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水泵知識

送水泵站的設計與計算

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一、泵站設計流量和揚程的確定
    1.設計流量
    送水(二級)泵站的設計流量應按最大日用水量變化曲線和擬定的送水(一級)泵站工作曲線確定。
    送水(二級)泵站的設計流量與管網中是否設置水塔或高地水池有關。當管網內不需設置水塔進行用水量調節時,送水(二級)泵站的設計供水流量按最大日最高時用水量計算。即
    Qh=KhQd/24  
式中Qh——二級泵站的設計流量,m3/h;
    Kh——時變化系數;
    Qd——最高日設計用水量,m3/d。
    當管網中設有水塔或高地水池,供水泵站供水為分級供水。一般分為高峰、低峰二級供水,最多不超過三級供水。泵站各級供水線盡量接近用水線,這樣可減小水塔或高地水池的調節容積,一般各級供水量可取該供水時段用水量的平均值。
    2.設計揚程
    送水(二級)泵站的水泵揚程和水塔高度按最大日最高時流量計算。計算水泵揚程時,一般需要考慮一定的富余水頭,一般為1~2m。
    (1)無水塔或高地水池管網  在最高用水時,送水(二級)泵站的水泵揚程應保證管網控制點的最小服務水頭。
    Hp=Zc+Hc+∑hc+∑hs+∑hn    (6—24)
式中  HD——二級泵站的設計揚程,m;
      Zc——管網控制點的地面標高與清水池最低水位的高差,m;
      Hc——給水管網中控制點要求的最小服務水頭(也稱最小自由水頭),m;
    ∑hc——水泵吸水管路的水頭損失,m;
    ∑hs——輸水管路的水頭損失,m;
     ∑hn——管網中水頭損失,m。
    (2)網前水塔管網  二級泵站供水到水塔,再經管網到用戶。水塔的設置高度應保證最高用水時管網控制點的壓力要求,水塔的水柜底面高出地面高度為:
    Ht=Hc+∑hn-(Zt-Zc)    (6-25)
式中  Ht——水塔高度,即水塔水柜底高于地面的高度,m;
      Hc——控制點要求的最小服務水頭,m;
    ∑hn——按最高時用水量計算從水塔到控制點的管網水頭損失,m;
      Zt——水塔處的地面標高,m;
      Zc——控制點的地面標高,m。
    泵站的設計揚程應保證將水送到水塔。
    Hp=Zt+Ht+H0+∑hs +∑hc   (6—26)
式中  Zt——水塔處地面和清水池最低水位的高差,m;
      H0——水塔水柜的有效水深,m;
      Ht——水塔高度,m;
    ∑hs——水泵吸水管路水頭損失,m;
    ∑hc——二級泵站到水塔的輸水管中的水頭損失,m。
    (3)對置水塔管網(又稱網后水塔)  在最高用水時,泵站和水塔同時向管網供水,兩者有各自的供水區,形成供水分界線。在供水分界線上,水壓最低,送水(二級)泵站的揚程可按無水塔管網的公式計算。水塔高度計算與網前水塔時相同,只是式中∑^n為最高時供水量時,由水塔供水量引起的從水塔到分界線控制點的水頭損失。
    當送水(二級)泵站供水量大于用水量時,多余水量流入水塔,這種流量稱轉輸流量。在最大轉輸時水泵揚程為
    H’p=Zt+Ht+H0+∑h’s+∑h’c+∑h’n
式中    H:——最大轉輸時水泵揚程,m;
∑h’s,∑h’c,∑h’n——分別表示最大轉輸時,水泵吸水管路、輸水管和管網的水頭損失,m;其他符號意義同前。
  (4)網中有水塔管網  水泵揚程Hp和水塔高度H。計算,應根據具體情況,參考網前
水塔管網和對置水塔管網計算。
    二、水泵和電動機的選擇
    1.水泵選擇
    送水( 二級)泵站除按最高日最高時供水量和管網計算得出的總揚程選泵外,還應考慮流量變化時的水泵效率,以及經濟運行。送水(二級)泵站應選Q—H曲線平緩的水泵,常用單級或SH型雙吸清水離心泵,通常送水泵房至少有2~3臺供水泵,并且不包括備用泵。   
    盡可能選用允許吸上真空度值大或必需氣蝕余量值小的泵,以提高水泵安裝高度,減少泵房埋深,降低造價。
    一般城市送水(二級)泵站內設一臺備用泵,其型號與泵站內最大一臺水泵相同;對于多水源城市的供水,或建有足夠調蓄水量高位水池時,亦可不設置備用泵。
    送水(二級)泵站應進行消防事故校核,不設專用消防管道的高壓消防制系統,為滿足消防時的壓力,一般另設消防專用泵。   
    2.電機選擇
    可選Y系列普通鼠籠型電動機。
    三、泵房布置
    送水(二級)泵房一般由水泵間、配電間、操作控制室和輔助房間等四部分組成。大多數泵房這些部分可合并建造。
    泵房的布置包括泵房機組的布置;吸水管和出水管的布置與敷設;電氣設備與控制設備的布置;其他輔助設備的布置;管溝、檢修場地、工作平臺、人行通道及樓梯(電梯)等布置;噪聲消除措施的布置;工具儲藏以及生活間等輔助房間布置等。泵房的電氣設備還應按有關防火規范進行消防布置。   
    1.泵房形式
    送水泵房的平面大都采用矩形布置,可使水泵進出水管順直,水流順暢,管配件少,便于就地維修。中小型水廠的送水泵房,通常選用具有較大允許吸上真空高度(H。)的水泵,盡量使泵房布置成地面式,以節約投資和方便運行管理,如圖6~26所示。如水泵吸水水位較低或允許吸上真空高度(H。)較小,以及需采用自灌式啟動的水泵時,泵房布置成半地下式泵房
2.布置原則
泵房布置應符合下列規定。
   (1)滿足機電設備布置、安裝、運行和檢修的要求。
   (2)滿足泵房結構布置的要求。
   (3)滿足泵房內通風、采暖和采光要求,并符合防潮、防火、防噪聲等技術規定。
    (4)滿足泵房內外交通運輸的要求。
    (5)注意建筑造型,做到布置合理,適用美觀。
    (6)泵房布置應考慮預留發展與擴建的可能性。一般可考慮在遠期工程中改換較大的水
  泵機組;預留遠期增加水泵機組的位置。
    3.泵房的尺寸確定
    (1)泵房長度  根據主機組臺數、布置形式、機組間距,邊機組段長度和安裝檢修間距的布置等因素確定。并應滿足機組吊運和泵房內部交通的要求。   
    (2)主泵房寬度  根據主機組及輔助設備、電氣設備布置要求,進、出水流道(或管道)的尺寸,工作通道寬度,進、出水側必需的設備吊運要求等因素,結合起吊設備的標準跨度確定。若采取標準預制構件屋面梁,泵房跨度為6m.9m、12m、15m、18m、21m等。
    另外,是否設置管溝對確定泵房寬度影響較大。半地下式泵房的地下部分較淺時可考慮設管溝;較深時不設為各種布置形式。設有管溝的泵房,地面整潔,便于巡行、維修,但增加泵房跨度和造價,尤其是大型泵房的管道直徑較大,增加投資較多,故需慎重考慮。
   (c)~(e)布置方式,在進出水管道單側或雙側,設置一級或二級通道;有時將通道建成平臺,可兼作檢修場地。
    (3)主泵房各層高度  根據主機組及輔助設備、電氣設備的布置,機組的安裝、運行、檢修,設備吊運以及泵房內通風、采暖和采光要求等因素確定。
    (4)主泵房水泵層底板高程  根據水泵安裝高程和進水流道(含吸水室)布置或管道安裝要求等因素確定。水泵安裝高程應根據不同類型水泵的氣蝕余量或允許吸上真空高度,通過對水泵裝置的水力計算·,結合泵房處的地形、地質條件綜合確定。
    4.其他布置要點
    泵房的除滿足上述布置要求外,還應滿足下列要求。
    (1)安裝在主泵房機組周圍的輔助設備、電氣設備及管道、電纜道,其布置應避免交叉干擾。
    (2)當主泵房分為多層時,各層樓板均應設置吊物孔,其位置應在同一垂線上,并在起吊設備的工作范圍之內。吊物孔的尺寸應按吊運的最大部件或設備外形尺寸各邊加0.2m的安全距離確定。
    (3)主泵房對外至少應有兩個出口,其中一個應能滿足運輸最大部件或設備的要求。并在進門口設有足夠面積的起吊平臺,使機組設備能置于起重機械的起吊范圍內。如屬大型泵房,還應考慮汽車能進入,使起重機械能直接從汽車上起吊設備。
    (4)立式機組主泵房電動機層的進水側或出水側應設主通道,其他各層應設置不少于一條的主通道。主通道寬度不宜小于1.5 m,一般通道寬度不宜小于1.0 m。吊運設備時,被吊設備與固定物的距離不宜小于0.3 m。臥式機組主泵房內宜在管道頂部設工作通道。   
    (5)當主泵房分為多層時,各層應設1~2道樓梯。主樓梯寬度不宜小于1.0m,坡度不宜大于40。樓梯的垂直凈空不宜小于2.0m。
    (6)臥式機組主泵房內,四周均應設將滲水匯入集水廊道或集水井的排水溝。
    (7)泵房內應有與水泵間隔聲的操作控制室。一般設在泵房的端部;當泵機組數較多、較長時,亦可設在泵房的中間或中側。主泵房電動機層值班地點允許噪聲標準不得大于85dB(A),中控室、微機室和通信室允許噪聲標準不得大于65dB(A)。若超過上述允許噪聲標準時,應采取必要的降聲、消聲或隔聲措施,并應符合現行國家《工業企業噪聲控制設計規范》的規定。
    (8)主泵房的耐火等級不應低于二級。泵房內應設消防設施,并應符合現行國家標準《建筑設計防火規范》和國家現行標準《水利水電工程設計防火規范》的規定。
    (9)泵房附有加氯間時,必須與泵房間隔開,并有獨立向外開的門;氯庫須另行獨立設置。
  5.泵房的土建設計要求   
  (1)泵房門窗應根據泵房內通風、采暖和采光的需要合理布置。嚴寒地區應采用雙層玻璃窗。向陽面窗戶宜有遮陽設施。
    (2)泵房的永久變形縫(包括沉降縫、伸縮縫)的設置,應根據泵房結構型式、地基條件等確定。土基上的縫距不宜大于30m,巖基上的縫距不宜大于20m。縫的寬度不宜小于0.02m。
    (3)泵房屋面可根據當地氣候條件和泵房內通風、采暖要求設置隔熱層。
    四、水泵機組的布置
    水泵機組布置可分為平行單排(縱向排列)、直線單排(橫向單列)和橫向雙排(橫向雙行排列)三種形式。其特點見表6-10。
    表6-10機組布置比較
  布置形式
    優    點
    缺    點
    適用情況
平行單排布置
  1.水泵的吸水管可處于順直狀態
  2.布置緊湊,泵房建筑面積小
  3.電動機抽出方便
  1.泵房跨度較大
  2.管道配件較多
  3.水力條件較差
  4.用單軌起吊水泵和電動
機較不方便
1.一般適用于小泵房
直線單排布置
  1.泵房跨度較小
  2.進出水管順直,水力條件好,可減少水頭損失和電耗
  3.泵房上方只需采用單軌葫蘆作起重設備
 
