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泵站设计实例

发布时间:2020-10-22 03:49

  泵站设计实例_城乡/园林规划_工程科技_专业资料。混流泵、离心泵设计实例

  一、佟庄泵站 (一)建设概况及缘由 侍岭项目区佟庄村地处新沂河南岸,该区地形地势起伏较大,地面高程在 22.60m~18.50m 之间,现有耕地 2008 亩,地处灌区末稍,灌溉水源紧缺,用水 集中时,区内部分水稻田要等其他区域水稻栽插完成,才有水过来,但水位较低, 农民采用小机小泵自提灌溉各家各户农田。现规划在佟庄排涝沟新建佟庄电灌站, 提水灌溉农田,泵站下采用低压管道灌溉区内农田。 因此规划新建佟庄泵站,利用佟庄排涝沟回归水,经泵站提灌后进入管道再 入各级田间渠道灌溉区内农田。 (二)设计资料 1、设计标准及设计依据 根据江苏省水利厅苏水农[2012]32 号《关于印发〈江苏省小型灌溉泵站建 设标准〉(试行)的通知》查得小型提水泵站的设计灌水率为 2.0~4.0 m3/(s·万 亩),根据该区实际情况以及区内灌溉经验,取设计灌溉模数 q 灌=2.9m3/(s·万 亩)。 2、设计依据 根据《泵站设计规范》(GB 50265-2010)、《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》 (SL482-2011)等进行本次设计。 3、建筑物级别: 根据《水利水电工程等级划分与洪水标准》,佟庄泵站级别为 5 级,建筑物 使用年限为 30 年。 4、地震设防列度: 按《中国地震动参数区划图》(GB 18306-2015)中的《中国地震动反应谱特 征周期区划图》(江苏部分)和《中国地震动峰值加速度区划图》(江苏部分)可 知,基本地震设计烈度 8 度,地震峰值加速度 0.2g。 5、设计水位: 根据 5.2.1.2 节侍岭佟庄低压灌溉管道工程设计中水位推算成果,选取最不 利管线m 作为泵站出水设计水位,计算泵站扬程。以排涝 沟在灌溉期的低水位作为泵站进水池设计水位,泵站进、出水水位组合如下: 管道进口水位: 31.33m。 进水池:最高水位 19.50m,设计水位 19.0m,最低水位 18.80m。 6、设计流量 根据 5.2.1.2 节确定该站设计流量:Q=0.526m3/s。 泵站工程设计参数情况具体见表 5-26。 表 5-26 序 名称 号 泵站工程设计参数情况表 性质 灌溉面 积(万 亩) 灌溉模数 (m3/s/万 亩) 设计流 设计净 量(m3/s) 扬程(m) 设计水位(m) 进水水 出水水 位 位 1 佟庄泵站 新建 0.2008 2.6 0.526 12.33 19.0 31.33 7、工程地质 本次借用附近朱岭支渠地质资料可知,在勘探孔揭露深度范围内,根据时代、 成因及物理力学性质,该场地内岩土层可分为 3 层,兹自上而下分述如下: ①素填土(Q4Ml):土黄色,松散,稍湿,为人工堤身填土,土质以粉质粘土 为主,含植物根茎,堆积时间超过十年。 ②粉质粘土(Q4al):灰黄色,硬塑,稍有光泽,局部夹有粉土,中等干强度, 中等韧性,土质不均匀,分布较稳定。 ③含砂姜粉质粘土(Q3al): 灰黄色,硬塑~坚硬,稍有光泽,中等干强度, 中等韧性,可见较多姜结石,中压缩性,土质不均匀,分布较稳定。泵室底板高 程为 17.60m,以第③层含砂姜粉质粘土作为基础持力层,基础承载力特征值为 fak=270kpa。 表 5-27 土 层号 01 02 03 土层承载力允许值成果表 土层描述 素填土 粉质粘土 含砂姜粉质粘土 容许承载力 [fao] (Kpa) 250 270 (三)机泵选型 1、扬程计算: 设计净扬程:H 设=出水池设计水位-进水池设计水位=12.33m 最高净扬程: H 最高=出水池最高水位-进水池最低水位=12.53m 最低净扬程:H 最低=出水池最低水位-进水池最高水位=11.83m 2、水泵选型 根据该站的要求,设计净扬程 H 净=12.33m,估计水力损失为净扬程的 10%, 则设计总扬程 H 总=1.1 ×12.33=13.563m,最高总扬程 H 校核=13.75m。