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水泵知識

加壓泵站的設計與計算

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     當輸水管線較長時、中途需進行增壓以及從管網抽水向邊遠或高區供水時采用加壓泵站。加壓泵站設計計算與送水泵站類似。
  一、加壓泵站的類型
  給水加壓泵站根據供水功能分類,可以分為給水加壓泵站和給水調節加壓泵站。當城鎮供水管網水量能保證供水區最高日用水量的要求,但不能保證供水區內全日中最高時設計水量的要求,加壓泵站設計時應設貯水池進行流量調節,加壓泵站的水泵從貯水池抽水加壓至供水區的供水管網,這種形式稱為給水調節加壓泵站。
    根據加壓技術分類,可以分為設有水塔加壓泵站、氣壓給水加壓泵站和變頻調速給水加壓泵站。設有水塔加壓泵站采用水池一水泵一水塔給水方式,水池調節鎮供水與供水區加壓泵房水泵抽水之間的流量不平衡,水塔調節供水區泵房水泵送水和供水區管網供水之間的水量不平衡。這種形式的加壓泵站在小區供水中使用較早。為便于管理,水塔多布為前置水塔。在供水區規模較小,或供水區分期分批建造解決近期用水要求時,可以采用氣壓設備的給水加壓泵站。如果供水量達到一定規模,供水區內兩路電源能保證,可采用設有變頻調速裝置的給水加壓泵站。
    二、加壓泵站的設計流量與揚程
    1.設計流量
    給水加壓泵站的設計流量的確定應和供水管網設計流量相適應,與加壓泵站的服務有關,一般情況下可按下列原則確定。
    (1)加壓泵站服務范圍為整個小區時,加壓泵站的設計流量應按小區最大小時流量計算。
    (2)加壓泵站服務范圍為居住組團或組團內若干幢建筑時,加壓泵站的設計流量應按服務范圍內擔負供水衛生器具的當量總數計算得出生活用水的設計秒流量作為設計流量。
    (3)加壓泵站如果負有小區室外消防任務,加壓泵站設計流量應按生活給水流量和消防流量之和來考慮。
    2.設計揚程
    加壓泵站的設計揚程可按下式計算:
       Hp=Zc+Hc+∑hs+∑hn    (6-45)
式中  Hp——加壓泵站的設計揚程,m;
       Zc——供水區最不利供水點的地面標高和加壓泵站內泵房吸水池最低水位的高程差,m。
    Hc——供水區內最不利供水點建筑物要求最小服務水頭(也稱最小自由水頭),m;
  ∑hs——加壓泵站內水泵吸水、出水管在設計流量時的總水頭損失,m;
 ∑hn——小區內最不利供水點至加壓泵站之間給水管網在設計流量時沿程和局部水頭損失之和,m。   
    3.加壓泵站的位置選擇
    給水加壓泵站位置選擇可根據下列要求確定:
    (1)要使整個給水系統布置合理;
    (2)應靠近用水負荷中心;
    (3)放在水源或城鎮管網接水點附近;
    (4)有良好的工程地質條件地段;
    (5)有良好的衛生環境,便于防護地帶;
    (6)離供水區配電設施要近,接電要方便;
    (7)要考慮加壓泵站對周圍環境的影響,必要時應采取隔振消聲措施。
    三、設有水塔的給水加壓泵站設計
    1.加壓泵站的組成
    小區給水加壓泵站規模較小,一般由貯水池、泵房、水塔和附屬建筑物等組成。貯水池調節城鎮給水管網供水與加壓泵站水泵出水之間的流量不平衡,保證小區高峰供水水量。泵房內布置水泵與機電等設備,保證小區供水的水壓要求。水塔調節水泵出水與小區用水量之間的流量不平衡,使小區給水系統供水更加經濟合理。小區供水水塔一般布置呈前置水塔,水塔建造在小區加壓泵站內管理方便。小區內加壓泵站附屬構筑物包括值班室、機修問、倉庫等。
  2。加壓泵站的布置
  加壓泵站的布置包括平面布置和高程布置。
  平面布置的主要內容包括:各種構筑物和建筑物的平面定位;加壓泵站內給水、排水管道及附件,附屬構筑物的布置;道路、圍墻、綠化及供電線路的布置。
    平面布置要求布置緊湊,水的流程通順,保證施工、檢修要求,構筑物之間的管
道簡單、短捷,盡量避免立體交叉。
    居住小區給水加壓泵站內,為了充分利用城鎮給水管網的水壓,考慮到水泵的啟動和土方平衡,節能等種種因素,故應做好高程布置的設計。
    為了充分利用城鎮給水管網的水壓,加壓泵站內的貯水池一般應布置成半地下式或地上式。
    為了便于水泵的啟動水泵應盡量采用自灌式,故泵房和貯水池相適應可布置成半地下式或地上式。
    3.泵房設計 
    (1)泵房的類型與組成  小區加壓泵房一般選擇采用半地下式或地上式矩形自灌式泵房。一般由水泵機組、動力設備、吸水管路和壓水管路以及泵房輔助設備組成。泵房的輔助設備包括引水設備(非自灌泵房時用)、計量設備、起重設備、通風采暖設備和排水設備等。有時還附設加氯間。
    (2)水泵的選擇  小區泵房的給水水泵一般采用臥式離心泵,表6—32為常用水泵的型
號及技術數據。
名稱
型號
流量范圍
揚程范圍
kpa
配套電機
 
