Проектирование насосной станции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В соответствии с назначением насосные станции подразделяются на станции водоснабжения, орошения, осушения и дренажные насосные станции. По производительности насосные станции делятся на 3 группы: малые (Q<1 м3), средние (1 м3/с<Q<10 м3/с), большие (10 м3/с<Q<100 м3/с) и уникальный (Q>100 м3/с) в зависимости от расхода, который они должны подавать.

В данном проекте разрабатывается большая насосная станция, рассчитанная на подачу 51 м3/с воды и предназначенная для орошения.

Для подачи воды от водоисточника до орошаемой территории используются следующие сооружения:

Водозаборные сооружения, предназначенные для забора воды из водоисточника.

Подводящий канал - используется для подведения воды от водозаборных сооружений к аванкамере и водоприемнику.

Аванкамера предназначена для равномерного перехода от подводящего канала к водоприемнику.

Водоприемник - коробчатое сооружение, разделенное быками на секции, число которых равно числу насосных агрегатов. Предназначен для подвода воды из аванкамеры к всасывающим трубам насосов.

Здание насосной станции, включающее в себя все насосы, электродвигатели, задвижки и внутристанционные трубопроводы.

Насосные трубопроводы. Предназначены для перекачки воды из насосной станции (от напорных агрегатов) к водовыпуску.

Водовыпуск расположен на отметке земли, на которую надо подавать воду для орошения. Предназначен для сопряжения трубопроводов с магистральным каналом, для предотвращения обратного тока воды.



1. Предварительное определение расчетного напора

Рабочий напор насосной станции необходимо определить для того, чтобы подобрать насосные агрегаты, которые нужно установить в насосной станции.

Рабочий напор определяется по формуле:

где: Нг - геометрический напор;

Дh - потери напора по длине.

где: - отметка максимального уровня воды в магистральном канале,

- отметка минимального уровня воды в реке.

Потери напора по длине в трубопроводе составляют 3 м на 1 км.

=

где: - отметка максимальной горизонтали;

- отметка минимальной горизонтали;

Дh - разность между max и min уровнями воды в реке (определяем по гидрографу).

Определим величину геометрического напоры:

Нг = 63,5 - 17,3 = 46,2 м.

Предполагая, что насосная станция расположена по центру между водозаборным сооружением и водовыпуском, длина трубопровода составит 0,6 км. Вычислим потери напора по длине:

Дh = 0,6 Ч 3 = 1,8 м

Определим рабочий напор:

По рабочему напору выберем насосный агрегат из каталога [1]. В данной насосной станции будем использовать насосы центробежные вертикальные марки 200ВЦ-16/63:

Qр = 17 м3/с

nоб = 250 об/мин.

Число насосных агрегатов определим по графику водопотребления - 3 агрегата.

Максимальный расход насосной станции составит:

Qmax = Qp Ч 3 = 17 Ч3 = 51 м3/с

2. Расчет параметров подводящего и магистрального каналов

При расчете подводящего и магистрального каналов необходимо учесть следующие основные принципы проектирования:

Потеря на фильтрации должна быть минимальной;

Площадь отчуждения земель должна быть минимальной;

Сохранность прилегающих земель;

Обеспечение комплексной механизации производства работ;

Эксплуатационные затраты при функционировании системы должны быть минимальны.

Канал проектируется в основном выемки, полувыемки и полунасыпи (в крайнем случае насыпи).



Рис.1 Поперечный разрез канала

h - глубина канала; b - ширина канала по дну; а - превышение отметки гребня дамбы над максимальным уровнем воды в канале

Для необлицованного канала с расходом Qmax = 51 м3/с превышение гребня дамбы и коэффициент шероховатости составляют [2]:

а=0,6 м

n=0,02

В зависимости от вида руслорасполагающего грунта выбираем максимальную неразмывающую скорость: для супеси - хг.н. = 0,57 м/с [2]. Коэффициент заложения откоса m=1,5.

Вычислим площадь гидравлически наивыгоднейшего сечения канала:

Рассчитаем относительную ширину канала по дну вг.н.:

1

Определим размеры канала:



Перейдем от гидравлически наивыгоднейшего сечения к улучшенному каналу. Найдем высоту сечения канала. Для этого введем коэффициент глубины Ah:

где: y = 1,3 = 1,3

АВ = 0,98 - коэффициент изменения скорости.

Тогда:

Так как Аh = h/hг.н., тогда:

h = hг.н. Ч Аh = 6,51 Ч 0,78 = 5,07 м.

Пересчитаем площадь живого сечения с учетом изменения скорости:

Округлим полученную величина: b = 11 м.

