1、5 主要建设内容及典型设计5.2.1.5 混流泵及轴流泵站（2 台泵）典型设计一、基本资料1、基本情况选取别桥镇湖塘下圩灌排站工程作为典型混流泵和轴流泵站进行设计。该泵站为拆建工程，位于湖边村。泵站主要功能为灌溉和排涝。设计根据原有进、排水条件及功能要求，按现有灌溉面积2050亩和排涝面积 1190 亩进行泵站规模设计。2、工程地质工程位于天目湖观山村。经勘测，泵站附近地面高程为6.837.47m 左右。浅部为 层素填土，高程6.834.73m，=18.82kN/m 3；高程 4.73-0.67m 为-2 层淤泥质粉质粘土，=17.72kN/m 3，凝聚力 c=8.7kpa，内摩擦角 =7.8
2、，地基允许承载力p=60kpa。二、机泵选型1、水泵选型（1）灌溉设计流量推广水稻控制灌溉技术后，水稻生育期灌水定额较小，因此起控制作用的灌水定额是泡田定额。当地水田泡田定额为 80m3/亩，泡田期旱作物不需灌溉（旱作物若需灌溉，应将灌水时间前移或后退，以避开用水高峰） 。泡田延续时间为 5 天，提水泵站每天开机时间20h。则设计净灌水模数为：根据下列公式推求渠道设计流量：Q=q 设 A/式中：Q灌溉流量（m 3/s） ；A渠系控制灌溉面积（万亩） ；灌溉水利用系数，取 0.68。计算得灌溉设计流量为 0.67m3/s。该泵站为小（2）型，泵站等级为 V 等，建筑物等级为 5 级。（2）排涝设
3、计流量排涝设计标准为日降雨 200mm 雨后一天排水，根据溧阳市圩区测算结果，该标准相当于排涝模数为 10m3/（s 万亩），则泵站排涝设计流量为 1.19m3/s。该泵站为小（1）型，等级为等，建筑物等级为 4 级，该泵站位于为一般圩区，因此建筑物防洪等级根据堤防确定，为 20 年一遇。（3）灌溉设计扬程a、渠首设计水位（出水池水位）为了满足自灌溉的要求，设计渠首水位应满足灌区内各高程点灌溉要求，根据泵站灌溉实际情况，渠首设计水位为 6.70m。b、进水池水位泵站通过涵洞从内河引水，本方案灌溉站设计运行水位根据历年灌溉期满足灌溉保证率 95%的日平均水位确定，根据相应水文资料，设计常水位为
4、3.50m，枯水位为 2.80m；所以设计工况进水池水位为 3.50m，校核工况进水池水位为 2.80m。则水泵设计净扬程为3.20m，校核净扬程为 3.90m。表 5-3 前山一级灌溉站运行水位组合表 序号 工况 进水池水位（m） 出水池水位（m）1 设计工况 3.50 6.702 校核工况 2.80 6.70c、泵站设计扬程初选泵型时，沿程水头损失和局部水头损失按净扬程的 25%计算，则水泵设计总扬程为 4m；最大总扬程 H 最大 =4.875m。（2）排涝设计扬程a、出水池水位为了满足排涝的要求，出水池水位应满足排涝区内各高程点要求，根据泵站排涝实际情况，出水池水位为 6.33m。b、进
5、水池水位设计工况进水池水位为 4.00m，校核工况进水池水位为 3.50m。则水泵设计净扬程为 2.33m，校核净扬程为 2.94m。表 5-21 东湖圩排涝站运行水位组合表序号 工况 进水池水位（m） 出水池水位（m）1 设计工况 4.00 6.332 校核工况 3.50 6.44c、泵站设计扬程初选泵型时，沿程水头损失和局部水头损失按净扬程的 30%计算，则水泵设计总扬程为 3.029m；最大总扬程 H 最大 =3.822m。（3）水泵选型该站灌溉设计流量为 0.67m3/s，排涝设计流量 1.19 m3/s，灌溉设计扬程 4m，排涝设计扬程 3.029m。根据此流量、扬程，拟选用1 台
6、32ZLB-125 的轴流泵和 1 台 500HW-6 的混流泵，转速均为n=580r/min，轴流泵叶片安放角 0，配套电机功率分别为 JSL-12-10-95kW 和 Y280M-6-55kW。（4）灌溉水泵工况点校核小型泵站实际扬程按下式计算：H 实 =h 净 +h 管式中：H 实 水泵实际扬程；h 净 水泵设计净扬程，取值 3.2m；h 管 管路损失扬程，为沿程水头损失与局部水头损失之和。管道流速：v=4Q/D 2=40.67/（3.140.5 2）=3.41m/s管路沿程水头损失：h程 =10.2925.332式中：L 进出水管道总长，取 4.9m；Q水泵设计流量，m 3/s；n粗糙
