Водопроводная насосная станция 2-го подъема

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт инженерно-экологического строительства и механизации

Кафедра водоснабжения

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Насосы и насосные станции»

Тема: «Водопроводная насосная станция 2-го подъема»

Москва 2016 г.

1. РАСЧЕТНЫЕ РАСХОДЫ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ

Все основные виды водопотребления в городе могут быть отнесены к следующим категориям:

1. Хозяйственно-питьевые нужды населения;

2. Нужды местной промышленности;

3. Производственные нужды п/п:

хозяйственно-питьевые нужды рабочих;

технологические нужды;

4. Поливка территорий населённых пунктов, поливка зелёных насаждений;

5. Тушение пожаров.

В данном курсовом проекте задан общий средний суточный расход воды в городе.

1.1 Расход воды на хоз-питьевые нужды населения

Насосная станция рассчитывается на максимальный расход воды в населенном пункте - в сутки наибольшего водопотребления.

Расчётный (средний за год) суточный расход воды на хоз-питьевые нужды населения в городе определяется в соответствии с п. 2.2 СНиП 2.04.02-84 по формуле:

, (м3/сут),

где q - удельное водопотребление, принимаем по табл. 1 СНиП 2.04.02-84 в зависимости от степени благоустройства зданий.

Поскольку суточный расход воды у нас задан, то определяем число жителей в населенном пункте N из расчета, что q = 250 л/(чел·сут):

чел.

Расчётный расход в сутки наибольшего водопотребления определяется по формуле:

,

где - коэф. суточной неравномерности, определяется по СНиП 2.04.02-84;

= 1,1-1,3. Принимаем = 1,2.

м3/сут

Расчётный максимальный часовой расход воды в сутки наибольшего водопотребления определяется по формуле:

,

где - коэф. часовой неравномерности;

;

- коэф., учитывающий степень благоустройства зданий, по СНиП 2.04.02-84 = 1,2 - 1,4;

Принимаем = 1,3;

- коэф. учитывающий число жителей в населённом пункте, принимаем по табл.2 СНиП 2.04.02.-84;

= 1,1

м3/час = 496,5 л/с.

1.2 Расход воды на противопожарные нужды

Система водоснабжения должна обеспечить возможность подачи требуемых количеств воды к месту пожара в любой момент. Расчётное количество пожаров в городе и на промпредприятии и расчётный расход воды на наружное пожаротушение, а так же количество одновременных пожаров принимается по СНиПу.

Для города в зависимости от числа жителей по табл. №5 СНиПа, а для промпредприятия - в зависимости от степени огнестойкости здания и категории производства по пожарной опасности по табл. №7 СНиПа.

Для условий данного проекта (N = 100 000 чел) по табл. 5 СНиП принято 3 одновременных пожара. В городе расчётный расход на 1 пожар равен 40 л/с, а на промпредприятии - 15 л/с (по заданию).

Для объединённой системы пожаротушения в населённом пункте и на промпредприятии, расположенного вне населенного пункта, суммарный расход воды на пожаротушение принимается по п. 2.23 СНиП в зависимости от числа жителей в населенном пункте. В нашем случае при числе жителей в населенном пункте более 25 тыс. чел. расход воды на пожаротушение принимается согласно табл. 5, при этом расход воды следует определять как сумму потребного большего расхода (на предприятии или в населенном пункте) и 50 % потребного меньшего расхода (на предприятии или в населенном пункте). Расход воды на пожаротушение на промпредприятии составляет 15 л/с, что меньше расхода воды в городе, поэтому общий расход на пожаротушение составит:

л/с = 459 м3/час.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОДАЧИ И КОЛИЧЕСТВА НАСОСОВ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ И РЕГУЛИРУЮЩЕЙ ЕМКОСТИ ВОДОНАПОРНОЙ БАШНИ

2.1 Назначение режимов водопотребления и работы насосов

Расчётные суточные расходы воды принимаются в основу расчёта всей системы подачи и распределения воды. Режим работы сетей и непосредственно связанных с ними сооружений (насосов второго подъёма, водоводов и регулирующих ёмкостей) определяется режимом отбора воды из водопроводной сети объектом в отдельные периоды суток.

1. График работы насосной станции второго подъема (НС-II) должен быть максимально приближен к графику водопотребления;

2. Подача насосной станции первого подъема (НС-I) принимается равномерной в течение суток Q_НС-I = 100% / 24 = 4,17%;

3. Насосы на НС-II устанавливаются однотипные, число рабочих насосов - 3.

4. Подача трех насосов принимается на 0,4-0,6% меньше расхода воды в городе в час максимального водопотребления.

5. Объем бака водонапорной башни должен быть не более 800 - 1400 м³.

