某某河道泵站工程设计--毕业设计.docx
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1、扬州大学本科生毕业设计摘 要为满足某县城市排涝的需要,计划在距县城以东15km的新沟河上兴建排涝泵站。该泵站设计流量为14.0m3/s,设计扬程4.8m,最大扬程6.5m。选用900ZLB-85型立式轴流泵配JSL14-12型250kW电动机5台套。站房采用墩墙式湿室型结构,主要建筑物包括正向进水前池,进水池、泵房、隔墩、出水池等。本论文为新沟河排涝泵站的初步设计,报告内容包括水泵的选型,辅助设备选择,主要建筑物设计,稳定计算,结构计算等。关键词:泵站,轴流泵,流量,扬程AbstractIn order to satisfy the need of some citys flood contr
2、ol , a new construction of drainage ditch river pumping station is built in 15 km east of the county in the Xingou riwer.The design flow rate is 14.4m3/s and design head is 4.2m, maximum head is 6.3m.Choose vertical axial flow pump of 900ZLB-85,with 5 sets of JSL14-12 and 250kW motor. The type of st
3、ation house is wet room wall-type. The main building include the forbay, sump, pumping station, pier, the outlet pool,and so on. The pumping station, will play an important role in Flood control systemThe report includes the selection of pumps, auxiliary equipment selection, the main building design
4、, stability analysis, structure calculation, and so on.Key Words:pumping station; axial-fiow pump; flow; head目 录1 综合说明11.1 兴建缘由11.2 工程水位情况11.3 工程地质资料12.设计参数确定22.1设计流量22.2 水位分析与特征扬程22.3 建筑物等级23.主机组选型33.1 水泵选型原则33.2 水泵选型资料33.3水泵选型方案33.4 动力机配套53.4.1 动力机类型选择53.4.2 传动装置选择53.4.3 电动机的安装形式53.2.4 配套功率的计算54枢纽
5、布置及进出水建筑物设计74.1枢纽布置及站房结构型式74.1.1 泵站枢纽布置74.1.1 上下游地面高程确定74.1.2泵房结构形式的选择74.2进水设计84.2.1前池设计84.2.2进水池设计94.3出水设计114.3.1出水池设计114.3.2出水池与干渠的渐变段124.3.3干渠护砌长度125泵房布置145.1站房结构型式与布置145.2站房各部分高程的确定145.2.1叶轮中心高程叶145.2.2底板高程底145.2.3电机层楼板高程电145.2.4屋面大梁下缘高程梁145.3站房平面尺寸的确定155.3.1泵房长度确定155.3.2泵房宽度确定155.4拦污栅、检修门设计165.
6、4.1拦污栅设计165.4.2检修门设计166工况点校核176.1管路阻力损失计算176.1.1局部损失计算176.2扬程校核187泵房稳定计算207.1防渗计算207.1.1校核渗径长度207.1.2计算渗流出口逸出坡降217.2稳定计算237.2.1作用荷载计算237.2.2抗滑稳定计算277.2.3地基稳定计算288附属设备选择和布置308.1 供、排水设备布置308.2 通风布置308.3 起重设备选择308.4拦污清污设备309泵房结构设计及配筋计算319.1底板结构计算319.1.1荷载计算319.1.2底板配筋339.2中墩结构计算359.2.1受力分析359.2.2配筋计算36
7、9.2.3抗裂验算379.3边墩结构计算389.3.1受力分析389.3.2各工况内力组合399.3.3配筋计算409.3.4抗裂验算419.4后墙结构计算429.4.1受力分析439.4.2内力计算449.4.3配筋计算459.5出水翼墙木47致 谢67参考文献681 综合说明1.1 兴建缘由为满足某县城市排涝的需要,计划在距县城以东15km的新沟河上兴建排涝泵站。1.2 工程水位情况经规划设计,查表确定新沟河排涝泵站流量14.0m3/s。水位情况见表1-1。 表1-1 工程水位组合表 (单位:米)工况上游水位下游水位运行水位最低31.025.4设计31.626.8最高31.930.6防洪3