按此扬程查 水泵选型样本,拟选用 2 台 350HQ-40 潜水混流泵,转速为 1450r/min,叶片安 装角度+40,电机功率为 45kW,单台泵流量为 0.263m?/s,水泵工作性能参数如 下表 5-28。 表 5-28 图 5-9 水泵性能曲线图 水泵工作性能参数表 (四)水泵工况点校核 1、管路损失扬程计算 管路阻力参数: S局 ? 0.0827?局 / d 4 喇叭口? ? 0.20 ,90°弯头? =0.70。 ∑ξ 局=0.9 S 局=4.96s2/m5 则 h 局=S 局 Q2=0.34m 沿程损失计算: 水泵出口接 1.5m 管路后直接接入灌溉管道,灌溉管理损失扬程已计入低压 管道灌溉计算,故此处沿程损失仅计算 1.5m 泵管。 h 程= 10.29LQ2n2/d5.33=0.05m h 损=h 程+h 局=0.39m 2、扬程校核 设计工况点水泵扬程: H ? H 净 ? h损 ? 12.72m 查水泵样本,此时的扬程处于水泵的高效区,Q =0.263m3/s,η =80.1%,选 用该泵型满足设计要求。 (五)工程设计 1、总体布置 佟庄泵站位于佟庄排涝沟边,为堤身式布置,正向进水,正向出水,为开敞 式,出口接低压管道灌溉主管路。泵站采用一体化智能泵站,泵房尺寸为 2.4× 2.4m×2 间,采用集成式 WPC 环保材料。 该站选用 2 台 350HQ-40 潜水混流泵,转速为 1450r/min,叶片安装角度+40, 电机功率为 45kW。 2 泵站进出水建筑物及管路设计 由于本泵站水源主要为佟庄排涝沟回归水,故进水池沿排涝沟一侧开挖,池 底高程为 18.0m,低于沟底高程 0.5m,便于水流汇集;进水池净宽为 3.5m,长 4.0m;出水部分直接接入低压管道灌溉主管路。 (六)电气设计说明 因泵站装机容量较小,因此采用低压侧计量。详述如下: 1、接入电力系统方式 佟庄泵站设有2台350HQ-40混流潜水泵,单机功率为45kW,电机电压等级 为0.4kV。本次电气设计用电采用附近现状10kV供电线kV 终端杆以下的内容,包括泵站内电动机控制、保护、动力、照明等内容。 2、电气主接线 台主变,电源侧采用单母线接线,电动机低压母线采用单母线 分段接线,主变压器的高压侧安装跌落式熔断器,低压侧安装断路器。 考虑到安全因素,采用干式变压器。 3、主变容量选择。 初选 1 台 S11-M-80kVA-10/0.4kV 油浸式变压器,Ud%=4.0,D.yn11,变比 为 10/0.4kV。计量方式采用高供低计方式。 电动机功率为 55kW,启动电流为 6.6 倍的额定电流,根据电机样本,查得 电动机的电气参数如下表 5-30 所示: 表 5-30 电动机型号 Y315S-8 数量 (台) 1 额定电流 (A) 114 额定功率 (kW) 55 电动机参数表 效率 功率 总装机容量 (%) 因数 (kVA) 92 0.80 74.73 电动机总装机容量计算公式如下: Sc ? n ? Pe =74.73kVA ?e ? cos? 电动机总装机有功功率 P=59.78kW。 Sc ? n ? Pe =59.78kW ?e 根据上述计算结果在选择合适的变压器时,同时要考虑到变压器自身的损 耗,根据有关设计规程及设计手册,将计算过程列表如下表 5-31 所示: 表 5-31 负荷名称 主电动机计算负荷 主变低压侧负荷 主变损耗 无功补偿 泵站总计算负荷 平均功率因数 0.79 有功功率 59.78 59.78 1.25 全泵站负荷统计 计算负荷 无功功率 视在功率 44.83 44.83 0.185 74.73 74.73 61.03 45.10 74.73 根据变压器样本,选择型号为 S11-M-80kVA-10/0.4kV 油浸式变压器能够满 足泵站用电需求,该型号变压器阻抗电压 Ud%=4.0 ,选用 D.yn11 连接,变比为 10/0.4kV。