Проектирование водопроводной насосной станции второго подъема

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт - Петербургский Государственный

Архитектурно - Строительный Университет

Кафедра гидравлики

Пояснительная записка к курсовому проекту

«Проектирование водопроводной насосной станции второго подъема»

Выполнила студентка гр.ВВу-3

Коротяева Анна

Принял доктор т.н., профессор

Васильев В.М.

Санкт - Петербург

2009

Содержание

1. Исходные данные

2. Разработка проекта водопроводной насосной станции 2 подъема с водонапорной башней в конце сети

2.1 Определение режима работы, количества и производительности рабочих насосов

2.2 Определение емкости резервуара водонапорной башни

2.3 Определение потребного напора насоса

2.4 Подбор марки насоса

2.5 Определение потребной мощности электродвигателя и его подбор

2.6 Проверка необходимости установки специальных противопожарных насосов

2.7 Определение количества резервных агрегатов

2.8 Определение отметки оси насосов

2.9 Составление вертикальной схемы насосной станции

2.10 Уточнение величин потребного напора и геометрической высоты всасывания

2.11 Вычисление потребности в обточке колес

2.12 Выбор вакуум-насосов, дренажного насоса и грузоподьемных устройств

2.13 Анализ совместной работы насосной станции и сети

2.14 Определение себестоимости подачи воды

насос резервуар станция производительность

1. Исходные данные:

Насосная станция первого подъема

1.Место нахождения нас.ст.: Новгородская область

2.Суточный расход воды: 40000 м3/сут

3.Расход воды противопожарные нужды: 3 • 30 л/с

4.Отметка поверхности земли у нас.ст.: 67,0 м

5.Отметка наинизшего уровня воды водозаборного колодца: 66,0 м

6.Отметка подачи воды на очистные сооружения: 75,0 м

7.Расстояние от нас.ст. до водозаборного колодца: 25,0 м

8. Расстояние от нас.ст. до очистных сооружений: 450,0 м

9.Характер водоема: река

10.Характер грунта: супесь

11.Местоположение грунтовых вод: 64,1 м

Насосная станция второго подъема

1.Распределение расхода по часам суток:

2.Отметка наинизшего уровня в резервуаре чистой воды: 64,0 м

3.Отметка поверхности земли у насосной станции: 67,0 м

4.Отметка поверхности земли в расчетной точке при пожаре: 71,0 м

5.Отметка поверхности земли у водонапорной башни: 74,5 м

6.Высота водонапорной башни до дна резервуара: 25,0 м

7.Расстояние от здания нас.ст. до р.ч.в.: 20,0 м

8.Местоположение башни по отношению к сети: в конце

9.Потери напора в сети при подаче воды транзитом в башню: 8,4 м.в.ст.

10.Потери напора в сети при максимальном хоз. и противопож. расходах: 10,1 м.в.ст.

11.Длина водовода от нас.ст до городской сети: 440,0 м

2.Разработка проекта водопроводной насосной станции 2 подъема с водонапорной башней в конце сети

2.1 Определение режима работы, количества и производительности рабочих насосов

На основании заданных величин максимальной суточной производительности насосной станции и степени неравномерности водопотребления в течение суток намечается режим работы, а также количество и производительность рабочих насосов. Работа насосов принимается преимущественно ступенчатой. В час максимального водопотребления подача воды в сеть от башни составляет 8 - 12 % расхода воды по объекту в данный час. При определении числа рабочих насосов и графика подачи следует по возможности обеспечить равномерность их работы. При определении числа рабочих насосов и составлении графика работы насосов необходимо учитывать влияние параллельного включения на подачу насосов.

Исходя из графика водопотребления принимаются 3 насоса, при этом выполняются все необходимые условия: подача воды в сеть от водонапорной башни в час максимального водопотребления составляет 12% расхода и равна 244,8 м3, следовательно подача насосной станции составит 1795,2 м3/ч; максимальная подача воды транзитом в бак водонапорной башни составляет: 12% расхода воды в сети в данный час.