  1.泵房較長
  2.管道配件拆裝不便
  3.操作管理線路較長
 
 
  1.廣泛被中、小型水廠采用
  2.常用于側向進水和側向出水的水泵,如S型雙吸中開離心泵
  3.水泵臺數不宜超過5~6臺,吸水管閥門也可放在房外
 橫向雙排布置
1.布置緊湊,泵房面積小
  2.配管件簡單
  3.水力條件好
  1.泵房跨度大
  2.水泵倒順轉布置,檢查麻煩
  3.泵房內較擠,檢修空間少
  4.常需采橋式起重機
1.適用于大型雙吸臥式離心泵的
地下室泵房
  2.水泵一般在6臺以上,施工要
求用沉井而不許泵房太長時
 
 
    一般機組布置間距的要求見表6—11,設計時可按水泵規模、水泵類型等實際情況對照選擇。
    五、吸水管和出水管的布置與敷設
    1.吸水管布置
    吸水管的布置應符合下列要求。
表6—11  機組布置間距與通道寬度
    項目
    GBJ13-86室外給水設計規范(97版)
    GB/T 50265—97泵站設計規范
布置情況與要求
  最小間距、通
    道寬/m
布置情況與要求
  最小間距、通
    道寬/m
  機組
  間距
  1.相鄰兩水泵機組突出部分的凈距,及機組突出部分與墻壁間的凈距
 
  (1)單列布置時,相鄰機組之間
的凈距
  (2)雙列布置時,管道與相鄰機
組之間的凈距
  (3)進水管中心線距離應滿足進水喇叭管布置及水工布置的要求
  (4)就地檢修的電動機還應滿足轉子抽芯的要求
   不應小于
    1.8~2.0
    不應小于
    1.2~1.5
 
    (1)電動機容量不大于55kW
 
 
    不小于0.8
 
 
    (2)電動機容量大于55kW
 
 
    不小于1.2
 
    2.應保證水泵軸或電動機轉子在檢修時能夠拆卸
 
2.立式泵機組的間距應取下列
的大值
  (1)電動機風道蓋板外徑
  (2)進水流道最大寬度與相鄰流道之的閘墩厚度的尺寸總和
  3.機組段長度當泵房分縫或需放置輔助設備時,可適當加大
  4.邊機組段長度應滿足設備吊裝以及樓梯、交通道布置的要求
 
  不小于1.5m
  寬的運行通
道的尺寸總和
 
  (1)電動機容量小于55kW
 
 
 
  不小于0.8
 
 
  (2)電動機容量大于55kW
 
  同上要求,
  并不小于1.2
  主通道
  1.泵房主要人行通道寬度
  2.配電盤前面通道寬度
  (1)低壓
  (2)高壓
 
  大于等于1.2
  1.臥式機組
  在大型臥式機組的四周,宜設工作平臺,平臺通道寬度
  2.立式機組
  (1)電動機層和水泵層的上、下
游側均應有運行維護通道,其凈寬
 
不宜小于1.2
    大于1.5
    大于2.0
    不宜小于
    1.2~1.5
(2)一側布置有操作盤柜時,其
凈寬
不宜小于2.0
  (3)水泵層的運行通道還應滿足設備搬運的要求
 
  安裝
  檢修
  通道
  1.設專用檢修場地時:應根據機組外形尺寸決定,并應在周圍設有通道,通道寬度
不小于0.7
  安裝檢修間長度可按下列原則
確定:臥式機組應滿足設備進入泵房的要求,其通道寬
 
不宜小于5.0
 
2.當考慮就地檢修時:每個機
組的一側應有一條大于水泵機組
寬度的通道,并應保證泵軸和電機轉子在檢修時的拆卸,通道寬度
大于水泵機
組寬度0.5
  立式機組應滿足一臺機組安裝
或擴大性大修的要求,機組檢修應充分利用機組問的空地
 
  在安裝間,除了放置電動機轉子外,尚應留有運輸最重件的汽車進入泵房的場地,其長度可取
1.0~1.5倍
機組段長度
輔助泵通道
  輔助泵(真空泵、排水泵等):一般利用泵房內的空地,不增加泵房尺寸,這種機組可靠墻設置,只要一邊留出通道,通道寬度還應考慮就地檢修
不小于0.8
 
