Проектирование насосной станции

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Cодержание

1. Компоновка и общие характеристики насосной станции

1.1 Конструктивное решение насосной станции

1.2 Оборудование насосной станции

1.3 Машинный зал насосной станции

1.4 Сороудерживающие устройства

2. Выбор основного оборудования насосной станции

2.1 Выбор насоса и построение характеристики системы

2.2 Выбор электродвигателя

2.3 Подбор рабочей арматуры трубопроводов

3. Гидравлический расчет основных элементов водозаборных сооружений

3.1 Определение площади сороудерживающих решеток

3.2 Определение размеров сеток

4. Определение высотного положения и геометрических размеров насосной станции

4.1 Определение отметок оси насоса и пола насосной станции

4.2 Определение величины заглубления окон

4.3 Определение высоты здания насосной станции

5. Проверка устойчивости здания насосной станции на всплытие и сдвиг

Литература

1. Компоновка и общие характеристики насосной станции

насос станция трубопровод гидравлический

1.1 Технологическая схема водозабора

Рассматриваемая в данном курсовом проекте насосная станция представляет собой станцию берегового типа с совмещенным водозабором. Водозабор осуществляется из открытого источника.

Для обеспечения необходимой высоты всасывания здание возводится на отметке 99.0 м, подземная часть здания выполняется в виде прямоугольной тонкостенной полой конструкции - камеры с толщиной стен 1.0 м. Здание опирается на фундамент толщиной 1.5 м. Отметка дна котлована 93.5 м, дна водозаборной камеры - 95.0 м, пола насосной станции - 96.3 м. Здание оборудовано четырьмя насосами типа 12 НДс с горизонтальной осью, отметка оси насоса - 96.9 м. Отметка оси насоса определяется в соответствии с допускаемой высотой всасывания и учетом возможных колебаний уровня воды в реке.

В состав станции входят:

водозаборные сооружения

подходные расчистки

здание насосной станции

напорные трубопроводы

1.2 Оборудование насосной станции

Насосная станция оборудована четырьмя насосами типа 12 НДс с горизонтальной осью. Для привода насосов принимаем асинхронные электродвигатели типа ДАС . Трубы в пределах здания выполняются из стали, отдельные звенья труб соединяются сваркой с применением фланцев. Диаметры труб в пределах здания станции подобраны по диаметром входного и выходного патрубков насоса; для перехода от одного диаметра к другому, устройства поворотов трубопровода используются переходники и отводы, соединяемые сваркой.

По длине трубопровода установлены задвижки с ручным приводом - на всасывающей линии и с электроприводом - на напорной линии. Они выполняют роль рабочих и аварийно-ремонтных затворов. Для предотвращения обратного тока воды через насосы на напорной линии устанавливаются обратные клапаны между напорным патрубком и задвижкой, что позволяет отключать клапаны от напорного трубопровода для их осмотра и ремонта.

1.3 Машинный зал насосной станции

Машинный зал насосной станции состоит из подземной части и верхнего строения. Подземная часть представляет собой железобетонную камеру с толщиной стен 1.0 м, состоящую из трех отсеков:

1. камера грязной воды,

2. камера чистой воды,

3. машинное отделение.

Верхнее строение представляет собой здание каркасного типа, оборудованное мостовым краном грузоподъемностью 20 т., также состоящее из трех помещений:

1. смотровое помещение,

2. электрощитовое помещение,

3. монтажная площадка.

1.4 Сороудерживающие устройства

Забор воды осуществляется с помощью двух открытых окон оборудованных решеткой с вертикальными стержнями для создания равномерной эпюры скоростей. Для предотвращения обмерзания решеток используется электрический ток.

Для очистки воды от мусора, плавающих предметов и наносов при переходе из камеры грязной воды в камеру чистой воды устанавливаются сороудерживающие вращающиеся бескаркасные сетки с боковым подводом воды. Одна сетка обслуживает два насоса.

2. Выбор основного оборудования насосной станции

2.1 Выбор насоса и построение характеристики системы

Принимаем двухниточный магистральный трубопровод, тогда расход воды через один водовод равен:

,

где Q_в= 1.0 м³/с - расход, забираемый из реки,

п = 2 - число ниток трубопровода.

По рекомендациям [1, стр. 47] выбираем стальные трубы наивыгоднейшего диаметра D = 700 мм. Для выбранных труб потери напора по длине составят 2.74 м/км. Данная величина увеличивается на 10%.

