混流泵轴流泵典型设计

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6.83~7.47m左右。浅部为①层素填土，高程6.83~4.73m，γ=18.82kN/m3；高程4.73-0.67m为②-2层淤泥质粉质粘土，γ=17.72kN/m3，凝聚力c=8.7kpa，内摩擦角φ=7.8°，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/η

式中：Q——灌溉流量（m3/s）；

A——渠系控制灌溉面积（万亩）；

η——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Ⅳ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 6.70

2 校核工况 2.80 6.70

c、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 6.33

2 校核工况 3.50 6.44

c、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=Δh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/πD2=4×0.67/（3.14×0.52）=3.41m/s

管路沿程水头损失：

式中：L——进出水管道总长，取4.9m；

Q——水泵设计流量，m3/s；

n——粗糙系数，铸铁管取0.013；

管路局部损失：

式中：ξ——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ξ进口=0.30，圆形整块拍门阻力系数为ξ拍门= 0.085。

局部损失hj=（ξ进口×ξ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=Δh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=Δh净+h管

式中：H实——水泵实际扬程；

△h净——水泵设计净扬程，取值3.029m；

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/πD2=4×1.19/（3.14×0.52）=2.37m/s

管路沿程水头损失：

式中：L——进出水管道总长，取5m；

Q——水泵设计流量，m3/s；

n——粗糙系数，铸铁管取0.013；

管路局部损失：

式中：ξ——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ξ进口=0.30，圆形整块拍门阻力系数为ξ拍门= 0.085。

局部损失hj=（ξ进口×ξ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=Δh净+h管=3.029+0.15=3.179m

查该水泵特性曲线图，此时水泵效率η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[NPSH]c=5.50m，近似计算得Hs≈10.33-5.50=4.83m。

h吸损=h程+h局=（ξ进口+ξ弯管）=0.1+0.23=0.33m，

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，H3=3.07m

d、电机层楼板高程H4

对中小型泵站取安全超高a=0.60m，H4= 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H5

H5= H4+h，泵轴最长长度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：

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（m3/s），取值0.65m3/s；

η泵——水泵在最不利工作扬程下的效率（%），取值66.4%；

η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φ800×D6。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。

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/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；