1.0~1.5倍
  機組段長度
 
    (1)每臺水泵宜設置單獨的吸水管直接從吸水井或清水池中吸水。如幾臺水泵采用合并吸水管時,應使合并部分處于自灌狀態,同時吸水管數目不得少于兩條,在聯通管上應裝閥門,當一條吸水管發生事故時,其余吸水管應仍能滿足泵房設計水量的要求。
   (2)吸水管路應盡可能短、減少配件,一般采用鋼管或鑄鐵管,并應注意避免接口漏氣。
    (3)吸水管應有沿水流方向連續上升的坡度i,一般大于等于0.005,并應防止由于工允許誤差和泵房管道的不均勻沉降而引起吸水管的倒坡,必要時采用較大的上升坡度。    為了避免產生氣囊,應使沿吸水管線的最高點在水泵吸入口的頂端。吸水管的斷面一般應大于水泵吸入口的斷面,吸水管路上的變徑管可采用偏心漸縮管(即偏心大小頭),保持漸縮管的上邊水平。
    (4)如水泵位于最高檢修水位以上,吸水管可不裝閥門;反之吸水管上應安裝閥門,以便水泵檢修。閥門一般采用手動。
    (5)泵站內吸水管一般沒有聯絡管,如果因為某種原因,必須減少水泵吸水管的條數,而設置聯絡管時,則在聯絡管上應設置必要數量的閘閥,以保證泵站的正常工作。但是這種情況應盡量避免,因為,在水泵為吸人式工作時,管路上設置的閘閥越多,出事的可能性也越大。所以它只適用于吸水管路很長而又不能設吸水井的情況。
    一般情況下,為了保證安全供水,輸水干管通常設置兩條(在給水系統中有較大容積的高地水池時,也可只設一條),而泵站內水泵臺數常在2~3臺以上。為此,就必須考慮到當一條輸水干管發生故障需要修復或工作水泵發生故障改用備用水泵送水時均能將水送往用戶。
    (6)吸水管的設計流速建議采用以下數值:
    ①管徑小于250mm時,為1.O~1.2m/s;
    ②管徑在250~1000mm時,為1.2~1.6m/s;
    ③管徑大于1000mm時,為1.5~2.Om/s。
    在吸水管路不長且地形吸水高度不很大時,可采用比上述數值大些的流速,如1.6~2.0m/s;例如水泵為自灌式工作時,則吸水管中流速可適當放大。
    (7)為了避免水泵吸入空氣,吸水管進口在最低水位下的淹沒深度五應不小于0.5~1.0m。若淹沒深度不能滿足要求時,則應在管子末端裝置水平隔板。
    (8)吸水管的直徑為d,為了避免水泵吸入井底沉渣,并使水泵工作時有良好的水力條件,應遵循以下規定。
    ①吸水管上喇叭口的直徑一般可采用D=(1.3~1.5)d;
    ②吸水喇叭口邊緣與井壁的凈距不小于(0.75~1.0)D;
    ③在同一井中安裝有幾根吸水管時,吸水喇叭口之間的距離不小于(1.5~2.0)D。
    2.壓水管的布置
    送水泵站的安全要求較高,在布置壓水管路時,必須滿足:
    (1)能使任何一臺水泵及閘閥停用檢修而不影響其他水泵的工作。
    (2)每臺水泵能輸水至任何一條輸水管。
    壓水管的布置一般應符合下列要求。
    (1)出水管上應設閘閥、止回閥和壓力表,并宜設置防水錘裝置,防水錘裝置可選用氣囊式水錘消除器或緩閉與速閉止回閥等。當直徑D大于等于300mm時,大都采用電動或液壓傳動閥門。止回閥通常裝于水泵與壓水閘閥之間。如果水錘現象不嚴重,且為地面式泵站時,可將止回閥放在壓水閘閥的后面,或者將止回閥裝設于泵站外特設的切換井中。
    (2)出水管一般采用鋼管、焊接接口,但為便于安裝和檢修,在適當地點可設法蘭接口。
    (3)為了安裝上方便和避免管路上的應力(如由于自重、受溫度變化或水錘作用所產生的應力)傳至水泵,一般應在吸水管路和壓水管路上需設置伸縮節或可曲撓的橡膠
接頭。
    (4)為了承受管路中內壓力所造成的推力,在一定的部位上(各彎頭處)應設置專門的支墩或拉桿。
    (5)壓水管的設計流速建議采用以下數值:
    ①管徑小于250mm時,為1.5~2.Om/s;
    ②管徑在250~1000mm時,為2.0~2.5m/s;
    ③管徑大于1000mm時,為2.0~3.0m/s。
    水泵出水聯絡管和出水總管一般宜在泵房內布置,聯絡管上閘閥布置應滿足任何一臺水泵和閘閥檢修仍能保證泵房能正常出水。
    送水泵站通常在站外輸水管路上設一檢修閘閥,或每臺水泵均加設一檢修閘閥,即每臺泵出口設有兩個閘閥。這種閘閥經常是開啟狀態的,只有當修理水泵或水管上的閘閥時才關閉。這樣布置,可大大地減少壓水總聯絡管上的大閘閥個數,因而是較安全又經濟的辦法。
    檢修閘閥和聯絡管路上的閘閥,因使用機會很少,不易損壞,一般不再考慮修理時的備用問題。   
    壓水管路及管路上閘閥布置方式的不同,對泵站的節能效果與供水安全性均有緊密聯系。三臺泵(一用一備)、兩條輸水管的兩種不同方式布置中可節省兩個90度彎頭的配件,并且泵l、’泵Ⅱ作為經常工作泵,水頭損失甚小,與圖6—31(b)布置相比較具有明顯的節能效果。
    上述這種情況,如果必須保證有兩臺泵向一條輸水管送水時,則應在聯絡母管上要增設兩個雙閘閥,如圖6-32(b)所示。為了縮小泵房的跨度,可將閘閥1裝在聯絡母管的延長線E。
   四臺水泵向兩條總壓水管供水的布置圖,其中一臺為備用泵。這時閘閥之一要修理時,泵站還有兩臺水泵及一條壓水總管可供水,水量下降不多。假設只裝一個閘閥,則當修理它時,整個泵站將停止工作。