L/s
m3/h
功率/kW
轉速/(r/rain)
IS80-65-160
8.61~17.8
31~64
350~280
7.5
2900
IS80-50-200
8.61~17.8
31~64
550~450
15
2900
IS80-50-200A
7.78~16.1
28~58
420~350
11
2900
IS100-80-160
18.1~34.7
65~125
350~280
15
2900
IS100-65-200
18.1~34.7
65~125
550~450
22
2900
IS100-65-200A
16.1~31.1
58-112
420~350
18.5
2900
IS150-125-315
36.1~69.4
130~250
350~280
30
1450
IS150-125-400
36.1~69.4
130~250
550~450
45
1450
IS150-125400A
31.9~61.2
115~220
420-350
37
1450
IS200-150-315
63.9~105.6
230~380
350-280
45
1450
IS200-150-400
63.9~105.6
230~380
550~450
75
1450
IS200-150-400A
58.3~94.4
210~340
450~350
55
1450
150S-50
36.1~61.2
130~220
520~350
40
2900
150S-50A
31~50
112~180
440--350
30
2900
150S-50B
30~50
108~180
380~320
22
2900
200S-42
60~95
216~342
480~350
55
2900
200S-42A
55~86
198~316
430~310
40
2900
200S-63A
50~90
180~324
545~375
55
2900
6Sh-9
36.2~61.2
130~220
520~350
40
2950
6Sh-9A
31~50
112~180
500~310
30
2950
8Sh-9A
50~90
180~324
545~375
55
2950
8Sh-13
60~95
216~342r
480~350
45
2950
8Sh-13A
55~86
198~310
430~310
40
2950
DA180×3
7~11
25.2~39.6
384~264
5.5
2920
DA180×4
7~11
25.2~39.6
512~352
7.5
2920
DA1-100×2
10~20
36~72
388~284
10
2940
DA1-100×3
10~20
36~72
582~426
13
2940
DA1-125×2
25~35
90-126
460~300
22
2950
DA1-150×2
35~50
126~180
606~492
40
2950
75TSWA×3
8.33~11.65
30~42
375~300
7.5
1450
75TSWA×4
8.33~11.65
30~42
500~400
11
1450
100TSWA×3
17.3~22.2
62~80
480~420
15
1450
100TSWA×4
17.3~22.2
62~80
648~560
18.5
1450
125TSWA×3
20~30
32~108
460~400
22
1450
125TSWA×4
20~30
32~108
690~600
30
1450
 
