取水工程课程设计计算书

1《城市水资源与取水工程》课程设计任务书一．任务书本课程设计的任务是根据所给定的原始资料设计某城市新建水源工程的取水泵房。一、设计目的本课程设计的主要目的是把《泵与泵站》、《城市水资源与取水工程》中所获得的理论知识加以系统化，并应用于设计工作中，使所学知识得到巩固和提高，同时培养同学们有条理地创造性地处理设计资料的独立工作能力。二、设计基本资料1、近期设计水量6,8,10万米3/日，要求远期9,12,15万米3/日（不包括水厂自用水）。2、原水水质符合饮用水规定。河边无冰冻现象，根据河岸地质地形以决定采用固定式泵房由吸水井中抽水，吸水井采用自流管从取水头部取水，取水头部采用箱式。取水头部到吸水井的距离为100米。3、水源洪水位标高为73.2米（1%频率）；估水位标高为65.5米（97%频率）；常年平均水位标高为68.2米。地面标高70.00。4、净水厂混合井水面标高为95.20米，取水泵房到净水厂管道长380(1000)米。5、地区气象资料可根据设计需要由当地气象部门提供。6、水厂为双电源进行。三、工作内容及要求本设计的工作内容由两部分组成：1、说明说2、设计图纸其具体要求如下：1、说明书（1）设计任务书（2）总述（3）取水头部设计计算2（4）自流管设计计算（5）水泵设计流量及扬程（6）水泵机组选择（7）吸、压水管的设计（8）机组及管路布置（9）泵站内管路的水力计算（10）辅助设备的选择和布置（11）泵站各部分标高的确定（11）泵房平面尺寸确定（12）取水构筑物总体布置草图（包括取水头部和取水泵站）2、设计图纸根据设计计算成果及取水构筑物的布置草图，按工艺初步设计要求绘制取水头部平面图、剖面图；取水泵房平面图、剖面图及机组大样图，图中应绘出各主要设备、管道、配件及辅助设备的位置、尺寸、标高。绘制取水工程枢纽图。泵站建筑部分可示意性表示或省略，在图纸上应列出泵站和取水头部主要设备及管材配件的等材料表。3二、总述本次设计为一级泵站，给水泵站采用圆形钢筋混凝土结构，泵房设计外径为16m，泵房上设操作平台。自流管采用DN800的钢管，吸水管采用DN600的钢管，压水管为DN450的钢管，输水干管采用DN600的钢管。筒体为钢筋混凝土结构，所有管路配件均为钢制零件。水泵机组采用14sh—13A型水泵，JS—116—4型异步电动机，近期二用一备，远期三用一备。起重机选用DL型电动单梁桥式，，排水设备选用WQ20-15型潜水泵，通风设备选用T35-11型轴流风机两台。三、取水头部设计计算1.设计流量Q的确定：考虑到输水干管漏损和净化场本身用水，取水用水系数α=1.05，所以近期设计流量为：𝑄近=α𝑄𝑑24ℎ=1.05×6×104×10324×3600𝐿𝑠=729.17𝐿/𝑠Q远=αQd24h=1.05×9×104×10324×3600L/s=1093.75L/s2.取水头部的设计和计算本设计中取水头部选用箱式取水头部格栅面积公式：F=Q（v×𝑘1×𝑘2⁄），（m2）式中：Q——设计流量，1.09375（m3/s）V——过栅流速，取0.4m/sk1——栅条的堵塞系数，取0.75k2——栅条的面积减小系数，k2=b/（b+s）b——栅条净间距，取40mms——栅条厚度，取10mm则：k2=b/（b+s）=40/（40+10）=0.8F=Q（v×𝑘1×𝑘2）=1.093750.4×0.75×0.8=4.48𝑚2取水头部两面进水，采用4个栅格，单个栅格的面积为f=F/4=4.48/4=1.12m2查《给水排水设计手册》第三册得：选用的栅格尺寸为：B×H=1500mm×1100mm进水口尺寸为：𝐵1×𝐻1=1400mm×1000mm有效面积为：1.18m2标准图号为S321-1，型号为12四、自流管设计计算采用远期流量进行计算，由于采用两条自流管输水，所以单管的输水流量Q输=𝑄远2=546.88𝐿/𝑠，根据输水管的流速范围1.0-1.5m/s，选取V=1.2m/s，4得D=√4𝑄输1.2𝜋=761.75mm，因此输水管采用800mm的钢管。