13
0.1924
    100
    1.61
    0.4497
 
    由图6—56可知,横向联络管及每条输水管的管径按较大水泵流量计算,即Q=126L/s,取d=150mm,v=2.06m/s,i=0.4830kPa/m。
    6.水泵机组和管道布置
    如图6—58所示,机组横向排列,便于吸、压管路直进直出布置。每台水泵的吸水管设有D71J-10型蝶阀;压水管设有HH44X-10型微阻缓闭止回蝶阀和D71J-10型蝶阀,横向联络管与输水管均设有DNl50D71J一10型蝶阀。
  7.蓄水池设计
  蓄水池内消防储水量按火灾延续时间2h的消防水量计算,即252m3,生活调节水量139m3,消防用水平时不得动用。蓄水池最高水位为-1.55m,最低水位为-4.90m,消防水位-2.65m。水泵直接从蓄水池内吸水。
    蓄水池水位在值班室内连续显示。高、低水位设声光报警,最低水位消防水泵停泵;消防水位生活水泵停泵。
    消防水泵吸水管进口喇叭口大头直径不小于1.5d,即D=300mm
    喇叭口的淹没水深^1不小于0.6d,即h1=120mm(取150mm)
    吸水喇叭口距井底距离h2不小于0.8D,即h2=240mm,为安装检修需要,取500mm
    喇叭口净距不小于1.6D,即480mm(取600mm)
    喇叭口与吸水井壁距离不小于1.0D,即D=300mm(取850mm)
    蓄水池长9m,宽2m,高5.15mm,蓄水池底标高-5.0m,集水坑底标高:-6.0m,尺寸满足安装水泵吸水管进口喇叭口的要求。池内设有导流墙。
 
    8.各工艺标高设计
    ①消防水位为-2.65m时,ISGl25-250A(F)泵自灌式引水,其泵轴标高设计为-3.625m。
    查水泵样本,ISG80--200(F)泵泵轴至基础顶面高度(A)为0.175m;
    基础顶面标高一泵轴标高一泵轴至基础顶面高度(A)=-3.625-0.175=3.80m
    基础顶面高出泵房地面0.2m,泵房地面标高一基础顶面高度-0.20=-3.80-0.20=-4.00m
    吸水池最低水位为-4.90m,ISG125-250A(F)泵安装高度Hss=4.9-3.625=1.272m。
    ②设ISG80-200(F)泵与ISG125-250A(F)泵基础顶面标高一致,查水泵样本,ISG80-200(F)泵泵轴至基础顶面高度(A)为0.125m。
    泵轴标高=基础顶面标高+泵轴至基础顶面高度(A)=-3.80+0.125=3.675m
    生活水泵最低吸水位为-2.65m,水泵安装高度Hss=3.675-2.65=1.025m。
    9.水泵安装高度校核
    因ISG125-250A(F)其H。值较小,按Hss=1.272m验算水泵安装高度。
    水泵进口参数见表6-36。
    表6—36  水泵进口参数  
    水泵型号
    进口直径DN/mm
    进口流速口1/ram
    流量Q/(L/s)
    ISG125-250A(F)
    125
    2.85
    35
    ISG80-200(F)
    80
    2.80
    13.9
 
因当地海拔高度为-0.15m,故可近似取H’s=Hs=5.5m。   
吸水管路总水头损失:∑hc=0.22m
水泵实际使用时真空高度:
    HS=Hss+∑hc+(v12/2g)=1.272+0.22+2.852/2g=1.91m
    满足要求。
10.附属设备的选择
(1)起重设备见表6-37。
    表6.37  起重设备
    HS1
    手拉葫芦
    Q=1.0t H=10m
    1台
    SG-1
    手动单轨小车
    Q=1.Ot H=3-10m
    1台
 
    (2)引水设备  因水泵在低水位时系非自灌工作,需设引水设备。
    (3)排水设备  沿泵房基础旁设排水沟,将水汇集到集水坑内,然后用排水泵抽到室外排水井。集水坑尺寸:800mm×1200mm×1500mm。
选用50QW10-10-0.75型潜污泵(Q=10m3/h,N=0.75kW,H=10m,n=2900r/mm)两台,一备一用。
    高水位-4.30m时启动潜污泵,低水位-5.20m时停泵。
    (4)计量设备  泵房水泵出水总干管设电磁流量计,流量范围为0~180m3/h,压力范围0~1.2MPa。
    (5)消毒设备  选用两台ZHS一100型一体式次氯酸钠发生器,生产氯量0~100m9/L,电源电压220V,功率60kW,电解电流100A。
    (6)消防设备灭火器采用干粉灭火器,型号MF2,规格为5A,可悬挂在墙上,安装高度顶部距所在处地面1.4m。   
    13.泵房建筑高度的确定   
    泵房地下部分高度已知为4.0m。泵房上层建筑高度,根据起吊高度和采光、通风要求,从楼板到房顶底板净高3.9m。
    14.确定泵房的平面尺寸
    根据水泵机组、吸水与压水管道的布置条件以及排水坑、机组和通风管等附属设备的设置情况,从给水排水设计手册中查出有关设备和管道配件的尺寸,通过计算,求得泵房长度为9m,宽度4.5m。

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