《泵与泵站》课程设计
说明书
题目：万人城镇给水泵站（二级泵站）规划设计
学院：环境科学与工程学院
专业：给水排水工程
班级：给排水1202
学号：26、27、28
学生姓名：沈喻龙、李思聪、邵志春
指导教师：李强标
二○一四年十二月
一、送水泵站（二级泵站）设计
、设计目的
根据给定的资料，综合运用所学的专业知识，进行H 城镇二级给水泵站设计。
、设计原始资料
1、H 城镇位于浙江省内，海拔为900 米；土质为砂纸粘土，无地下水，不考
虑冰冻。
2、H 城镇远期规划人口约万人，最高日用水量为万立方米/日。
3、泵站地坪标高为906 米。二级泵站的工作制度，分两级：
①第一级，从22 时到5 时，每小时占全天用水量的（%）。
②第二级，从5 时到22 时，每小时占全天用水量的（%）。
4、H 城镇设计最不利点的地面标高为921 米，该处有一座12 层建筑，要求二
级泵站供水至第7 层。
5、二级泵站至最不利点的输水管和配水管网的总水头损失为26 米。
6、清水池所在地的地面标高与泵站地坪标高相同，清水池边墙距二级泵站外
墙约米；二级泵站直接由清水池吸水。
7、清水池最低水位在地面以下米。清水池的最高水温为℃、最低水
温为0℃。
8、未预见用水量及管网漏水量取值范围10～15%。
9、泵站变配电设施按一级负荷设置。
10、H 城镇给水系统采用低压消防制。设计着火点定为最不利点处，消防水头
为10 米；消防时输水管和配水管网的总水头损失为27 米。
、设计要求
、说明书要求：
⑴泵站的设计流量、扬程，水泵的选择。
⑵给水泵站高程布置及水力计算，校核水泵安装高度。
⑶清水池的容积计算。
⑷给水泵站平面布置。
⑸高效工况点、消防校核。
⑹材料一览表（含编号、名称、规格、单位、数量），工程投资估算。
3
、图纸要求：
⑴ ACAD 制图，A3。
⑵泵站平面图和剖面图，应绘出主要设备、管路、配件及辅助设备的位置、
间距，列出主要设备表和材料表。
⑶系统平面图和高程图，标注清楚（从清水池至不利点示意，高程、名称）。、总要求：
⑴按时完成大作业。
⑵要求章节合理、文字简练、排版工整，图面正确、整洁、清楚。
、内容要求
1、绪论（二级泵站的作用、意义等）
2、设计流量、扬程的确定；
3、初选水泵和电机；
4、机组基础尺寸的确定；
5、机组与管道布置；
6、吸水管与压水管路水力计算；
7、水泵安装高度的确定；
8、水泵工况点校核（高效段校核、消防校核）；
9、附属设备的选择；
10、泵房设计；
11、投资估算。
（备注：章节安排自定，可参考以上）
二、设计计算
水泵和电机的初步选择
二级泵站的组成及特点
（1）二级泵站的组成
1)水泵机组：包括水泵和电动机，是泵站中最重要的组成部分；
2)吸压管路：指水泵的吸水(进水)管路和压水(出水)管路，水泵通过吸水管从吸水井(池)中吸水，经水泵加压后通过压水管路送至用户；
3)引水设备：指真空引水设备(如真空泵、引水罐等)和灌水设备。当水泵工
作为吸入式启动时，需引水设备；
4)起重设备：指泵站内设备及管道安装，检修用的吊车、电动葫芦等设备；