五、水泵设计流量及扬程1.取水头部到泵房吸水间的水头损失在正常工作最大流量下的情况下，由于有两条自流管，当一条自流管检修时，另一条输水管应通过75%的设计流量，即Q′=Q远×75%=1093.75×0.75L/s=820.31L/s查《给排水设计手册》中的钢管水力计算表，选用两条DN800的钢管作为自流管，查水力计算表得：Q1=820𝐿/s时，V1=1.63m/s，1000i1=3.81Q2=830𝐿/s时，V1=1.65m/s，1000i2=3.90利用内插法求得，Q′=820.31L/s时，1000i=3.86，V=1.63m/s2m/s,符合要求。由式h=il（l=100m），得∑ℎ自流管=1.1×3.86×10−3×100=0.42m(1.1是包括局部水头损失而加大的系数)。取水头部的水头损失取h2=0.4m；所以从吸水头部到吸水井的水头损失H=∑ℎ自流管+h2=0.82m2.水泵所需的净扬程HST因为从吸水头部到吸水井的水头损失为0.82m，则吸水间中的最高水位标高：H洪=（73.2-0.82）m=72.38mH枯=（65.5-0.82）m=64.68m所以所需的净扬程HST为：洪水位时，HST洪=95.20-72.38=22.82m枯水位时，HST枯=95.20-64.68=30.52m3.输水干管中的水头损失∑ℎ输（按远期考虑）设采用两条DN800钢管并联作为原水输水干管，一条管管检修时，另一条输水管应通过75%的设计流量（按远期考虑），即：Q2=0.75Q远=820.31L/s查水力计算表得管内流速V=1.63m/s，1000i=3.86，所以：∑h输=1.1×3.86×10−3×380=1.61m（式中1.1为局部损失加大系数）4.泵站内管路的水头损失粗估为2m，考虑安全水头为2m则泵设计扬程为：5估水位时，Hmax=30.52+1.61+2+2=36.13m洪水位时，Hmin=22.82+1.61+2+2=28.43m六、水泵机组选择1.初选泵和电机近期三台14Sh-13A型泵（Q=240~370L/s，H=41~30m，N=121~136kW，Hs=3.5m，m1=1000kg），两台工作，一台备用。远期增加一台同型号泵，三台工作，一台备用。根据14Sh-13A型泵的要求选用JS-116-4型异步电动机（N=155kW,n=1470r/min,m2=1080kg）2.机组基础尺寸的确定查泵与电机安装尺寸，计算出14Sh-13A型泵机组基础平面尺寸为2468mm×1020mm，机组总重量W=Wp+Wm=10548+9800=20348N𝐻1=3.0𝑊𝐿×𝐵×𝛾式中L——基础长度，L/mB——基础宽度，B/m——基础所用材料的容重，对于混凝土基础，=23520N/m3所以H=3.0WL×B×γ=3.0×203482.468×1.02×23520=1.03m七、吸压水管的设计1.吸水管已知Q远=10943=365L/s，因此吸水管采用DN600的钢管，V=1.25m/s,1000i=3.542.压水管压水管采用DN450的钢管，V=2.22m/s,1000i=14.48八、机组及管路布置为了布置紧凑，充分利用建筑面积，将四台机组交错并列布置成两排，两台为正常转向，两台为反常转向，在订货时应予以说明。每台水泵有单独的吸水管，吸水管与压水管采用直进直出方式布置，压水管引出泵房后两两连接起来。泵出水管上设有止回阀（H44T（X）-10型）、电动蝶阀（D941型）和手动蝶阀（D341型），吸水管上设手动闸阀（Z45W-10型）。