    較大直徑的轉換閥門、止回閥及橫跨管等宜設在泵房外的閥門室(井)內。對于較深的地下式泵房,為避免止回閥等裂管事故和減小泵房布置面積,將聯絡管置于墻外的管廊中或將聯絡管設在站外,而把聯絡管上的閘閥置于閘閥井中。
    3.吸水管路和壓水管路的敷設
    管路及其附件的布置和敷設應當保證使用和修理上的便利。一般要求如下。
    (1)敷設互相平行的管路,其凈距不應小于0.8m,以便維修人員能無阻地拆裝接頭和配件.
    (2)為了承受管路中壓力所造成的推力,應在必要的地方(如彎頭、三通處)裝置支墩、拉桿等,不允許讓這些推力傳給水泵。
    (3)盡可能將進、出水閥門分別布置在一條軸線上。
    (4)管道穿越地下泵房鋼筋混凝土墻壁及水池池壁時,應設置穿墻套管或墻管。墻管為鑄鐵特殊配件,安裝時管道直接與墻管連接。穿墻套管為鑄鐵特殊配件,亦可采用鋼管制作。管道安裝后,管道與套管間用止水材料封填。
    (5)埋深較大的地下式泵房,進、出水管道一般沿地面敷設,地面式泵房或埋深較淺的泵房,宜采用管槽內敷設管道。管槽必須具有坡度、自流排出積水;或排入泵房內集水坑,由排水泵排出。
    當泵房的進、出水管為直線布置時,拆裝水泵和閥門較為困難,常設置具有伸縮或柔性的特殊配件、伸縮器,以方便拆裝,需要時還可補償蝶閥開啟時閥瓣伸出長度。
    當水管敷設在泵站地板上時,應修建跨過管道并能走近機組和閘閥的跨橋或通行平臺,以便操作與通行。
    泵站內管道一般不宜架空安裝。但地下深度較大的泵房,為了與室外管路連接,有時需要架空管道。管道架空安裝不應阻礙通行及架設在電氣設備的上方,以免管道漏水或凝露時影響下面電氣設備的安全工作。管道可采用懸掛或沿墻壁的支柱安裝,管底距地面不應小于2.Om。
    當管道敷設在管槽(又稱管溝)中,管槽上應有活動蓋板,一般采用鋼板或鑄鐵板,也可用預制鋼筋混凝土板。管槽的寬度和深度應便于人員下到管槽進行安裝檢修。一般,管頂至蓋板底的距離應根據水管埋設深度決定,并不小于l50mm。溝壁與水管外壁的距離應不小于300mm。管槽的寬度和深度還需按照管道上閥門的設置情況,而適當放大。溝底應有向集水坑或排水口傾斜的坡度。
    地下式水泵站所在地地下水位較高時,不宜采用能通行的管溝或地下室,否則會大大增加泵站的造價。
    吸、壓水管在引出泵房之后,必須埋設在冰凍線以下,并應有必要的防腐防震措施。如管道位于泵站施工工作坑范圍內,則管道底部應做基礎處理,以免回填土發生過大的沉陷。
  六、精選水泵和電動機
  根據地形條件確定水泵的安裝高度。計算出吸水管路和泵站范圍內壓水管路中的水頭損失,然后求出泵站的揚程。如果發現初選的水泵不合適,則可以切削葉輪或另行選泵,根據新選的水泵的軸功率,再選用電動機。
  七、泵房建筑高度確定
  泵房高度是指泵房進口處地坪(或平臺)到屋頂梁底部的高度,除考慮采光通風條件外,還取決于水泵的安裝高度、泵房內有無起重設備以及起重設備的型號。泵房內的起重設備應根據最大一臺泵或電機的重量選用。起重量小于500k9,用移動吊架或固定吊鉤;起重量500-200kg,用手動單軌吊車;起重量大于2000k9,用電動橋式吊車。輔助性房屋高度一般采用3m。
  1.無起重設備時
  泵房的高度應不小于3m。
  2.采用單軌吊車
  (1)地面式泵房(圖6-36)
    H=a+b+c+d+e+f+g(6-28)
式中  H——泵房高度,m;
    a——吊車梁高度,m;
    b——滑車高度,m;
    c——起重葫蘆在鋼絲繩吊緊情況下的長度,m;
    d——起重繩的垂直長度,水泵為0.85x,電動機為1.2x,Z為起重部件寬度,m;
    e——最大一臺水泵或電動機的高度,m;
    f——吊起物底部和最高一臺機組頂部的距離,m,一般應大于0.5m;
    g——最高一臺水泵或電動機至室內地坪高度,m。
    (2)地下式泵房(除特別指明外,其余符號意義同地面式泵房)
    當H2≥f+9時、H=H1+H2   (6—29)
式中  H2——泵房地下部分高度,ra;
      H1——泵房地上部分高度,m,
即H1=a+b+c+d+P+h
式中  p——吊起物底部與泵房進口處室內地坪或平臺的距離,一般不小于0.3~0.5m。
    當Hz<f+9一h時    H1=(a+b+f+d+e+f+g)一H2    (6—30)
    符號的意義同上。
    3.采用單梁懸掛式吊車
    (1)地面式泵房(見圖6-37)
    H=a+f1+d+e+f+g(6-31)
式中a——行車軌道的高度,m;
    C1——行車軌道底到起重鉤中心的高度,m;
    其余符號的意義同上。
    (2)地下式泵房(除特別指明外,其余符號意義同地面式泵房)
    當H2≥f+g時H=H1+H2
    H1=a+Cl+d+e+無    .
    當H2<f+g-h時H1=a+fc1+d+e+f+g-H2
    其余符號的意義同上。   
    4.采用橋式吊車
    (1)地面式泵房(見圖6-38)
    H=a1+a2+C1+d+e+f+g    (6—34)
式中,n—一般不小于0.3m;
    a2——行車梁高度,m;
    c1——行車梁底到起重鉤中心的高度,m。
    其余符號的意義同上。
    由于橋式起重機可在橫向移動,故g可按跨越處的固定物高度確定。
    (2)地下式泵房(除特別指明外,其余符號意義同地面式泵房)