Qмах = 2040 м3/ч

Qн.ст = 2040 - 2040 / 100 • 12 = 1795,2 м3/ч

Qн = 1795,2 / 3 = 598,4 м3/ч

Q1н = 1795,2 / 3 • 1 • 1,18 = 706,112 м3/ч

Q2н = 1795,2 / 3 • 2 • 1,11 = 1328,448 м3/ч

Q3н = 1795,2 м3/ч

Определение потребной подачи насосов

часы суток	часовой расход	подача воды насосами,м3/ч	поступление воды в резервуар	наличие воды в баке	режим работы насосов
	%	м3/ч		+	-
1	2	3	4	5	6	7
0-1	3,5	1400	1328,45	71,55		81,15	2 насоса
1-2	3,4	1360	1328,45	31,55		112,70	2 насоса
2-3	3,35	1340	1328,45	11,55		124,26	2 насоса
3-4	3,2	1280	1328,45		48,45	75,81	2 насоса
4-5	4,35	1740	1328,45	411,55		487,36	2 насоса
5-6	4,45	1780	1795,2		15,20	472,16	3 насоса
6-7	3,9	1560	1795,2		235,20	236,96	3 насоса
7-8	4,25	1700	1795,2		95,20	141,76	3 насоса
8-9	4,7	1880	1795,2	84,80		226,56	3 насоса
9-10	5,1	2040	1795,2	244,80		471,36	3 насоса
10-11	4,5	1800	1795,2	4,80		476,16	3 насоса
11-12	4,35	1740	1795,2		55,20	420,96	3 насоса
12-13	4,25	1700	1795,2		95,20	325,76	3 насоса
13-14	3,85	1540	1328,45	211,55		537,31	2 насоса
14-15	4	1600	1510,91	89,09		626,40	2-3 насоса
15-16	4	1600	1795,2		195,20	431,20	3 насоса
16-17	4,15	1660	1795,2		135,20	296,00	3 насоса
17-18	4,5	1800	1795,2	4,80		300,80	3 насоса
18-19	4,7	1880	1795,2	84,80		385,60	3 насоса
19-20	4,15	1660	1795,2		135,20	250,40	3 насоса
20-21	4,15	1660	1795,2		135,20	115,20	3 насоса
21-22	4,2	1680	1795,2		115,20	0,00	3 насоса
22-23	4,8	1920	1795,2	124,80		124,80	3 насоса
23-24	4,2	1680	1795,2		115,20	9,60	3 насоса
?=	100	40000	40000	1375,65	1375,65

2.2 Определение емкости резервуара водонапорной башни

W - полный объем бака башни.

W = Wрег + Wпож

Wрег - регулирующий объем , принимается равным максимальному значению графы 7 таблицы суточного водопотребления.

Wпож - объем воды , идущий из башни в течение первых 10 минут пожара.

Wпож = 2 • (qн + qвн) • 60 • 10 / 1000 = 2 • (25 + 2,5 ) • 60 • 10 / 1000 = 33,0 м3

W = 626,4 + 33,0 = 659,4 м3

Принимаю типовую стальную башню с ж/б резервуаром емкостью Wр = 800 м3

Нрб = 0,855 • 3v800 = 7,9 м

Dб = 1,22 • 3v800 = 11,3 м.

2.3 Определение потребного напора насоса при расположении башни в конце сети

Hпотр = (Zб - Zрчв) + hдна бака + H рб + hвс тр + h нст + h нап тр + hзап +hсети

Zб = 74,5 м., отметка поверхности земли у водонапорной башни.

Zрчв = 64,0 м , отметка низшего уровня в РЧВ.

hдна бака = 25,0 м, высота водонапорной башни до дна резервуара.

H рб = 7,9 м , средняя глубина воды в резервуаре водонапорной башни.

hсети= 8,4 м, потери напора в наружной сети при подаче воды в транзитном резервуаре башни.

h нст = 5,0 м , потери напора внутри насосной станции.

hзап= 1,0 м

h нап тр = 1,02 м , потери напора в напорном водоводе.

hвс тр = 0,046 м , потери напора во всасывающем водоводе.

Qнап = 1795,2 / 2 =897,6 м3/ч = 249,3 л/с

Qвс = 1795,2 / (2 - 1) = 1795,2 м3/ч = 498,7 л/с

Трубы стальные :

Qнап = 249,3л/с ; dнап = 900 мм ; V = 1,398 м/с ; 1000i =2,39

Qвс = 498,7л/с ; dвс = 1200 мм ; V = 1,585 м/с ; 1000i = 2,108

hвс = в • i • l = 1,11 • 2,108 /1000 • 20,0 = 0,046 м ,

hнап = в • i • l = 1,11 • 2,388 / 1000 • 440,0 = 1,02м.

