Насосні та повітродувні станції

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Одеська державна академія будівництва і архітектури

Кафедра водовідведення і гідравліки

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

з дисципліни «Насосні та повітродувні станції» до розробки курсового проекту насосних станцій систем водовідведення

Для студентів напрямів 6.060101 «Будівництво» та 6.060101

«Гідротехніка» (водні ресурси)

Спеціального виду діяльності «Водопостачання і водовідведення» «Раціональне використання водних ресурсів»

Форма навчання - денна, заочна

Одеса - 2012

УДК 628.12

«ЗАТВЕРДЖЕНО»

Вченою Радою ІІЕС

протокол № від 2012р

Укладач: приват-доцент Ніколова Р. О.

Рецензенти:

к.т.н., професор кафедри Водопостачання Г.М.Ларкіна

д.т.н., професор Лебедев В. В.

Одеський національний політехнічний університет

У методичних вказівках розглянуто основні питання проектування насосних станцій систем водовідведення. Особлива увага приділяється підбору й компонуванню обладнання, визначенню опорів у всмоктувальних і напірних комунікаціях насосної станції. Наведено приклади раціонального підбору насосного та енергетичного обладнання, визначенню оптимальних режимів роботи насосів та побудови графіку паралельної роботи насосів із водоводами. У методичних вказівках включені необхідні дані про сучасне насосне й підйомно-транспортне обладнання, трубопровідну арматуру й т.п.

Відповідальний за випуск завідуючий кафедрою ВіГ

д.т.н., професор Хоружий В.П.

витрата напір насос водовід

Зміст

Вступ

Частина 1. Теоретична. Проектування насосної станції систем водовідведення

1.1 Визначення розрахункових витрат и повного напору насосів за різними режимами роботи насосної станції

1.2 Підбір насосів і двигунів

1.3 Розміщення основного обладнання в машинному залі

1.4 Проектування й розрахунок всмоктувальних й сполучних напірних ліній насосної станції

1.5 Підйомно-транспортне обладнання

1.6 Визначення висотного положення насосних агрегатів

1.7 Побудова графіку спільної паралельної роботи насосів та водоводів

1.8 Підбір трансформаторів

1.9 Контрольно-вимірювальні прилади

1.10 Визначення ємності резервуарів чистої води

1.11 Проектування будівлі насосної станції

1.12 Допоміжні системи насосної станції

1.13 Екологічні заходи при проектуванні та будівництві насосних станцій

Вступ

Методичні вказівки (МВ) містять в собі матеріал, необхідний студентам, які навчаються за напрямом 6.060101 Будівництво за спеціальністю Водопостачання та водовідведення, для виконання курсового проекту (КП) насосної станції системи водовідведення.

Курсовий проект з насосних станцій є одним з перших проектів з профілюючих дисциплін, і в цьому його основні труднощі, оскільки, будучи найважливішим елементом будь-якої сучасної системи водовідведення населених місць і промислових підприємств, насосні станції взаємозалежні з іншими такими ж важливими елементами, як трубопроводи, приймальні резервуари й т.п. Тому вже на стадії проектування насосної станції студент повинен чітко уявляти взаємозв'язок основних елементів, а так само роль та місце насосних станцій в сучасних системах водовідведення.

У цей час насосні станції являють собою складний комплекс інженерних споруд, основного й допоміжного обладнання. Тому курсовий проект хоч і максимально наближений до реального, передбачає менш детальне виконання ряду розділів та меншу кількість по змозі варіантів насосних станцій. При роботі над курсовим проектом студент спочатку повинен ознайомитися зі змістом першої частини цих МВ, а потім перейти до частини 2, де розглядається приклад проектування насосної станції заданого варіанту.

При виконанні КП студенту крім матеріалів основного курсу «Насосні та повітродувні станції» необхідно застосовувати знання, отримані в курсах гідравліки, електротехніки, архітектури, креслення і т.д. Самостійне прийняття об'ємно-планувальних рішень по розміщенню обладнання і проектування машинного залу, визначенням його розмірів, а також визначенню висоти верхньої будівлі з паралельним виконанням розрахунків і викреслювання ескізів, аксонометричній схеми є, як показує досвід, самим складним елементом курсового проектування. Особлива увага повинна бути приділена правильному підбору насосів і побудови графіка паралельної роботи всіх насосів і водоводів.

Методичні вказівки ставлять такі цілі:

1. Розширити й поглибити знання студентів у галузі обладнування, експлуатації й проектування насосних станцій.

2. Ознайомити студентів з основами проектування насосних станцій, з використанням необхідної літератури (будівельні норми та правила, довідники та каталоги з підбору насосів та електрообладнання, таблиці для гідравлічних розрахунків та ін.).

3. Ознайомити студентів з типовими проектами насосних станцій з метою використання в конкретному проектуванні.

4. Спрямувати увагу студентів на питання ресурсозбереження і природоохоронних заходів.

Частина 1. Теоретична. Проектування насосної станції систем водовідведення

Насоси і насосні станції являються найважливішими елементами сучасних систем водопостачання і водовідведення, (ВВ). Технічні показники насосних станцій визначають надійність і економічну ефективність подачі і відведення води. В той же час вони являються основними споживачами енергії в системах ВВ. Тому від того, наскільки раціонально вони запроектовані і експлуатуються, залежить питома витрата енергії на подачу і відведення води. Методичні вказівки містять матеріал необхідний для проектування насосної станції з подачею стічної води на очисні споруди. Насосна станція розташована в кінці водовідвідної мережі. Стічна вода по водовідвідному колектору поступає нерівномірно в приймальний резервуар насосної станції. Насоси забирають воду із резервуару і подають її по водоводах на очисні споруди. Тому режим їх роботи - нерівномірний протягом доби і залежить від графіка водовідведення.

Підбір насосів виконують, виходячи з таких розрахункових годинних витрат: максимальної, середньої і мінімальної витрати .