    當H2≥f+g時H=H1+H2=a+b+c+d+e+h+H2z   (6—35)
    當H2<f+g9-h時H1=n+a22+cl+d+e+f+g-H2   (6—36)
    符號的意義同上。
    八、吸水井布置
    一般吸水井靠近二級泵房吸水管一側,每臺水泵有單獨吸水管從吸水井吸水。水泵臺數少時,也可不設吸水井而直接自清水池吸水。吸水井的形式有分離式吸水井和池內式吸水井兩種。分離式吸水井如圖6—39所示,它是在鄰近泵房吸水管一側設置的獨立構筑物。池內式吸水井如圖6—40所示,它是在清水池的一端用隔墻分出一部分容積作為吸水井。當多臺水泵吸水管共用一井時,常將吸水井分成兩格,中間設置連通管和閘閥,或不設閥門用虹吸管連通,以便分隔清洗使用。
    吸水井的尺寸應滿足吸水管的布置、安裝、檢修和正常工作的要求,通常按吸水喇叭H間距決定。
    多臺水泵的吸水井應有一定的進水流程,以調整水流使順直均布地流向各吸水管。一般要求吸水井格網出水至吸水喇叭El中心的流程長度Z不小于3D,即l≥3D。
    吸水井水位隨清水池水位變化而變化,兩者的水位差等于連接管道中的水頭損失。
    九、送水泵站設計計算舉例
    1.設計資料
    某市新建水廠凈化處理后的潔凈水進入清水池,經由二級泵站加壓輸送至城市配水管網。
    ①二級泵站設計地點的地面海拔高程2.0m,冰凍深度為1.0m,地下水位為-4.0m。
    ②城市最高日最高時用水量471L/s,消防水量按50L/s考慮。
    ③清水池池底標高為-2.0m,最高水位標高為2.0m,最低水位為-0.8m,吸水井與清水池連接管道中的水頭損失為0.2m。
    ④管網控制點地面標高為4.0m,平均建筑層數3層,輸水管與管網總水頭損失最大用水時為10m,消防時為13m。試進行泵站工藝設計。
    2.泵房形式的選擇及泵站平面布置
    泵房主體工程由機器間、配電室、控制室和值班室等組成。
    機器間采用矩形半地下形式,以便于布置吸壓水管路與室外管網平接,減少彎頭水力損失,并緊靠吸水井南側布置,直接從吸水井取水壓送至管網。
    值班室、控制室及配電室在機器間西側,與泵房合并布置,與機器間用玻璃隔斷分隔。最西側端設有配電室,雙回路電源用電纜引入。
    3.水泵機組的選擇
    (1)設計流量  泵站的設計流量按最高日最高時用水量確定,Q=471L/s。
    (2)設計揚程吸水井最低工作水位一清水池最低水位-0.2=-0.8-0.2=-1.0m。
    管網控制點的地面標高與吸水井最低水位的高程差:Zc=4+1=5m。
    該地區平均建筑層數3層,則管網要求的最小服務水頭:H0=16m。
    最大用水時輸水管與管網總水頭損失:∑hl=10m。
    初步假定用水量最大時泵站內管路水頭損失:∑h2=2m。
    附加安全水頭1.5m,則泵站設計揚程
    Hp=Zc+Ho+∑h1+∑h2+1.5-5+16+10+2+1.5-34.5m
    (3)選擇水泵型號  為了在用水量減小時進行靈活調度,減少能量浪費,利用水泵綜合性能圖選擇幾臺水泵并聯工作來滿足最高時用水流量和揚程需要,而在用水量減小時,減少并聯水泵臺數或單泵運行供水都能保持在各水泵高效段工作。
    當Q=30L/s時(型譜圖最小流量),泵站內水頭損失甚小,此時輸水管和配水管網中
1水頭損失也較小,假定三者之和為3m(即∑元1+∑庇2=3m),則相應的水泵的揚程為:
    HD=Zc+Ho+∑h1+∑h2+1.5-5+16+3+1.5=25.5m
    根據Q=471L/s,Hp=32.5m和Q=30L/s,Hp=25.5m,在水泵綜合性能圖上確定兩點連接成參考管道特性曲線,選取與參考管道特性曲線相交的水泵并聯。可選用兩臺12Sh-13型和一臺10Sh-9A型并聯,也可選用一臺l4Sh-13A、一臺12Sh-13和一臺10Sh-9A型水泵并聯。方案比較見表6—12。
    表6—12  方案比較
方  案
用水量變化
范圍/(L/s)
運行水泵
水泵揚程/m
所需揚程/m
浪費揚程/m
水泵效率
    /%
  第一方案:兩臺12Sh-13和一臺10Sh~9A
400~471
兩臺12Sh-13
一臺10Sh-9A
37~34.5
32~34.5
5~O
  82~85
  75~80
  300~400
兩臺12Sh-13
    40~32
    31~32
    9~0
  80~85
230~300
一臺12Sh-l3
一臺1Osh-9A
37~36.5
31.5~36.5
  6.5~O
82~85
  75~76
  150~230
一臺12Sh-13
  38~30.5
  32~30.5
    6~0
  82~81
    90~150
一臺1Osh-9A
  35.5~30
    28~30
    7.5~0
  78~80
第二方案:一臺14Sh-13A,一臺12Sh-13,臺10Sh-9A
350~47l
一臺14Sh-13A
一臺1OSh-9A
41~34.5
31~34.5
10~O
  80~82
  74~80
230~350
一臺14Sh-13A
   40~31
30.5~31
9.5~O
81~81
150~230
一臺12Sh-13
38~30.5
30~30.5
     8~0
82~81
 