8、1.930.6该站上游河道断面为底宽9m,底高程28.1m,边坡1:2.5;下游河道断面为底宽9m,底高程24.0m,边坡1:2.5。1.3 工程地质资料经勘探,该地面以下土质均为中粉质壤土,夹铁锰质结核。贯入击数N=24击,地基土容重19.4kN/m3,含水率26.8%,空隙比为=0.833,允许承载力为R=220kPa,内摩擦角=23,凝聚力19kPa,渗透系数2.6610-7 。地下水埋深7.3m。2.设计参数确定2.1设计流量本泵站设计流量为14.0m3/s。2.2 水位分析与特征扬程本泵站主要功用为排涝,工程水位情况见表2-1所示。表2-1 工程水位组合表(单位:米) 工况上游水位下
9、游水位运行水位最低31.025.4设计31.626.8最高31.930.2防洪31.930.2泵站各特征净扬程:最低扬程:H最低净= H出低- H进高=31.030.2=0.8m设计扬程:H设计净= H出设- H进设=31.626.8=4.8m最高扬程:H最高净= H出高- H进低=31.925.4=6.5m2.3 建筑物等级该站设计流量14.0m3/s,根据泵站设计规范(GB/T50265-2010)2.1.2条及2.1.3条,泵站等别为等,泵站规模为中型,泵站建筑物等级为3级。3.主机组选型3.1 水泵选型原则由于水泵的选型是动力机、传动及辅助设备等的配套、泵站工程建筑物设计以及经济运行的
10、重要依据。水泵的选型不合理不仅会增加工程投资,而且会降低水泵的运行效率,增加泵站能耗和运行费用。所以,水泵的选型必须十分重视。水泵的基本选型原则主要有:(1)必须满足生产需要的流量和扬程要求;(2)水泵应在高效范围内运行;(3)水泵在长期运行中,泵站的效率较高,能量消耗少,运行费用低;(4)按所选的水泵型号和和台数建站,工程投资应较少;(5)便于安装、维修和运行管理。3.2 水泵选型资料根据泵站设计资料可知,泵站总设计流量为14.0m3/s,设计净扬程和最高净扬程, H设计净=4.8m, H最高净=6.5m,估计水力损失为净扬程的20%,则水泵的设计扬程为 H设计=4.81.2=5.76m,最
11、大扬程为H最高=6.51.2=7.8m。3.3水泵选型方案新沟河排涝泵站的扬程较低,流量较大,宜采用轴流泵;同时立式泵要求的泵房平面尺寸较小,水泵叶轮淹没于水下,起动方便。故本工程拟采用立式轴流泵。初拟5台和6台两种台数:当5台时, Q泵设= Q站设/5=14.0/5=2.8m3/s,当6台时, Q泵设= Q站设/6=14.0/6=2.3m3/s。根据水泵设计扬程、流量以及查高邮水泵厂水泵选型样本中的轴流泵工作性能曲线,确定两种水泵方案:方案一:选5台900ZLB-85型轴流泵,叶片安放角度+4,设计扬程时所对应的流量为2.91,效率为86.8%,转速490r/min,叶轮直径D=850mm。
12、设计扬程时水泵在高效区运行。方案二:选6台900ZLB-70型轴流泵,叶片安放角度+4,设计扬程时所对应的流量为2.51,效率为85%,转速490r/min,叶轮直径D=850mm。设计扬程时水泵在高效区运行。两种方案水泵的工作性能曲线如图3-1、3-2所示。图3-1 900ZLB-85轴流泵工作性能曲线图3-2 900ZLB-70 轴流泵工作性能曲线综合考虑各因素,决定采用方案一,即5台900ZLB-85型轴流泵(低速),叶片角度+4,n=490r/min,设计流量Q=2.8 m3/s。3.4 动力机配套动力机配套包括动力机类型选择、配套功率和确定机型等内容。3.4.1 动力机类型选择本泵站
13、轴流泵配套动力机选电动机。3.4.2 传动装置选择水泵轴与电动机的轴连接采用刚性联轴器直接连接,此电动机与水泵转速相等,转向相同,故理论传动效率dr=100%,则本工程中取dr=100%。3.4.3 电动机的安装形式本泵站采用立式轴流泵,故电动机的安装形式也应该采用立式安装。3.2.4 配套功率的计算泵站采用电动机为动力机,根据资料可知,其配套功率按下式计算: 式中:Q为水泵工作范围内对应于最大轴功率的流量,m3/s; H为水泵工作范围内对应于最大轴功率的扬程,m; K为动力机备用系数,按参考书水泵及水泵站表7-2选取; 为水泵效率; 为传动效率。 水泵轴功率按下式计算: 式中: 水的密度(k
