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1、一、水泵站课程设计任务和目的 1、设计任务 某灌溉泵站设计 2、设计目的 (1)加深学生对课程基本概念、理论、方法及课程结构体系的理解和融会贯通,培养其综合运用所学课 程知识解决实际工程技术问题的能力。 (2)让学生了解和掌握泵站工程设计的基本环节、内容、方法、步骤和要求,受到工程设计方法的初步 训练和创新意识的培养。 (3)实现对学生的运算、绘图、查阅资料和手册、使用规范和标准、计算机应用的基本技能的训练和求 真务实科学素质的培养。 二设计所依据的规范和标准 给水排水设计手册常用设备 给水排水设计手册器材与装置S 型单机双吸水泵 交流同步、异步电机 泵站设计与规范 三.设计基本资料 1、基本
2、情况 本区地势较高,历年旱情比较严重,粮食产量低。根据规划,你从附近湖中扬水灌溉该区的 6.7 万亩农田, 使之达到高产、稳产的目的。 机电扬水灌区内主要作物有小麦、玉米、骨子和棉花等。管区缺少灌溉制度,现参考附近老灌区的灌水 经验,制定出本灌区灌溉保证率为 75的灌溉制度。其设计毛灌水率如表 1 所列 表 1.1 设计年内毛灌水率 灌水时间(日、月)1/315/416/410/611/630/71/930/915/1110/12 灌水率l/s千亩 30.0022.0016.5022.5030.75 1/500 的站地地形图(从略)。 2、地址及水文地质资料 根据可能选择的站址,布置 6 各钻
3、孔。由地质柱状图明显看出,3m 以内表土主要是粘壤土,经土工试验, 得到有关物理指标为粘壤土的内摩擦角 承载力为 200kN/ 。站址附近的地下水位多年平均在 307.2m 左右。 3、气象资料 夏季多年平均旬最高气温为 34,春、秋季干旱少雨,年平均降雨量为 524mm,降雨年内分配极不均 匀,每年 7、8、9 月的降雨量占全年降雨量的 80%以上。年平均无霜期为 200 天左右,多年平均最低气 温为-8,最大冻土深度为 0.44m,平均年地面温度为 15,平均年日照时数为 2600.4h。累计年平均辐 射总量为 527.4KJ/cm,平均日照百分率为 59%。热量和积温都比较丰富,能满足一
4、年两熟作物生长的需 要。 4、水源灌区西北有一湖泊,使规划灌区的水源,其水量充沛。灌溉保证率为 75%时的湖泊月平均水位如表 2 所 示 表 1.2 湖泊月平均水位(保证率 75%)灌溉保证率为 90%时,灌溉期间旬平均最低水位为 308.8m,5 年一遇的旬平均最高水位达 312.5m, 夏季多年旬平均最高水温为 23。 5、根据规划,为保证扬水后自流灌溉,出水池水位均不应低于 327m。 6、站址附近有 6.3 kv 高压电力线通过,已经有关部门批准,可供泵站使用。7、该地区劳动力充足,交通方便,除水泥、金属材料以及泵站建设中所需的特殊材料外,当地可提供砖、 瓦、石、砂、木材等建筑用材。
5、8、根据机电设备的运行特性,每天按 20h 运行计算。 四.站址选择及建筑物总体布置方案 1 、站址选择 站址选择要有利于控制全灌区的面积,便于泵站枢纽的总体布置,渠站能相互结合,工程量小,安全可 靠,能适时适量的取水。选择的依据如下: 水源:对于从湖泊取水的泵站,应选择河床及堤岸稳定,流量有保证,水位变幅小,有利于防洪、防沙、 防冰及防污的湖段。 地形:为了便于泵站建筑物的布置,站址处的地形应该比较开阔,同时应具有与泵站扬程相适宜的地形 高差和岸坡,还要有较好的通风采光条件,土石开挖工程量小,便于安排施工和以后扩建的可能性等因 素。 地质:泵站建筑物应处在岩石坚实、承载力强、渗透性弱、地下水