    通過比較,第二方案雖然水泵效率較高,但與所需揚程相比浪費能量較大。第一方案雖然有一臺10Sh-9A效率較低,但總的來看能量浪費少,水泵型號也少,且分級數量多,故采用第一方案,并選用一臺12Sh-13型水泵為備用泵(見表6-13)。
    表6-13水泵性能
  水泵
  編號
    水泵
    型號
    流量
  KL/s)
揚程/m
    轉速
/(r/min)
  軸功率
    /kW
  效率/%
允許吸上真空高度值Hs/m
重量W/kg
  I
  12Sh-13
  170~220
   ~250
36.4~32.2
  ~29.5
1470
  76~83.2
    ~88
  80~83.5
  ~82.2
4.5
709
   Ⅱ
10Sh-9A
  90~135
    ~160
35.5~30.5
    ~25
1470
42.3~48.6
    ~51
  80~83.5
  ~82.2
6.O
   428
 
(4)電機配置采用水泵廠家所指定的配套電機,見表6—14。
    表6-14電機配置
    水泵編號
    水泵型號
    軸功率/kW
轉速/(r/rain)
    電機型號
    電機功率/kW
    I
    Ⅱ
    12Sh-13
    10Sh-9A
    76~83.2~88
  42.3~48.6~51
    1480
    2970
    Y315S一4
    Y250M一2
    110
    55
 
  4.機組布置和基礎設計   
  (1)機組布置  采用單行順列布置,便于吸、壓管路直進直出布置,減少水力損失,同時也可簡化起吊設備。
    (2)基礎尺寸  基礎根據廠家提供樣本,12Sh一13型和loSh一9A型水泵均帶底座,其基礎尺寸按水泵安裝尺寸提供的數據確定,見表6—15。
    表6—15基礎尺寸
    水泵編號
    水泵型號
    L/mm
    B/mm
    H/mm
    I
    Ⅱ
    12Sh-13
    10Sh-9A
    2190
    1840
    1300
    1150
    600 
    600
 
    5.吸水管和壓水管路設計
    (1)管路布置  根據當地條件,地下水位深,氣候寒冷,泵房選用半地下式,吸、壓水管可與室外1m深凍土層下的管道平接。每臺水泵設有獨立的吸水管直接從吸水井吸水,各泵壓水管出泵房后,在閘閥井內以橫向聯絡管相連接,且以兩條總輸水管送水至管網。
    初定出水管的管頂高程為lm,而吸水井中最高水位為1.8m,此時水泵為自灌式引水,吸水管上設閘閥,以便停泵檢修時使用。吸水井中最低水位為-1.0m,此時水泵為吸入式引水,需要相應的引水設備。
    (2)管徑計算  一臺水泵單獨工作時,其流量為水泵吸水管和壓水管所通過的最大流
量,根據單泵運行流量初步選定吸水管和壓水管徑,計算結果見表6—16。
    表6-16  吸水管和壓水管管徑計算
    水泵型號
  流量/(L/s)
    吸水  管
    壓水  管
管徑/mm
流速/(m/s)
i/(mm/m)
管徑/mm
流速/(m/s)
i/(mm/m)
    12Sh-13
    10Sh-9A
    230
    150
    450
    350
    1.40
    1.50
    6.23
    9.50
    350
    300
    2.30
    2.05
    20.96
    20.44
 