7、系数，铸铁管取 0.013；管路局部损失：h局 =22式中：局部阻力系数，为各部位局部阻力系数之和。小型泵站局部损失以管道局部损失为主，进出水池的局部损失忽略不计。管路局部形状改变和管路附件等所造成的各局部阻力系数如下：垂直进口阻力系数 进口 =0.30，圆形整块拍门阻力系数为 拍门 = 0.085。局部损失 hj=（ 进口 拍门 ）=0.23m则 h 管 =h 程 + h 局 =0.38m所以求得设计工况点水泵实际扬程为：H 总 =h 净 +h 管 =3.20+0.38=3.58m（5）排涝水泵工况点校核小型泵站实际扬程按下式计算：H 实 =h 净 +h 管式中：H 实 水泵实际扬程；h 净
8、 水泵设计净扬程，取值 3.029m；h 管 管路损失扬程，为沿程水头损失与局部水头损失之和。管道流速：v=4Q/D 2=41.19/（3.140.5 2）=2.37m/s管路沿程水头损失：h程 =10.2925.332式中：L 进出水管道总长，取 5m；Q水泵设计流量，m 3/s；n粗糙系数，铸铁管取 0.013；管路局部损失：h局 =22式中：局部阻力系数，为各部位局部阻力系数之和。小型泵站局部损失以管道局部损失为主，进出水池的局部损失忽略不计。管路局部形状改变和管路附件等所造成的各局部阻力系数如下：垂直进口阻力系数 进口 =0.30，圆形整块拍门阻力系数为 拍门 = 0.085。局部损失
9、 hj=（ 进口 拍门 ）=0.11m则 h 管 =h 程 + h 局 =0.15m所以求得设计工况点水泵实际扬程为：H 总 =h 净 +h 管 =3.029+0.15=3.179m查该水泵特性曲线图，此时水泵效率 泵 =80%。该泵型满足设计要求。图 5-13 320ZLB-125 (n=580r/min)水泵工作性能曲线（6）混流泵安装高程水泵安装高程为进水池最低水位加上实际吸水扬程，实际吸水扬程按下式计算：H 实吸 =Hs-h 吸损 -V2 进 /2g-K式中：H 实吸 水泵基准面离进水池水面的垂直距离（即安装高度） ；Hs容许吸上真空高度， m；h 吸损 吸水管道的水力损失，m；v2
10、进 /2g水泵进口处的流速水头，m；K安全值，取 0.4m。查水泵性能表，临界汽蚀余量NPSHc=5.50m，近似计算得Hs10.33-5.50=4.83m。h 吸损 =h 程 +h 局 = （ 进口 + 弯管 ）10.292进5.332+=0.1+0.23=0.33m，22吸水扬程 H 实吸 =Hs-h 吸损 -v2 进 /2g-K=4.83-0.33-0.59-0.4=3.51m。进水池最低水位为 2.80m，则水泵允许安装高程 H 安 为：H 安 =2.80+3.51=6.31m结合地面高程及泵室布置，安装高程取 5.268m。（5）轴流泵安装高程a、叶轮中心高程 H1按照该轴流泵的安装
11、图，要求最低水位至喇叭口的高度为1.45m，悬空高度 0.6m，排涝设计时最低水位为 3.50m，所以喇叭口进口处高程为：3.50-1.45=2.05m 。根据灌排站实际情况，取1.80m。b、底板高程 H2底板高程为喇叭口进口高程减去悬空高度，即为 1.80-0.60=1.20m。c、水泵梁顶高程 H3查泵的安装图，H 3=3.07md、电机层楼板高程 H4对中小型泵站取安全超高 a=0.60m，H 4= Hmax+a=4.50+0.6=5.10m一般电机层的楼板顶高程可略高于泵房外地面平均高程，故可取电机层楼板底高程为 6.50m。e、屋面大梁下缘高程 H5H5= H4+h，泵轴最长长度
12、2.23m，电机基座高度 0.6m，起吊设备 0.8m 高，预留 0.3m 高空间，则泵房净高度h=2.23+0.6+0.8+0.3=3.93m。则屋面大梁下缘高程为 H5= H4+h=6.50+3.93=10.33m，考虑到通风、采光的要求，取值 12.00m。2、混流泵电机选型（1）电动机容量的选择根据溧阳市各乡镇的要求，为了维修管理方便，电动机与水泵采用三角皮带传动。与水泵配套的电动机的输出功率 P 配 应大于水泵轴功率，计算公式如下：配 =129.81传 泵式中：P 配 电动机的输出功率（ kW） ；H 水泵的最不利扬程（m） ，取值 4.28m；Q 水泵在最不利扬程下的流量（m 3/