    設有水塔的給水加壓泵站泵房的選泵流量應考慮水塔的調節作用,應按小區的規模和用水規律結合水塔的調節容積來確定。
    泵房的服務范圍為居住小區,選泵流量可根據水塔調節容積的大小在最高日最高時和最高日平均時流量之間選定。水塔內可設置水位自動控制裝置,控制水泵的啟動和停泵。
    泵房的服務范圍為居住組團規模或更小,選泵流量可根據水塔調節容積在最高日流量與設計秒流量之間選定。水塔內設置水位自動控制裝置,控制水泵啟動和停泵。
    水塔多布置為前置水塔,這樣泵房中水泵的揚程可以按公式(6—21)計算。水塔的塔高的計算可參見公式(6—22)。
    選擇水泵時注意以下幾點。
    ①按確定的選泵流量和選泵揚程進行選泵,選泵時應考慮其他工況(消防、事故、經常供應流量等)運行要求,并進行校核計算。
    ②選泵時要注意到應使水泵經常的工作范圍,能均處于水泵Q~h特性曲線的高效區內。
    ③選泵時要注意選擇與水泵相配套的電動機設備,小區泵房的電機一般選用低壓電機。
    ④在保證吸水條件的情況下,應盡量利用水泵的允許吸上真空高度,以減少泵房的埋深,降低工程造價。
    ⑤有水塔調節的泵房選泵一般可采用一用一備兩臺機組。選泵流量大、水塔調節容積小時可采用兩用一備三臺機組,水泵宜選擇同型號泵,互為備用。
    (3)泵房的布置  泵房的布置與送水泵房布置相同。但小區泵房水泵機組的套數較少,一般采用單列布置。
    (4)泵房隔振  小區給水泵房機組噪聲對周圍環境有影響時,應采取隔振、消聲措施。
    ①選用低噪聲水泵,從水泵產生噪聲的情況來看,一般立式泵低于臥式泵,單級泵低于多級泵,低轉速泵低于高轉速泵,離心泵低于活塞泵,變頻泵低于工頻泵。
    ②水泵基座的隔振,可在水泵下部設置橡膠隔振墊、橡膠隔振器、彈簧隔震器等隔震裝置。
    ③管道中的隔振,可在吸水管和出水管路中設置可曲撓接頭、可曲撓彎頭、可曲撓異徑管等隔振裝置。
    ④管道的支架可選用彈性吊架、彈性支架和彈性托架等隔振固定裝置。
    ⑤管道穿過樓板和墻時,應有隔振墊層。
    ⑥如果有必要時還可在泵房建筑上采用一些隔聲和吸聲措施,如泵房可做成雙層玻璃窗、門、頂棚安裝多孔吸音板等。
    泵房的隔振、消聲措施應注意機組基礎隔振、管道隔振和支架的隔振是配套措施,缺一不可,否則達不到隔振的效果。
    四、給水加壓泵房設計實例
    1.設計基礎資料
    某加壓泵房,負有小區的生活與消防供水任務。
    ①泵房設計地點的地面高程-0.15m,冰凍深度為1.OOm,地下水位-1.OOm。
    ②小區最高時用水量為l3.9L/s,消防供水滿足小區室外與室內消防用水要求,水量按35L/s考慮。
    ③蓄水池底標高為-0.5OOm,高水位為-1.55m,最低水位為-4.90m,消防水位-2.65m。
    ④小區管網控制點標高為0.35m,生活供水所需自由水頭420kPa,消防時550kPa;輸水管與管網總水頭損失最大用水時為20kPa,消防時為50kPa。
    ⑤蓄水池內消防儲水量252m3,生活調節水量120m3,消防用水平時不得動用。
    2.泵站設計參數的確定
    (1)設計流量  生活供水設計流量按小區最大時流量考慮:Qh=13.9L/s(50m3/h)。消防供水設計流量為35L/s(126m3/h)。
    (2)設計揚程  最大用水時蓄水池的最低生活吸水位與設計最不利點地面高差Zc=3.0m;所需自由水壓Hc=420kPa,輸水管與管網總水頭損失為∑hn=20kPa,泵站內總水
頭損失∑hs=10kPa;考慮增加10kPa的安全水頭。
    生活加壓水泵設計揚程:
Hp=Zc+Hc+∑hs+∑hn+10=30+420+10+20+10=490kPa
    消防時蓄水池的最低動水位與設計最不利點地面高差Zc=5.25m;所需自由水壓Hc=550kPa,輸水管與管網總水頭損失為∑hn=50kPa,泵站內總水頭損失∑hs=20kPa;考慮
增加15kPa的安全水頭。
    消防水泵設計揚程:Hp=Zc+Hc+∑hs+∑hn+15=52.5+550+20+50+15=687.5kPa
    3.選擇水泵與電機
    小區生活加壓水泵與消防泵分開設置,選擇ISG型水泵四臺,其中生活水泵兩臺(一用一備),消防泵兩臺(一用一備),水泵性能參數見表6-33,ISG、IRG立式管道泵自帶配套電機。
   表6—33  水泵性能參數
水泵編號
水泵型號
  流量
/(m3/h)
揚程/kPa
  轉速
/(r/min)
電機功率
    /kW
效率/%
允許吸上真空高度值Hs/m
  重量
/kg
  生活泵Ⅱ
  ISG80-200(F)
  30~60
 540~470
    2930
    15
  55~68
    6.0
    210
  消防泵I
 ISGl25-250A(F)
90~180
 730~670
    2970
    45
    74
    5.5
    454
生活水泵由微變頻調速控制,變頻調速控制柜滿足:
①雙電源接入;
②備用泵實現自接;
    ③消防水位生活水泵停泵。
    4.機組基礎設計
    根據廠家提供樣本,ISG80-200(F)與ISG125-250A(F)型水泵均帶有底座,基礎尺寸見圖6—55。
    5.水泵的吸水管路和壓水管路計算
    每臺水均設有單獨的吸水管和壓水管,均采用焊接鋼管。其計算結果見表6—34。
    表6—34  吸水管和壓水管管徑計算
水泵編號
水泵型號
  流量
/(m3/h)
    吸  水  管
    壓  水  管
管徑/mm
流速
  /(m/s)
  i
/(kPa/m)
管徑/mm
流速
  /(m/s)
  Z
  /(kPa/m)
    I
 ISG125-250A(F)
    126
    200
    1.14
0.1132
    150
    2.06
    0.4830
    Ⅱ
  ISG80-00(F)
    50
    125
    1.13
0.1924
    100
    1.61
    0.4497
 
