1、1摘要为了安全可靠地满足某企业生产用水量需求，本设计完成了日供水能力20000m3/d的供水工程的取水泵站工艺设计，包括以下内容：在确定了该泵站的设计规模后，进行工程总体布置，水泵选型布置，管路设计，辅助设备选型布置，泵房类型选择，泵房平面设计和剖面设计。关键词：泵站 水泵 工艺1 前言1.1 设计任务根据河流水资源状况，经取水水源地方案论证，企业水厂从河流取水，本设计要求完成水厂取水泵站工艺设计。1.2 基本设计资料1.2.1某企业拟建自用水厂一座，日供水能力20000m 3/d。水源采用地表水，水源地位于企业西部。1.2.2 自然条件1.2.2.1地形描述，自主河槽到岸边，地形变台阶，详见
2、河流取水段地形图。1.2.2.2地震烈度 6度。1.2.2.3 水文与水源地表水水质三级，符合企业用水水源条件。河床最高洪水位为 111.800m，为减少水厂泥沙处理费用，降低工程造价，工程规划在河床中布置两眼大口井，每眼井供水 10000m3/d，水井静水位 107.800m，设计动水位 104.800m。1.2.3 初步规划部分结果两眼井到泵房的吸水管路长度均为200m，有喇叭口，弯头，闸阀，渐缩管，等管件。局部阻力系数分别为：喇叭口 0.1，90弯头 0.6，60弯喇 90头 0.4，闸阀 0.15 ，渐缩管 0.2。60 阀 缩净水厂沉淀池设计水位124.800m，泵房到净水厂的管路长
3、3500m，压水管路局部水力损失按沿程损失的10计。2 送水泵站工艺设计2.1 工程总体布置本工程河床较宽，采用河床式泵站，为减少水厂泥沙处理费用，降低工程造价，在主河槽附近布置两眼大口井（兼作吸水井） ，通过引（吸）水管道将主河槽水引至泵房水泵，在泵房东南侧布置进场道路（引桥） ，在泵房周围和进场道路两侧河床用浆砌石加固，厚0.4m。水泵站设置泵房间、配电间、值班室和检修间。该取水泵房为半地下式矩形泵房，其设计比较简单，而且泵机组的布置也方便简易。2泵站级别根据泵站设计规范，参照设计参数确定为小（1）型，泵房建筑物级别划分为4级。2.2 泵站主要设计参数（1）防洪标准设计洪水重现期20年，校
4、核洪水重现期50年。（2）设计水位净水厂混合池设计水位124.800m，水源设计最低水位104.800m，校核洪水位111.800m。（3）泵站设计流量：由设计资料可知，水厂供水规模为20000m 3/d，泵站采用均匀供水方式向水厂供水，泵站的设计流量按最高日平均时用水量计算。考虑泵房的运送水管道长度只有3500m，并不是太长，所以所加系数可以小一些，同时扬程流量并不小，故取=1.035，于是泵站设计流量：Q1.03520000/24862.5m 3/h0.240m 3/s2.3 泵站设计扬程估算泵站设计扬程为: （2.1）evSThH式中，H 进水池最低水位与水厂混合池设计水位高差（mH 2
5、O） ； STO20m14.8-2h为管路中的总水头损失（mH 2O） ，包括沿程水头损失和局部水头损失（m） 。 输水干管沿程水头损失可按比阻法计算，局部水头损失计算按沿程水头损失 10计。输水干管通过的设计流量均为 0.240m3/s，根据经济设计流速v21.52.5m/s，取管径 DN400,则输水干管流速 v51.91m/s。查手册得，比阻 A0.2062。则压水管路水头损失h d1.1ALQ 2 1.10.206235000.2400.240 45.7m。吸水管路与泵房内管路水头损失估算为 2.5m。泵站装置需要扬程 H202.5+45.768.2m。2.4 初步选泵和电机选泵的主要
6、依据是泵站设计扬程和泵站设计流量。由上已知该泵站设计扬程为68.2m, 泵站设计流量为0.240m 3/s，然后查双吸离心泵的型谱图，根据选泵原则和选泵步骤，淘汰明显不合理的选泵方案，而初步符合选泵原则要求的水泵列表如下：3表 2.1 初选水泵性能列表泵的型号流 量（m3/s）扬程（m）转 数（r/min）轴功率（kW）电机功率（kW）效 率（%）允许吸上真空高度（m）叶 轮直 径（mm）重量（kg）10Sh-60.1000.1350.1707165.156147099.4112.61261357076.57465.54.5460 59810Sh-6A0.0950.1300.150615450
7、14708391.81011357075736.565.0430 588根据表 2.1，列举出以下选泵方案：（1）方案一为：选用 2台 10Sh-6，备用 1台 10Sh-6，总计 3台。（2）方案二为：选用 2台 10Sh-6A，备用 1台 10Sh-6A，总计 3台。方案一水泵组合流量和扬程满足要求。初选电机：根据 10Sh-6型水泵的要求，选用配套三相交流异步电动机（型号 JR-115-4） 。2.5 水泵机组的布置与基础本设计采用的是3台Sh系列单级双吸卧式离心泵，因此机组布置采用横向排列方式。机组基础采用混凝土基础，混凝土容重 23520N/m 3,机组的基础深度计算公式为H （2.