Нпотр = 74,5 - 64,0 + 25,0 + 7,9 + 0,046 + 5,0 + 1,02 + 1,5+8,4 = 59,37 м.

2.4 Подбор марки насоса

С учетом полученных значений потребного напора и подачи , принимаю к установке 3 насоса типа Д 800 - 57 с числом оборотов n = 1450 об/мин. Уточним рабочие параметры насоса:

2.5 Определение потребной мощности электродвигателя и его подбор.

Мощность потребляемая на валу насоса:

N = с • g • Q • H / (1000 • ?) = 1000 • 9.81 • 706,112 • 59,37 / ( 1000 • 0.83 • 3600) = 137,64 кВт.

N дв =1,15 • 137,64 = 158,28 кВт

Принимаю электродвигатель марки АО - 102 - 4 с мощностью 160 кВт

Габаритные размеры и характеристика агрегата.

Марка	Эл.двигатель	А	Б	В	Г	Д	Е	Ж	З	И	К	Л	М	Н	О	П	Р	С	n	Масса, кг.
	тип	Мощн., кВт	мм.		насоса	агрегата
Д 800-57	АО102-4	160	2545	1170	1200	680	840	755	855	945	1030	325	680	1360	378	280	570	700	521	6	877	2953

Марка насоса	Всасывающий патрубок	Нагнетательный патрубок
	D	D1	D2	d	n	D3	D4	D5	d1	n
	мм		мм
Д800-57	300	370	440	23	12	250	350	390	23	12

2.6 Проверка необходимости установки специальных противопожарных насосов

Qхозмах = 498,7л/с ; Qпож = 55 л/с

УQ = 498,7 + 55,0 = 553,7 л/с

Qнап = 553,7 / 2 = 276,85 л/с

Qвс = 553,7 / (2 - 1) = 553,7 л/с

Qнап = 276,85 л/с ; V = 1,32 м/с ; 1000i = 4,41 , d = 500 мм,

Qвс = 553,7 л/с ;V = 1,41 м/с ; 1000i = 3,36 , d = 700 мм.

hвс тр = 1,11 • 20,0 • 3,36 / 1000 = 0,075 м ,

h нап тр = 1,11 • 440,0 • 4,41 / 1000 = 2,15 м.

Hпотр пож = Zдт + 10,0 - Zрчв + hвс пож + hнст пож + hнап пож + hс пож

Zдт =71,0 м , 10,0 - свободный напор , Zрчв = 64,0 м , hвс пож = 0,075 м , hнст пож = 3,0 м ,

hнап пож = 2,15 м , hс пож = 10,1 м.

Нпотр пож = 71,0 - 64,0 + 10,0 + 0,075 + 3,0 + 10,1 + 2,15 = 32,33 м.

Выбранный насос подает необходимый при пожаре расход, следовательно установки специальных пожарных насосов не требуется.

2.7 Определение количества резервных агрегатов

Поскольку насосная станция второго подъема , согласно СНиПу , принадлежит к первой категории надежности , то принимаю два резервных насоса той же марки , что и рабочие агрегаты.

2.8 Определение отметки оси насосов

Определение геометрически допустимой высоты.

, где

- допустимый кавитационный запас равен 4,0 м;

- потери во всасывающей линии насоса равны 0,046 м;

- зависит от температуры воды, принимаем равным 0,12 м.вод.ст;

=10,33 м.вод.ст:

H гдоп = 10,33 - 0,12 - 4,0 - 0,046 = 6,16 м.

Zоси нас = Zрчв + H гдоп = 64,0 + 6,16 = 70,16 м.

Zпола = Zнас - Р - 0,5 = 70, 16 - 0,7 - 0,5 = 68,69 м.

2.9 Составление вертикальной схемы насосной станции

Так как отметка пола насосной станции выше отметки земли у насосной станции, устраиваем надземную насосную станцию. Все трубопроводы внутри станции укладываются в каналах.

Насосные агрегаты, внутристанционные трубопроводы, водомерные узлы и арматура.

