輸配水工程的設(shè)計與計算案例綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u20034輸配水工程的設(shè)計與計算案例綜述 120004一、水廠水量設(shè)計 120028（一）設(shè)計用水量計算 110089二、一級泵站 317780（一）一級泵站取水量計算 33276（二）一級泵站設(shè)計 314277三、清水池 717292（一）清水池設(shè)計 72839（二）清水池的配管與布置 8256四、二級泵站 1021012（一）二級泵站的設(shè)計 1015646（二）吸水井的設(shè)計 14一、水廠水量設(shè)計（一）設(shè)計用水量計算根據(jù)《室外給水設(shè)計規(guī)范》（GB50013-2018），進(jìn)行設(shè)計供水量的計算。1.綜合生活用水量鄭州市2019年常住人口數(shù)達(dá)1035.2萬，屬于二區(qū)且為超大城市，最高日綜合生活用水定額范圍200~300L/（人·d），取220L/（人·d），服務(wù)人數(shù)為25萬人。最高日生活用水量為： （4.1）式中，q——最高日生活用水量定額[m3/(cap·d)]；N——設(shè)計年限內(nèi)計劃人口數(shù)（人）；f——自來水普及率，為100%；2.工業(yè)企業(yè)用水量取生活用水量的50%。工業(yè)企業(yè)用水量為： （4.2）3.澆灑市政道路、廣場和綠地用水根據(jù)《城市給水工程項目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，本設(shè)計中取0.5[（m2/（m3·d）]計算凈水廠占地面積。凈水廠占地面積為：

本凈水廠設(shè)計服務(wù)面積為50000m2，其中道路面積占10%，取澆灑道路用水量為2.0L/(m2·d)；綠化面積占30%，取澆灑綠地用水量為2.0L/(m2·d)。澆灑道路和綠地用水量為： （4.3）4.管網(wǎng)漏損水量管網(wǎng)漏損水量計算式為： （4.4）5.未預(yù)見用水量未預(yù)見水量計算式為： （4.5）式中，10%——可取8%~12%，本設(shè)計中取10%。6.消防用水量本設(shè)計中不考慮。7.城市最高日用水量 （4.6）最高日用水量為99873.4m3/d，根據(jù)城市整體規(guī)劃將水廠供水量設(shè)置為Qd=100000m3/d，其中給水處理構(gòu)筑物按近期供水規(guī)模設(shè)計，并且留一片空地供遠(yuǎn)期擴(kuò)建。二、一級泵站（一）一級泵站取水量計算鄭州市屬于大中城市，根據(jù)《給水工程》（第四版）中的規(guī)定，一級泵站采用三班制。一泵站取水量為： （4.7）式中，α——自用水系數(shù)，本設(shè)計中取1.10；Qd——最高日用水量（m3/d），為100000m3/d；T——每天工作小時數(shù)（h），取24h。（二）一級泵站設(shè)計1.一級泵站形式的選擇一級泵站組成部分為吸水井、泵房和匣閥井。地面水源一級泵站常建成地下式的，但是需要承受水壓和抵抗浮力，會提高土建費(fèi)用。當(dāng)采用地下式泵房時，應(yīng)縮小平面尺寸從而降低工程造價。當(dāng)一級泵站沉井法施工時，一般采用圓形結(jié)構(gòu)，但是無法充分利用建筑面積。本設(shè)計中一級泵站采用矩形半地下式泵房。2.吸水室的設(shè)計本自來水廠在一級泵站前設(shè)計一吸水室，用來安裝水泵的吸水管。吸水管直徑取d=1000mm。喇叭口直徑：D≥(1.25~1.5)d，取D=1.25d=1000mm。喇叭口與吸水室底之間的距離：h1=(0.6~0.8)D=600mm。喇叭口之間的凈距離：a=(1.5~2.0)D=1.5×1000=1500mm。喇叭管中心線與吸水室側(cè)壁之間的距離：b=1.5D=1.5×1000=1500mm。喇叭管中心線與吸水室后壁之間的距離：c=(0.8~1.0)D=0.8×1000=800mm。