8、2） LB3.0gW式中，W机组总重量（kg） ；L基础长度（m） ；B基础宽度（m） ；基础所用材料的容重（N/m 3） 。查给水排水设计手册，可得到 10Sh-6型水泵机组的基础平面尺寸为2800mm900mm，机组总重量为 1778kg，则根据公式（2.2）计算出该机组的基础深度为 883mm。2.6 吸水井的设计根据场地条件，为降低造价，泵站的吸水井设计为受力条件较好的半地下式圆形吸水井两个，为避免泥沙进入吸水井中，降低泥沙处理费，设计成大口井，各有 1根吸水管路至于井中，吸水井设计动水位为 104.800m，池顶高程为108.000m。吸水井口径为 3m，深度 7m，有效容积为 28
9、m3。两眼大口井相距 120m。2.7 管路设计与水泵校核4由于钢管的强度高，接口可焊接，因此吸水管路和出水管（泵房内）均采用钢管，考虑埋的不深，而且所需压力并不是太大，但为了可以应用时间长些，选择壁厚 8mm管；压水管采用球墨铸铁管，其特性有防腐性能优异、延展性能好，密封效果好，安装简易、有着更加优越的性价比。2.7.1 管线的布置每台水泵均有单独的吸水管，深入大口井中，另一备用泵的吸水管与前两台正常用泵吸水管相连，以保证在正常水泵出现异常时，正常水量的取水。水泵吸水管上设有对夹式蜗杆传动蝶阀（D371X P10） 。三条水泵出水管路在距离泵房后墙 0.745m处两两连接后，与 DN400的
10、输水干管相连。水泵出水管上设有对夹式蜗杆传动蝶阀（D371X P10）和对夹式液动蝶阀（D771X10） 。管线详细布置见附图二。2.7.2 管路流速计算（2.3）2 D4Q 式中， 管路通过的设计流量（m 3/s） ；Q管径（m） 。D（1） 吸水管路的流速计算吸水管路两条，单泵设计供水流量为 0.120m3/s根据适宜设计流速v11.01.5m/s，经计算采用 D1350mm，根据式（2.3）计算其流速v11.25m/s。（2） 喇叭口的管径确定及流速计算按照泵站设计规范要求，吸水管的喇叭口管径 D1.25D 1，所以取D450mm，则根据公式（2.3）计算得喇叭口流速为 0.75m/s，
11、符合泵站设计要求。（3） 泵进口及出口流速计算水泵进口直径 D3250mm，则根据公式（2.3）计算得水泵进口流速v32.44m/s；水泵出口管径 D4150mm，则根据公式（2.3）计算得水泵出口流速 v46.79m/s。（4） 水泵出水支管的流速计算出水管路两条，根据经济设计流速 v21.52.5m/s，经计算采用D2300mm。根据式（2.3）计算其经济流速 v21.70m/s。2.7.3 吸水管路和压水管路中水头损失的计算管路沿程水头损失可按比阻法计算，对于钢管，计算公式如下:（2.4）231fLQkAh式中，k 1钢管壁厚不等于 10mm时的修正系数；k3管中平均流速小于 1.2m/
12、s的修正系数；A比阻值。管路局部水头损失计算公式如下：（2.5）2ghm式中，局部水头损失系数。5因此，管路总水头损失h sh fh m。（1） 吸水管路水头损失的计算取 10Sh-6型水泵吸水喇叭口至泵房外墙为最不利计算路线。A. 沿程水头损失计算管径 350mm，钢管查手册可知：A0.4078，k 10.95，k 31吸水管路管长为 200m，则根据公式（2.4）计算得h fs0.40780.9512000.1200.120=1.116mB. 局部水头损失计算查手册知：喇叭口局部阻力系数 10.1，90弯头 20.6，60弯头 30.4，DN350对夹式蜗杆传动蝶阀的局部阻力系数 40.1
13、5，偏心渐缩管DN350300的局部阻力系数 50.2。则根据公式（2.5）计算得h ms（ 1 2 3 4） 5 （0.10.60.40.15）2g 1230.2 0.160m9.82159.84所以，吸水管路水头损失h s1.1160.1601.276m（2） 压水管路水头损失的计算A. 泵房内沿程水头损失计算查给水排水设计手册可知，对于 DN300，A 10.9392，k 10.93，k 31；对于 DN400，A 20.2062，k 10.95 ，k 31压水管路 DN300管长为 4m，因此根据公式（2.4）可得：h fd0.93920.93140.120 20.050mB. 泵房内