6、位深的地基上,对于建在软基上的泵 站,应考虑可能存在的淤泥、流沙、湿陷及膨胀土等不稳定的情况,在不可避免时,应制定相应的地基 处理方案及加固措施。 电源交通及其他:视泵站规模的大小兼顾动力电源的来源及输变电工程的造价,以求尽量减少输电线路 的长度。 要有利于与外部公路交通的衔接,以便于机电设备和施工物料的运送,条件许可时,尽可能使 泵站邻近村镇或居民点,同时尽可能考虑少占耕地并与周围自然环境相协调。 站址选择及建筑物总体布置方案见泵站建筑物总体布置图 五.泵站设计流量和设计扬程的确定 1、泵站设计流量的确定 (1)灌水率图的修正 为了便于选择同型号水泵,按以下原则将灌水率图修正成等阶梯形状,具
7、体如下: 灌水日期的移动或者灌水时间的变动,不应影响作物的正常需水(变动天数不超过 23 天)。 各次灌水的灌水率数值不应相差太大(最小灌水率不应小于最大值的 40%),以使渠道流量比较平稳, 泵站机组利用率较高。 修正后的灌水率应适应我国目前的管理水平,对旱作灌区,一般的灌水率在 2035 l/(s千亩)之间。 (2)设计年内毛灌水率阶梯图,如下图所示:(2)修正后的年内灌水率等阶梯图如下所示:修正后设计年内灌水率(表 1) 灌水阶段1234 灌水时间(日、月)16/428/71/315/415/1111/12 1/923/9 灌水率l/s千亩 20.0030.0030.0030.00 由于
8、四月中旬一直到七月底都属于连续的灌溉时期,故考虑将二者作为一个整体来考虑,由此把一年分 成四个灌溉期。 按每天开机小时数,将修正后的毛灌水率换算成机灌灌水率。绘制机灌灌水率图。 公式为 式中 修正后的设计毛灌水率,l/ (s千亩); 机组每天开机的小时数。 利用公式求得并列成表:见下表(表 2) 修正后设计年内机灌灌水率 灌水阶段1234 灌水时间(日、月)16/428/71/315/415/1111/12 1/923/9 修正灌水率l/s千亩 24.0036.0036.0036.00取灌水率图中之最大的灌水率来计算泵站的设计流量,其计算公式为式中 修正后的最大灌水率,l/ (s千亩) 设计的
9、灌溉面积,千亩 利用公式求得: l/s 即设计泵站流量给为: 2412l/s。 将其余灌水率对应的流量计算得出列入下表 3,方便选择泵型及泵数。 根据表 2 与出水池最低水位 327m 列表加权法计算,见结果如表 3: 灌水时间(月日)4.16-7.283.1-4.15 11.15-12.11 9.1-9.23 灌水天数104 462623 日平均进水位 m310.24309.23309.4313.2 出水位327 327 327 327 H 实16.7617.7717.613.8 Q 机1608241224122412 H*Q*T2802808.32 1971617.04 1103731.2
10、765568.8 Q*T 167232 110952 6271255476 2、计算平均实际扬程,公式为: 式中 相应时段 时的出水池水位与进水池水位之差,m; 相应时段 时的泵站供水流量,l/s; 不同灌溉时段的泵站工作天数,天。 则 =16.77(m)Hmax=17.77m Hmin=13.8m 3、确定水泵的设计扬程。 初步确定 为(5%10%) ,计算得: =(1.051.1) ,取 =18. m。 式中 管路沿程损失和局部水头损失,m;k管路水头损失占平均实际扬程的百分比。 六、水泵选型方案及类型和台数确定 1、水泵选型方案及类型 (1)水泵的选型原则 1) 充分满足灌溉设计保证率下
11、各时期的流量和扬程的要求。 2) 选用性能良好并对泵站流量、扬程变化具有较强适应性与保证性的泵型。 3) 所选水泵在长期运行中平均效率最高。 4) 所选水泵能使之与相联系的泵站建设总投资最省,且易于施工,便于运行、管理和维修。 5) 对于梯级泵站,水泵的型号和台数要满足上下级泵站间流量配合的要求,尽量避免或减少因流量配合 不当而造成下级泵站的流量不足或流量过大而弃水。 (2)水泵选型的步骤 1) 根据修正后的等阶梯灌水率图,初定水泵台数为 4-6 台,其中有 1 台备用泵。 2) 根据设计流量 Q=2412l/s,求得水泵台数为 3-4 台的单泵流量分别为:804 L/s 、603L/s。 依