Определим полный напор насоса:

Н_П = Н_Г + h_i ,

где Н_Г - геометрический напор,

Н_Г = Под - УВ_min=150.0 - 100.0 = 50.0 м,

где Под = 150.0 м - отметка подачи воды,

УВ_min= 100.0 м -минимальный уровень воды в реке;

h_i - суммарные потери напора

h_i = h_п + h_н.с.+ h₁+0,1h₁ ,

где h_п = 1.2 м - потери напора на подводящем участке,

h_н.с = 5.0 м - потери напора на насосной станции,

h₁= 2.981.5 = 4.11 м - потери напора по длине магистрального трубопровода.

h_i = 1.2+5.0+4.11 = 10.31 м,

Н_П = 50.0 + 10.31 = 60.31 м.

Примем число рабочих насосов на станции, равное 4 и 2 насоса резервных.. Тогда расход воды, приходящийся на один насос:

.

По величинам полного напора и расчетного расхода определяем тип насоса и его габаритные размеры. По рекомендациям, приведенным в [2, стр.56] выбираем насос типа 12НДс, имеющий следующие характеристики:

частота вращения п = 1450 об/мин

диаметр рабочего колеса D = 415 мм

мощность электродвигателя N = 315 кВт

КПД = 90 %, вес 1180 кг.

Габаритные размеры насоса в мм (рис. 2)

А = 622 К = 743

Б = 770 Л = 622

В = 335 М = 142

Г = 435 Н = 600

Д = 420 О = 720

Е = 600 П = 790

Ж = 300 Р = 190

З = 35 С = 160

И = 5 Т = 160

d₀ = 35 мм

Габаритные размеры патрубков:

входной патрубок выходной патрубок

D = 350 мм D₁ = 300 мм

a = 520 мм а₁ = 460 мм

d = 25 мм d₁ = 25 мм

o = 470 мм о₁ =410 мм

количество отверстий - 16 количество отверстий - 12

Для построения характеристики “насос - сеть” задаемся рядом значений расхода, вычисляем полные напоры, соответствующие этим расходам:

Таблица 1

Расход Q, л/с	Потери по длине трубопровода на 1.5 км	Расход Q, л/с	Полный напор НП , м
0	55	0	60
200	55.48	170	59
400	56.91	265	55
500	57.98	335	50
600	59.29	380	45
800	62.63

Характеристика представлена на рис. 4

Характеристика наглядно показывает, что для оптимальной работы насосной станции следует окончательно принять четыре рабочих насоса марки 12Дс и два насоса запасных, при условии работы двух магистральных стальных трубопроводов диаметром 700 мм.

2.2 Выбор электродвигателя

Электродвигатель выбирается таким образом, чтобы обеспечивать бесперебойную работу насоса. Определяющими характеристиками в этом случае являются требуемая мощность электродвигателя (N = 315 кВт ) и число оборотов насоса ( п = об/мин ). По рекомендациям, приведенным в [5,стр. 10], принимаем асинхронный двигатель ДАЗО4-450УК-8У1 весом 3200 кг, мощностью 400 кВт и КПД двигателя равным ….%

Габаритные размеры (в мм):

b₁₀ = 900 l₁₀ =1000

b₁₁ = 1040 l₁₁ =1290

b₃₀ = 1420 l₃₀ =1925

b₃₁ = 760 l₃₁ =224

d₁ = 110 l₃₄ =890

h = 450 h₅ =116

h₃₁ =1480 h₃₄=206

2.3 Подбор рабочей арматуры трубопроводов

По длине трубопровода устанавливаются задвижки, выполняющие роль рабочих и аварийно-ремонтных затворов. На напорной линии устанавливаются задвижки оборудованные электроприводом, что позволяет управлять ими дистанционно с ПУ насосной станции. На всасывающей линии устанавливаются задвижки с ручным приводом, т.к. они почти постоянно открыты - необходимость перекрыть доступ воды к насосу возникает редко. Но в случае, когда диаметр входного патрубка превышает 1000 мм ,манипулировать задвижкой вручную становится тяжело, и тогда устанавливается задвижка с электроприводом.

Выбор задвижек осуществляется по диаметру входного и напорного патрубков, взятых с 20% увеличением.

