循环泵|循环齿轮泵-鸿海泵业对循环泵站的设计案例-圆弧齿轮泵-导热油泵

泵站的设计,循环泵站的设计,泵站的设计案例

循环泵站的设计案例资料：山西某氧化铝厂的焙烧及石灰烧制工段循环水泵站。
(1)设计水量石灰烧制工段循环水系统的初期水量为153m3/h，终期水量为230m3/h；焙烧工段循环水系统的初期水量为680m3/h，终期水量为l020m3/h。
(2)供水压力 石灰烧制工段供水压力为350kPa；焙烧工段供水压力为400kPa。
(3)循环泵泵房设计地点的地面相对高程为-0.150m，泵房±0.O0相当于绝对高程436.45m，冷却塔Ⅷ±0.00相当于绝对高程437.50m。
(4)石灰烧制工段不利热水出水管到热水池之间距离L =400m，热水出水管起点管
底相对标高为-1.3m。
(5)石灰烧制工段与焙烧工段循环冷水输水管与管网总水头损失大用水时为50kPa，冷水池低水位至石灰烧制工段不利用水点高差7.0m冷却塔进水口标高0.57m，进水口设计压力75kPa。
(6)冷却塔进水温度45℃，出水温度35℃。
(注：本例题计算主要以石灰烧制工段循环水系统为例)
1．水池设计水位
根据车间热水自流排入热水池确定热水池高水位。
已知石灰烧制工段循环水量230m3/h，查水力计算表，选定热水池管进水管为DN400铸铁管，v=0.93m/s，i=0.003，充满度h/D=0.55。
石灰烧制工段不利热水出水管到热水池之间距离：L=400m
管道坡降为：i×L=0.003×400=1.2m，热水出水管起点管底相对标高为-1.3m；
热水池进水管底标高=-1.3-1.2=-2.5m
则热水池的高水位设计为-2.5m。假定热水池有效水深2.4m，则热水池低水位为-4.90m，池底标高一5．0m。为方便循环泵房布置，冷水池的低水位、池底标高与热水池相同，冷水池高水位为-0.50m。焙烧工段循环水系统的冷水池高水位也可设计为-0.50m，热水池高水位为-2.50m，低水位均为-4.90m。
2．设计流量的确定与设计扬程的估算
(1)设计流量泵站设计流量见表6-23。
表6-23 泵站设计流量
工段名称 初期设计流量/(m3/h) 终期设计流量/(m3/h)
石灰烧制
焙烧 153
680 230
1020