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1.1. Схема інженерних мереж і споруд водовідведення стічних вод міста

1.1 Визначення розрахункових витрат і повного напору насосів за різними режимами роботи насосної станції

Для правильного підбору насосів необхідно визначити розрахункові витрати й відповідні напори в часи мінімального - Q_мін , середнього - Q_ср та максимального - Q_макс припливу стічних вод. Тобто, за заданим значенням загального коефіцієнта нерівномірності припливу стічних вод - К_заг, користуючись таблицею погодинного розподілу припливу стічних вод у відсотках від Q_{мак.доб.}. (табл. 2.5.додатку) визначають розрахункові витрати:

Середній приплив стічних вод можна визначити за формулою

Q_ср.= 4.17% від Q_макс._доб = Q _макс._доб /24 (м³/год) : 3.6 => (л/с ) (1)

Максимальний приплив стічних вод дорівнює

Q _макс = Q_ср.· К_заг ( м³/год, л/с ) (2)

Мінімальний приплив стічних вод у нічні години дорівнює

Q _мін = Q_доб. · % : 100 = (м³/год) : 3.6 => (л/с ) (3)

де: % - від Q_доб в ночі мінімального припливу;

Напір насосів визначають за формулою:

Н = H _г + ?h_w = H_г+ h_вод +(h_вс+h_н)+ h_злив (4)

де Н _г - геометричний напір ( підйом ), м;

?h_w - втрати напору у системі, м;

?h_w = h_вод +(h_вс+ h_н)

h_вод - втрати напору у водоводах, м;

h_н, h_вс - втрати напору в сполучних напірних та всмоктувальних комунікаціях насосної станції, м;

h_злив- втрати напору на злив із труби, який приймають 0,5-1,0 м. При підборі насосів визначається наближене значення повного напору, тому величину суми (h_вс+ h_н) у формулі (4) можна прийняти в межах (2...3)м, надалі гідравлічний розрахунок втрат напору у всмоктувальних і напірних комунікаціях станції покаже точне значення величин ( h_вс + h_н).

Таблиця 1.1. Економічні швидкості руху води

Діаметр труб, мм	Швидкості руху води в напірних трубопроводах насосних станцій, V м/с
До 250	0,8-1,50
св.250до800	1,20-1,80
> 800	1,5-2,20

При водовідведенні стічних вод міста величина геометричного напору Н_г - це різниця відміток верха приймальної камери очисних споруд наприкінці приймальної камери очисних споруд наприкінці водоводів Z_ос і розрахункового рівня води в приймальному резервуарі - Z_рез, тобто :

Н_г = (Z _ос - Z_рез) (5 )

Розрахунковий рівень - Zрез, приймається на 1 метр нижче максимального рівня води у резервуарі, Z_рез = Z_max- 1,0 м. (за максимальний рівень - Z_max, приймають відмітку лотка підвідного колектора Z_maх = Z_лот ).

Для визначення втрат напору в напірних водоводах h_вод необхідно призначити діаметр водоводів, виходячи з економічно вигідних швидкостей:

d _вод =v4Q_вод/р ·V_ек (6)

де V_ек - економічна швидкість, що залежить від діаметру водовода,

приймається за таблицею 1.1. Q_вод, м³/с - витрата на один водовід, визначається за максимальною секундною витратою - Q_макс і кількості ліній напірних водоводів - n_вод (для станцій I та II категорії надійності дії, число водоводів має бути n_вод ?2 ); Витрата на один водовід визначається як

Q_вод = Q_макс/ n_вод , м³/с. (7)

Для визначення втрат напору h_вод зручно користуватися таблицями Ф. А. Шевелева [5] , у яких наведені втрати напору - 1000і на довжину водоводу один км.

Втрати напору у водоводах можна визначати за формулами гідравліки, як втрати по довжині, додаючи до 10-20 % на місцеві втрати напору. Hаприклад, використовуючи таблиці Ф.А. Шевелева, як :

h_вод = 1,1-1,2(1000i · L_вод), м (8)

h_вод = (1,1 - 1,2) A_t · L _вод ·Q ²_вод = S•Q ²_вод , м (9)

S = A_t · L _вод, с²/м⁵ (10)

де 1000i - втрати напору на 1 км трубопроводу по табл. Шевелева, м;

А_т - питомий опір труб на 1 м, ( с²/м⁶) визначається залежно від діаметру й матеріалу труб по таблицях Ф.А.Шевелева [5] або додатку табл.2.1;

S - опір водоводу, с²/м⁵; L _вод- довжина трубопроводу, м , або км.

Результати визначення розрахункових витрат і повних напорів для

підбору насосів доцільно звести в таблицю (див. таб.2.1. частина 2).

1.2 Підбір насосів і двигунів

Розрахункове подання насосної станції приймають рівній максимальній величині годинного припливу стічних вод. При цьому вважають, що розрахункова витрата забезпечується при паралельному включенні усіх робочих насосних агрегатів. За максимальної секундної витратою й повному напору (за даними табл.2.1. ) виконується підбір кількості й типу насосів. Підбір насосів можна робити, користуючись каталогами насосів, зведеними графіками полів Q - Н. При підбору необхідно керуватися наступними міркуваннями:

1) сумарна подача робочих насосів - Q_p.н. повинна перевищувати максимальну витрату - Q_макс не більше ніж на 5-10 %;

Таблиця 1.2Визначення резервних насосів

Кількість робочих агрегатів	Число резервних агрегатів в залежності від категорії надійності дії насосної станції
	I категорія	II категорія	III категорія
1	2	1	1
2	2	1	1
3 і більше	2	2	1 і 1 на складі

2) число робочих насосів - n_роб., згідно п.7.3 прім.2 [4], повинно бути не менш двох;

3)оптимальна кількість робочих агрегатів, які працюють для забезпечення водовідведення стічної води з міста, дорівнює 3-4;

4) кількість резервних агрегатів варто приймати згідно табл.1.2., що наведена в МВ в залежності від категорії надійності дії та кількості робочих насосів.