Диаметр трубопроводов внутри насосной станции:

Q = 1795,2 / 3 =598,4 м3/ч = 166,22 л/с

Трубы стальные :

dнап =300 мм ; V = 2,20 м/с ; 1000i =23,6

dвс = 400 мм ; V = 1,24м/с ; 1000i = 5,18

Всасывающий трубопровод:

1. Колено Ш 1200 (2шт.)

2. Задвижка Ш 1200 (6шт.)

3. Тройник переходной Ш 1200х400 (5шт.)

4. Колено Ш 400 (9шт.)

5. Задвижка Ш 400 (5шт.)

6. Переход Ш 400х300 (5шт.)

Нагнетающий трубопровод:

1'. Колено Ш 900 (2шт.)

2'. Задвижка Ш 900 (6шт.)

3'. Тройник переходной Ш 900х300 (5шт.)

4'. Колено Ш 300 (15шт.)

5'. Задвижка Ш 300 (5шт.)

6'. Переход Ш 300х250 (5шт.)

7'. Обратный клапан Ш 300 (5шт.)

2.10 Уточнение величин потребного напора и геометрической высоты всасывания

наименование сопротивления	коэф. ж	расчетная формула	кол-во, шт	потери h, м.
Всасывающая линия
Колено 90°	0,5	h=ж*(V^2)/(2g)	1	0,064
Колено 90°	0,5		3	0,118
Задвижка	0,1		4	0,051
Задвижка	0,1		1	0,008
тройник на проход	1,5		2	0,384
тройник на поворот	1,5		2	0,235
переход суживающийся	0,1		1	0,118
потери по длинне		h=i*l		0,003
				0,981
Напорная линия
переход расширяющийся	0,25	h=ж*(V^2)/(2g)	1	0,062
обратный клапан	1,7		1	0,419
Задвижка	0,1		1	0,025
Задвижка	0,1		4	0,040
Колено 90°	0,5		3	0,370
Колено 90°	0,5		1	0,050
тройник	0,1		3	0,030
тройник на поворот	1,5		1	0,370
потери по длинне		h=i*l		0,009
				1,374

Hнст = hвс + hнап = 0.981+ 1.374= 2.355 м.

Уточняю потребный напор насоса :

Hпотр = (Zб - Zрчв) + hдна бака + H рб + hвс тр + h нст + h нап тр + hзап +hсети

Нпотр = 74,5 - 64,0 + 25,0 + 7,9 + 0,046 + 2,355 + 1,02 + 1,5+8,4 = 56,725 м.

2.11 Вычисление потребности в обточке колес

Поскольку вычисленная величина потребного напора при подаче Q = 598,4 м3/ч = 166,22л/с значительно меньше , чем напор , создаваемый насосом марки Д 800 - 57 при стандартном размере рабочего колеса D = 432 мм, мне необходимо выполнить обточку рабочего колеса и тем самым создать рабочее колесо для своих значений H и Q.

Q0 = 166,22 л/с, H0 = 56,725 м.

При обточке колеса изменение параметров насоса подчиняется следующим опытным зависимостям :

Q / Q0 = D / D0 ;

H / H0 = (D / D0 )2 ;

(Q / Q0)2 = (D / D0 )2 ;

H / Q2 = H0 / Q02 = К

Вычисляю постоянную К :

К = 56,725 / 166,222 = 0,0022

Q = 194,4 л/с , H = 0,0022 • 194,42 = 83,14 м.

H = 64,0 м, Q = 172,0 л/с , К = 64,0 / 172,02 = 0,0021

Вычисляю диаметр обточенного колеса :

D0 = D • Q0 / Q = 432,0 • 166,22 / 172,0 = 417,48 мм.

Определяю процент обточки :

m = (D - D0 ) / D • 100 % = (432,0 - 417,48) / 432,0 • 100 % = 3,36 %

Устанавливаю коэффициент быстроходности колеса насоса, что при колесах с двухсторонним подводом воды к колесу под корень вводится половина подачи насоса при оптимальном режиме его работы, т.е при максимальном КПД.

ns = (3,65 • n • vQн / 2 ) / Нн3/4 = (3,65 • 1450 • v 0,230 / 2) / 56,725 3/4 = 86,83.

При ns = 86,83 обточка рабочего колеса на 3,36 % допустима.