14、局部水头损失计算查手册可知：同心渐扩管 DN150300的局部阻力系数 60.05，缓闭逆止阀 70.8，DN300 对夹式蜗杆传动蝶阀的局部阻力系数 80.15，DN300 对夹式液动蝶阀的局部阻力系数 90.15，DN300 钢制90弯头的局部阻力系数 10 0.78，DN300 钢制等径正三通的局部阻力系数 111.5，DN300400 钢制三通的局部阻力系数 121.86。 则根据公式（2.5）计算得h md 6 （ 7 8 9 10 11 12） 2g 4 2g0.05 （0.80.150.150.781.51.86）9.120.890m821702.7.4泵站装置需要扬程管路总水头
15、损失h1.2760.0500.89045.747.9m6泵站设计装置需要扬程H2047.967.9m2.7.5 水泵工况校核和水泵选型校核装置需要扬程:HH SQ 2 20SQ 2STS=S 进 /4S 干 153.89/4793.40831.87S 进 (1.2760.0500.890)/0.120 2=153.89S 干 45.7/0.240 2=793.40HH SQ 2 20831.87Q 2 T（2.6）并联工况图解法校核水泵选型：参考 10Sh-6型水泵性能曲线图与方程（2.6）绘制并联运行工况图（见附图一曲线） ，根据曲线，可得并联运行时水泵工况时的流量为 0.24m3/s，而泵
16、站设计流量为 0.24m3/s，两求流量相符；而此时，通过读图，可以确定机组工作时单泵对应的工作效率大约为 80%。通过以上两点的确定，该取水泵站可以选择该机组工作。2.8 水泵安装高程的确定吸水井设计动水位（最低）104.8 米，水温 20，根据附图一曲线单泵的流量为 0.120m3/s，然后查水泵 -Q曲线，根据线性差值得 =5.71m，然后修sHsH正 为 ：sH （10.3310.2）5.37ms根据公式： h （2.7） sH2g 3得： 5.37 0.214 4.00m s9.8142其中，由于所选泵机组与当初设计相符，故泵进水口流速，与水头损失均可以取前边所求之值。 安 低 10
17、4.8 4.0018.800m sH2.9 辅助设备的选择与布置2.9.1 起重设备查给水排水设计手册得到，JR1154型交流异步电动机重量为1180kg，10Sh-6型水泵重量为598kg。因此，最大起重量为1778kg。最大起吊高度H112.300108.0201.50.216.98m因此，本设计采用的电动单轨葫芦型号为CD 1312D（起重量3t，起升高度712m，自重390kg） 。2.9.2 排水设备泵房吸水管路一侧沿壁边设置排水槽，尺寸为21000mm300mm50mm，泵房底板以坡度0.1向排水槽倾斜，水流汇集到集水井后由排水泵排出至道路雨水口，集水井尺寸为500mm500mm1
18、00mm。由于泵房较深，故采用电动排水泵排水。泵房排水量按2040m 3/h考虑，排水泵静扬程按17.5m计，水头损失大约5m，故排水泵的扬程估算为17.5522.5m，因此可选用IS6550160A型离心泵两台，一台工作，一台备用，配套电机为Y100L2。IS6550160A型离心泵是根据国际标准ISO02858规定的性能和尺寸设计的，其优点是检修方便。排水泵性能表如下：表2.2 排水泵性能列表型号 流量（m3/h） 扬程（m）转速（r/min）功率（kW） 电机型号电机功率（kW）效率（%）IS65 50160A1522282724222900 3 Y100L2 4 632.9.3 通风设