На всасывающей линии устанавливаем задвижку 30ч25бр клиновую стальную с невыдвижным шпинделем, рассчитанную на давление 2,5 кг/см

Схема задвижки 30ч25бр показана на рис.5

Габаритные размеры (в мм):

D₀ =500

D =400

A =814

H =1310

L = 350

На напорной линии устанавливаем задвижку 30ч906бр с электроприводом, параллельную чугунную с невыдвижным шпинделем, рассчитанную на давление 10 кг/см. Тип электропривода 87В-045-D₁, весом 117 кг. Электродвигатель АОС41-402.

Габаритные размеры (в мм):

L =600 H =1670 D =320

L₁=603 d₀=200 P=730кг

A =620 Н₁=1681 L₂=382

l₁=180 D₀ =400

Схема задвижки 30ч906бр показана на рис.6

Напорный трубопровод необходимо оборудовать обратным клапаном, который препятствует обратному току через насос воды, находящейся в трубопроводе. Если этого не предусмотреть, трубопровод будет опорожняться через насос, обратный ток воды заставит насос работать как водяную турбину, а электромотор - как генератор, работающий без нагрузки, что опасно для целостности насоса и мотора.

Обратный клапан устанавливается между напорным патрубком насоса и задвижкой. Это позволяет отключать его от водовода во время ремонта.

Следуя рекомендациям [4,стр. 179], подбираем обратный клапан по диаметру условного прохода D₀ = 400 мм:

Выбираем чугунный поворотный клапан 19ч16р, массой 480 кг, рассчитанный на давление 10 кг/см с

3. Гидравлический расчет основных элементов водозаборных сооружений

3.1 Определение площади решеток

Требуемая площадь водоприемных отверстий

,

где Q_в =0.25 м³/с - забираемый расход через одно отверстие,

V_в =0.15 м/с - рекомендуемая скорость воды на решетке,

к₁ =1.25 - коэффициент сжатия потока стержнями решетки,

коэффициент, зависящий от расстояния между стержнями решеток и толщины стержней.

Т.о.

Принимаем F_общ =2.7411 м² ; т.к. в нашем случае принято два водоприемных окна, размеры решеток : F₀ = 4.05 м² , h =2.7 м, b =1.5 м.

3.2 Определение размеров сеток

Выбираем сетку вращающуюся каркасного типа с фронтальным подводом воды. Принятый тип сетки имеет следующие технические характеристики:

1. расчетный расход 1.0 м³,

2. ширина полотна сетки 1.5 м,

3. скорость движения полотна 3,82 м/мин

4. размер ячеек в свету 11 мм

Требуемая площадь сетки:

,

где Q_в =0.5 м³/с - расход на одну сетку,

V_в =0.25 м/с - рекомендуемая скорость воды на сетке,

к₁ =1.25 - коэффициент сжатия потока стержнями решетки,

,

где a - размер ячейки сетки в свету,

d - диаметр проволоки сетки;

к₃ =1.1 - коэффициент стеснения каркасом,

4. Определение высотного положения и геометрических размеров насосной станции

4.1 Определение отметок оси насоса и пола насосной станции

Отметку оси насоса определим по формуле:

₁ = УВ_min - h_вс ,

где УВ_min= 99,5 м - минимальный уровень воды в реке,

h_вс = 1,5 м - общие потери напора на всасывающей линии, включая потери на сороудерживающем оборудовании.

₁ = 99,5 - 1,5 = 98,0 м

Определим отметку верха фундамента насоса:

Ф_н.с.=₁ А₁,

где А₁= 950 мм - расстояние от оси насоса до фундамента (габаритный размер насоса Е)

Ф_н.= 98 - 0,95 = 97,05 м 97,0 м.

Тогда отметка пола насосной станции

П =Ф_н. 0,7 = 97 - 0,7 = 96,3 м ,

отметка верха фундамента станции

Ф_н.с.= П - 0,3 = 96,0 м ,

отметка дна котлована под насосную станцию

₂=Ф_н.с. 1,5 = 96 - 1,5 = 94,5 м ,

где 1,5 м - толщина фундаментной плиты.

4.2 Определение величины заглубления окон

Уровень верха водоприемных окон зависит от двух уровней воды -от минимального расчетного уровня воды УВ_min =99,5 м и минимального уровня воды при ледоставе УВ_лед =100,8 м. Уровень верха водоприемного окна равен минимальному из следующих значений:

О₁=УВ_min ; О₁= УВ_{лед л},

где _л =1,0 м толщина льда;

О₁ = 99,5 м,

О₂ =100,8 - 1,0 = 99,8 м

Следовательно, принимаем отметку верха водоприемного окна О₁ = 99,5 м.