Категорію надійності дії насосної станції можливо визначити в залежності від кількості мешканців у населеному пункті.

До першої категорії відносять насосні станції з числом мешканців в населеному пункті більше 50000 чол. (приблизно Q_{макс.доб.} > 40000 м³/добу). До другої категорії відносять насосні станції населених пунктів з числом мешканців від 5000 до 50000 чол. (приблизно Q _{макс. доб.} < 40000 м³/добу). Характеристики можливих варіантів насосів наводять в пояснювальній записці. При порівнюванні варіантів обладнання перевагу віддають тим насосам, у яких ККД у робочій точці виявляється вище, а також насос вітчизняного виробництва. Підібравши насос, роблять викопіювання його креслення, визначають втрати напору у всмоктувальних та напірних внутрішньостанційних трубопроводів, будують графік спільної роботи насосів і водоводів, і тільки після цього підбирають електродвигун.

Підбір електродвигунів виконується за потужністю на валу N_вал,частоті обертання - n (об/хв.), типу насоса, після побудови графіка паралельної роботи насосів і водоводів.

При підборі двигуна необхідно визначити максимальну потужність на валу насоса за формулою:

N_вал = Q₁·H₁/102з₁, кВт. (11)

де Q₁ - максимальна подача насоса в л/с при роботі одного насоса на всі водоводи ( мінімальному режимі водовідведення); H₁ і з₁ відповідно напір і ККД насоса при витрати Q₁. Ці параметри приймаються з графіку паралельної роботи насосів та водоводів в робочій точці 1.

Потужність двигуна - N_дв повинна перевищувати потужність на валу насоса на величину коефіцієнту запасу на перевантаження - Кз, тобто

N_дв = К_з · N_вал (12)

Величину К_з приймають залежно від потужності на валу в межах:

при N_вал <100 кВт Кз =1,2 - 1,1;

при N_вал >100 кВт Кз = 1,1 - 1,05.

Згідно п. 13.6 [4] для насосних агрегатів потужністю 250кВт і більше варто приймати синхронні електродвигуни, для агрегатів меншої потужності - асинхронні короткозамкнені електродвигуни. При потужності до 100 кВт напругою 380 В, і 6000В при більших потужностях. Для обраних насосів і електродвигунів у пояснювальній записці необхідно навести схематичне креслення агрегату із вказівкою основних габаритних розмірів (висоти насоса -H_нас, розмір насоса до осі- h_{нас.до осі} , діаметру всмоктувального патрубка -d₁, діаметру напірного патрубка - d₂), маси насоса, а також навести всі графічні робочі характеристики насосу.

1.3 Розміщення основного обладнання в машинному залі

При проектуванні насосних станцій побутової системи водовідведення приймальний резервуар, приміщення решіток, машинний зал, підсобно-виробничі і побутові приміщення зазвичай розміщуються в одній будівлі. Підземна частина будівлі розділяється водонепроникною глухою стінкою. По одну сторону стінки розміщується приймальний резервуар і розташоване над ним приміщення решіток, по іншу - машинний зал. Кожен насос самостійним всмоктувальним трубопроводом з'єднується з приймальним резервуаром. Оскільки в насосних станціях водовідведення застосовують насоси з осьовим входом, то їх зазвичай розташовують в один ряд уздовж стінки, що відділяє машинний зал від приймального резервуару (рис.1.2).

Після підбору насосів і двигунів, виходячи з розмірів агрегатів, та керуючись вимогами СНиП 2.04.02-84, виконують компонування основного обладнання в машинному залі. Компонування виконують на міліметровому аркуші. Насосні станції систем водовідведення, як правило, виконують прямокутними в плані при невеликій глибіні до 5 м і низькому рівню підземних вод й круглими при глибині підвідного колектору більше 5 метрів, або високому рівню підземних вод. При глибині до 5м обладнають такі насосні станції горизонтальними насосами типу СМ. У практиці проектування цих станцій найбільш часто зустрічається однорядне розміщення насосних агрегатів : перпендикулярне поздовжньої осі розділової стінки приймального резервуару.

Ширину проходів між виступаючими частинами насосів, трубопроводів і двигунів варто приймати не менш:

- між агрегатами, між агрегатами й стіною -1,0м;

- у заглиблених станціях допускається зменшення до 0,7 м;

- між нерухомими виступаючими частинами обладнання й трубопроводів - 0,7 м. Для великих насосів з двигунами, у яких потужність більше 250 кВт, відстань між агрегатами - 1,2м, або на 0,25 м більше довжини вала насоса або електродвигуна. Схеми розташування горизонтальних та вертикальних насосних агрегатів наведені нижче.

Рис.1.2.Основна схема розташування насосних агрегатів: а - однорядне компонування консольних горизонтальних насосів типу «СМ»; а ) однорядне компонування насосів типу«СМ»

Размещено на http://www.allbest.ru/

1- засувка на водоводі; 2- засувка на напірному трубопроводі; 3-засувка на всмоктувальному трубопроводі; 4 - зворотний клапан на напірному трубопроводі; 5- насосній агрегат.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таке розташування засувок дозволяє вимикати в резерв будь-який агрегат без скорочення подачі води у водоводи. Таку схему компонування застосовують при використанні консольних насосів типу СМ як в прямокутній за формою в плані, так і в круглій в плані насосної станції .

1.4 Проектування й розрахунок всмоктувальних й сполучних напірних ліній насосної станції

Внутрішньостанційні втрати напору в насосних станціях

(h_вс+ h_н) визначають у такому порядку:

1) викреслюють план розміщення насосів у машинному залі (рис.1.2.), розрахункову аксонометричну схему трубопроводів в насосній станції (рис.2.3.), вказують діаметри, трубопровідну арматуру, фасонні частини й розрахункові витрати;

2) визначається самий невигідний для розрахунку втрат довгий шлях руху води, на ньому нумеруються місцеві опори ; обчислення зводиться в таблицю 2.2., частина 2.