    由圖6—56可知,橫向聯絡管及每條輸水管的管徑按較大水泵流量計算,即Q=126L/s,取d=150mm,v=2.06m/s,i=0.4830kPa/m。
    6.水泵機組和管道布置
    如圖6—58所示,機組橫向排列,便于吸、壓管路直進直出布置。每臺水泵的吸水管設有D71J-10型蝶閥;壓水管設有HH44X-10型微阻緩閉止回蝶閥和D71J-10型蝶閥,橫向聯絡管與輸水管均設有DNl50D71J一10型蝶閥。
  7.蓄水池設計
  蓄水池內消防儲水量按火災延續時間2h的消防水量計算,即252m3,生活調節水量139m3,消防用水平時不得動用。蓄水池最高水位為-1.55m,最低水位為-4.90m,消防水位-2.65m。水泵直接從蓄水池內吸水。
    蓄水池水位在值班室內連續顯示。高、低水位設聲光報警,最低水位消防水泵停泵;消防水位生活水泵停泵。
    消防水泵吸水管進口喇叭口大頭直徑不小于1.5d,即D=300mm
    喇叭口的淹沒水深^1不小于0.6d,即h1=120mm(取150mm)
    吸水喇叭口距井底距離h2不小于0.8D,即h2=240mm,為安裝檢修需要,取500mm
    喇叭口凈距不小于1.6D,即480mm(取600mm)
    喇叭口與吸水井壁距離不小于1.0D,即D=300mm(取850mm)
    蓄水池長9m,寬2m,高5.15mm,蓄水池底標高-5.0m,集水坑底標高:-6.0m,尺寸滿足安裝水泵吸水管進口喇叭口的要求。池內設有導流墻。
 