Уточним значение глубины наполнения канала, исходя из условия постоянства площади живого сечения щ.

Окончательно принимаем параметры канала:

b =11,00 м

h = 4,95 м

Для полученных геометрических характеристик канала рассчитаем значение уклона дна канала, который обеспечивал бы скорость в нем u = AВ хг.н. =0,98 Ч 0,57 = 0,559 м/с. Для этого найдем:

- относительная ширина канала по дну:

- смоченный периметр:

ч =

- гидравлический радиус:

- коэффициент Шези:



Вычислим уклон дна:

Построим график зависимости глубины и уровня воды в канале от расхода h=f(Q) (рис.1 приложение 1). Для этого вычислим значения переменных величин при b=const и i=const. Значения сведем в таблице 1

Таблица 1 Расчет зависимости глубины и уровня воды в канале от расхода h=f(Q)

h	b	щ	ч	R	C			v	Q
м	м	м2	м	м		м1/2		м/с	м3/с
6,00	11,00	120,00	32,63	3,68	58,93	1,92	0,0052	0,588	70,60
4,95	11,00	91,20	28,85	3,16	60,57	1,78	0,0052	0,559	51,00
4,00	11,00	68,00	25,42	2,68	62,13	1,64	0,0052	0,530	36,03
3,00	11,00	46,50	21,82	2,13	63,39	1,46	0,0052	0,481	22,38
2,00	11,00	28,00	18,21	1,54	64,53	1,24	0,0052	0,416	11,65
1,00	11,00	12,50	14,61	0,86	64,53	0,93	0,0052	0,312	3,90

Для расчета Qфорс используем формулу:

Qфорс=Kфорс Ч Qmax = 1,05 Ч 51 = 53,6 м3/с

Где: Kфорс = 1,05 - принимаем в зависимости от Qmax [2].

По рисунку 1 приложения 1 определим глубины потока в канале для соответствующих расходов:

Qфорс= 53,6 м3/с hфорс=5,07 м

Qmax = 51 м3/с hmax = 4,95 м

Qmin = 17 м3/с hmin = 2,5 м

Считаем отметки уровня воды в канале:



3. Определение средневзвешенного геометрического напора

Средневзвешенный геометрический напор выбирается из условий равенства работы, производимой насосной станцией при работе по графику водопередачи при постоянном средневзвешенном геометрическом напоре, и работы, совершаемой насосной станцией при работе по графику водоподачи, но при переменном геометрическом напоре:

Таким образом средневзвешенный геометрический напор равен:

По рисунку 2 определим глубину и отметку уровня воды в канале при работе двух насосов Q=34 м3/с:

Q=34 м3/сh=3,75 м

Результаты расчета сведены в таблице 2.



сроки полива	Т	Q			Нг	QЧTЧHг	QЧT	h
	сут.	м3/с	м	м	м			м	м
Т1	30	17	19,00	60,50	41,50	21 165	510	2,50	16,40
Т2	10	17	17,00	60,50	43,50	7 395	170	2,50	14,40
Т3	41	34	17,00	61,75	44,75	62 382	1 394	3,75	13,15
Т4	30	34	18,50	61,75	43,25	44 115	1 020	3,75	14,65
Т5	31	17	18,50	60,50	42,00	22 134	527	2,50	15,90
Т6	11	17	18,50	60,50	42,00	7 854	187	2,50	15,90
Т7	30	51	17,30	62,95	45,65	69 845	1 530	4,95	12,25
	234 890	5 338

- порог подводящего канала.

Тогда средневзвешенный геометрический напор равен:

В качестве расчетного значения принимаем наименьшее из вычисленных в таблице 2:

4. Определение местоположения насосной станции

Построение продольного профиля

Для предварительного выбора месторасположения насосной станции построим продольный профиль (рис.2, приложение 1).

Предварительно располагаем насосную станцию посередине участка, крайние точки которого соответствуют выемке 5 и 8 метров. В соответствии с получившимся положением насосной станции, определяем, что длина трубопровода будет меньше 300 м.

Определение числа ниток трубопровода

Число трубопроводов выбираем исходя из следующих условий:

- при длине трубопровода более 300 м число ниток трубопровода должно быть меньше числа насосов;

- на 1 трубопровод должно приходиться не более 3 насосов;

- при максимальных расходах более 10 м3/с трубопроводов должно быть не менее двух;

- максимальный диаметр трубопровода равен 2 200 мм.

В данном случае предварительная длина трубопровода менее 300м, при этом используется 3 насосных агрегата. Учитывая эти данные принимаем число нитей равным nтр = 3.

Определение экономически наивыгоднейшего диаметра трубопровода

В данном проекте используем стальные трубы.