До кожного насоса, згідно п.5.7 СНиП, належить передбачати самостійний всмоктувальний трубопровід. Крім того, всмоктувальний трубопровід кожного насосу повинен мати безперервний підйом до нього не менш 0,005; варто застосовувати на горизонтальній ділянці тільки косий перехід (ексцентричний), щоб запобігти накопиченню повітря та виникненню кавітації. Гідравлічний розрахунок всмоктувальної лінії кожного насоса виробляється по максимальній подачі одного насоса - Q_н.

Так само виробляється за розрахунком напірних ліній від насоса до сполучного трубопроводу, діаметр якого приймається рівним діаметру напірного водоводу. Втрати напору у всмоктувальних - h_вс і сполучних напірних лініях - h_н необхідно визначати, підраховуючи як втрати за довжиною, так і місцеві втрати напору, тобто, наприклад, у формулах:

h_вс= S_bc · Q_н², (13)

h_н = S_h . Q_н² (14)

де S_bc S_н - відповідні опори всмоктувальних й сполучних напірних ліній визначаються як:

S_вс = ?Ат·L+ ?A_c ·ж, c²/м⁵, (15) A_c= 0,0827/d⁴ , (16)

де А_т = f (d), c²/м⁶ - питомий опір трубопроводу, обумовлений за матеріалу й діаметру труб; A_c - коефіцієнт, що залежить від діаметру за даним місцевим опором (табл.2.1.додатку);

L - довжина прямих ділянок, м;

ж -коефіцієнт даного місцевого опору. Величини коефіцієнтів А_т, А_с й ж наводяться в таблицях 2.1 та 2.15 додатку.

Для гідравлічного розрахунку всмоктувальних і сполучних напірних ліній доцільно в пояснювальній записці накреслити розрахункову аксонометричну схему трубопроводів у насосній станції з нанесенням їх діаметрів, довжин ділянок, фасонних частин, засувок, зворотних клапанів і т.д. Розрахунок можна вести в табличній формі, як наводиться в прикладі I. Отримане розрахунком значення суми ( h_вс + h_н) повинне бути не більше суми цих величин, прийнятих при підбору насосів, тобто ( h_вс + h_н) ? 2,5м. Діаметри всмоктувальних і напірних ліній усередині насосної станції призначаються по витраті, виходячи із допустимих швидкостей, величина яких наводиться в таблиці 1.3. Діаметри труб повинні відповідати стандартним діаметрам арматури, яка розташовується на них. Діаметри труб, як правило, більші за діаметри патрубків насосів та з'єднуються з ними переходами. Щоб уникнути потрапляння повітря у всмоктувальний трубопровід через вільну поверхню води у водоприймальній споруді вхідний отвір трубопроводу заглиблюють на 0,5-1,0 м нижче мінімального рівня води.

Таблиця 1.3.Економічні швидкості води

Діаметр труб, мм	Швидкості руху води в трубопроводах насосних станцій усередині будинку, м/с
	всмоктувальні	напірні
До 250	0.6 - 1	0,8 - 2
св. 250 до 800	0,8 - 1, 5	1 - 3
св. 800	1,2 - 2	1,5 - 4

Всмоктувальні й напірні труби, як правило, варто укладати по підлозі на опорах із пристроєм перехідних містків над трубопроводами, що забезпечують підхід до будь-якого агрегату, засувці та ін.

Для незаглиблених насосних станцій допускається укладання труб у каналах, що перекривають знімними, рифленими металевими плитами.

Напірна лінія кожного насоса повинна бути обладнана зворотним клапаном та засувкою. Крім того, зворотні клапани встановлюють на водоводах поблизу насосної станції в спеціальних колодязях, якщо геодезична висота підйому більше 30м. На всмоктувальних лініях запірну арматуру варто встановлювати у насосів, розташованих з підпором, тобто вісь насоса, прийнята нижче мінімального рівню води в резервуарі. Напірні лінії від насосів об'єднуються в один загальний напірний трубопровід. Існують дві основні схеми розташування напірного водовода: 1) у стінки, що розділяє машинний зал і приймальний резервуар, і 2) з протилежного боку машинного залу. Першу схему застосовують при установці горизонтальних насосів, а другу - при установці вертикальних насосів. У насосній станції передбачають два діаметрально протилежні виходи напірного трубопроводу з будівлі. На загальному напірному водоводі між насосами передбачають установку засувок для можливості виведення в резерв будь-якого з насосів. Вимкнення у резерв будь-якого насоса для його ремонту повинно здійснюватися без зниження розрахункової подачі насосної станції. На насосних станціях 1 і 2-й категорії надійності дії, при ремонті будь-якої засувки або затвора, зворотного клапана або трубопроводу, повинне забезпечуватися 70 % розрахункової подачі на господарсько-питні потреби. Схеми до визначення числа й місць установки запірної арматури докладно розглядається в [3] . Згідно п.5.8. СНиП число напірних трубопроводів від насосних станцій першої категорії необхідно приймати не менше двох з пристроєм у разі потреби між ними перемикань, відстань між якими слід визначати з умови забезпечення при аварії на одному з них 100% розрахункової витрати, при цьому слід передбачати використання резервних насосів. Для насосних станцій другої і третьої категорій допускається передбачати один напірний трубопровід.

Для стоку води, підлоги й канали слід проектувати з уклоном до лотка й збірного приямка, біля якого повинні бути встановлені самовсмоктувальні дренажні насоси - ВКС або типу ГНОМ, продуктивністю 10 - 20 л/с і напором 10 - 30м.

У будівлі насосної станції, розміром 6 х 9 м і більше передбачається внутрішній протипожежний водопровід з витратою води 2,5 л/с Пожежні крани варто приєднувати до напірного колектора насосів (п.7.18 СНиП 2.04. 02-84.).