    橫向聯絡管的流量應為兩臺較大水泵并聯流量Q=400L/s,取d=450mm,則u=2.43m/s,i=17.35mm/m  每條輸水管按最大總流量的75%考慮,即Q=471×75%=353L/s,取d一450mm,則V=2.14m/s,i=13.77mm/m。
    (3)管路附件選配。
    橫向聯絡管與輸水管選用Z45T-10型閘閥,DN450,L=510mm,W=522k9。
    6.泵房機器間布置
表6-17管路附件選配
    名    稱
    型號規格
  主要尺寸/ram
    名    稱
    型號規格
  主要尺寸/mm
喇叭口
  DN450鋼制
  D1 600,H450
喇叭口
  DN350鋼制
  D1 500,H450
90°彎頭
  DN450
    R=450mm
    L=450mm
90°彎頭
DN350
    R=350mm
    L=350mm
蝶閥
    DN450
    D371J-10
    L=114mm
    W=159kg
蝶閥
    DN350
    D371J-10
    L=78mm
    W=63.5kg
偏心漸縮管
  DN450×DN300
    L=470mm
偏心漸縮管
   DN350×250
    L=370mm
漸擴管
  DN250×DN350
    L=370mm
漸擴管
    DN200×300
    L=370mm
止回閥
    DN350
    HBH41 H-10
    L=190mm
    W=182kg
止回閥
    DN300
    HBH41H-10
    L=178mm
    W=145kg
蝶閥
    DN350
    D971X-10
    L=78mm
    W=118kg
蝶閥
    DN300
    D971X一10
    L=78mm
    W=109.1kg
90°彎頭
DN350
    R=350mm
    L=350mm
90°彎頭
   DN300
    R=300mm
    L=300mm
漸擴管
  DN350×DN450
    L=370mm
漸擴管
  DN300×DN450
    L=470mm
十字管
  DN450×DN450
  L1 400,Lz400
十字管
  DN450×DN450
    L1400,L2400
 
    (1)機器問長度  因電機功率大于55kW,故基礎間距取為l.2m,基礎與墻壁間距離取為lm。除四臺水泵外,機器間右端按最大一臺機組布置,設一塊檢修場地,平面尺寸為4.0m×3.0m,故得機器間總長度:
    L=3×2.19+1.84+1.0+3×1.2+4.0-17.01m
    (2)機器間寬度  吸水管蝶閥距墻取lm,壓水管蝶閥一側留1.2m寬的管理道路,水泵基礎與墻壁凈距按水管配件安裝的需要確定。根據圖6—42可得機器間寬度:
    B=1.0+0.114+0.47+1.30+0.37+0.19+0.078+1.2=4.722m
考慮到水泵出水側是管理、操作的主要通道,水泵基礎與墻壁凈距不宜小于3m,機器問采取標準預制構件屋面梁,機器間平面尺寸最后確定為長18.0m,寬6m。
    (3)管路敷設  為便于與室外凍土層下管道平接,室內管道均設在管溝內,溝頂加0.15m厚的鋼筋混凝土蓋板,與室內地坪齊平。
    7.吸水井設計
    吸水井尺寸應滿足安裝水泵吸水管進口喇叭口的要求。
    吸水井最低水位:,Hmin=-0.1m
    吸水井最高水位:Hmax一清水池最高水位一清水池至吸水井水頭損失=2.O-0.2=1.8m
    水泵吸水管進口喇叭口大頭直徑D≥(1.3~1.5)d,取1.33×450=600mm
    水泵吸水管進口喇叭口長度L≥(3.0~7.0)×(D-d),取3.0×(600-450)=450mm
    喇叭口距吸水井井壁距離≥(0.75~1.0)D,取1.0×600=600mm
    喇叭口之間距離≥(1.5~2.0)D,取2.0×600=1200mm
    喇叭口距吸水井井底距離≥0.8D,取500mm
    喇叭口淹沒水深h≥(0.5~1.O)1T1,取1.0m
  吸水井井底標高:-1.00-1.0-0.50=-2.50m
  所以,吸水井長度為7100mm,最后根據水泵機組之間距離調整為l8000mm,水井寬度為l800mm(最后調整為3000mm),吸水井高度為4800mm(包括超高300mm)。
  8.水泵安裝高度驗算
  (1)根據管路布置時初定的吸水管頂標高為lm。查樣本,由水泵外形尺寸可知,12Sh-13型泵的軸中心線高于進水管中心275mm,10Sh-9A型泵的軸線泵軸中心線高于進水管中心200mm。   
    12Sh-13型泵的泵軸標高一吸水管頂標高一D/2+軸中心線與進水管中心距離
    -1.0-0.45/2+0.275=1.05m
  吸水井最低水位為-1.0m。
  12Sh-13型泵的安裝高度:Hss一泵軸標高一吸水井最低水位一1.o5+1.0—2.05m
  同理,10Sh-9A型泵初定安裝高度Hss=2.025m。為使泵房地面取平,按Hss=2.05m驗算(因其H。值較小)。 
  (2)水泵進口參數見表6-18。
    表-6-18  水泵進口參數
    水泵型號
進口直徑DN/mm
進口流速口v1/mm
    Hs/m
    流量Q/(L/s)
    12Sh-13
    10Sh-9A
    300
    250
    3.2
    3.O5
    4.5
    6
    230
    150
 