Определим расчетный расход трубопровода:

В соответствии с получившимися расчетным расходом, принимаем dтр = 3000 мм.

Определение местоположения насосной станции

Место, где следует расположить насосную станцию выбирается из условия равенства затрат на прокладку трубопровода и затрат на земляные работы:

Стоимость строительства 1 м.п. канала можно вычислить по формуле:

где: F - площадь выемки грунта, вычисляется по формуле

F=(b+mЧHвыем.)Ч Hвыем;

=1.0 р/м3 - стоимость выемки 1 м3 грунта.

Стоимость укладки одного погонного метра трубопровода определяем по таблице в зависимости от диаметра трубопровода. Для dтр = 3000 мм - = 610 р/м.п.

Вычислим глубину выемки:

Hвыем = 31.45 м.

Полученная глубина выемки больше глубины выемки в точке расположения водовыпуска, что говорит о том, что насосную станцию необходимо расположить на отметке

12,25 + Hвыем = 43,7.

магистральный трубопровод насосный дифузор

Тогда принимаем внутристанционные потери Дh = 1м и получаем:

Нр = 44,0 + 1= 45 м

Проектирование здания насосной станции

Средние и крупные насосные станции бывают двух типов: камерные и блочные.

В нашем случае блочное здание насосной станции. Всасывающая труба отливается из бетона в основании станции. Насос располагается в сухом помещении ниже минимальной отметки УВ НБ. Двигатель располагается, как правило, на незатопленных отметках, выше максимальной отметки УВ НБ. Блочные здания применяются для осевых и крупных вертикальных центробежных насосов.

В данном проекте используем насос с электродвигателем, выбираем из пособия - ВДС 2-375/130-24 [1].

Определение высоты подземной части здания насосной станции

Изобразим минимальный и максимальный уровни воды в нижнем бьефе и проведем ось насоса

где: А = 1 м - ветровой запас;

НS = 5,50 м - геометрическая высота всасывания насоса [1];

С = 6,40 м - расстояние от отметки пола до оси насоса [1];

hф - высота фундамента, рассчитываем по формуле:

Тогда

Hпч = 1+(19-17)+5,5+6,4+1,9=18,6 м

Определение ширины здания насосной станции

Ширина подземной части здания насосной станции определяется по формуле:

Впч = Внч = А + K + дст

где: А = 8,9 м - длина всасывающей трубы [1];

K = 2,1 м - расстояние от вертикальной оси насоса до стенки [1];

дст = 0,8 м - ширина стены при Hпч > 8 м.

Тогда:

Впч = Внч=8,9+2,1+0,8=11,8 м

Окончательно принимаем ширину надземной и поземной частей 12 м.



где: Dнап.фл =1,92 м - диаметр фланца напорного патрубка;

Dвн.ст. - диаметр внутристанцеонного трубопровода, рассчитываемого из условия обеспечения в нем скорости 2,5 - 3,0 м/с

Примем Dвн.ст.=3,0 м

Определение высоты надземной части здания насосной станции

Высота надземной части здания насосной станции определяется по формуле:

Ннч = (hстатора + hротора) + hзазора + hзахв.устр. + hкрана + hп

hстатора = 1750 мм - высота статора;

hротора = 3750 мм - высота ротора;

hзазора = 0,5 м - высота зазора;

hзахв.устр. = 0,7 м - высота захватного устройства (гибкая сцепка);

hкрана = 4,60 м - высота крана;

hп = 0,2 м - потолочный запас.

Модификация крана определяется в зависимости от требуемой грузоподъемности, которая должна обеспечивать перемещение самого тяжелого элемента. В нашем случае самый тяжелый элемент - электродвигатель (m = 134,3 т), для которого подбираем мостовой кран с электроприводом грузоподъемностью 160/32 т.

Тогда:

Ннч = 1,750 + 3,750 + 0,5 + 0,7 + 4,60 + 0,2 = 11,5

Увеличив потолочный запас примем Ннч = 12 м.

Определение длины здания насосной станции

Длина здания насосной станции определяется из расчета расположения основного оборудования (в нашем случае самый габаритный элемент - вертикальный центробежный насос).

Lзд = Lос Ч 3 + lм.п. + 2дст

где:

Lос = Lн + lпр = 5,8 + 1,5 = 7,3 м - расстояние между осями основного насосного оборудования;

lмп = Lн + 1 + 1,2 = 8 м - размер монтажной площадки.

Тогда длина здания насосной станции будет ровна:

Lзд = 7,3 Ч 3 + 8 + 2 Ч 0,8 = 31,5 м

Так как длина здания должна быть кратна 6м, примем длину здания Lзд = 36 м.

Размещено на Allbest.ru