(2)设计扬程
①石灰烧制工段循环冷水池低水位至设计不利用水点地面高差：Zc=7m=70kPa；石灰烧制工段用水设计压力：Hc=350kPa
初估泵站内管路的水头损失：∑h=30kPa；
输水与管网管路的总水头损失：∑hc=50kPa；
考虑增加20kPa的安全水头；
石灰烧制循环冷水泵扬程：Hp=Zc+Hc+∑h+∑hc+20=70+350+30+50+20=520kPa
②石灰烧制循环热水池低水位至冷却塔设进水口高差：Zc=0.57+4.9=5.47m=54.7kPa；进水设计压力：Hc=75kPa；
初估热水泵站内水头损失：∑h=20kPa；
输水管的设计流量Q=230m3/h，选用DN250钢管，则流速v=1.29m/s，i=0.106kPa/m。输水管DN250直管长：L14-16=15.5m；4个DN250 90°弯头(ξ13-0.87)，DN250×DN250三通1个(ξ15=1.50)
沿程水头损失：15.5×0.106=1.64kPa
局部水头损失：(4×0.87+1.5)×1.292/2g=0.423m=4.23kPa
输水管DN250总水头损失：l.64+4.23=5.87kPa
冷却塔的送水管设计流量：Q=230/2=115m3/h，选用DN200钢管，则流速v=2.08m/s，i=0.348kPa/m。DN200直管长：L17-20=9.87m；DN250×DN200渐缩l个(ξ17=0.17)，2个DN200 90。弯头(ξ18=0.72)，DN200蝶阀(ξ19=0.30)，出口(ξ20=1.0)
沿程水头损失：9.87×0.348=3.43kPa
局部水头损失：(ξ17+2ξ18+ξ19+ξ20)×v2/2g
=(0.17+2× 0.72+0.30+1.0)×2.082/2g=0.643m=6.43kPa
冷却塔的送水管总水头损失：3.43+6.43=9.86kPa
输水管与冷却塔的送水管总水头损失：∑hc=5.87+9.86=15.73kPa
石灰烧制循环热水泵扬程：
Hp=Zc+Hc+∑h+∑hc=54.7+75+20+15.73=165.43kPa
(焙烧工段循环水系统的计算略)
3．初选水泵与电机
循环水泵站的供水特点是供水压力比较稳定，一般可选用同型号的水泵机组并联工作。依据流量、扬程按水泵综合性能图选择水泵型号，每套循环水系统初步选定4台工作泵，近期3台，2台工作，l台备用，’远期增加1台同型号S型双吸离心泵，3台工作，1台备用。各水泵能参数见表6—24。
采用水泵厂家所指定的配套电机，其参数见表6—25。
表6—24 水泵性能参数
编号 水泵型号 水泵类型 规 格 转速/(r/min) 轴功率/kW 效率/％ 汽蚀余量NPS
(NPSH)s/m I
IS100-80-125 热水泵 流量Q=60～100～120m3/h
扬程H=24～20～16.5m 2900 5.86～7.0～
7.28 67～78～74 4.0～4.5～5.0
Ⅱ IS100-65-200 冷水泵 流量Q=60～100 120m3/h
扬程H-54～50--47m 2900 13.6～17.9～
19.9 65～76～77 3.0～3.6～4.8
Ⅲ
IS200-150-400

冷水泵
流量Q=240～400～460m3/h
扬程H=55～50～45m 1450 48.6～67.2～74.2 74～81～76 3.O～3.8～4.5
Ⅳ IS200-150-315 热水泵 流量Q=240～400～460m3/h
扬程H=37～32～28.5m 1450 34.6～42.54～44.6 70～82～80 3.O～3.5～4.0

表6-25 电机配置
编号 清水离心泵水泵型号 轴功率/kW 电机型号 电机功率/kW 转速/(r/min)
I Ⅱ Ⅲ Ⅳ IS100-80-125
IS100-65-200
IS200-150-400
IS200-150-315 5.86～7.0～7.28
13.6～17.9～19.9
48.6～67.2～74.2
34.6～42.54～44.6 Y160M1-2
Y180M-2
Y280M-4
Y250M-4 11
22
90
55 2930
2950
1480
1480

4．吸水管、压水管计算
压水管每台水泵有单独吸水管和压水管，采用海澄一威廉公式(C一100)计算吸水管和压水管管径。
(1)吸水管
石灰烧制工段循环水系统：设计流量Q1=230/3=77m3/h=21．39L/s
采用DNl50钢管，则流速v=l.26m/s，i=0.194kPa/m
焙烧工段循环水系统：设计流量Q1=1020/3=340m3/h=94.4L/s
采用DN300钢管，则流速v=1.29m/s，i=0.087kPa/m
(2)压水管
石灰烧制工段循环水系统：采用DNl50钢管，则流速v=1.26m/s，i=0.194kPa/m
焙烧工段循环水系统：采用DN250钢管，则流速v=1.89m/s，i=0.220kPa/m
(3)横向联络管与输水管计算见表6—26。
表6-26横向联络管与输水管管径计算 。
循环系
统名称 横向联络管 输水管
流量/(m3/h) 管径/mm 流速 /(m/s) Z/(kPa/m) 流量
/(m3/h) 管径
/mm 流速
/(m/s) i
/(kPa/m)
石灰烧制循环热(冷)水 153 200 1.39 0.161 230 250 1.29 0.106
焙烧循环冷(热)水 680 400 1.46 0.078 1020 500 1.39 0.O55