    8.各工藝標高設計
    ①消防水位為-2.65m時,ISGl25-250A(F)泵自灌式引水,其泵軸標高設計為-3.625m。
    查水泵樣本,ISG80--200(F)泵泵軸至基礎頂面高度(A)為0.175m;
    基礎頂面標高一泵軸標高一泵軸至基礎頂面高度(A)=-3.625-0.175=3.80m
    基礎頂面高出泵房地面0.2m,泵房地面標高一基礎頂面高度-0.20=-3.80-0.20=-4.00m
    吸水池最低水位為-4.90m,ISG125-250A(F)泵安裝高度Hss=4.9-3.625=1.272m。
    ②設ISG80-200(F)泵與ISG125-250A(F)泵基礎頂面標高一致,查水泵樣本,ISG80-200(F)泵泵軸至基礎頂面高度(A)為0.125m。
    泵軸標高=基礎頂面標高+泵軸至基礎頂面高度(A)=-3.80+0.125=3.675m
    生活水泵最低吸水位為-2.65m,水泵安裝高度Hss=3.675-2.65=1.025m。
    9.水泵安裝高度校核
    因ISG125-250A(F)其H。值較小,按Hss=1.272m驗算水泵安裝高度。
    水泵進口參數見表6-36。
    表6—36  水泵進口參數  
    水泵型號
    進口直徑DN/mm
    進口流速口1/ram
    流量Q/(L/s)
    ISG125-250A(F)
    125
    2.85
    35
    ISG80-200(F)
    80
    2.80
    13.9
 
因當地海拔高度為-0.15m,故可近似取H’s=Hs=5.5m。   
吸水管路總水頭損失:∑hc=0.22m
水泵實際使用時真空高度:
    HS=Hss+∑hc+(v12/2g)=1.272+0.22+2.852/2g=1.91m
    滿足要求。
10.附屬設備的選擇
(1)起重設備見表6-37。
    表6.37  起重設備
    HS1
    手拉葫蘆
    Q=1.0t H=10m
    1臺
    SG-1
    手動單軌小車
    Q=1.Ot H=3-10m
    1臺
 
    (2)引水設備  因水泵在低水位時系非自灌工作,需設引水設備。
    (3)排水設備  沿泵房基礎旁設排水溝,將水匯集到集水坑內,然后用排水泵抽到室外排水井。集水坑尺寸:800mm×1200mm×1500mm。
選用50QW10-10-0.75型潛污泵(Q=10m3/h,N=0.75kW,H=10m,n=2900r/mm)兩臺,一備一用。
    高水位-4.30m時啟動潛污泵,低水位-5.20m時停泵。
    (4)計量設備  泵房水泵出水總干管設電磁流量計,流量范圍為0~180m3/h,壓力范圍0~1.2MPa。
    (5)消毒設備  選用兩臺ZHS一100型一體式次氯酸鈉發生器,生產氯量0~100m9/L,電源電壓220V,功率60kW,電解電流100A。
    (6)消防設備滅火器采用干粉滅火器,型號MF2,規格為5A,可懸掛在墻上,安裝高度頂部距所在處地面1.4m。   
    13.泵房建筑高度的確定   
    泵房地下部分高度已知為4.0m。泵房上層建筑高度,根據起吊高度和采光、通風要求,從樓板到房頂底板凈高3.9m。
    14.確定泵房的平面尺寸
    根據水泵機組、吸水與壓水管道的布置條件以及排水坑、機組和通風管等附屬設備的設置情況,從給水排水設計手冊中查出有關設備和管道配件的尺寸,通過計算,求得泵房長度為9m,寬度4.5m。

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