为了减少泵房建筑面积，闸阀切换井设在泵房外面，两条DN900输水管用DN900蝶阀（D341型）连接起来，每条输水管上各设切换用的蝶阀（D341型）一个。九、泵站内管路的水力计算按一条最不利路线（见如下草图）6路径所涉及的管件局部阻力系数见下表：14sh-13A型水泵吸水管路编号设备名称规格型号局部阻力系数ξ1吸水管进口DN6000.52手动闸阀DN=600，Z45T-2.5暗杆楔式闸阀,L=6000.15（按𝑎𝑑=18）3偏心渐缩管DN600×350,L=5560.25压水管路4同心阔渐管DN300×450，L=7680.255止回阀DN450,H44X-10型旋启式,L=8802.156钢制45°弯头DN4500.347电动蝶阀DN450，D941X-10型电动蝶阀，L=3300.158伸缩接头DN4500.219手动蝶阀A型对夹式蝶阀，L=1090.1510钢制90°弯头DN4501.0111渐放管DN800×450,L=5610.3412钢制斜三通DN8000.513钢制正三通DN8000.1114电动蝶阀DN800，D940X-0.5，L=2600.151.吸水管路中的水头损失∑ℎ𝑠mlihfs33-11101772.418.11054.3mmgvgvhls234.08.92783.325.08.9225.1）15.05.0（22)(222132221mhhhlsfss238.0234.0101772.437其中，V1-偏心渐缩管出口流速，ssmdQV/m783.3/35.04364.04/22012.压水管路的水头损失∑ℎ𝑑mmililllllhddfd245.01086.375.11048.14)756.0703.786.4634.0609.2()(3327165432mmgvgvgvhld91.18.9263.1）15.0211.025.0（8.9222.2）34.001.1215.021.015.034.0215.2（8.9215.525.02)22(22222222514131224111098765342mmhhhldfdd164.291.1254.0其中，V3-渐放管进口流速，ssmdQV/m15.5/3.04364.04/2203V4-压水管路DN450流速，V4=2.22m/sV5-输水干管在事故时流速，V5=1.63m/s因此，∑ℎ=∑ℎ𝑠+∑ℎ𝑑=0.238+2.164=2.402𝑚水泵实际扬程：枯水位：Hmax=30.52+1.61+2.402+2=36.532m洪水位：Hmin=22.82+1.61+2.402+2=28.832m由此可见，初选水泵机组符合要求。十、辅助设备的选择和布置1.起重设备最大起重量为JS-116-4型电机重量Wm=1080kg，最大起重高度为11.77+2.0＝13.77m（其中2.0m是考虑操作平台上汽车的高度）。选用DL型电动单梁桥式起重机（定制，起重量为2t，跨度19.5m，起重高度18m）。2.引水设备水泵是自灌式工作，不需要引水设备。3.排水设备由于泵房较深，故采用电动水泵排水。沿泵房内壁设排水沟，将水汇集到集水坑内，然后抽回到吸水间去。取水泵房的排水量一般按20～40m3/h考虑，排水泵的静扬程15.5m计，水头损失大约5m，故总扬程在15.5+5=20.5m左右，可选用IS65-50-160A型离心泵（Q=15～28m3/h，H=27～22m，N=3kW，n=2900r/min）两台，一用一备，配电机为Y100L-2。4.通风设备8由于与水泵配套的电机为水冷式，无需专用通风设备进行空－空冷却，但由于泵房筒体较深，仍选用风机进行换气通风。选用两台T35-11型轴流风机（叶轮直径700mm，转速960r/min，叶片角度15°，风量10127m3/h，风压90Pa，配套电机YSF-8026，N=0.37kW）。5.计量设备在净水厂的送水泵站内安装电磁流量计统一计量，故本泵站内