1、某灌溉泵站設(shè)計(jì)一 基本設(shè)計(jì)資料1 基本情況本區(qū)地勢(shì)較高，歷年旱情比較嚴(yán)重，糧食產(chǎn)量低。根據(jù)規(guī)劃，擬從附近湖中揚(yáng)水灌溉該區(qū)的 6.7萬畝農(nóng)田，使之達(dá)到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。機(jī)電揚(yáng)水灌區(qū)內(nèi)主要作物有小麥、玉米、谷子和棉花等。灌區(qū)缺少灌溉制度，現(xiàn)參考附近老灌區(qū)的灌水經(jīng)驗(yàn)，擬定出本灌區(qū)灌溉保證率為75%的灌溉制度。其設(shè)計(jì)毛灌水率如表1所示。表1設(shè)計(jì)年內(nèi)毛灌水率灌水時(shí)間（日/月）1/3-15/416/4 -10/611/6-30/71/9-30/915/11 -10/12灌水率（l/（s 千畝）30.0022.0016.5022.5030.75圖1 站地地形圖2 地質(zhì)及水文地質(zhì)資料根據(jù)可能選擇的站址，布置6個(gè)

2、鉆孔。由地質(zhì)柱狀圖明顯的看出，3米以內(nèi)表土主要是粘壤土，經(jīng)土工試驗(yàn)，得到的有關(guān)物理指標(biāo)為粘壤土的內(nèi)摩擦角©=35。，承載力為 200kN/m 2。站址附近的地下水位多年平均在307.2m左右（系黃海高程）。3 氣象資料夏季多年平均旬最咼氣溫34°C,春、秋季干旱少雨，年平均降雨量為 524mm , 降雨年內(nèi)分配極不均勻， 每年7、8、9月的降雨量占全年降雨量的80%以上。年平均 無霜期為200天左右，多年平均最低氣溫為-8C,最大凍土深度為o.44m。平均年地面溫度為 15C，平均年日照時(shí)數(shù)為 2600.4h。累積年平均輻射總量為527.41 kJ /cm，平均日照百分率為

3、59 %。熱量和積溫都比較豐富，能滿足一年兩熟作物生長的需要。4 水源灌區(qū)西北有一湖泊，是規(guī)劃灌區(qū)的水源，其水量充沛。灌溉保證率為75 %時(shí)的湖泊月平均水位如表2所示。表2 湖泊月平均水位（保證率為75% ）月份123456789101112水位（m）308.9308.9309.2 309.3 309).5 309.7312.0313.0 1313.2 309.8 309.3 308.9灌溉保證率為 90%時(shí)，灌溉期間旬平均最低水位為308.8m。5年一遇的旬平均最高水位達(dá)3l2.5m，夏季多年旬平均最高水溫為23 C。5 其它根據(jù)規(guī)劃，為保證揚(yáng)水后自流灌溉，出水池水位均不應(yīng)低于327m。站址

4、附近有6.3 kV高壓電力線通過，已經(jīng)有關(guān)部門批準(zhǔn)，可供泵站使用。該地區(qū)勞動(dòng)力充足，交通方便。除水泥、金屬材料以及泵站建設(shè)中所需的特殊材料外，當(dāng)?shù)乜商峁┐u、石、砂、瓦、木材等建筑用材。根據(jù)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行特性，每天按20h運(yùn)行設(shè)計(jì)。6 要求完成泵站設(shè)計(jì)中初設(shè)階段的部分內(nèi)容，成果包括設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)說明書。(1) 圖紙1) 樞紐平面布置圖(繪制在地形圖上)2) 泵房平面圖，泵房縱、橫剖面圖。(2) 設(shè)計(jì)說明書1) 概述建站目的，設(shè)計(jì)任務(wù)，資料分析，設(shè)計(jì)所依據(jù)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)2) 機(jī)電設(shè)備選擇的依據(jù)和計(jì)算。3) 泵站各建筑物的型式、結(jié)構(gòu)選擇的依據(jù)、計(jì)算結(jié)果及其草圖。4) 泵房尺寸擬定的依據(jù)和設(shè)備布置的說明