5)排水设备：指排水泵、排水沟、集水坑等，用以排除泵站地面污水；
6)计量设备：指流量计、压力计、真空泵、温度计等；
7)采暖及通风设备：指采暖用的散热器、电热器、火炉及通风机等设备；
8)电气设备：指变、配电设备；
9)防水锤设备：指水锤消除器等；
10)其他设备：包括照明、通信、安全与防水设施等。
在泵站中除设有机器间(安装水泵机组的房间)外，还设有高低压配电室、控制室、值班室、修理间等辅助房间。
（2）二级泵站的特点：
二级泵站通常设在净水厂内，经水厂净化后的水进入清水池储存，清水池中水经管道自流入吸水井，水泵从吸水井吸水，经加压后送入城市输配水管网。其工艺流程如：清水池—吸水井—送水泵站—输配水管网—用户。
基本特点：泵站埋深较浅，通常建成地面式或半地面式，为了适应用户水量、水质的变化，需要设置多台水泵机组，因而，泵房面积较大，泵房一般为矩形形状，砖混结构。
泵站设计参数的确定
（1）设计流量的确定
泵站的设计流量按最高日最高时用水量确定：Q=s
（2）设计扬程的确定
吸水井最低工作水位=清水池最低水位—吸水井与清水池连接管道中的水头损失=
（3）管网控制点的地面标高与吸水池最低水位的高程差：Zc=921-=
（4）该城镇最不利点楼高7层，则管网要求的最小服务水头：Ho=32m
（5）最大用水时输水管与管网总水头损失：26m
初步假定用水量最大时泵站内管路水头损失：
m
h2
2=∑
附加安全水头2m，忽略泵站和管网之间管道水头，则泵站设计扬程：
H p =
c
Z+
H+∑1h+∑2h+安H= 15+26+32+2+2+=
其中: H —泵站所需扬程(m)
c
Z—地形高差(m)
H—自由水压(m)；
∑1h—总水头损失(m)；
∑2h—泵站内损失(初步估计为2m)
安
H—安全水头 2m
选择水泵
（1）水泵选择的基本原则及要点
基本原则：
1）所选水泵机组应满足用户最高日各个时刻（含最大的）流量和扬程的要求，保证供水的安全可靠性。
2）依据所选水泵建造的泵站的造价低。
3）水泵机组长期在高效率下工作，运行及管理费用低。
4）水泵性能好，使用寿命长，便于安装和检修。
5）在水泵供水能力上应考虑近、远期结合，留有发展余地。
要点：
（1）大小兼顾，调配灵活
（2）型号整齐，互为备用
（3）合理地用尽各泵的高效段
（4）近远期相结合的观点在选泵过程应给予相当的重视。
（2）初选水泵
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。
图6 图1 Sh 型离心泵性能曲线型谱图
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水头损失也较小，假定三者之和为3m （即m 3h h 21=+∑∑),则相应的水泵扬程为：
根据Q=s ，Hp=和Q=30L/s ，Hp=，在泵的综合性能图上确定两点,将两点连接成参考管道特性曲线（如图6所示），选取与参考管道特性曲线相交的水泵并联，并联泵的特性曲线见图7.