4.3 Определение высоты здания насосной станции

Высота здания машинного зала насосной станции представляет собой сумму высот подземной части и верхнего строения.

Высота подземной части определяется по формуле:

Н_п.ч. > h_ф + h_нас + H_s,доп+ НБ + h_зап ,

где h_ф= 1,5 м толщина фундаментной плиты,

h_нас = 2 м - высота насоса от верха фундаментной плиты до оси рабочего колеса,

H_s,доп= 1,5 м - высота всасывания,

НБ = 10,5 м амплитуда колебаний воды в источнике,

h_зап = 2 м - необходимое превышение отметки пола верхнего строения над максимальным уровнем воды в источнике;

Т.о.

Н_п.ч. > 1,5 + 2,0 + 1,5 + 10,5 + 2,0 = 17,5 м

Высоту верхнего строения определим следующим образом:

Н_в.стр. > h_а/т + h_гр.+ h_кр.+ h_стр.+ h_крана+ h_зап ,

где h_а/т=1,5 м - высота от пола до дна кузова автомобиля,

h_гр=Е + D = 950 + 646 = 1596 1600 мм - высота груза (насоса),

h_кр= h_стр= 1,2 м - высоты крюковой обоймы и строповки,

h_крана = 3,0 м - высота крана вместе с тележкой,

h_зап= 0,2 м - запас между крановой тележкой и фермой.

Н_в.стр. > 1,5 + 1,6 + 1,2 + 1,2 + 3,0 + 0,2 = 8,7 м.

5. Проверка здания насосной станции на всплытие и сдвиг

а) Проверка на всплытие

Расчет проводим по первому предельному состоянию.

Критерием устойчивости является выполнение неравенства:

1,2 F R 1,1;

где 1,2 - коэффициент надежности,

1,1 - коэффициент сочетания нагрузок,

F = Н S _в - сила противодавления,

S = LB -площадь основания станции,

_в = 1 т/м³ - удельный вес воды,

R = G_ст +G_ф +G_в.с +G_о - расчетная несущая способность, равная весу станции с оборудованием,

где G_ст -вес стен подземной части,

G_ф - вес фундаментной плиты,

G_вс - вес верхнего строения,

G_о - вес оборудования насосной станции.

F =2122101= 4620 (т)

R = 5443.2 +1663.2 +200 = 7276.4 (т)

1,2 4620 = 5544 < 8004.04 = 7276.4 1,1

Неравенство выполняется, здание всплывать не будет.

б) Проверка на сдвиг

Т.к. в нашем случае подвод воды осуществляется с помощью открытого канала и с лицевой стороны здание лишь частично присыпано грунтом, необходимо провести проверку на сдвиг.

Расчет выполняется по первому предельному состоянию.

Критерием устойчивости здания является выполнение того же условия, что и в предыдущем случае:

1,2 Е R 1,1;

где R = (G-U+Е) tg,

G - вес станции со всем оборудованием,

U - сила противодавления,

tg угол внутреннего трения грунта засыпки, равный 35

Е_бс - сила бокового сжатия,

Е_бс = 0,5 h² L _гр tg²(45 - /2),

где _гр = 1,7 т/м - удельный вес грунта обратной засыпки,

h = 10,5 м -высота участка, подвергающегося давлению грунта.

Е = 0,5 10,5² 22 1,7 tg² (45 - 35/2) = 559 (тс),

R = (7276,4 - 5544 + 559) tg 35 = 1604.5 (тс).

1,2 559 = 670.8 < 1764.95 = 1604,5 1,1

Проверка выполняется, следовательно, мер для предотвращения сдвига здания принимать не надо.

Проектируемая насосная станция представлена на чертеже 1.

Литература

Шевелёв Ф.А. Таблицы для гидравлического расчета стальных, чугунных, пластмассовых, стеклянных водопроводных труб М.: Стройиздат, 1973 г.

Каталог-справочник. Насосы М.: Машиздат,1959 г.

Москвитин А.С., Мосягин Н.Ф. Справочник по трубам, арматуре и оборудованию водопроводно-канализационных сооружений Москва, 1958 г

Справочник по электрическим машинам, том 1, под редакцией Крылова И.П. и Клюева,: Энергоиздат, 1988

Размещено на Allbest.ru