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文本内容:
张村泵站设计
1、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3×104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)3720灌水时间D·m-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35kv5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,η采用
0.90,t取22h,则设计流量为Q设=24q设ω/(tη)=
1454.55≈1455L/s其中ω取30则Qmax=
1.2Q设=1746L/sQmin=24qminω/(tη)=
727.3L/s
(二)、泵站设计扬程的确定(Ⅰ)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(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=24ω∑qi(340-▽进i)/∑qi40340-
316.565+30340-
316.543+40340-
316.44)+30340-
316.38+30340-316+40340-
315.74+20340-
316.2640+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=
24.04m
2.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-▽进min=340-
315.12+hf=
25.10m
3.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(Ⅱ)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=
32.6mH设min=(1+
0.3)×
23.51=
30.56m
四、水泵机组选型及配套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JR116-414sh-19型泵的工作特性曲线如图5所示水泵Q—H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/sH=
32.70mη=86%功率N=
99.7kw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
0.24mH2O)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/Υ=
0.43;当T=40℃时PB/Υ=
0.75利用差分法得34℃时PB/Υ=
0.558,修正后的允许吸水高度用[Hs]’表示即[Hs]’=[Hs]-▽/900-PB/Υ-
0.24=
3.5-318/900-
0.558-
0.24=
2.83m
2.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
①沿程损失当T=30℃时运动粘滞系数Υ=
0.800×10-6m2/s当T=40℃时运动粘滞系数Υ=
0.658×10-6m2/s采用差分法知T=34℃时,运动粘滞系数Υ=
0.7432×10-6m2/s则雷诺系数Re=vd/Υ=
2.1479×
0.4/
0.7432×10-6=
1.157×106m2/s2000所以为紊流根据管壁面的情况取△=
0.1查图得λ=
0.0018则沿程损失HL=λlv2/2gd=
0.018×7×
2.14972/
0.4×2×
9.81=
0.074268m
②局部水头损失a.因采用90°弯头则ξ=[
0.131+
0.1632×
0.47/2]×θ/90°1/2=
0.1376则hj1=ξv2/2g=
0.1376×
2.14972/2×
9.81=
0.01509mb.进口喇叭管设与进口相接的管径为350mm,取α=10°查表得r=
0.16则ξ=r(1-A2/A1)2=
0.0375所以hj2=ξv2/2g=
0.0375×
2.14972/2×
9.81=
0.0041m所以hf=HL+hj1+hj2=
0.09346m安装高度Hz=[Hs]’-▽/900-v2/2g-hf-PB/Υ-
0.24=
2.83-318/900-
2.14972/2×
9.81-
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-1L1+2L2=6×
2.56+5×
1.4+2×
1.5=
25.36m另外检修间的长度为
3.6m所以L=
25.36+
3.6=
28.96≈29m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=2150mmB2=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=7m
3.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=
1.6mh2=
0.3mh3=
1.1mh4=
3.5mh5=
1.2mh6=
0.7m所以▽轨=320+
1.6+
0.3+
1.1+
3.5+
1.2+
0.7=
328.4m2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=∑N/BL(1±6e/B)e=B/2-∑Ma/∑N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KNB为计算底板厚度mL为计算单元长度me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P≤R式中P——地基底面处的平均地基应力KPa/m2R——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Pmax≤
1.2R
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所示图7进水喇叭口直径D进=(
1.3-
1.5)D1=
1.3×
0.4=
0.52MD1——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=
0.5×
0.52=
0.26m
2.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=
1.4×6=
8.4m
3.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管口的情况下,应尽量减小为宜,以降低工程造价P=(
0.5——
0.6)P进=
0.6×
0.52=
0.312m取P=
0.4m
4.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
0.3——
1.8范围内取值则Ks=
0.64(1+
0.65×
0.26÷
0.52+
0.75)=
0.64×
2.075=
1.328所以h临淹=KsD进=
1.328×
0.52=
0.69m取hs=1m
5.进水池的长度Lg如图8所示图8进水池必须有足够的有效容积,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mQ——泵站总流量m3/sK——秒换水系数因为Q=
1.62m3/s
0.5m3/s所以取K=20Lg=20×
1.62/1×
8.4=
3.86m
6.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(α/2)=(
8.4-2)/2tg(30°/2)=
11.9≈12m所以前池坡率降i=(
314.6-314)/12=
0.05即i=120
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
0.5a=7-(hp/Do-
0.5)
2.4/(1×
0.5/m2)m=hp/Lp设h淹=1mhp=1mLp=2mm=
0.5a=
5.4所以L=ah淹
0.5=
5.4mh淹min=
0.3m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≥(2——3)Do即B11=2×
0.4=
0.8m所以B=6×
0.8=
4.8m取B=5m
2.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=340-(
0.3+
0.4+
0.4)=
338.9m
3.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)=PmaxminPmaxminTLghh淹hpLLp高低底顶hp。