喇叭管中心線與進(jìn)水口之間的距離：＞4D=4000mm，取4500mm。喇叭口的最小淹沒水深：h2=1.25D=1.25×1000=1250mm。將吸水室隔成兩格，厚度取300mm，在分隔墻上設(shè)置閥門。則吸水室的長度為：L=a+D+2b+300=5800mm吸水室的寬度為：B=4500+c=5300mm吸水室的最低水位深度：?地面標(biāo)高為0.0m，設(shè)水源最低水位為-3.5m，則吸水室底面標(biāo)高為：-3.5-1.85=-5.35m。吸水室的地面上高度為4.0m，則吸水室總高度為9.35m。3.水泵機(jī)組的選擇(1)工作泵流量計算本自來水廠一級泵站取水量Q1=4583.3m3/h=1.27m3/s。本水廠設(shè)置2臺工作泵，并設(shè)1臺備用泵以滿足檢修要求。每臺工作泵的流量為q=Q(2)吸水管每臺泵連接一條管徑為DN800的鑄鐵吸水管，每條吸水管的設(shè)計水量為0.637m3/s，管長10m。管中實(shí)際流速v=1.26m/s，滿足要求。查《給水排水設(shè)計手冊》第一冊常用資料表11-11得，1000i=2.32[12]。沿程水頭損失為： iL=2.321000局部水頭損失如表4.1所示：表4.1吸水管局部水頭損失計算表名稱管徑（mm）數(shù)量（個）局部阻力系數(shù)流速（m/s）局部阻力（m）吸水濾網(wǎng)80013.01.260.243喇叭口80010.11.260.0081標(biāo)準(zhǔn)鑄鐵90°彎頭80010.701.260.0567水泵入口80011.01.260.081合計0.3888總水頭損失h1=0.0232+0.3888=0.412m(3)輸水管道（一級泵站至混合池）每臺泵連接一條管徑為DN900的鑄鐵管，每條輸水管道的水量為0.637m3/s，管長20m。管中實(shí)際流速為1.00m/s，滿足1.0~1.2m/s的要求。查表得，1000i=1.28。沿程水頭損失為： iL=1.281000查表可以得到局部阻力系數(shù)，局部水頭損失計算如表4.2所示：表4.2輸水管道局部水頭損失計算表名稱管徑（mm）數(shù)量（個）局部阻力系數(shù)流速（m/s）局部阻力（m）閘閥90010.051.000.00255標(biāo)準(zhǔn)鑄鐵90°彎頭90020.711.000.07245水池進(jìn)口（伸入水池）90011.01.000.05102合計0.126總水頭損失h2=0.0256+0.126=0.1516m(4)揚(yáng)程的計算 H=H1+式中，H1——水源最低水位與水泵基準(zhǔn)面的幾何高度（m），前者為-3.5m，后者為-2.0m，則為1.5m；H2——水泵基準(zhǔn)面與凈水構(gòu)筑物水面的幾何高度（m），為4.91m；2.0——2.0m為富余水頭。(5)選泵結(jié)合揚(yáng)程和流量以及特性曲線（如圖4.1所示）進(jìn)行選泵。本水廠采用離心泵，Q-H特性曲線呈下降型的離心泵適用于水位有一定波動的取水泵房。表4.3選用泵參數(shù)及電動機(jī)型號型號流量Q（m3/h）揚(yáng)程H（m）轉(zhuǎn)速n（r/min）軸功率（kW）電動機(jī)效率（%）氣蝕余量（NPSH）r（m）葉輪直徑（mm）數(shù)量型號功率（kW）24SA-18D324016742166Y400-50-8200855.15393臺（1臺備用）圖4.124SA-18D型水泵特性曲線圖片來自于圖片來自于鷹潭新世紀(jì)節(jié)能服務(wù)有限公司編制的《SA型雙吸離心泵特性曲線圖》。從特性曲線可以看出，在水泵正常工作時，水泵的效率是處于高效段的。經(jīng)查表，Y400-50-8型號電機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速等參數(shù)均與本水廠采用的水泵相匹配，因此選用Y400-50-8型號電機(jī)。4.一級泵站平面尺寸依據(jù)《室外給水設(shè)計規(guī)范》（GB50013-2006）中規(guī)定進(jìn)行泵站的布置。