2.12 Выбор вакуум-насосов, дренажного насоса и грузоподьемных устройств

Так как насосная станция принята с вакуумметрической высотой всасывания, то необходимо подобрать вакуум насос.

Подбор производится по производительности насоса, которая в свою очередь определяется по формуле:

, где

- объем всасывающего трубопровода, не залитого водой,

Wтр = р • d2 • l / 4 = 0,42 • 3,14 • 20,0 / 4 = 2,51 м3

- коэффициент запаса(1,051,10), принимаю 1,1;

- объем всасывающей полости (0,10,3), принимаю 0,3 ;

- атмосферное давление, ,33 м.вод.ст;

- время запуска насоса, для хозяйственно-питьевых насосов мин.

- геометрически допустимая высота всасывания, 6,16 м;

Qв = 1,1 • (2,51 + 0,3) • 10,33 / 5 • ( 10,33 - 6,16) = 1,53 м3/мин.

Принимаю 2 насоса марки ВВН-3НУХЛ4 с подачей 3м3/мин, с электродвигателем ВАО-51 мощностью 7,5кВт и частотой вращения 1500об/мин.

Подбор дренажных насосов.

В качестве дренажных насоса принимаю моноблочный одноступенчатый насос для подъема грязной воды типа ГНОМ10-10 с подачей 10м3/ч и напором 10м с расчетом сброса воды в канализацию. Объем приямка рассчитывается исходя из 10-15 минутной производительности насоса.

Количество насосов 2шт: 1-рабочий; 2-резервный. К приямкам устраиваются лотки с уклоном =0,0020,005, размерами: ширина - 0,1м; глубина - 0,05м.

Для транспортировки подлежащего замене или ремонту устройства, за пределами насосной станции, я использую грузовой автомобиль марки ГАЗ - 53А грузоподъемностью 4,0 т. Основные размеры :

длина - 6995 мм,

ширина - 2380 мм,

высота - 2220 мм.

Произвожу подбор грузоподъемных устройств.

В качестве грузоподъемного устройства использую кран-балку. Так как самым тяжелым грузом в данной насосной станции является насосный агрегат, то принимаем кран подвесной электрический однобалочный с грузоподъемностью крана до 3,0 тонн, с электрическим приводом . Продрльные пути кран - балки подвешиваются к балкам перекрытия. На уровне основания подкрановой балки и выше стены выкладываются в полтора кирпича, с тем чтобы можно было разместить подкрановую балку.

Определяю высоту насосной станции.

При определении высоты насосной станции следует исходить из следующих величин:

1.Высота автомобиля - 2220 мм,

2.Дополнительная высота - 500 мм,

3.Высота насоса В - 1200 мм,

4.Высота подкранового оборудования - 755 мм,

5.Размер двутавров, по которым передвигается грузоподъемное устройство - 600 мм,

6.Длины строп - 600 мм,

7. 100 мм.

Н = 2220 + 500 + 1200 + 755 + 600 + 600 + 100 = 6000мм.

Принимаю высоту насосной станции 6м.

2.13 График совместной работы сети и насосной станции

H=Нст+SQ2

Откуда известно, что SQ2= 0,046 + 2,355 + 1,02 + 1,5 + 8,4=13,321м

S=Н/Q2=13,321/3222743,04= 0,0000041.

Исходя из зависимости H=Нст+SQ2 и задаваясь Q, находим Н и строим график совместной работы.

S	Q	H
0,0000041	200	0,165337
0,0000041	400	0,66135
0,0000041	600	1,488037
0,0000041	800	2,645399
0,0000041	1000	4,133435
0,0000041	1200	5,952147
0,0000041	1400	8,101533
0,0000041	1600	10,58159
0,0000041	1800	13,39233
0,0000041	2000	16,53374
0,0000041	2200	20,00583
0,0000041	2400	23,80859
0,0000041	2600	27,94202

2.14 Определение себестоимости подачи воды

Определяю себестоимость подачи воды или удельную норму расхода электроэнергии, которая тратится при подъеме на 1 м 1000 т воды.

Nуд = 2,724 / (? дв • ?н) = 2,724 / (0,8 • 0,93) = 3,66 кВт • ч / (1000 т • м ).

1. Размещено на www.allbest.ru