Всмоктувальні й напірні труби усередині машинного залу
повинні бути сталевими зварними, із застосуванням фланцевих з'єднань із арматурою та насосами. Арматура й фасонні частини можуть бути й чавунними.

Мінімальну ширину проходів між агрегатами й розподільним щитом варто приймати 2м. Малі агрегати /дренажні, вакуумні, пожежні іноді/ з діаметром напірного патрубка до 100мм установлюють впритул до стіни або по два агрегати на одному фундаменті без проходу між ними, але на відстані 0,3м між виступаючими частинами насосного агрегату. При визначенні розмірів машинного залу варто передбачати монтажну площадку в надземній частині будинку. Ширину машинного залу варто приймати типовою: 6м, 9м або 12, 15; 18м - для великих агрегатів, або при дворядному розташуванні агрегатів. Мінімальні розміри монтажної площадки приймаються такими, щоб навколо монтажного агрегату або насосу забезпечувався прохід не менш 0,7 м з усіх боків. Аксонометрична схема і таблиця визначення опорів у внутрішньостанційних комунікаціях для вертикальних насосів наведено в додатку рис.22 і табл. 23

1.5 Підйомне-транспортне обладнання

Для монтажу насосного обладнання й трубопровідної арматури необхідно передбачити підйомно-транспортне обладнання. До такого обладнання відносять: талі, підвісні кран-балки, мостові крани, гвинтові підйомники, лебідки та ін.

Талі можна використовувати для вертикального пересування вантажів масою до 1,0 т в машинних залах, для маневрування ремонтними затворами масою до 4т.

У машинних залах обладнання слід монтувати за допомогою талі вантажопідйомністю до 1,0 т. (якщо воно розташовано в одну лінію).

- підвісних кран-балок вантажопідйомністю до 5,0т. при прогоні до 18,0 метрів (рис.2.11.а. додатку);

- мостових кранів вантажопідйомністю більш 5,0т, при прогоні залу до 31,5м (рис.2.12.додатку). Використання ручної талі і кранів дозволяє зменшити висоту зала. Крім того, вартість таких талів та кранів менше, ніж електричних. Електричні крани і талі рекомендують передбачати у приміщеннях довжиною більше 18 метрів, при висоті підйому вантажу більш 6,0м (рис.2.11б, додатку).

Вантажопідйомність підйомно-транспортного обладнання для машинних залів рекомендується приймати рівною масі найбільш важкого агрегату або монтажної одиниці обладнання (з врахуванням маси траверс та стропів) помноженої на коефіцієнт запасу (Кз = 1,1….1,15). Підібрати крани можна за табл. 2.11, 2.12, 2.13 (додаток).

Оскільки горизонтальні насоси поступають у збірному вигляді, підбір кранового обладнання для їх монтажу слід виконувати за максимальною масою насосного агрегату. У вертикальних насосних агрегатів найбільш важкою деталлю є ротор електродвигуна. Їх монтаж виконується за допомогою мостового крану.

1.6 Визначення висотного положення насосних агрегатів

У насосних станціях систем водовідведення нормами рекомендується встановлювати насоси під затокою (під заливом), тобто верх корпусу насоса розміщується нижче розрахункового рівня води. Це полегшує запуск насосів і спрощує схему автоматизації насосної станції. Включення насосів проектується автоматичним залежно від припливу стічної рідини. Якщо після включення першого насоса рівень води в резервуарі підвищується, включається другий насос і так далі. Рівні включення і відключення першого, другого і п-го насосів розташовуються на 0,2м один вище за іншого (рис.1.3).

Таким чином, за розрахунковий рівень води приймається рівень води в приймальному резервуарі, при якому перший насос включається в роботу - Z_вкл.

Z_вкл = Z_max - 0,2(n - 1), (17)

де Z_вкл - відмітка включення першого насоса відкачування;

Z_max - відмітка максимального рівня води в приймальному резервуарі Z_max = Z_лот ; n - число робочих насосів.

Для нормальної роботи насоса верх корпусу насосу розташовують на 0,3-0,5м нижче відмітки рівня рідини в приймальному резервуарі, при якому включається в роботу перший насос.

Відмітку осі насосу визначаємо за формулою

ВН = Zвкл- 0,5- h_{нас.до осі} (18)

Після цього, користуючись настановними кресленнями насосів (або таблицею 2.6., з якої визначаємо розміри насосу от верха до осі - h_{нас.доосі} та розмір від осі до низу- h_{нас.до низу} ), визначають попередню відмітку осі горизонтальних насосів, і відмітку підлоги машинного залу

Z_підл= ВН- h_{нас.до низу}- h_ф , (19)

де h_ф - висота фундаменту (визначається згідно рис.2.9; у першому наближенні приймаємо для насосів типу СМ h_ф= 0,4- 0,6м)

Остаточно відмітка підлоги машинного залу і висотне положення насосів уточнюється при спільному розгляді машинного залу і приймального резервуару насосної станції. Для завершення розрахунку визначення відмітки осі насоса - ВН, необхідно визначити допустиму геометричну висоту всмоктування- Н_s^доп.

Допустима геометрична висота всмоктування - Н_s^доп - є важливою характеристикою насоса, від якої багато в чому залежить надійна і безаварійна робота насосної станції. Необхідно пам'ятати, що Нs повинна забезпечувати відкачування стічної рідини при нижньому рівні її в приймальному резервуарі, коли насоси працюють з позитивною висотою всмоктування, тобто не знаходяться під затокою в годину мінімального припливу.

Верхній (максимальний) рівень води - Z_max в приймальному резервуарі знаходиться вище за нижній (мінімальний) рівень води -Z_min на величину робочої глибини приймального резервуару, прийнятої для горизонтальних насосів h_р= 1,5-2,0м, а для вертикальних насосів - h_р = (2-2,5) м.

Таким чином, визначивши відмітку осі насоса, розташованого під затокою відносно рівня води, при якому включається перший насос в роботу, необхідно перевірити можливість роботи насоса з позитивною висотою всмоктування при мінімальному рівні води в резервуарі.