選定泵房內(nèi)主要通道寬度為1.2m，水泵基礎(chǔ)間凈距為2.0m，基礎(chǔ)與側(cè)墻的距離為2.5m，基礎(chǔ)與后墻的距離為2.4m，基礎(chǔ)與正墻的距離為5.2m。泵外形尺寸：A×B×H=2178mm×1760mm×1480mm。泵和電機(jī)的組合尺寸：L=3225mm，B=1760mm，H=1495mm。一級泵房的平面尺寸取28×14m，面積為392m2。5.一級泵站高度及標(biāo)高本水廠設(shè)泵房內(nèi)地面標(biāo)高為-2.0m。泵房的地面上高度為： H1=式中，a2——行車梁高度（mm），取850mm；c2——行車梁底至重鉤中心的距離（mm），取800mm；d——起重鉤的垂直距離，取850mm；e——最大一組機(jī)組的高度（mm），取1500mm；h——吊起物底部與泵房進(jìn)出口處室內(nèi)地坪高差（mm），取2000mm；n——泵房地面下高度（mm），取2000mm。泵房的地面上高度為4.0m，平臺厚0.2m，則泵房總高度為4.0+2.0+0.2=6.2m。三、清水池為了解決兩個泵站的每小時供水量不相同的問題，需要設(shè)置清水池于一、二級泵站之間。（一）清水池設(shè)計清水池有效容積為： （4.12）式中，W1——調(diào)節(jié)容積（m3）；W2——調(diào)節(jié)水量（m3），本設(shè)計可不考慮W2；W3——安全儲量（m3），留出一定水深的容量以防止清水池抽空；W4——消防貯量（m3）。其中： （4.13）式中，T——消防歷時（h），常為3h或2h；Qx——消防用水量（m3/h）；QT——最高日平均時生活用水量與生產(chǎn)用水量之和（m3/h）；Q1——消防時一級泵房供水量（m3/h）。在配水管網(wǎng)中，本水廠沒有調(diào)節(jié)構(gòu)筑物。清水池有效容積Wc取最高日用水量的10%。清水池的有效容積計算式為： （4.14）本設(shè)計中設(shè)2個清水池，每個清水池的容積為： （4.15）清水池的有效水深常為3.5~4.5m，取4.0m，超高為0.3m，則池高為4.3m。每個清水池的設(shè)計面積為： （4.16）清水池布置為矩形，長×寬設(shè)為55×25m。（二）清水池的配管與布置1.進(jìn)水管按照最高日平均時計算進(jìn)水管流量，則每個清水池所進(jìn)入流量： （4.17）每個清水池連接一根進(jìn)水管。進(jìn)水管流速范圍為0.5~1.0m/s，取流速為0.9m/s，則進(jìn)水管直徑為： （4.18）取為1000mm。進(jìn)水管實(shí)際流速為： （4.19）在0.5~1.0m/s的范圍內(nèi)。2.出水管按照最高日最高時來計算出水管流量，時變化系數(shù)K取1.5，則每個清水池出水量為： （4.20）出水管流速范圍為0.5~1.0m/s，取流速為0.9m/s，則出水管直徑為： （4.21）取為1200mm。出水管實(shí)際流速為： （4.22）在0.5~1.0m/s的范圍內(nèi)。溢流管溢流管保證清水池安全運(yùn)行，其管徑和進(jìn)水管管徑相同，因此取DN1000mm，為鑄鐵管。排水管假設(shè)排水管能在2h將清水池中的剩余水放空。排水管要求流速在1.2~1.5m/s，本設(shè)計取流速v=1.3m/s。則清水池的排水管直徑為： （4.23）取管徑為DN800，則排水流速為： （4.24）在1.2~1.5m/s的范圍內(nèi)。通氣孔和檢修孔設(shè)置通氣孔10個，直徑為800mm，布置在清水池頂部的不同高度處。設(shè)置檢修孔4個，直徑為1600mm，布置在水管附近。導(dǎo)流墻每座清水池設(shè)2道導(dǎo)流墻，池子分為3格，導(dǎo)流墻每隔2500mm設(shè)150mm×120mm流水孔。導(dǎo)流墻高度距池頂板200mm，厚度為240mm。池頂覆土池頂覆土的作用是確保清水池滿足抗浮要求并且符合冬季保溫要求。鄭州市冬季氣溫偏低，年最低氣溫低至-17.9℃，因此取池頂?shù)母餐梁穸葹?.70m。