14、g/ m3); g 重力加速度,取9.81m/s2; H 水泵(m); Q 水泵最高扬程对应的流量(m3/s); p 水泵的效率(%)。 900ZLB-85型泵,最高扬程7.8处m3/s ,取,所以 水泵的配套功率为: =126.97KW100KW选用功率为250kW的JSL14-12型电机,转速490 r/min,直接传动。 4枢纽布置及进出水池设计4.1枢纽布置及站房结构型式4.1.1 泵站枢纽布置4.1.1 上下游地面高程确定上游河道河底高程28.10m,最高洪水位31.90m,堤防设计等级三级,根据堤防设计规范(GB50286-2013),堤防安全加高不小于0.7m,本次工程取0.8m
15、,故上游堤顶高程为32.70m。下游河道底高程24.0m,最高洪水位30.60m,堤顶高程31.40m,泵站位置地面高程30.90m。泵站枢纽布置如图4-1所示。图4-1 泵站枢纽布置图4.1.2泵房结构形式的选择泵房是泵站的主要建筑物,用以安装主机组、辅机设备、机电设备及部分管路。泵房设计原则:(1)泵房必须满足设备布置、安装、运行及检修的要求;(2)满足结构布置和整体稳定要求,各构件具有足够的强度和刚度,安全可靠;(3)泵房内外交通便利,便于管理;(4)满足通风、采暖及采光的要求,符合防潮、防火、防噪音等技术规定。本泵站拟采用墩墙式湿室型泵房。泵房共分为上层的电机层和下层的水泵层两层。 4
16、.2进水设计4.2.1前池设计一般泵站进水池的宽度比引渠底宽大,因此需要在引渠和进水池之间设一连接段,这就是前池。其作用是为了保证水流在从引渠流向进水池的过程中能够平顺的扩散,为进水池提供良好的流态。由于正向进水前池的水流能逐渐扩散,具有良好的进水流态,且形式简单,施工方便等优点,故前池采用正向进水形式。4.2.1.1前池扩散角前池扩散角是影响前池进水流态及其尺寸的主要因素,根据实际工程经验,前池扩散角的取值一般为。本工程取。4.2.1.2 前池渐变段池长前池渐变段池长可由引渠末端底宽b、进水池总宽B总及选定的前池扩散角 算得:式中:L1 前池总长(m); B总 进水池总宽度(m); b 引渠
17、末端底宽(m),b=12; 前池扩散角(),=30。考虑到机组安装、维修以及水力条件的要求,取进水池单宽B=3D,式中D 为水泵进水喇叭口直径(m)。则进水池的总宽B总=nB+(n-1) C,式中C 为隔墩厚度,此处取0.8m。因此,进水池单宽B=3D=31.25=3.75m。进水池的总宽B总=nB+(n+1)C=53.75(5+1)0.8=23.55m。24.17m故前池渐变段池长取L=25m。4.2.1.3前池坡度段池底纵向坡度及长度由于水泵淹没深度的要求,进水池池底的高程一般低于引渠末端的渠底高程。因此,还需要将前池池底做成斜坡,使其在立面上起连接作用。前池底纵坡一般选用1/31/5,由
18、于前池池底较长,故将此坡度设置在进水池一侧。前池坡度段底坡根据引渠及进水池的高差及前池池长确定,按下式计算。式中:引渠末端渠底高程与进水池池底高程之差。L2 前池坡度段池长。取1:5,则:L2=1/0.2=5m4.2.1.4 前池长度前池长度L为渐变段长度及坡度段长度之和,即:L=L1+L2=5+25=30m4.2.1.5 前池构造前池的翼墙采用八字直立式圆弧翼墙。在前池纵向斜坡段下设反滤层,反滤层自上而下为碎石20cm,瓜子石10m,中砂10m。此段设置梅花形布置的冒水孔,间距1m,孔径10cm。干渠要有一段长度的护砌,护砌材料为现浇混凝土,护砌长度为L护=(45)hmax=(45)x(30
19、.2-24.0)=(24.831)m,取L护=30 m。4.2.2进水池设计进水池是供水泵吸水管直接吸水的水工建筑物。主要作用是进一步调整从前池进入的水流,为泵进口提供良好的进水条件。另外还要设置拦污栅门槽,检修门槽,以方便拦污和检修作用的发挥。4.2.2.1 进水池的形式泵站的进水采用湿室型进水池,维修方便。平面形式采用开敞式矩形进水池。4.2.2.2 进水池的尺寸拟定根据所选轴流泵喇叭口直径D 确定进水池各部分尺寸。D=1.25m。(1)进水池宽度B进水池宽度一般要求B2D,我国规范推荐池宽B=3D, 即B=31.25=3.75m。(2)喇叭口悬空高度C喇叭管垂直布置时,根据900ZLB型
20、轴流泵(湿室结构)安装外形图可知悬空高度C=0.61.0m。故取C=0.7m。(3)后壁距T进水池采用多角形后壁,规范推荐后壁距T为(0.81.0) D,即T=(11.25)m,取T=1.2m。(4)进水池长度L 进水池长度可用秒换水系数确定,秒换水系数K 是进水池内水体的体积与水泵流量Q 之比。对于小型泵站(Q0.5 m3/s),可取K=2530;流量较大时,常采用K=3050。此处取K=40,则进水池池长式中:L进水池长度; K秒换水系数; Q单台水泵的设计流量,m3/s; B进水池的宽度,m; h最低运行水位所对应的水深,m。则最低运行水位所对应的水深h=1.4+1=2.4m故进水池长度
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