表1 选泵方案
方案编号 用水变化范围 运行泵及其台数
泵扬程 （m ） 所需扬程（m ）
扬程利用率（%） 泵效率（%）
第一种方案选用 三台14sh-9
660~763 三台14sh-9 ~
~
89~100
72~86 360~660 二台14sh-9 ~ ~ 87~100
72~74 <360
一台14sh-9
< <
<72
通过比较，虽然两个方案在扬程利用率上基本相近，都比较高，但是第一种方案的泵利用率较大；用水量变化范围较宽，利于远期城镇用水量扩展；且第二种方案采用的泵台数较多，增加了投资费用，同时以后的维护检修也会造成费用的增加，故采用第一方案，并选用一台14Sh-9型水泵为备用。
图2 并联泵的特性曲线
水泵机组的基础设计
Sh单级双吸离心泵的安装尺寸如图3所示:
图
7
Sh单
级双
吸离
心泵
安装
尺寸
图1
8 Sh单级双吸离心泵安装尺寸图2
表2 Sh型单级双吸离心泵的性能表
电机配置，选取功率符合的，如表13：
表3 电机配置
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。基础尺寸如表14所示：
表4 基础尺寸
水泵吸水管路和压水管路设计
根据当地条件泵房选用半地下式。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。
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。即14sh-9型水泵吸、压水管所通过的流量应按Q=400L/s(最大)设计，管材采用钢管。
水泵的管路布置如图4所示：
图4 管路布置
吸水管路
（1）吸水管路布置要求
吸水管路通常处在高压状态下工作，所以对吸水管路的基本要求是不漏气、不积气、不吸气，否则会使水泵的工作产生故障。为此常采取一下措施：
1) 为保证吸水管路不漏气，要求管材必须严格。
2) 为使水泵及时排走吸水管路中的气体，吸水管应有沿水流方向连续上升的坡度。
3) 吸水管的安装与敷设应避免在管道内形成气囊。
4) 吸水管安装在吸水井内，吸水井有效容积应不小于最大一台泵5min的抽水量。
5) 吸入式工作的水泵，每台水泵应设单独的吸水管。
6) 当吸水池水位高于水泵轴线时，吸水管上应设闸阀，以利于水泵检修。
7) 当水中有大量杂质时，喇叭口下面应设置滤网。
8) 吸水管设计流速一般为：DN＜250mm时，v=～s；DN≥250～1000mm时，v=～s。
（2）吸水管管径
根据已知条件和要求，得出水泵的吸水管管径，如表15所示：
表5 吸水管管径计算
压水管路
（1）压水管路布置要求
对压水管路的基本要求是耐高压、不漏水、供水安全、安装及检修方便。
1) 压水管路常采用钢管，采用焊接接口，与设备连接处或需要经常检修处采用法兰接口。
2) 为了避免管路上的应力传至水泵，以及安装和拆卸方便，可在压水管路适当位置上设补偿接头或可挠性接头。
3) 离心泵必须要关闸启动。
4) 当不允许水倒流时，需设止回阀。
5) 压水管设计流速为：DN＜250mm时，v=～s；DN≥250mm时，v=～s；
（2）压水管管径
根据已知条件和要求，得出水泵的压水管管径，如表16所示：
表6 压水管管径计算
管路附件选配
每台水泵都单独设有吸水管，并设有闸阀，型号为Z41T-10.
压水管设有止回阀，型号为HH44X-10.
具体管路附件选配如表17所示：
表7 管路附件选配表
布置机组和管道
水泵机组布置的基本要求是：供水安全可靠、管道布置简短、安装与维护方便、机组排列整齐、起重设备简单并留有扩建余地。
（1）常见的布置形式有：
1、纵向排列
适用于IS型单级单吸悬臂式离心泵。采用这种排列形式可以使吸水管保持
顺直，机组布置较为紧凑整齐，检修方便，泵房长度较小但宽度较大(IS型水泵轻，可以用移动式吊装设备)。
2、横向排列(泵轴线呈一直线布置)
横向排列这种布置形式适用于侧向进水、侧向出水的Sh型双吸式水泵，进出水管顺直，水力条件好，这种布置形式虽然泵房长度大些但跨度小，吊装设备采用单轨吊车即可。
3、横向双行排列
横向双行排列这种排列更为紧凑，节省建筑面积。泵房跨度大、起重设备需考虑采用桥式行车。适用于泵房中机组较多的圆形取水泵站。但这种布置形式两行泵的转向从电机方向看去是彼此相反的，因此，在泵订货时应向水泵厂特别说明，以便水泵厂配置不同转向的轴套止锁装置。