5、。5) 驗(yàn)證機(jī)組選擇的合理性，并說明其在使用中應(yīng)注意的問題。6) 必要的附圖、附表、參考文獻(xiàn)。(3) 樞紐中心線因所給資料不足， 無法知道控制區(qū)面積如何，但是根據(jù)資料可知， 該地區(qū)高差不大，總體呈上升趨勢(shì)， 沒有坡升坡降的情況， 于是擬定采用單站集中控制 方式。同時(shí)，采用正向進(jìn)水、正向出水的建筑物布置型式。初步擬定樞紐中心線。擬定情況如圖2所示(在原地形圖的基礎(chǔ)上繪制)。圖2 樞紐中心線布置圖二 泵站設(shè)計(jì)1 泵站主要設(shè)計(jì)參數(shù)（ 1 ） 設(shè)計(jì)水位出水池水位 327.0 米，水源設(shè)計(jì)最低水位 308.8 米， 5 年一遇的旬平均最高 水位 312.5 米。（ 2 ） 泵站設(shè)計(jì)流量：為了便于選擇同型

6、號(hào)水泵， 按以下原則將灌水率圖修正成等階梯形狀，具體如下。1）灌水日期的移動(dòng)或者灌水時(shí)間的變動(dòng) 不應(yīng)影響作物的正常需水 （變動(dòng) 天數(shù)不超過 23 天）。2）每次灌水的灌水率數(shù)值不應(yīng)相差太大 （最小灌水率不應(yīng)小于最大值的40 ），以便渠道流量比較平穩(wěn)，泵站機(jī)組利用率較高。3）修正后的灌水率應(yīng)適應(yīng)我國目前的管理水平，對(duì)旱作灌區(qū)，一般的灌 水率在20351/ （s 干畝）之間。圖 3 灌水率圖3）按每天開機(jī) 19 小時(shí)，將修正后的毛灌水率換算成機(jī)灌灌水率公式為 q 機(jī) = q 設(shè) *24/ t 機(jī)式中 q機(jī)修正后的設(shè)計(jì)毛灌水率.1 /（s 千畝）;t機(jī)一一機(jī)組每天開機(jī)的小時(shí)數(shù)。表3設(shè)計(jì)年內(nèi)毛灌水率灌

7、水時(shí)間（日/月）1/3-15/416/4-10/611/6-30/71/9-30/915/11-10/12毛灌水率（l/（s千畝）:)30.0022.0016.5022.5030.75機(jī)灌水率37.8927.7920.8428.4238.84圖4機(jī)灌灌水率圖（4）取灌水率圖中之最大的灌水率來計(jì)算泵站的設(shè)計(jì)流量，其計(jì)算公式為Q設(shè)=q max 機(jī) 3 / 渠系式中qmax機(jī)修正后的最大灌水率.l/（s 千畝）；3設(shè)計(jì)的灌溉面積.千畝；渠系渠系水利用系數(shù)（% ）。Q 設(shè)=38.84*67/0.65=4003.5l/s2泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程估算（1）泵站設(shè)計(jì)的水源水位；最高水位；313.2 ； 最低水位；30

8、8.9 ；設(shè)計(jì)水位；312.5 ;最低運(yùn)行水位；灌溉保證率為90%時(shí)，灌溉期間旬平均最低水位為308.8。出水池按最低要求 327m設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程；327-312.5=14.5m最高凈揚(yáng)程；327-308.8=18.2m最低凈揚(yáng)程；327-313.2=13.8m（2）計(jì)算平均實(shí)際揚(yáng)程，公式為H Q t實(shí)i i iH實(shí)Qi t i式中 H實(shí)i相應(yīng)時(shí)段ti時(shí)的出水池水位與進(jìn)水池水位之差，m；Qi相應(yīng)時(shí)段ti時(shí)的泵站供水流量，1/S，；ti 不同灌溉時(shí)段的泵站工作天數(shù)，天。表4 實(shí)際揚(yáng)程計(jì)算表灌水時(shí)間（日/月）1/3-15/416/4-10/611/6-30/71/9-30/915/11-10/12機(jī)灌