5．水泵机组和管道布置
水泵采用单排顺列式布置。每台离心泵都单独设有吸水管，并设有检修阀门，即管径300mm以下采用D343X-10型蝶阀，300mm以上采用D97X-10电动蝶阀。压水管设有H44T-10型止回阀，管径300mm以下采用D343X-10型蝶阀，管径300mm以上采用D97X-10电动蝶阀；压力表。
6．吸水管与压水管路中的水头损失计算
以石灰烧制循环水系统为例，取不利线路，从吸水口到输水干管上切换阀为计算线路。
(1)循环冷水系统不利线路。
①吸水管路水头损失为：
∑hs=∑hfs+∑hls
吸水管DNl50直管长L1+L2=2.5+1.6=4.1m，is=0.194kPa/m
吸水管的沿程水头损失：
∑hts=is(L1+L2)=0.194×4.1-0.80kPa
吸水管路的局部水头损失∑允l。的计算见表6—27。
表6—27 吸水管路局部水头损失计算
管道直径
DN/mm 管件 阻力系数车 流量/(L/s) 流速v/(m/s) V2/2g
水头损失
150 吸水喇叭口 ε1-0.56 21.39 1.26 0.08 0.045
90°弯头 ε2-0.72 21.39 1.26 0.08 0.058
蝶阀 ε3-0.30 21.39 1.26 0.O8 0．O06
150×100 偏心渐缩管 ε4-0.17 21.39 2.78 0.39 0．O66
合计 ∑his=0.175
(即1.75kPa)

吸水管的水头损失：∑hs=∑hfs+∑hls=0.80+1.75—2.55kPa
②压水管路的水头损失为：
∑hd=∑hfd+∑hld
压水管DNl 50直管长：L3=3.63m，idl=0.194kPa/m；DN200直管长：L4=2.1m， id2=0.161kPa/m；DN250直管长：L5=3.3m，L6=4.8m，/d3=0.108kPa/m
压水管路的沿程水头损失：
∑hfd=L3 idl+L4 id2+(L5+L6)id3—3．63×0．194+2．1×0．161+(3．3+4．8)×0．108=1．92kPa
压水管路的局部水头损失∑元ld的计算见表6—28。
表6．28 压7k管路局部水头损失计算
管道直径
!DN/mm 管件 阻力系数e 流量/(L/s) 流速v/(m/s) V2/2g 水头损失

100×150 渐扩管 ε5=0.17 21.39 2.47 0.311 0.053
150 止回阀 ε6=6.50 21.39 1.26 0.O8 0.520
蝶阀 ε7=0.30 21.39 1.26 0.08 0.O24
90°弯头 ε8=0.72 21.39 1.26 0.08 0.058
150×200 渐放管 ε9=0.06 21.39 1.26 0．O8 0.O05
150×200 三通 ε10=1.62 42.78 1.39 0.100 0.162
200×250 渐放管 ε11=0.06 42.78 1.39 0.100 0．O06
250×150 2个三通 ε12=1.68 64.17 1.29 0.085 0.286
250 三通 ε13=1.50 64.17 1.29 0.085 0.128
250 2个蝶阀 ε14=0.30 64.17 1.29 0.085 0.051
流量计 64.17 1.29 1.000
合计 ∑hid=2.293
(即约22.93kPa)