（2）根据比较机组采用横向排列。横向排列的各部尺寸应符合下列要求：1）泵凸出部分到墙壁的净距A1等于最大设备的宽度加1m，但不得小于2m。A1=b+1000= 13000+1000=2300mm,取A1=5000mm。
2）出水侧泵基础与墙壁的净距B1＞应按水管配件安装的需要确定。但是考虑到泵出水侧是管理操作的主要通道，故B1≥3 m。取B1=3000mm。
3）进水侧泵基础与墙壁的净距D1，也应根据管道配件的安装要求决定，但不小于1 m。取D1=1500mm。
4）电机凸出部分与配电设备的净距C1，应保证电机转子在检修时能拆卸，并保持一定安全距离，其值要求：C1=电机轴长+。但是，低压配电设备应C1≥ m；高压配电设备C1≥ m。C1=L+500=1200+500=1700mm，取C1=2000mm。
5）泵基础之间的净距E1值与C1要求相同，即E1= C1。如果电机和泵凸出基础，E1值表示为凸出部分的净距。取E1=2000mm。
6）控制室和配电室长度分别取3000mm、2000mm。
泵房形式的选择
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，并紧靠清水池南侧布置，直接从清水池取水压送至管网。如图5
所示：
图5 泵房主体布置图
吸水井
配电室值班室控
制室
半地下室机器间
泵的布置形式
（一）纵向排列
此种排列方式适用于如IS型单级单吸悬臂式离心泵。因为悬臂式系顶端进水，采用纵向排列能使吸水管保持顺直状态，如果泵房中兼有侧向进水和侧向出水的离心泵，则才纵向排列的方案就值得商榷。如果Sh型泵占多数时，纵向排列方案就不可取。
（二）横向排列
侧向进、出水的泵，如单级双吸卧式离心泵Sh型、SA型采用横向排列比较好。根据以上要点和实际情况，本泵站采用的是Sh型泵，故横向布置。如图6所示：
图6泵房简图
因此可知泵房总长度：
L= A1+3×E1+ C1+4×L安装+( L控制+ L配电）
=5000+3×2000+2000+1×1700+3×2200+5000=26300mm
（其中L控制+ L配电取5000mm）
泵房总宽度B= D1+B基础+B1
=1500+1300+3000=5300mm
清水池容积计算
清水池的容积设计
容积计算
清水池中除贮存调节用水量以外，还存放消防用水量和给水处理系统生产自用水量。清水池设计有效容积为：
W = W
1 + W
2
+ W
3
+ W
4
式中W1—清水池调节容积（m3）；
W
2
—消防贮备水量（m3），按2小时室外消防用水量计算；
W
3
—给水处理系统生产自用水量（m3），一般取最高日用水量的5%~10%；
W
4
—安全贮备水量（m3）；
在缺乏资料时，一般清水池容积可按最高日用水量的10%~20%设计，则清水池容积为：
W
1
=×104×15% =7200 m3
清水池形状及尺寸
清水池应设计成相等容积的两只，如仅有一只，则应分格或采取适当措施，以便清洗或检修时不间断供水。
故设两个等容积清水池，均为矩形，长L=40m，宽D=35m，高H=6m。
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904m，查样本，由水泵外形尺寸可知，14sh-9型水泵的轴中心线高于进水管中心H3=260mm，
14sh-9型泵的泵轴标高= 吸水管顶标高－D/2+轴中心线与进水管中心距离 = 904－2+=
吸水井最低水位为
8sh-13型泵的安装高度：Hss = 泵轴标高－吸水井最低水
= 水泵进口参数见表18：
表8 水泵进口参数
当地的海拔高度为，故可取Hs′=Hs－－ha) －(hva－，水温按照30℃来算，Hs′=－（－）－－=
（4）DN600吸水管直管长：L1=，i=m，吸水管的沿程水头损失：
吸水管路局部水头损失∑h1s计算结果见表19。
表9 吸水管路局部水头损失计算
吸水管路水头损失：
∑hs=+=
水泵允许的最大安装高度：
Hss=Hs′－∑hs－v12/2g=－－=>
满足要求。
复核水泵和电机
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，如图7：
图7 最不利管线图
(1)吸水管路中的水头损失：∑hs=+=
(2)压水管水头损失
压水管DN500直管长L2=8m,id=m
DN600直管长L3=10m,id=m
压水管沿程水头损失: ∑hfd=8×+10×=
压水管路局部水头损失见表20:
表10 压水管路局部水头损失计算
管径
DN mm 管件
阻力系
数
?