Для цього необхідно визначити допустиму висоту всмоктування. Допустима геометрична висота всмоктування - Н_s^доп, визначається за формулою:

Н_s^доп = 10-Дh_доп - h_вс - v₁ ²/2g , (20)

де Дh_доп - допустимий кавітаційний запас, який визначаємо за характеристикою всмоктувальній здібності насосу Q­Дh_доп робочій характеристики насосу по каталогу насосів;

v₁ ² /2g - швидкісний напір у всмоктувальному трубопроводі насоса, який можна визначити за формулою:

v₁ ² /2g = 0.0827/d₁⁴ ·Q₁² , (21)

d₁ - діаметр всмоктувального патрубка насосу, в метрах;

Q₁ - витрата одного насоса при роботі на один напірний водовід у м³/с.

Вісь насосу визначається за формулою:

ВН = Z_min + Н_s (22)

і порівнюють з прийнятою відміткою осі насоса.

1.7 Побудова графіку спільної паралельної роботи насосів та водоводів

Встановити у якому режимі буде працювати насос, можна лише за умовою, якщо відома характеристика системи, в яку цій насос подає рідину. Тому необхідно побудувати графік спільної паралельної роботи усіх насосів і двох водоводів. У нашому випадку система - це напірний водовід. На графіку повинні бути нанесені всі робочі характеристики насоса: напірна Q - Н, потужності Q - N, характеристика ККД Q - з , кавітаційна Q -Дh_доп або Q -Н_{доп вак}, і характеристики паралельної роботи двох, трьох і т.д. насосів ( до числа всіх робочих насосів), також характеристики одного, і двох водоводів.

Характеристики паралельної роботи насосів і водоводів будують складанням витрат - Q при однакових напорах - Н. Характеристику водовода будують методом підбору, задаючись витратою Q₁, Q₂ , Q₃... Q_n і визначаючи відповідний напір Н₁ Н₂ Н₃… Н_n за формулою (4):

H = Hr + ? h_w,

де Нг - геометричний напір насосів;

?h_w - загальні втрати напору в системі (водоводи, сполучні напірні і всмоктувальні лінії усередині насосної станції).

Величина ?h_w залежить від діаметру, матеріалу та довжини водоводу, числа місцевих гідравлічних опорів, шорсткості, та витрати рідини, що перекачується насосами.

Втрати напору доцільно визначати за формулою:

? h_w = 1,1(SQ_вод )² = 1,1(А_т · l + А_с ·?ж)· (Q_вод )²

де, S - загальний опір системи, с²/м⁵ ;

S = S_вод + S_bc + S_h , с²/м⁵ (23)

Q_вод - витрата в м ³/с. Величини S_bc і S_h визначається за формулою (15) в результаті розрахунку всмоктувальних та сполучних напірних ліній насосної станції. Величина S_вод визначається за формулою (10):

S_вод = А_т·l_вод ,

де А_т = f (d), (c²/м⁶)- питомий опір трубопроводу, обумовлений за матеріалу й діаметру труб; l_вод - довжина водоводу,( м);

Задаючись витратою Q₁, Q₂ , Q₃... Q_n і визначаючи відповідний напір Н₁, Н₂ , Н₃… Н_n за формулою (4), одержують серію точок кривій, яку називають характеристикою водоводу, і яка по формі є лівою віткою параболи. На рис. 2.4. (див. приклад) наведений графік спільної паралельної роботи насосів і водоводів. Ha графіку повинні бути вказані подача одного насоса - Q₁ , двох- Q₁₊₂ і т.д. до числа робочих насосів, при роботі на два водоводи і відповідні напори: Н₁, H₂, H₃ і т.д. Крім того повинні бути показані потужність на валу - N_в1 для підбору двигунів, допустимий кавітаційний запас - ?h_доп, у кінці робочої зони і ККД насоса -з₁, з₂, з₃ і т.д. відповідно при роботі одного, двох і т.д. насосів. Всі розрахунки зводять у таблицю 2.3., приклад 1.

Після завершення побудови графіку спільної роботи насосів та водоводів, виконують аналіз графіка спільної роботи, який показує, що зазвичай мінімальний режим водовідведення Q_мін недоцільно забезпечувати підібраними насосами, оскільки подачу Q₁ насос забезпечує при тиску Н₁, набагато більшому, ніж необхідно в мережі, а в мережі необхідний при цьому тиск Н_мін , тобто різницю напору (Н₁- Н_мін) в години мінімального водовідведення необхідно глушити засувкою, це допускається, але в невеликих межах, коли Н₁/Нмін буде не більш 1,2. Для забезпечення економічної роботи насосної станції необхідно для мінімального режиму водовідведення підібрати інший насос (або один з прийнятих насосів обладнати електродвигуном з частотним приводом для можливості регулювання частоти обертання валу насоса).

1.8 Підбір знижувальних трансформаторів

З допоміжного електричного обладнання необхідно підібрати силові трансформатори й запроектувати приміщення електричної підстанції, що включає в себе дві камери для розміщення трансформаторів, приміщення розподільних пристроїв високої напруги й щитового приміщення (диспетчерській ). Всі ці приміщення розташовують у надземній частині станції, крім диспетчерської, вони захищаються капітальними стінами без вікон і без опалення, й ніякі труби не повинні проходити під цими приміщеннями. Їхня висота повинна бути не менш 4-х метрів. Диспетчерська повинна мати опалення, хороше природне освітлення і розташовуватися поруч із машинним залом. Габаритні розміри приміщень підстанції наводяться в літературі [1], [2], [3]. Якщо енергетична система забезпечує напругу електроживлення 6,3 кВ,або 10кВ, а електродвигуни насосних агрегатів підібрані на меншу напругу, то необхідно встановити трансформатори, розрахункова потужність яких (у кВ·А ) визначається за формулою:

P = (K_c·?N_n·n)/з_дв·cosц + 20, кВ·А (24)

де ?N_н·n - номінальна потужність всіх електродвигунів основних насосних агрегатів (без резервних );

К_с - коефіцієнт попиту за потужністю, що залежить від числа працюючих електродвигунів: при - двох двигунах - 0,9; при трьох - 0,85, при чотирьох - 0,8, при п'ятьох і більше - 0,7; cosц - коефіцієнт потужності електродвигуна; з_дв - коефіцієнт корисної дії електродвигуна. Значення з_дв і cosц беруться з технічних характеристик електродвигунів. Залежно від типорозміру електродвигуна cosц = 0.80 …0.92, а з_дв = 0,9 ... 0,93.