压水管路的水头损失：∑hd=∑hfa+∑hla=1.92+22.93=24.85kPa
泵站内管路的水头损失，即从水泵吸水口l到输水管上切换阀l4之间的总水头损失：
∑h=∑hs+Ehd=2.55+24.85=27.40kPa
因此，石灰烧制循环冷水泵的实际扬程：
HD=Zc+Hc+∑h+∑hc+20=70+350+27.40+50+20—517.40kPa
由此可见，初选水泵机组符合要求。
(2)循环热水系统不利线路如图6—47所示。
①吸水管路的水头损失基本同冷水循环系统，近似取冷水循环系统的吸水管路的水头
损失，即∑hs=2.55kPa
②压水管DNl50直管长：La=3.7m，idl=0.194kPa/m；DN200直管长：L4=2.1m，ia2=0.161kPa/m；DN250直管长：L5=2.7m，id3=0.106kPa/m
压水管路的沿程水头损失：
∑hfd=L3idl+L4id2+L5id3=3.70×0.1 94+2.1×0.161+2.7×0.106=1.34kPa
压水管路的局部水头损失∑Ald的计算见表6—29。
压水管路的水头损失：∑hd=∑hfd+∑hid=1.34+12.18=13.52kPa
泵站内管路的水头损失，从水泵吸水口1到输水管上切换阀之间的总水头损失：
∑h=∑hs+∑hd=2.55+13.52=16.07kPa
输水管与冷却塔的送水管总水头损失为∑hs=15.73kPa
表6—29压水管路局部水头损失计算
管道直径
DN/ram 管 件 阻力系数车 大流量
/(L/s) 流速v/(m/s) V2/2g 水头损失e瓦V2/m
100×150 偏心渐扩管 ε5=0.17 21.39 2.47 0.311 0.O53
150 止回阀 ε6=6.50 21.39 1.26 0.08 0.520
蝶阀 ε7=0.30 21.39 1.26 0.O8 0.024
90°弯头 ε8=0.72 21.39 1.26 0.O8 0.O58
150×200 渐放管 ε9=0.06 21.39 1.74 0.154 0.O09
150×200 三通 ε10=1.62 42.78 1.39 0.100 0.162
200×250 渐放管 ε11=0.06 42.78 1.39 0.100 0.006
250×150 2个三通 ε12=1.68 64.17 1.29 0.085 0.286
250 90°弯头 ε13=0.87 64.17 1.29 0.085 0.O74
蝶阀 εl4=0.30 64.17 1.29 0.085 0.O26
合计 ∑h Ld=1.218
(即约l2.18kPa)