最大流
量
s
L/
流速
s
v/
水头损
失
?g
v
2
2
200 3
00
渐扩管400
300止回阀400蝶阀400
(3)压水管总水头损失:
=
∑d
h
∑fd
h
+∑
ld
h =+=
从水泵吸水口到输水管上切换蝶阀之间的全部水头损失：
∑2
h =∑s
h +=
∑d
h
+=
水泵的实际扬程：
Hp=(Zc+Hc+∑h1+∑h2)×α= 可见初选水泵符合要求。 消防校核
按最不利情况考虑，消防时二级泵站的用水量为消防用水量与最高时用水量之和s L Q Q Q /7.797357.762max =+=+= ，需要最高扬程。当备用泵与最高时运行水泵同时启动时，在水泵综合性能图上绘出四台泵并联总和曲线，虽然随着并联次数的增多，每台泵的供水量的减少量会相应的增大，但由于我们选择的备用泵的工况下的流量远远大于消防用水量，因此同扬程下的并联后的工况点的流量820s L /大于所需流量，说明所选水泵机组能够适应设计地区的消防灭火要求。泵的并联特性曲线和数据如图12和表21所示：
图8 四台14sh-9并联特征曲线
表11 两台8sh-13两台10sh-9并联数据
各工艺标高设计
14sh-9型水泵的轴中心线高于进水管中心H 3=260mm ，14sh-9型泵的泵轴标高= 吸水管顶标高－D/2+轴中心线与进水管中心距离
= 904－2+= 吸水井最低水位为
14sh-9型泵的安装高度：Hss = 泵轴标高－吸水井最低水 = 型泵轴
标高：，由14sh-9型水泵外形尺寸中可查得泵轴至基础顶面距离1H =。泵基础顶面标高=泵轴标高-1H =基础高出泵房底按计算，可得泵房室内地坪高程为其他工艺标高见表
22：
表12 工艺标高计算(m)
泵房建筑高度确定
泵房高度出考虑采光通风条件外，还取决于水泵的安装高度，泵房里有无起重设备，以及起重设备的型号。泵房里的起重设备应该根据最大一台泵或者电机的重量选用。辅助性房屋高度一般采用3m 。由于Y560-4的重量较大，所以采用电动桥式吊车。
泵房室内地坪高程，室外地面高程，故再次验证泵房为半地下式。地下部分为2H =。
由于电动桥式吊车的起重机可在横向移动，故最高设备Y560-4至室内地平高度g 可按跨越处的固定物高度确定，取g=。
取吊物底部至最高一台机组顶距一般大于，取f=，则f+g=＜2H = 所以泵房的高度：221H h e d c b a H H H ++++++=+== 式中 a ：吊车梁高不小于，； b ：滑车高度，；
c :起重葫芦绳在钢丝绳吊紧情况下的长度，；
d ：起重机的垂直长度，Y560-4型起重机总宽x =，则d =x =；
e ：最大一台泵的电机高度，2m ；
h ：吊起物底部与泵房进口处室内地坪或者平台间的距离，一般不小于，取h =；
1H ：泵房地上部分的高度。 附属设备的选择
引水设备
启动引水设备选用水环式真空泵，真空泵最大的排水量为)
()(ss a a s p v H H T H W W K
Q -+==s
L /（K 漏气系数，一般为，取；
p
W 最大一台泵泵壳里的空气容积3
m ，s W 吸水管中
空气的容积3
m ，T 按3min 算，a H 大气压水柱高度，ss H 离心泵的安装高度），
最大真空值为。因而选用SZB-4型水环式真空泵两台，一用一备，抽气量为s L /，