До розрахункової потужності, визначеною за формулою (23), варто додати додаткову потужність для потреб насосної станції (двигуни дренажних насосів та друге допоміжне обладнання) в кількості 10-50 кВ·А. Кількість трансформаторів приймається не менше двох. При виході з ладу одного з встановлених трансформаторів допускається перевантаження тих, що залишилися в роботі. Тимчасове перевантаження не повинне перевищувати 20 - 40% номінальної потужності трансформатора. Сучасні трансформатори виробляють потужністю 160-250кВ·А; 400-630; 750-1000; 1350-1800 кВ·А.

До складу приміщень електричної частини входять:

камери трансформаторів, розподільні пристрої й щитова.

Трансформатори й масляні вимикачі, як пожеженебезпечне обладнання, яке знаходиться під високою напругою, розміщують в окремих приміщеннях з капітальними стінами і обмеженим доступом обслуговуючого персоналу. Приміщення, де розташовується обладнання низької напруги: щит управління, щит вимірювання та сигналізації, щити низької напруги, за допомогою яких включається допоміжне обладнання, називається щитова. Це приміщення, де постійно перебуває обслуговуючий персонал, повинно мати природне освітлення, вихід в машинний зал і внутрішнє вікно в бік машинного залу. Розподільний пристрій (РУ) високої напруги складається з комірок, в яких розміщується високовольтна апаратура. Осередки РУ виконуються у вигляді шаф КРУ (комплектний розподільчий пристрій). Докладніше можна прочитати в розділі 3 § 11 Електрична частина насосних станцій [2].

1.9 Контрольно-вимірювальні прилади

Насосні станції повинні мати програмний пуск основного устаткування від команди оператора. Контрольна апаратура призначена для спостережень за умовами роботи і параметрами працездатності устаткування НС. Контрольна апаратура входить в систему діагностики і аварійного захисту НС. Апаратура подає сигнал про дефект при виході параметра працездатності за контрольні межі, а у разі несправності устаткування формує сигнал на його відключення.

Контролюються наступні параметри:

* Рівень води у джерелі води і в дренажних колодязях;

* Температура підшипників насосів подачею більше 0,5 м³/г і електродвигунів потужністю більше 320 кВт;

* Вібрації підшипників або фундаментної плити насосних агрегатів;

*Тиск на вході і на виході насосів;

* Наявність течії рідини в трубопроводах та ін.

Вимірювальна апаратура призначена для виміру кількості води відкачування, / витратоміри /, і електроенергії, використаною НС /ватметри /.Добре зарекомендували себе індукційні (ІР - 51) і ультразвукові витратоміри (УЗР-В), вживані на трубопроводах діаметрами менше 2,6 м. Відмітимо, що на НС використовується також непрямий метод визначення витрати по вимірах потужності, споживаної електродвигуном насосного агрегату. Цей метод заснований на однозначному зв'язку потужності насоса з подачею

/характеристика потужності насоса /.

Для виміру витрати води на каналізаційних насосних станціях установлюють витратоміри:

а) труби Вентурі - для малих і середніх діаметрів до 500 мм;

б) коліна - водоміри;

г) індукційні та ультразвукові витратоміри . Труби Вентурі і коліна-водоміри повинні встановлюватися на прямих ділянках без місцевих опорів, довжиною 5-8 діаметрів до витратоміра й 3-5Ду діаметрів після витратоміра; звичайно ці витратоміри розташовують у камерах на водоводах поблизу насосної станції. Завдання студента при курсовому проектуванні - визначити перелік контрольованих параметрів і вибрати відповідну апаратуру. Індукційний витратомір можна встановлювати усередині насосної станції поблизу від будь-яких фасонних частин.

1.10 Визначення місткості приймального резервуару

Приймальний резервуар є регулюючою місткістю, яка дозволяє забезпечити тривалу рівномірну роботу насосів в найбільш економічному режимі при нерівномірному припливі стічних вод. Робоча місткість приймального резервуару - W_р - це об'єм, що знаходиться між максимальним і мінімальним рівнями води в резервуарі. Для прямокутної в плані підземної частини станції W_р визначають за формулою:

W_р = В_р·L_р·h_р, м (25)

де В_р та L_р - відповідно внутрішній розмір ширини та довжини приймального резервуару;

h_р - робоча глибина приймального резервуару, яку приймають в межах 1,5-2,5м.

Для круглої в плані підземної частини станції робочу місткість можна визначити за формулою:

Wр = (р·D_нс ²/8) · h_р, м3 (26)

де D_нс - внутрішній діаметр підземної частини будівлі, для насосів СМ приймають 12-14м залежно від кількості насосів, для вертикальних насосів типу СДВ - 24м.