    (3)因當地海拔高度為2m,故可近似取:H:一H。一4.5m。
    (4)水泵安裝高度校核根據圖6—44,DN450吸水管直管長:Ll—5.03m,i。一
6.23mm/m吸水管的沿程水頭損失:
    ∑hfs=isLl=6.23×5.03/1000=0.03m
    吸水管路局部水頭損失∑矗l。計算結果見表6-19。
    表6.19  吸水管路局部水頭損失計算
管道直徑/mm
管  件
  阻力系數車
  最大流量
    /(L/s)
流速u/(m/s)
   V2/2g
  水頭損失
    450
    喇叭口
  ε=0.56
    230
    1.4
    0.10
    0.O56
    90彎頭
  ε=0.67
    230
    1.4
    0.10
    0.O67
    蝶閥
  ε=0.07
    230
    1.4
    0.10
    0.007
  450×300
偏心漸縮管
  ε=0.19
    230
    3.2
    0.52
    0.O99
    合計
 
 
 
 
 
    ∑hls=0.229
 
    根據已經確定的機組布置和管路情況,按單泵運行、兩臺泵運行及最大用水時三臺泵運行時重新計算泵房內的管路水頭損失,復核所需揚程,然后校核水泵機組(本題按單泵運行校核水泵揚程)。取最不利管線。
    (1)吸水管路中水頭損失∑元。
    ∑hs=-∑hfs+∑his-0.259m
    (2)壓水管路水頭損失∑元d
    壓水管DN350直管長:L2=5.3m,idl=20.96mm/m;DN450直管長:L3=9.49m,
id2=6.23mm/m。
  壓水管路沿程損失:
    ∑‰=ZiL=5.3 X籬+9.49×蒜--0.17m
    壓水管路局部水頭損失∑尼ld計算見表6—20。
    表6.20壓水管路局部水頭損失計算
230
管道直徑
DN/mm
管件
阻力系數搴
 
最大流量
/(L/s)
 
流速v/(m/s)
V2/2g
水頭損失/m
250×350
漸擴管
0.05
230
4.61
1.O8
0.05
350
止回閥
3.0
230
2.30
0.27
0.81
蝶閥
0.30
230
2.30
0.27
0.08
350
90。彎頭
0.59
230
1.40
0.10
0.06
350×450
漸放管
0.13
230
2.30
0.27
0.04
450× 450
十字管
0.2
230
1.40
0.10
0.02
450
2×閘閥
2×0.07
230
1.40
0.10
0.01
450×450
十字管
0.2
1.40
0.10
0.02
450
閘閥
00O7
230
1.40
0.10
0.01
合計
 
 
 
 
 
∑hid=1.10
 
壓水管路總水頭損失:∑hd=∑hfd+∑hld=0.17+1.10=1.27m
(3)從水泵吸水口到輸水管上切換蝶閥之間的全部水頭損失:
    ∑h2=∑hs+∑hd=0.26+1.27-1.53m
    (4)水泵的實際揚程
    最低水位時:Hpmax=Zc+Ho+∑hl+∑h2+1.5-5.0+16.0+10+1.53+1.5-34.03m
    最高水位時:Hpnin=Zc+Ho+∑h1+∑h2+1.5-(4-2)+16+10+1-53+1-5=31.03m
    可見初選水泵機組符合要求。
    10.消防校核
    按最不利情況考慮,消防時,二級泵站的供水量為消防用水量與最高時用水量之和為521L/s,需要最高揚程為37.5m。當備用泵與最高時運行水泵同時啟動時,為三臺12Sh-13和一臺10Sh-9A并聯工作,在水泵綜合性能圖上繪出四泵并聯總和Q—H曲線,與參考管道特性曲線的交點為Q一560L/s,H一37.5m,說明所選水泵機組能夠適應設計地區的消防滅火的要求。
  11.各工藝標高設計
  12Sh-13型泵軸標高為1.05m,由l2Sh-13型水泵外形尺寸中可查得泵軸至基礎頂面。
距離H1=0.52m
    泵基礎頂面標高一泵軸標高一泵軸至基礎頂面距離=1.05-0.52=0.53m
    基礎高出泵房底按0.2m計,可得泵房室內地坪高程為0.53-0.2-0.33m
    其他工藝標高見表6-21。
    表6-21  工藝標高計算/m
水泵型號
  進水管管中心標高/m
  泵軸至基礎頂面高度/m
  泵軸中心線高于進水管管中心距離/m
泵軸中心線高于出水管管中心距離/m
泵軸標高/m
  出水管管中
  心標高/m
 12Sh-13
 10Sh-9A
    0.775
    0.770
    0.520
    0.440
    0.275
    0.200
    0.305
    0.260
    1.050
    0.970
    0.745
    0.710
 
    泵房室內地坪高程為0.33m,室外地面高程為2.0m,故泵房為半地下式。地下部分高度為2.0-0.33=1.67m。
    最高設備Y315S-4至室內地坪高度:9-1.217m
    取吊物底部至最高一臺機組頂距f=0.5m,則g+f=1.217+0.5-1.717m>1.67m
    泵房問高度為:
    H1=(a+b+c+d+e+f+g)一H2=3.518m
式中  a-為單軌吊車梁高度,0.32m;   
    b-為滑車高度,0.231m;
    c-為起重葫蘆鋼絲繩繞緊狀態長度,0.5m;
    d-起重繩的垂直長度,Y315S-4電機總寬2一1..0m,則取d=1.2x=1.2m;
    e-最大一臺電機高度,e-1.22m;
     f+g=1.717m;
    H2—為泵房間地下部分高度,1.67m。
    附屬設備選擇
    (1)引水設備  啟動引水設備,選用水環式真空泵,真空泵的最大排氣.
    選用SZB-8型水環式真空泵兩臺,一用一備。抽氣量28.8m3/h,真空值520mmH9,電機功率3.0kW。
    (2)計量設備  在壓水管上設超聲波計量計,選取SP一1型超聲波流量計兩臺,安裝在泵房外輸水干管上,距離泵房5m。
    在壓水管上設壓力表,型號為Y一602,測量范圍為0.0~1.0MPa;吸水管上設真空表,型號為Z-602,測量范圍為0.0~760mmH9。
    (3)起重設備  選用Sc型2t手動單軌吊車,工字鋼為32a型,起升高度為3~12m。
    (4)排水設備選用50QW10-7-0.75潛水排污泵兩臺,一用一備,流量Q=10m3/h,轉數n=2820r/min,電機功率N=7.5kW。設積水坑一個,1.Om×0.2mX× 1.5m(h)

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