因此，热水增压泵的实际扬程：Hp=Zc+Hc+∑h+∑hc=54.7+75+16.07+15.73=161.5kPa
由此可见，初选水泵机组符合要求。
7．机组基础
磁力泵基础长度、宽度、和高度按水泵样本提供。
8．各工艺标高设计
因循环水泵站的供水流量与压力比较稳定，水池水位基本恒定，为减少泵房埋深，水池在高水位时，水泵设计为自灌式工作，在低水位时，水泵为非自灌式工作。
(1)热水池高水位-2.5m，为保证热水泵(IS100-80-125)能自灌式工作，设计泵轴标为-3.575m。
吸水管中心标高-泵轴标高+水泵进口直径/2-吸水管管径/2=-3．575+0.1/2-
0.1 5/2=-3．60m
查水泵样本，泵轴至基础顶面高度H=0.25m
基础顶面标高一泵轴标高一泵轴至基础顶面高度H=-3.575-0.25=-3.825m
泵房地面标高一基础顶面标高-0.15=-3.825-0.15=-3.975m(取-4.00m)
(2)泵房地面取平，冷水泵(IS100-65-200)基础顶面标高一泵房地面标高+0.15-
4.00+0.15=3.85m
查水泵样本，泵轴至基础顶面高度H=0.29m
泵轴标高一基础顶面标高+泵轴至基础顶面高度-3.85+0.29=3.56m
吸水管中心标高一泵轴标高+水泵进口直径/2-吸水管管径/2-3.56+0.1/2-0.1 5/2=3．585m o
9．水泵汽蚀余量校核
(I)冷水泵(IS100-65-200)汽蚀余量校核
查表得：循环冷水温度为35℃时，实际饱和蒸汽压hva=0.59m；ha=10.33m。
水池的低水位为-4．90m，已知冷水泵(IS100-65-200)安装高度：Hss=-3.585+4.90=1.315m
水泵吸水管流量取单泵运行流量：Q=22.78L/s，流速V1=1.34m/s，is=0.218kPa/m，直管长为4．1m，则吸水管沿程水头损失：
∑hfs=isL=0.218×4.1=0.89kPa=0.089m
水泵进口直径lOOmm，则流速V2=2.63m/s
吸水管路局部水头损失：∑hs=(ε1+ε2+ε3)v21/2g+ε4v22/2g
=(0.56+0.72+.30)×1.342/2+0．17×2.632/2g=0.205m
吸水管路总水头损失：∑hs=∑hfs+∑his=0.205+0.089-O.294m
冷水泵(IS100—65—200)实际汽蚀余量：
Hsv=ha-hvas-∑hs-Hss=10.33-0.59-0.294-1.315-8.313m
查水泵样本，冷水泵必要的汽蚀余量为3.79m，满足要求。
(2)热水泵(ISl00-80-125)汽蚀余量校核
查表得：循环热水温度为45℃时，实际饱和蒸汽压hva=1.Om；ha=10.33m。
热水泵(IS100-80-125)泵轴标高为-3.575m，水泵安装高度：Hss=-3.575+4.9-1.325m
吸水管道内的水头损失可近似取：∑hs=0.294m
热水泵实际汽蚀余量：
Hsv=ha-hva-∑hs-Hss=10.33-0.59-0.294-1.325=8.121m
查水泵样本，热水泵必要的汽蚀余为4.74m，满足要求。
10．吸水设计
水泵直接从水池吸水，四个水池水位在集中控制室内连续显示，高、低水位设声光报警，低水位水泵停泵。
水泵喇叭口上设格网，防止大颗粒物质进入泵站，格网网眼净尺寸20mm，网丝直径3.0mm，现场制作安装。
水池长度按吸水喇叭口安装要求，并根据机组布置间距。
11．附属设备的选择
(1)起重设备根据重的设备选起重设备，具体见表6—30。
表6—30主要设备
编号 型 号 名 称 规格 数量 重 量 备 注
1 IS、IR卧式单级单吸清水离心泵
IS100-80-125 热水泵 流量Q=60～120m3/h
扬程H=24～16.5m 4台 720kg 2用1备
1台预留
2 Y160M1-2 电动机 电机功率N-11kW 4台 2用1备，1台预留
3 IS100-65-200 冷水泵 流量Q=60～120m3/h
扬程H-54～47m 4台 960kg 2用1备，1台预留
4 Y180M-2 电动机 电机功率N-22kW 4台 2用1备，1台预留
5 IS200-150-400 冷水泵 流量Q-240～460m3/h
扬程H=55～45m 4台 330kg 2用1备，1台预留
6 Y280M-4 电动机 电机功率N-90kW 4台 2用1备，1台预留
7 IS200-150-315 热水泵 流量Q-240～460m3/h
扬程H-37～28.5m
4台 175kg 2用1备，1台预留
8 Y250M-4 电动机 电机功率N-50kW 4台 2用1备，1台预留
9 D97X-1O 电动蝶阀 DN500 8个
10 D97X-10 电动蝶阀 DN300 12个
11 HS1 手拉葫芦 Q=1.0t H=10m 1台
12 SG-1 手动单轨小车 Q=1.Ot H=3～10m 1台
13 HS2 手拉葫芦 Q=2.0t H=10m 1台
14 SG-2 手动单轨小车 Q=2.0t H=3～10m 1台
15 50QW10-10-0.75 潜污泵 Q=10m3/h N=0.75kW
H=10m 2台
16 GBN1-1 50 冷却塔 Q-150m3/h
N=5.5kW 2台 自重2.2t运行
重5.6t 2台同时工作
17 配套风机 1F-47TTTA
N==45kW 3台 风机重0.7t
电机重0.5t 2台同时工作，
1台预留
18 147风机逆流
式冷却塔 Q=400 800m3/h 3台 2台同时工作，
1台预留
19 M102C 自动反清洗
过滤器 Q=25m3/h 1台 28kg

20 182/480E2--
1500×2400 全自动软水器 Q=70m3/h U=380V 1台 总重10.0t
21 M1061P 自动反清
洗过滤器 Q=180m3/h 1台 自重115kg
运行重225kg