本站采用低压计量方式,因为总装机容量小于 100kVA,根据相关规 定无需进行无功补偿。 4、电动机启动方式的确定 根据已确定的设备配置和接线kVA 的变压器拖动一台电动 机运行时的最不利的条件进行计算,母线启动压降为: U qm ? 100 ? (K iq ? Sed ? S fh ) ? Sdm =100×(6.5×1×55/(0.92×0.8))/(100×100/4.0) =19.42% 由于采用低压异步电机,电机采用直接启动方式启动电流很大,对电网的冲 击非常大,根据上述母线%。因此 电机无法直接启动,为此电机配套软启动装置以满足启动要求。 5、控制、保护与测量 电动机额定电流为 114A,电压等级 0.4kV,则变压器高、低压侧总额定电 流为: I低 ? N ? Ie =114A I高 ? U低 ? Ie =13.74A。 U高 根据控制柜内电气设备元件的外形尺寸,低压控制柜型号选用固定式 GGD 标准柜。 泵站机组运行采用手动控制方式,直接在开关柜上进行操作。 控制柜内装设软起动装置,确保电机顺利起动。软起动装置配有缺相、短路、 过载保护等装置。 电气测量根据《电测量仪表装置技术规程》要求设置,测量表计选用数字显 示仪表。 6、过电压保护及接地 接地网由自然接地体组成,自然接地体由泵站站身内钢筋、出水池底板、梁 内钢筋及其它金属构件组成。同时泵站主厂房屋面四周装设避雷网,中间形成网 格,利用建筑物柱内的主筋引下与泵站底板下的接地网相连,形成整个防雷接地 系统,整个接地网接地电阻不大于 4 欧姆。泵站内所有电气设备的外壳均须与接 地网可靠焊接。 7、电工试验设备 泵站配置必要的电气试验设备供平常使用,而每年的电气预防性试验,可委 托有电气试验资质的单位进行完成。 8、消防设施 站房内设置 1 套手提式干粉灭火器,在电缆沟设防火分隔物,进出厂房的电 缆通道用防火包封堵,以隔绝火源。 9、电气设备布置 变压器采用室外杆式安装方式,做法应满足《35kV 及以下客户端变电所建 设标准》。低压开关柜布置在站房内,布置方式应满足相关规范要求。 二、吴庄泵站 (一)建设概况及缘由 吴庄项目区位于新沂河南侧,该区地形地势起伏较大,地面高程在 22.60m~ 18.50m 之间,现有耕地 1176 亩,地处灌区末稍,灌溉水源紧缺,用水集中时, 区内部分水稻田要等其他区域水稻栽插完成,才有水过来,但水位较低,农民采 用小机小泵自提灌溉各家各户农田。现规划新建吴庄泵站,提水灌溉农田,泵站 下采用低压管道灌溉区内农田。 因此规划新建吴庄泵站,利用吴庄排涝沟回归水,经泵站提灌后进入管道再 入各级田间渠道灌溉区内农田。 (二)设计资料 2、设计标准及设计依据 根据江苏省水利厅苏水农[2012]32 号《关于印发〈江苏省小型灌溉泵站建 设标准〉(试行)的通知》查得小型提水泵站的设计灌水率为 2.0~4.0 m3/(s·万 亩),根据该区实际情况以及区内灌溉经验,取设计灌溉模数 q 灌=2.9m3/(s·万 亩)。 2、设计依据 根据《泵站设计规范》(GB 50265-2010)、《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》 (SL482-2011)等进行本次设计。 3、建筑物级别: 根据《水利水电工程等级划分与洪水标准》,佟庄泵站级别为 5 级,建筑物 使用年限为 30 年。 4、地震设防列度: 按《中国地震动参数区划图》(GB 18306-2015)中的《中国地震动反应谱特 征周期区划图》(江苏部分)和《中国地震动峰值加速度区划图》(江苏部分)可 知,基本地震设计烈度 8 度,地震峰值加速度 0.2g。 5、设计水位: 根据 5.2.1.2 节侍岭吴庄低压灌溉管道工程设计中水位推算成果,选取最不 利管线m 作为泵站出水设计水位,计算泵站扬程。以排涝 沟在灌溉期的低水位作为泵站进水池设计水位,泵站进、出水水位组合如下: 管道进口水位: 29.18m。 