13、s） ，取值 0.65m3/s； 泵 水泵在最不利工作扬程下的效率（%） ，取值66.4%； 传 传动效率（%） ，三角皮带为 95%；K1功率备用系数，根据轴功率查表，取值 1.14；K2水泵工作条件系数，混流泵取值 1.12。计算得 P 配 =54.24kW，所以选用 Y250M-4-55kW 电机，满足水泵传动要求。（2）皮带轮直径计算水泵皮带轮（大皮带轮）由厂家配备，无锡锡泵制造有限公司对该泵型配备的皮带轮为 800D6。根据水泵皮带轮直径 D 计算电机皮带轮（小皮带轮）的直径 d。=小大其中：n 大 大皮带轮的转速（r/min） ，为 580 r/min;n 小 小皮带轮的转速（r/
14、min） ，选用 4 级异步电动机，转速为 1480 r/min;d 小皮带轮的直径（mm ） ；D大皮带轮的直径（mm） ，为 800mm；K打滑系数，取值 1.02。计算得，电机皮带轮直径 d=307.37mm，取值 307mm。选取大小皮带轮中心矩 A=1.2800=960mm则三角皮带的长度 L=2A+0.5(D+d)+ =3401mm()24验算三角皮带的工作速度 v= =23.78m/s，位于适宜工作速小601000度 2025m/s 附近。校核小皮带轮的皮带包角 220120,=18060（ -） =满足要求。验算三角皮带的循环次数 = =5.77s-1kc，抗滑稳定。3、地基承
15、载力计算由地质资料可知，地基位于淤泥质粉质粘土，允许承载力p为60kpa。对完建期地基承载力进行复核。根据计算基底压应力pmax=71.68kPa p，不满足安全要求，需要进行地基处理。本工程采用换土垫层法进行地基处理：挖除基础下方淤泥质粉质粘土 0.5m后，填埋 0.5m 厚的粘性土。经过处理后地基不均匀系数允许值=2.0， 不均匀系数=max/min，满足安全要求。表 5-18 完建期荷载计算成果表（进水池无水）序号 部位 体积(m 3) 重度(kN/m 3) 垂直力(kN) 水平力（KN）1 进水池及泵房底板 26.06 24.50 638.473 进水池侧墙 50.71 24.50 1
16、242.404 进水池与泵房连接墙 17.95 19.00 54.72 5 泵房及出水池连接墙 7.2 24.50 176.46 泵及进出水管 15.57 工字钢 32.708 房屋墙 15.84 19.00 300.969 房屋屋顶 5.33 24.50 130.6810 房屋圈梁及吊顶 7.78 24.50 190.5511 土压力 394.99合计 2782.38 394.99表 5-19 运行期荷载计算成果表（进水池有水）序号 部位 体积(m 3) 重度(kN/m 3) 垂直力(kN) 水平力（KN）1 进水池及泵房底板 26.06 24.50 638.473 进水池侧墙 50.71
17、24.50 1242.40序号 部位 体积(m 3) 重度 (kN/m3) 垂直力 (kN) 水平力（KN）4 进水池与泵房连接墙 17.95 19.00 54.72 5 泵房及出水池连接墙 7.2 24.50 176.46 泵及进出水管 15.57 工字钢 32.708 房屋墙 15.84 19.00 300.969 房屋屋顶 5.33 24.50 130.6810 房屋圈梁及吊顶 7.78 24.50 190.5511 土压力 394.9912 水重 62.96 10 629.6413 水平水压力 -242.5514 浮托力 -1324.8515 渗透压力 -190.8合计 1896.37 152.44表 5-20 站身稳定计算成果表水位组合 基底压应力（kPa）计算工况 进水池 出水池 max min (max+min)/2不均匀系数 抗滑安全系数 kc完建期 无 无 73.81 68.52 71.17 1.08 1.21运行期 4.50 6.70 52.49 50.38 51.44 1.04 2.17