9、灌水率（l/（S 千畝）37.8927.7920.8428.4238.84供水流量1/s3905.62864.52148.12929.44003.5i ir t175752157547.510740087882100087.5Q tH 實(shí) i Qi t3122527.23036357.8出水池按最低要求 327m。H Qt實(shí)i i iH 實(shí)=17.636mQ t i(3) 確定水泵的設(shè)計(jì)揚(yáng)程，公式 H 設(shè)=H 實(shí) + EAh 損(1+k)H 實(shí)式中 h損 管路沿程和局部水頭損失。 m ；K 管路水頭損失占平均實(shí)際揚(yáng)程的百分比，其值可按表課本5-2初定。取k=20%H 設(shè)=H 實(shí) + EA h

10、損(1+k) H 實(shí)=21.163m3 初步選泵(1) 水泵選型的原則。具體如下。1) 在設(shè)計(jì)揚(yáng)程下，能滿足設(shè)計(jì)流量的要求，2) 當(dāng)實(shí)際揚(yáng)程變化時(shí)，水泵能在高效區(qū)內(nèi)工作，3) 在能夠適應(yīng)灌溉流量變化的前提下，盡量選用較大的水泵，以減少臺(tái)數(shù)，節(jié)省基建、維修費(fèi)用。另外大泵的效率較高。4) 在一個(gè)泵站中，盡可能選用同型號(hào)的水泵。5) 如進(jìn)水池的水位變化幅度較小時(shí)、優(yōu)先選用臥式機(jī)組。6) 在滿足流量和揚(yáng)程的前提下，盡量選用吸水性能好的水泵。(2) 主泵類型的選擇。因?yàn)榇吮谜镜脑O(shè)計(jì)揚(yáng)程為21.163m，設(shè)計(jì)流量為 4003.51/s 查水泵站設(shè)計(jì)示例與習(xí)題中的水泵性能表得種泵型均符合揚(yáng)程要求，作為比較方

11、案，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性能等方面的優(yōu)選。其性能如表所示：表5泵型方案性能(3) 確定主泵臺(tái)數(shù)Qd，可據(jù)此確定兩種泵型所需的臺(tái)數(shù)。Q泵i _Qd. 型泵Q泵臺(tái)，取 臺(tái)。Qd型泵i臺(tái)，取 臺(tái)Q泵(4) 擬合流量過程曲線按選定的水泵型號(hào)和臺(tái)數(shù),在流量過程線上擬合，當(dāng)選擇水泵型臺(tái)數(shù)為時(shí)，擬合后的流量過程線和設(shè)計(jì)流量過程線配合較好,故說明選擇方案可以滿足流量變化過程的要求。故本設(shè)計(jì)選用型泵這一方案是合理的。所以選用臺(tái)型泵，其中為備用。4動(dòng)力機(jī)組配套選型由于在站址有高壓輸電線路通過，靠近電源，故動(dòng)力類型選配電動(dòng)機(jī)(1)電動(dòng)機(jī)配套功率N配計(jì)算N軸其計(jì)算公式如下：N配 K傳式中：K 動(dòng)力備用系數(shù)，取1.1 ；N軸一水泵

12、工作范圍內(nèi)的最大軸功率，查前表得kW ；r/min的異步電傳一傳動(dòng)效率，水泵轉(zhuǎn)速為r/min，初步假定用同步轉(zhuǎn)速動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)，則取為算得N配K業(yè)。傳（2）確定機(jī)型根據(jù)水泵額定轉(zhuǎn)速r/mi n和配套功率kW，配套 電機(jī)。5水泵機(jī)組的布置與基礎(chǔ)本設(shè)計(jì)采用的是臺(tái) 系列 泵，因此機(jī)組布置采用橫向排列方式。機(jī)組基礎(chǔ)采用混凝土基礎(chǔ)，混凝土容重丫= 23520N/m 3,機(jī)組的基礎(chǔ)深度計(jì)算公式為H = 3.0W（2.2）L B y式中，W 機(jī)組總重量（N）,L基礎(chǔ)長度（m）,B基礎(chǔ)寬度（m）,丫一基礎(chǔ)所用材料的容重（N/m 3）。查給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)，得到型水泵機(jī)組的基礎(chǔ)平面尺寸為，機(jī)組總重量為2550kg，