进水池:最高水位 19.50m,设计水位 19.0m,最低水位 18.80m。 8、设计流量 根据 5.2.1.2 节确定该站设计流量:Q=0.216m3/s。 泵站工程设计参数情况具体见表 5-26。 表 5-26 序 号 名称 泵站工程设计参数情况表 性质 灌溉面 积(万 亩) 灌溉模数 (m3/s/万 亩) 设计流 设计净 量(m3/s) 扬程(m) 设计水位(m) 进水水 出水水 位 位 1 吴庄泵站 新建 0.1176 2.6 0.216 10.18 19.0 29.18 9、工程地质 本次借用附近朱岭支渠地质资料可知,在勘探孔揭露深度范围内,根据时代、 成因及物理力学性质,该场地内岩土层可分为 3 层,兹自上而下分述如下: ①素填土(Q4Ml):土黄色,松散,稍湿,为人工堤身填土,土质以粉质粘土 为主,含植物根茎,堆积时间超过十年。 ②粉质粘土(Q4al):灰黄色,硬塑,稍有光泽,局部夹有粉土,中等干强度, 中等韧性,土质不均匀,分布较稳定。 ③含砂姜粉质粘土(Q3al): 灰黄色,硬塑~坚硬,稍有光泽,中等干强度, 中等韧性,可见较多姜结石,中压缩性,土质不均匀,分布较稳定。泵室底板高 程为 17.60m,以第③层含砂姜粉质粘土作为基础持力层,基础承载力特征值为 fak=270kpa。 表 5-27 土 层号 01 02 03 土层承载力允许值成果表 土层描述 素填土 粉质粘土 含砂姜粉质粘土 容许承载力 [fao] (Kpa) 250 270 (三)机泵选型 1、扬程计算: 设计净扬程:H 设=出水池设计水位-进水池设计水位=10.18m 最高净扬程: H 最高=出水池最高水位-进水池最低水位=10.68m 最低净扬程:H 最低=出水池最低水位-进水池最高水位=9.68m 2、水泵选型 根据该站的要求,设计净扬程 H 净=10.18m,估计水力损失为净扬程的 10%, 则设计总扬程 H 总=1.1 ×10.18=11.12m。按此扬程查水泵选型样本,拟选用 1 台 350HQ-40 潜水混流泵,转速为 1450r/min,叶片安装角度 00,电机功率为 37kW, 单台泵流量为 0.216m?/s,水泵工作性能参数如下表 5-28。 表 5-28 图 5-9 水泵性能曲线图 水泵工作性能参数表 (四)水泵工况点校核 1、管路损失扬程计算 管路阻力参数: S局 ? 0.0827?局 / d 4 喇叭口? ? 0.20 ,90°弯头? =0.70。 ∑ξ 局=0.9 S 局=4.96s2/m5 则 h 局=S 局 Q2=0.34m 沿程损失计算: 水泵出口接 1.5m 管路后直接接入灌溉管道,灌溉管理损失扬程已计入低压 管道灌溉计算,故此处沿程损失仅计算 1.5m 泵管。 h 程= 10.29LQ2n2/d5.33=0.05m h 损=h 程+h 局=0.39m 2、扬程校核 设计工况点水泵扬程: H ? H 净 ? h损 ? 10.57m 查水泵样本,此时的扬程处于水泵的高效区,Q =0.216m3/s,η =79.9%,选 用该泵型满足设计要求。 (五)工程设计 1、总体布置 吴庄泵站位于吴庄排涝沟边,为堤身式布置,正向进水,正向出水,为开敞 式,出口接低压管道灌溉主管路。泵房尺寸为 4.2×2.4m,采用普通钢筋砼结构。 该站选用 1 台 350HQ-40 潜水混流泵,转速为 1450r/min,叶片安装角度 00, 电机功率为 37kW。 2 泵站进出水建筑物及管路设计 由于本泵站水源主要为吴庄排涝沟回归水,故进水池沿排涝沟一侧开挖,池 底高程为 18.0m,低于沟底高程 0.5m,便于水流汇集;进水池净宽为 3.5m,长 4.0m;出水部分直接接入低压管道灌溉主管路。 (六)电气设计说明 因泵站装机容量较小,因此采用低压侧计量。详述如下: 1、接入电力系统方式 吴庄泵站设有1台350HQ-40混流潜水泵,单机功率为37kW,电机电压等级 为0.4kV。本次电气设计用电采用附近现状10kV供电线kV 终端杆以下的内容,包括泵站内电动机控制、保护、动力、照明等内容。 