12、据单台水泵的设计流量和设计扬程,查“水泵性能范围综合图”,可查到满足需要的几种水泵,其在最高效率时的参数分别为: 性能参数表 泵型号流量扬程转数轴功率配带功率效率允许汽蚀余量净重m3/hl/smr/minkw kw %mkg 20Sh-19 1620450 27970 149 185 8061900 2016560 2214782 2340650 1513770 24Sh-28 2340650 23.5970 187 250 807.5 2500 2880800 2119584.5 3420950 1820781 3) 方案比较灌水阶段1234 灌水时间(日、月)16/428/71/315/4
13、15/1111/12 1/923/9 修正灌水率l/s千亩 24.0036.0036.0036.00 灌水天数104 462623 采用 20Sh-19 型水泵(设计扬程下的单泵流量(590l/s)) 所需台数3444 设计流量下的供水流量(l/s) 1770236023602360 流量(l/s) 1608241224122412 灌水天数95472724 采用 24Sh-28 型水泵(设计扬程下的单泵流量(880l/s)) 所需台数2333 设计流量下的供水流量(l/s) 1760264026402640 流量(l/s) 1608241224122412 灌水天数95422421综上比较,
14、选 3 台,则每台水泵流量 Q= l/s,第二三四灌溉阶段水泵全开,第一期开两台水泵。选用 3 台 泵。很显然,24Sh-28 为最佳选择。 七、动力机及主要辅助设备的选配 1、动力机的选配 此地电源方便,站址附近有 6.3 KV 的高压电力线通过。优先考虑电动机。再根据所选水泵的转速和功率 ,选择合适的电动。查的适宜的电动机主要规格参数如下: 电机型号额定功率(kw)转速(r/min)重量(kg)电压(v) Y355-6 250 989 196060002、主要辅助设备的选配 (1)充水设备: 离心泵启动前必须充水,采用水环式真空泵,考虑抽气量与真空度,选用型号为 SZ-1 型水环式真空泵,
15、 其配带动力 4kw,转数 1450r/min,泵重 140 公斤。(查给水排水设计手册 第 11 册 常用设备) (2)排水设备: 采用排水沟排水,具体布置见后第十节机电设备布置方案。 (3)起重设备:选择起重设备的依据是泵房内最重设备的重量、机组台数和必须起吊高度。当最大设备重量不超过 1t, 机组台数不超过 4 台时,一般不设置固定起重设备,当设备最大重量在 5t 以下,或设备重量虽不超过 1t,而机组数目较多时,可在泵房内设置手动单轨小车配手拉葫芦,或电动葫芦,或手动单梁桥式起重机。按以上原则结合所选泵型,采用 SDQ-3 型手动单梁起重机,跨度 6m,起升高度 310m。(查给水排 水设计手册 第 11 册 常用设备) 八、进、出水管的材料、数目、管径、布置及支撑方式 1、进水管 如果按管中流速 1.52.0m/s 的要求设计管径,则进水管管径按下式计算确定 D=(0.80.92) 式中流量 Q 从所选泵的性能曲线上,依据 H=18 查的其流量 Q=0.88 m3/s.(在后续的管道设计中流量均 用 Q=0.88 m3/s) 所以 D=(0.80.92) =0.9 =0.84m 。 式中 D进水管管径,mQ进水管设计流量,m3/s。 根据上式计算选择相近的标准规格尺寸的管径,用公称直径表示。这样便于管道附件的选配和连接。 2、进水管的布置 (1)尽量使进水管短