(2)排水设备采用电动水泵排水。沿泵房内壁设排水沟，将水汇集到集水坑内，然后用泵抽回到吸水间去。
选用50QW10-10-0.75型潜污泵(Q-10m3/h，N-0．75kW，H-10m，n-2900r/min)两台，一台工作，一台备用。高水位-4.5m时启泵，低水位-5.30m时停泵。
设积水坑两个，1.0m×1.2m×1.5m(^)。
(3)计量设备 泵房热水泵，冷水泵输水总干管在室内分别设电磁流量计，测量范围为0-25000m3/h，压力范围0-0.9MPa。
压水管上设有Y一100压力表，测量范围0～1．2MPa；WTZ一280温度计，测量范围0～100℃。在控制室显示水压与温度。
(4)其他 所有水泵既可集中控制又可手动控制。
灭火器可悬挂在墙上，安装高度顶部距所在处地面l．4m。
其他设备及选用材料见表6—30、表6—31。
裘6．31 材料衷(烧制循环水)
标号 标准图号 名称 规格 数量 备注
1 镀锌钢管 DN32 2m
2 镀锌钢管 DN50 9m
3 焊接钢管 DN80 7m
4 焊接钢管 DNl50 42m D159×6
5 焊接钢管 DN200 24m D219×6
6 焊接钢管 DN250 56m D273×6
7 焊接钢管 DN300 3m D325×6
8 焊接钢管 DN400 10m D426×6
9 D17X-10 蝶阀 DN80 1个
10 D343X-10 蝶阀 DNl50 14个
11 D343X-10 蝶阀 DN200 2个
12 D343X-10 蝶阀 DN250 3个
13 H44T-10 止回阀 DNl50 6个
14 V100 压力表 0～1.2MPa 6个
15 WTZ-280 温度计 0～100℃ 2个
16 02S403-52 钢制异径管 DNl50×100 6个
17 02S403-52 钢制异径管 DN200×150 2个
18 02S403-52 钢制异径管 DN250×200 4个
19 02S403-52 钢制异径管 DN250×200 4个
20 02S403-52 钢制异径管 DN250×100 1个

标号 标准图号 名称 规格 数量 备注
21 02S403-58 钢制偏心异径管 DNl50×100 6个
22 02S403-110 吸水喇叭管 DNl50×6 8个
23 02S403-113 吸水喇叭管支架 ZA2 8个 159×245
24 02S403-98 弯管型通气管 W-200 2个
25 02S403-70 喇叭口 DN400 1个
26 S161-55-53 管道支架 DN200 2个
27 S161-55-53 管道支架 DN250 DN150 3个 2个
28 S161-55-50 管道支架 DN400 1个
29 02S404-5 柔性防水套管 DN50 1个
30 02S404-5 柔性防水套管 DNl50 8个
31 02S404-5 柔性防水套管 DN250 1个
32 02S404-15 刚性防水套管 DN80 1个
33 02S404-15 刚性防水套管 DN300 1个
34 02S404-15 刚性防水套管 DN400 2个
35 02S403-78 钢制法兰 DN80 DN50 2个 4个 PN1.0MPa
36 02S403-78 钢制法兰 DNl50 50个 PN1.0MPa
37 02S403-78 钢制法兰 DN200 6个 PN1.0MPa
38 02S403-78 钢制法兰 DN250 10个 PN1.0MPa
39 02S403-6 90°弯头 DN80 4个
40 02S403-6 90°弯头 DNl50 9个
41 02S403-6 90°弯头 DN200 4个
42 02S403-6 90°弯头 DN250 9个
43 02S403-6 90°弯头 DN400 1个
44 02S403-36 三通 DN200×150 2个
45 02S403-38 三通 DN250×150 4个
46 02S403-48 三通 DN250×250 2个
47 02S403-48 三通 DN300×300 1个
48 法兰盲板 DNl50 4个
49 MF2 干粉灭火器 5B 6具
50 MF2 干粉灭火器 5A 2具
51 H44T-10 止回阀 DN50 1个
52 D71X-10 蝶阀 DN50 1个