2、电气主接线 台主变,电源侧采用单母线接线,电动机低压母线采用单母线 分段接线,主变压器的高压侧安装跌落式熔断器,低压侧安装断路器。 考虑到安全因素,采用干式变压器。 3、主变容量选择。 初选 1 台 S11-M-80kVA-10/0.4kV 油浸式变压器,Ud%=4.0,D.yn11,变比 为 10/0.4kV。计量方式采用高供低计方式。 电动机功率为 55kW,启动电流为 6.6 倍的额定电流,根据电机样本,查得 电动机的电气参数如下表 5-30 所示: 表 5-30 电动机型号 Y315S-8 数量 (台) 1 额定电流 (A) 114 额定功率 (kW) 55 电动机参数表 效率 功率 总装机容量 (%) 因数 (kVA) 92 0.80 74.73 电动机总装机容量计算公式如下: Sc ? n ? Pe =74.73kVA ?e ? cos? 电动机总装机有功功率 P=59.78kW。 Sc ? n ? Pe =59.78kW ?e 根据上述计算结果在选择合适的变压器时,同时要考虑到变压器自身的损 耗,根据有关设计规程及设计手册,将计算过程列表如下表 5-31 所示: 表 5-31 负荷名称 主电动机计算负荷 平均功率因数 0.79 有功功率 59.78 全泵站负荷统计 计算负荷 无功功率 视在功率 44.83 74.73 主变低压侧负荷 主变损耗 无功补偿 泵站总计算负荷 59.78 1.25 61.03 44.83 0.185 45.10 74.73 74.73 根据变压器样本,选择型号为 S11-M-80kVA-10/0.4kV 油浸式变压器能够满 足泵站用电需求,该型号变压器阻抗电压 Ud%=4.0 ,选用 D.yn11 连接,变比为 10/0.4kV。本站采用低压计量方式,因为总装机容量小于 100kVA,根据相关规 定无需进行无功补偿。 4、电动机启动方式的确定 根据已确定的设备配置和接线kVA 的变压器拖动一台电动 机运行时的最不利的条件进行计算,母线启动压降为: U qm ? 100 ? (K iq ? Sed ? S fh ) ? Sdm =100×(6.5×1×55/(0.92×0.8))/(100×100/4.0) =19.42% 由于采用低压异步电机,电机采用直接启动方式启动电流很大,对电网的冲 击非常大,根据上述母线%。因此 电机无法直接启动,为此电机配套软启动装置以满足启动要求。 5、控制、保护与测量 电动机额定电流为 114A,电压等级 0.4kV,则变压器高、低压侧总额定电 流为: I低 ? N ? Ie =114A I高 ? U低 ? Ie =13.74A。 U高 根据控制柜内电气设备元件的外形尺寸,低压控制柜型号选用固定式 GGD 标准柜。 泵站机组运行采用手动控制方式,直接在开关柜上进行操作。 控制柜内装设软起动装置,确保电机顺利起动。软起动装置配有缺相、短路、 过载保护等装置。 电气测量根据《电测量仪表装置技术规程》要求设置,测量表计选用数字显 示仪表。 6、过电压保护及接地 接地网由自然接地体组成,自然接地体由泵站站身内钢筋、出水池底板、梁 内钢筋及其它金属构件组成。同时泵站主厂房屋面四周装设避雷网,中间形成网 格,利用建筑物柱内的主筋引下与泵站底板下的接地网相连,形成整个防雷接地 系统,整个接地网接地电阻不大于 4 欧姆。泵站内所有电气设备的外壳均须与接 地网可靠焊接。 7、电工试验设备 泵站配置必要的电气试验设备供平常使用,而每年的电气预防性试验,可委 托有电气试验资质的单位进行完成。 8、消防设施 站房内设置 1 套手提式干粉灭火器,在电缆沟设防火分隔物,进出厂房的电 缆通道用防火包封堵,以隔绝火源。 9、电气设备布置 变压器采用室外杆式安装方式,做法应满足《35kV 及以下客户端变电所建 设标准》。低压开关柜布置在站房内,布置方式应满足相关规范要求。

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