13、則根據(jù)公式（2.2）計(jì)算出其基礎(chǔ)深度為1.29m.6管路水頭損失計(jì)算由于鋼管的強(qiáng)度高，接口可焊接，密封性遠(yuǎn)勝于鑄鐵管，因此吸水管路和出水管（泵房?jī)?nèi)）均采用壁厚為 10mm的鋼管，敷設(shè)在泵房地板上。壓水管采用球墨鑄鐵管。每臺(tái)水泵均有單獨(dú)的吸水管，深入進(jìn)水池中。（1）吸水管路和壓水管路中水頭損失的計(jì)算管路沿程水頭損失可按比阻法計(jì)算，對(duì)于鋼管，計(jì)算公式如下：刀 hf =刀Ak1k2LQ2式中，k1 鋼管壁厚不等于10mm時(shí)的修正系數(shù)，對(duì)于本次設(shè)計(jì)k1 = 1k3管中平均流速小于1.2m/s的修正系數(shù)A比阻值管路局部水頭損失計(jì)算公式如下:2刀 hm = "Z V2g式中，Z 局部水頭損失系數(shù)

14、因此，管路總水頭損失刀hs=" hf + 刀 h m o（2）吸水管路水頭損失的計(jì)算1）沿程水頭損失計(jì)算沿程水頭損失用下式計(jì)算鐵為0.013 ; L管道長度11.0m ;沿2L 2式中n管道內(nèi)壁糙率，鑄h 10.3n d 5.33 Q950mm ; Q 管道設(shè)計(jì)流量 1.1 m 3/s 。D 管道直徑則計(jì)算可得。2）局部水頭損失計(jì)算局部水頭損失用下式計(jì)算局h 0.083數(shù)，查資料得:0.2 ,900.64 ,一Q 2式中一管路局部阻力系4D0.2 ; D 局部阻力處管徑，查資料得：D進(jìn)=1.2m , D縮=0.8m ;其余符合同上。則得。則吸水管路水頭損失為：h吸=h沿h局0.023

15、0.160.139 m 。7水泵安裝高度H g計(jì)算本設(shè)計(jì)工作水溫與水面大氣壓均超過標(biāo)準(zhǔn)值，用公式H s H s (10.33 ha ) (ht0.24）計(jì)算修正后的允許吸上真空高度H s ,Hs 水泵允許吸上真空高度7.5m ;ha 大氣修正值，海拔m，查資料得m；ht 工作水溫C,則查資料得m；算得 H s Hs (10.33 ha ) (ht 0.24)=vs =4Q/( n D 2)m/s , vs 水泵進(jìn)口 處流速水泵安裝高度Hg用下式計(jì)算HgHsh 吸Vs22g8水泵安裝高程的確定水泵安裝高程用下式計(jì)算：311.03Mi”Hmin gmin 進(jìn)水池最低水位m;K 安全值，取0.2m則

16、安 min H g K m。 水泵安裝狀況I308.8如圖所示圖4水泵安裝高程示意圖9 出水管經(jīng)濟(jì)管徑的計(jì)算(1) 設(shè)幾種待選的管徑，并在水泵性能曲線圖上求的每種管徑的工況點(diǎn)，計(jì)算結(jié)果見下表。H22計(jì)算公式需h凈10.28n Q d 5.33刀表6不同管徑需要揚(yáng)程性能表 /1D=700mmL /流量(/)s丿H需H凈刀h ( m)D=800mm流量（% ）H需H凈刀h ( m)D=900mm流量（ys）i丨H需H凈刀h ( m)D=1000mm流量（ys）H需H凈刀h ( m)D=1100mm流量（ys）H需H凈刀h ( m)D=1200mm流量（Vs ）H需H凈刀h ( m)表7不同管徑水泵

