浮坞式潜水泵站的设计与理论分析.pdf

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1、浮坞式潜水泵站的设计与理论分析江苏亚太泵阀有限公司(泰兴225400)孟凡有鞠永智【摘要】对自然升降浮坞式泵站的用途特点和工作原理进行了剖析；结合工程实例，通过水泵选型、输水管选择、浮体选用及旋转支座设计等几方面，给予了充分论述，并提出了有效的计算、校核公式；可用于设计选型、指导生产。【关键词】浮坞泵站旋转支座水泵选型一、前言自然升降浮坞式泵站(见图1)主要用于水位涨落变幅大、涨落频率变化无规律的江河、湖泊及水库中取水，是现代给水泵站的一种新型的泵站形式，被广泛应用于农田灌溉、工业供水、民用生活供水以及水利等领域，具有以下优点。1)任何无法建造固定泵站的工况和地势条件，都适用建造浮坞式泵

2、站。2)配备潜水泵的浮坞式泵站可以露天安置，无需建造泵房，便于实现远程自动控制，保证全天候的正常取水。图1自然升降浮坞泵站3)浮坞随水位涨落而上下移动，带动输水臂绕岸坡旋转支座旋转，保证水泵的取水口与水面相对位置基本不变，便于对水进行深度处理。4)与固定泵站相比，无复杂的水下工程和大量的土石方工程，施工简便，工期短；基建费用省，对周边环境影响小。二、浮坞式潜水泵站的结构及工作原理自然升降浮坞式泵站(结构见图2)随水位涨落自图2浮坞式潜水泵站结构示意l旋转支座2闸阀3多功能控制阀4．传力接头5．潜水泉6．起重机7浮坞8辅助悬臂9．牵引机构10主悬臂(输水臂)11．岸边管路O：噼黼僦{752

3、015年第3期’vww．e蜘x．com{lU塑泖g砌就j§祝丽刃万通

4、善蛾．脚工，卅冰面彦两城mGMf，lC姆Colls咖c幽l＆‰招rf础舢’然升降，使用安全，浮坞式泵站的升降无人为增设的动力装置，随水位涨落而自然同步升降。浮坞随水位涨落而上下移动，带动旋臂绕旋转支座旋转，保证水泵取水口永远保持在水下且与水面距离不变的位置，水位的涨落绝不影响水泵取水。三．浮坞式潜水泵站的设计某供水工程的取水输水总规模为8万t／d，以水库水为取水水源。平均风速2．9m，s，最大风速22m／s，最大水位落差18m。根据方案比较，最终选择浮坞式潜水泵站最佳。1．水泵选型按3334m3／ll的生产能力即每天供

5、水量8万t的供水能力设计取水泵站。浮坞式泵站的水泵扬程是根据最低水位到指定高度的落差，加管路损失等构成，为12～30m，根据扬程和流量可选用6台350QW850—30—110潜水泵，4用2备。选泵原则：将水泵高效率区选择在水库正常蓄水位处，同时兼顾死水位和洪水位，扬程变化范围比较宽，水泵配置110kw变频电动机，可根据水位变化和用水量自动调节水泵工况，使之处于高效率区运行；水泵数量多，重量轻，便于现场安装、起吊及检修等；备用水泵为2台，整体设备为双数，呈对称分布，浮坞整体对称布置，受力情况好。2．输水管路选择为了减小水流对浮坞的冲击，增加浮坞整体稳定性，一般选取输水管中流速小于2．om／

6、s。设计选用2根DN700的输水管道送至岸边后，并联为1根DNl000的输水管与岸边的预埋水管相连接。根据现场地形及保证死水位能正常取水，旋臂长度确定为52m。3．主悬臂的设计悬臂的设计应满足强度和刚度要求，以抵抗水浪和风浪的冲击。悬臂上安装有出入浮坞的通道和安全护栏，便于设备检修。(1)截面设计空间三角管桁架作为主悬臂，上部两个弦杆在水平面内，同时兼作输水管。上部弦杆采用咖720mm×10mm，下部弦杆采用≯920mm×12mm，腹杆采用≯273mm×6mm，其横截面和展开如图3所示。76然器然：Ⅲ锄期a)桁架横截面委＼／N／＼后平面＼／＼／＼I二平面＼秒＼<必＼／＼正平面卜＼1500

7、52OOO(b)腱"㈦图3三角管桁架横截面及展开图(2)截面特性根据所选杆件特点，计算出面积、惯性矩、惯性半径、形心以及弯曲截面系数等相关数据，以备校核使用。(3)荷载工况悬臂受集中载荷和均布载荷的联合作用，其中集中载荷由人行荷载及单台水泵和载泵小车共同构成。均布载荷由风荷载、所有杆件自重及输水管路中水重共同组成。经计算得出组合梁所受的均布荷载为曰=17．86kN／m，组合梁所受的集中荷载P=33kN。进而算出最大弯矩^靠。=7801．7kN．m。(4)应力计算不考虑塑性发展，可得受压杆应力为口=194．03MPa<[盯】-215MPa([盯]为许用应力)满足要求。(5)应力分析根据各杆

8、件的受力情况，分别计算出各弦杆、腹杆所受的拉力或压力。根据各杆件的长细比，查《钢结构设计规范》得出各杆件的稳定系数。最后分别校核各杆件的截面应力是否符合要求。只要盯<[盯】_215MPa即满足要求。(6)挠度计算需满足挠度公式户5矿×108／(384口)+Pf3×108／(48日)<【7】4．辅助悬臂设计在主悬臂两边对称布置l条辅助悬臂，布置成岸边宽浮坞窄的结构形式，以增加系统的稳定性。采用空间三角管桁架作为辅助悬臂，上部弦杆采用≯