19、备由于泵房为半地下式，所以需要专用的通风设备进行冷却，选用轴流通风机进行通风换气。30K411型轴流通风机属低压通风机，具有结构简单、噪音较小等优点，适用于厂房、仓库、办公室等。本次设计选用2台30K411型轴流通风机，根据泵房窗户尺寸选用其中的8号风机，其性能表如下：表2.3 轴流风机性能列表风机型号叶轮直径（mm）叶片数转数（r/min）叶片角度风量（m3/h）空气效率（ %）理论功率（kW ）电机型号电机功率（kW）8 800 6 1450 25 27400 63 5.0 JO51 5.52.9.4 计量设备为了有效地调度泵站的工作，并进行经济核算，泵站内必须设置计量设施。由于本设计的是
20、取水泵站，对流量计防堵塞有一定要求，又考虑经济效益方面，故采用插入式电磁流量计（DN400） 。该流量计具有水头损失小、节能、不易堵塞、易于远传、显示以及可不断流即可在管道上安装和拆卸等优点，因此可以将其直接安装在管道中，而无须安装旁通管道。2.9.5 水环式真空泵当泵在吸入式工作时，在启动前必须引水，为了减少人工引水，可以选择真空泵引水。此法在泵站中采用较为普遍，其优点是泵启动快，运行可靠，易于实现自动化。本设计选择SZ-3型水环式真空泵（性能见表2.4） 。为了能够时8刻正常的工作，选用两台，一台工作，一台备用。表2.4 水环式真空泵性能表型号6.07kpa下气量（m3/min）最大气量（
21、m3/min）极限真空（kpa）转速（r/min）配套功率（kW）辅助水耗（L/min）泵重（kg）SZ-3 11.3 11.5 8.1 980 30 30 4632.10 泵房剖面设计与建筑高度的确定根据水泵安装高程和泵轴离泵底座的距离以及泵基础高出泵房地下室地面0.3m，可计算得泵房地下室地面标高为108.8000.480.3108.020m进水管中心标高108,8000.240.05109.510m出水管中心标高108.8000.3108.500m上层楼板走道标高比洪水位高0.5m，则为112.300m，则可求得泵房净高为4.28m。然后根据起重设备和起吊高度、采光及通风的要求，推算泵房
22、屋顶大梁下缘高程为118.450m，因此计算出走道以上厂房建筑高度为6.15m。则建筑内部高度总和为10.43m。详细尺寸见附图二。2.11 泵房平面尺寸的确定2.11.1 泵房平面尺寸根据水泵机组、吸水管路与压水管路的布置条件以及排水泵等相关辅助设备的布置情况，从给水排水设计手册中查出有关设备和管道配件的尺寸，又有部分限制因素，通过计算得泵房平面尺寸为13.0m6.4m。2.11.2 控制室及配电室根据泵房的平面布置，控制室尺寸初步设计为2.5m3.0m。其具体布置位置见附图二。2.11.3 巡视走道与楼梯平面尺寸为13.0m1.05m。为了不影响工作人员在机组室内的活动，又出于泵房面积的控
23、制，通往地下室的楼梯尽可能的占用面积小，故设计为竖直的墙梯，其宽度为350mm。其具体布置位置见附图二。其他详细尺寸见附图二。3 结论本设计初步完成了 20000m3/d供水规模的某企业水厂取水泵站工艺设计，为下一步的其它工种设计和施工图设计做好了准备。但由于是本人的初次设计，设计经验有限，且设计时间较短，可见，本设计可能存在一些不足之处，需要进一步的改进。有待在今后的学习和工作中不断学习，在具体实践中进一步修改完善。参考文献1 姜乃昌.水泵及水泵站第五版.北京：中国建筑工业出版社，20082 泵站设计规范. GB/T50256-97.北京：中国计划出版社，19983 给水排水设计手册第一册第十三册.北京：中国建筑工业出版社，919994 严煦世，范谨初. 给水工程第四版.北京：中国建筑工业出版社，1999，（12）5 室外给水设计规范. GBJ13-86.北京：中国计划出版社.19986 给水排水标准图集第四版S1-S3.北京：中国建筑工业出版社.20017 何斌，陈锦昌，王枫红.建筑制图第六版.北京：高等教育出版社，2010，（7）