17、工況點(diǎn)參數(shù)表管徑（mm）工況點(diǎn)參數(shù)Q (：/)sH (m)(%)P ( kW)700800900100011001200 計(jì)算不同管徑時(shí)，抽灌溉水量W=萬m3所需要的電費(fèi)計(jì)算公式為N2Qt3600式中W 年灌溉用水量， m3。Q P每種管徑相應(yīng)工況點(diǎn)的流量和水泵軸功率。t，te單位電價(jià)，元（kW ? h ）。表8計(jì)算結(jié)果見下表管徑（mm） 700800900100011001200年電費(fèi)（萬元嚴(yán)）（3）計(jì)算每種水管的管壁厚度gH p D 9800H p D計(jì)算公式為(mm)2 22( mm )計(jì)算結(jié)果見下表表9管徑與管壁厚度表管徑（mm）700800900100011001200Hp (m)1

18、2 ( mm)由于計(jì)算所需的管壁厚度太小，所以取0.8mm（4）水管投資。2 2計(jì)算公式c b ( D ) D ) ? L (元)式中b鋼板價(jià)格，元/換算成每年投入為i(1-i) nC (1 i )n 1表10計(jì)算結(jié)果見下表管徑（mm） 700800900100011001200C （萬元）° 1A （萬元/年）（5）年維修管理費(fèi)計(jì)算公式為N i pC （元年）表11年維修管理費(fèi)表管徑（mm）700800900100011001200N (萬元年)1f（6）不同管徑時(shí)的年費(fèi)用計(jì)算公式為R= Ni+N 2 A表12計(jì)算結(jié)果見下表管徑（mm ）700800900100011001200年

19、費(fèi)用R（萬元年）結(jié)果出水管選用的經(jīng)濟(jì)管徑為D=10出水建筑物設(shè)計(jì)1 出水池根據(jù)站址地形，本設(shè)計(jì)采用開敞式側(cè)向出水池，用出口拍門阻止池水倒泄（1） 立面尺寸1） 池頂高程頂。用下式確定 水池最高水位；h超一安全超高，查資料取 貝U 頂=5m。2）池底高程 底。由下式確定:出水池最低水位，本設(shè)計(jì)為m;頂maxh 超，式中max 出m。(h+ + )D P，式中底min淹岀minD岀一出水管漸擴(kuò)出口直徑，本設(shè)計(jì)為m; h淹一出水管漸擴(kuò)出口上緣最小淹沒深度，要求大于兩倍出口流速水頭。本 設(shè)計(jì)取 倍出口流速水頭，h淹=；P出水管漸擴(kuò)出口下緣至池底凈距，本設(shè)計(jì) 取 m。則底=。出水池立面尺寸如圖所示(2) 平面尺寸1) 池長L。用下式確定岀岀L nD ( n 1)S L 2(5 6) D2) 池寬B。 B Bi (n 1)D岀，式中 Bi 邊管出口處池寬， 擬取m 則B=，出水池平面尺寸如圖所示。出水池平面尺寸示意圖三 泵房初步布置設(shè)計(jì)1 確定泵房結(jié)構(gòu)型式臥式離心泵泵房型式取決于水泵有效吸程與水源水位變幅的關(guān)系。( 1 ) 水泵有效吸程值 H 效吸 計(jì)算按下式計(jì)算： H 效吸 安 Z h min ，式中 Z 水泵安裝基準(zhǔn)面距底座間(此處為底面) 的距離，查資料可得；h 水泵基礎(chǔ)高出機(jī)坑地面高度(此處為 0.1m )，余者符號(hào)意義跟前同。貝H效吸=。(2) 水源水位變