Величина W_р має бути більше мінімальної місткості - W_мін, яка на вимогу СНиП, має бути не менш п'ятихвилинної максимальної витрати одного насоса при роботі на два водовода (Витрату одного насоса Q₁ приймають по графіку паралельної роботи, м³/год), що відповідає включенням насоса не більше трьох раз на годину :

W_мин= Q₁·5/60, (м³) (27)

Мінімальну місткість приймального резервуару - W_мін, можна визначити і методом порівняльного аналізу графіку припливу і відкачування стічної рідини по годиннику доби. Проте в КП це питання не розглядається. Дно приймального резервуару має ухил i = 0.1 до приямку, в якому розташовані воронки всмоктувальних трубопроводів. У приямку у всмоктувальних труб непрацюючих насосів можливе випадання осаду. Для підтримки усіх насосів в постійній готовності до запуску, до всмоктувальної труби кожного насоса підводять трубопроводи для каламучення осаду. Вода подається в систему каламучення від напірних трубопроводів основних насосів. Подання води на каламучення осаду регулюється засувкою з ручним приводом. Для змиву осаду із стін і днища резервуару передбачений поливальний кран, обладнаний гумовим шлангом з брандспойтом. Питна вода, подається в якості технічної, насосом ВК 2/26 з бака розриву струменя.

1.11 Проектування будівлі насосної станції

Каналізаційні насосні станції з обладнанням, установленому «під заливом», звичайно проектуються напівзаглибленими. Відмітка підлоги першого поверху призначається на 0,15 м вище планувальних відміток поверхні землі. На відмітках першого поверху в машинному залі проектується монтажна площадка і вхід в насосну станцію.

Монтажна площадка може бути балконом, розміщеним на колонах над машинним залом. Підбирається підйомно-транспортне обладнання з урахуванням, що автомобіль з вантажем буде в'їжджати на монтажну площадку всередину насосної станції. Навколо транспорту, на якому подається обладнання на монтажній площадці (МП), повинен бути забезпечений прохід шириною не менше 0,7 м. В напівзаглиблених НС монтуємий вантаж забирається підйомно-транспортним устаткуванням з вантажної платформи кузова автомобіля і подається до місця монтажу. Висоту верхної (надземної) частини будівлі ( рис.1.3.) визначають за формулою

Н_верх = h_тр + 0,5 + h_гр + h₁+ (h₁ + Н) +0,1, (28)

де: hтр - висота навантажувальної платформи автомобіля (приймається орієнтовно від 1,2 до 1,5 м, або за табл.15 [2];

h_гр - висота переносимого вантажу (насосного агрегату);

h_с - висота стропування; приймається 0,7-1,0 м, при цьому кут між стропами повинен бути не більше 90^о;

(h₁ + Н) - габарити крана при максимальному піднятті гака, приймаються за таблицями 2.11,2.12.,2.13.

Висоту верхньої будівлі округлюють до найближчої стандартної: 3; 3,6; 4,2; 4,8; 5,4; 6,0; 7,2; 8,4; 9,6; 10,8; 12,6; 14,4; 16,2 і 18,0.

Як правило машинний зал виконується каркасним з несучими стінами з цегли. Прогони будівель призначають рівним 6, 9, 12, 15, 18, 21 та 24 м при кроку колон 6,0 м.

Ширину будівлі визначають за виступаючими частинами насосного агрегату, розмірами трубопровідної арматури і фасонних частин, згідно рис.2.8 та 2.9.

Глибину машинного залу визначають після визначення відмітки осі насоса і підлоги машинного залу за формулою:

Нм.з. =Ўпідлоги верх -Ў підлоги загл .

(тобто з відмітки підлозі верхньої будівлі вичітають відмітку підлозі заглибленою частини будівлі.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.3. Схема підйомно-транспортних операцій у напівзаглиблених насосних станціях.

1.12 Допоміжні системи насосних стаций

Для забезпечення нормальних умов експлуатації основного устаткування і споруд на НС використовуються допоміжні системи. Нижче наводиться перелік допоміжних систем. Завдання студента - перерахувати в курсовому проекті ті системи, які потрібні для проектованої ним НС, і вказати їх призначення.

До складу допоміжних систем входять:

вакуум-система призначена для створення перед пуском відцентрових насосів вакууму у всмоктувальному трубопроводі, в корпусі насоса і в трубопроводі за насосом до регулюючої засувки; Вакуум дозволяє залити водою вказані елементи перед пуском насосів. Вакуум-система потрібна при позитивній висоті всмоктування насосів. Іншими словами, вона застосовується в НС наземного типу, або на станціях першого підйому та НС третьої категорії.

дренажна система, що передбачається для відкачування за межі будівлі НС витоків води з сальникових ущільнень насосів і фільтраційних вод, що поступають через стінки підземної частини будівлі / будівлі камерного і блокового типів/;

система технічного водопостачання, призначена для подачі очищеної від механічних домішок води для охолодження підшипників відцентрових насосів типу Д і ЦН для змазування лігнофолевих і гумових вкладишів підшипників осьових і вертикальних відцентрових насосів, для охолодження масла в підшипниках великих насосів, для охолодження масляних ванн електродвигунів, повітроохолоджувачів великих електродвигунів, для поповнення боків вакуум-систем;

система господарсько-питного водопостачання, призначена для подачі води на побутові потреби НС, : для питних і гігієнічних цілей, до санітарно-технічних приладів для прибирання приміщень і поливання тротуарів і зелених насаджень; каналізаційна система передбачається в будівлях НС, що мають внутрішній водопровід ( і в зміну працює більше 25 чоловік );

системи вентиляції і опалювання створюють необхідні санітарно-гігієнічні умови в зоні знаходження обслуговуючого персоналу;

протипожежна система включає комплекс пристроїв, що виявляють пожежу і що забезпечують гасіння водою або іншими засобами;

Для обраного основного й допоміжного обладнання й арматури складається специфікація за формою, що наведена у прикладі.

У специфікації на початку наводиться перелік насосного обладнання (основні агрегати, допоміжні насоси: дренажні або вакуум-насоси, чи насоси, які подають воду на технічні потреби насосної станції). Після насосного обладнання слід навести підйомно-транспортне обладнання й після цього йдуть сміттєзатримувальні решітки, або решітки-дробарки, далі йде перелік трубопровідної арматури у порядку убування діаметра, контрольно-вимірювальні прилади та інше.

1.13 Екологічні заходи при проектуванні і будівництві насосної станції