水位指示清水池安裝水位連續(xù)測量裝置，該裝置能發(fā)出上、下限水位信號。本水廠選用池水不接觸式水位儀以便于維護(hù)。四、二級泵站自來水廠出水前經(jīng)過的最后一個構(gòu)筑物是二泵站。本自來水廠二級泵站的形式選取半地下式泵站，布置1個地下式吸水井。（一）二級泵站的設(shè)計1.水泵機(jī)組的選擇(1)工作泵流量計算本自來水廠未設(shè)計水塔，二級泵站按最高日最高時用水量設(shè)計。最高日最高時用水量為： （4.25）式中，KS——時變化系數(shù)，在缺乏資料的情況下，一般可取1.3~1.6，本水廠取1.5。二級泵站配備2臺工作泵和1臺備用泵，每臺工作泵的流量為： （4.26）(2)吸水管每臺水泵連一條管徑為DN900的球墨鑄鐵吸水管，每條吸水管的設(shè)計水量為0.87m3/s，管長10m，流速為v=1.37m/s。查《給水排水設(shè)計手冊》第一冊常用資料表11-11得到，1000i=2.30。沿程水頭損失計算如下： iL=2.301000查表得到局部阻力系數(shù)，從而計算出局部水頭損失。局部水頭損失計算如表4.4所示：表4.4吸水管局部水頭損失計算表名稱管徑（mm）數(shù)量（個）局部阻力系數(shù)流速（m/s）局部阻力（m）吸水濾網(wǎng)90013.01.270.2469喇叭口90010.11.270.0082標(biāo)準(zhǔn)鑄鐵90°彎頭90010.711.270.0584水泵入口90011.01.270.0823合計0.3958總水頭損失h1=0.023+0.3958=0.4188m(3)水泵壓水管本水廠采用直徑為DN700的球墨鑄鐵管，每條壓水管的水量為0.87m3/s，管長10m。管中實(shí)際流速為2.26m/s。查表得，1000i=8.70。沿程水頭損失計算如下： iL=8.701000查表可以得到局部阻力系數(shù)，局部水頭損失計算如表4.5所示：表4.5輸水管道局部水頭損失計算表名稱管徑（mm）數(shù)量（個）局部阻力系數(shù)流速（m/s）局部阻力（m）閘閥70010.062.110.0136（旋啟式）止回閥70011.72.110.3862水泵出口70011.02.110.2271合計0.6269總水頭損失h2=0.087+0.6269=0.7139m(4)揚(yáng)程的計算 H=H1+式中，H1——最低吸水水位與水泵基準(zhǔn)面的幾何高度，m，前者為-2.0m，后者為-3.0m，則為1.0m；H2——水泵基準(zhǔn)面與管網(wǎng)壓力控制點(diǎn)的幾何高度，m，前者為-3.0m，后者為為4.5m，則為7.5m；H3——管網(wǎng)控制點(diǎn)自由水頭，取32.0m。(5)選泵參照《給水排水設(shè)計手冊》第十一冊常用設(shè)備，并結(jié)合水泵的特性曲線及參數(shù)（如圖4.2所示）進(jìn)行選泵。表4.6選用泵參數(shù)及電動機(jī)型號型號流量Q（m3/h）揚(yáng)程H（m）轉(zhuǎn)速n（r/min）軸功率（kW）電動機(jī)效率（%）氣蝕余量（NPSH）r（m）數(shù)量型號功率（kW）28SA-10J360052730555Y630-8/1180625925.73臺（1臺備用）圖4.228SA-10J型水泵特性曲線注：圖片來自于鷹潭新世紀(jì)節(jié)能服務(wù)有限公司編制的《SA型雙吸離心泵特性曲線圖》。從特性曲線可以發(fā)現(xiàn)，在水泵正常工作時，水泵的效率是處于高效段的。2.二級泵站平面尺寸泵房內(nèi)主要通道寬度為1.2m，水泵基礎(chǔ)間凈距為2.0m，基礎(chǔ)與側(cè)墻的距離為2.5m，基礎(chǔ)與后墻的距離為2.4m，基礎(chǔ)與正墻的距離為5.2m。泵外形尺寸：A×B×H=2290mm×2260mm×1802mm。泵和電機(jī)的組合尺寸：L=3540mm，B=2260mm，H=1802mm。二級泵房的平面尺寸取24m×15m，面積為360m2。二級泵站高度及標(biāo)高本水廠設(shè)泵房內(nèi)地面標(biāo)高為-