Момент, в который бак башни может оказаться пустым, следует назначать после периода наиболее длительного разбора воды из бака (обычно часы максимального водопотребления).

Подачи насосов назначаются в зависимости от режимов водопотребления, условий совместной работы насосов, водоводов и регулирующей емкости.

В таблице 1 приведен график водопотребления для (данные по водопотреблению - по табл. П1 методических указаний).

Подачу трех насосов принимаем равной на 0,46% меньше максимального водопотребления: Q_I+II+III = 5,96% - 0,46% = 5,5%. Полагая, что 5,5% в час подают три включенных насоса, определим подачи одного и двух насосов при совместной работе:

,

где 1,18 и 0,9 - коэффициенты пересчета для предварительного определения подач насосов.

График водопотребления города и подачи НС-I и НС-II приведен на рис. 1. Суммарный объем подаваемой НС-I воды должен быть равен 100 %:

2,16% · 2 часа + 3,9% · 12 часов + 5,5% · 7 часов + 2,6% + 2,38% + 5,4% = 100%.

Составим сводную таблицу работы насосной станции 2-го подъема, городской сети и водонапорной башни (табл. 1). Поступление воды в бак ВБ равно разнице между подачей НС-II и расходом города. Поступление воды из бака ВБ равно разнице между расходом города и подачей НС-II. Остаток воды в баке ВБ определяется как сумма остатка воды в баке за предыдущий час и поступления воды в бак/из бака башни (с положительным знаком при поступлении воды в бак ВБ и с отрицательным - при поступлении из бака ВБ). При получении отрицательного остатка воды в баке ВБ необходимо после завершения расчета увеличить все значения остатка воды в баке ВБ на величину наибольшего отрицательного значения.

Наибольший положительной и наибольшей отрицательной (по модулю) величин остатка в баке башни в графе 7 табл. 1 дает искомую величину регулирующего объёма бака башни в % от .

,

где - объём башни;

- регулирующий объём башни;

- противопожарный запас воды, хранящийся в ВБ, определяется из условий тушения в течение 10 мин одного наружного и одного внутреннего пожаров.

Расход воды на наружное пожаротушение определяется по СНиПу в соответствии с численностью населения и этажности зданий, на внутреннее - с нормами сантехнического оборудования зданий. Принимается 5 л/с.

м3;

м3;

м3;

Определим примерные размеры бака, исходя из соотношения H_б / D_б = 0,6 - 0,7:

м;

м;

Н_б = 9,3 · 0,7 = 6,5 м.

Принимаем размеры бака башни: D_б = 9 м, H_б = 7 м.

Таблица 1

Суточный баланс воды и режим работы насосов

Часы суток	Расход города, %	Подача воды НС-II, %	Количество работающих насосов	Поступление воды в бак ВБ (+) / из бака ВБ (-), %	Остаток воды в баке ВБ, % (1 расчет)	Остаток воды в баке ВБ, % (окончат.)
0-1	3,3	3,90	2	0,60	0,00	1,35
1-2	2,65	2,60	1 и 2	- 0,05	-0,05	1,30
2-3	2,65	2,16	1	- 0,49	-0,54	0,81
3-4	2,65	2,16	1	- 0,49	-1,03	0,32
4-5	2,65	2,38	1 и 2	- 0,27	-1,30	0,05
5-6	3,5	3,90	2	0,40	-0,90	0,45
6-7	3,6	3,90	2	0,30	-0,60	0,75
7-8	4,2	3,90	2	- 0,30	-0,90	0,45
8-9	5,1	5,50	3	0,40	-0,50	0,85
9-10	5,0	5,50	3	0,50	0,00	1,35
10-11	4,0	3,90	2	- 0,10	-0,10	1,25
11-12	4,0	3,90	2	- 0,10	-0,20	1,15
12-13	4,0	3,90	2	- 0,10	-0,30	1,05
13-14	5,27	5,50	3	0,23	-0,07	1,28
14-15	4,0	3,90	2	- 0,10	-0,17	1,18
15-16	4,0	3,90	2	- 0,10	-0,27	1,08
16-17	5,2	5,50	3	0,30	0,03	1,38
17-18	5,96	5,50	3	- 0,46	-0,43	0,92
18-19	5,96	5,50	3	- 0,46	-0,89	0,46
19-20	5,96	5,50	3	- 0,46	-1,35	0,00
20-21	5,0	5,40	2 и 3	0,40	-0,95	0,40
21-22	4,0	3,90	2	- 0,10	-1,05	0,30
22-23	3,85	3,90	2	0,05	-1,00	0,35
23-24	3,5	3,90	2	0,40	-0,60	0,75
?	100,0	100,0

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТМЕТОК РЕЗЕРВУАРА ЧИСТОЙ ВОДЫ (РЧВ)

Принимаем следующие значения отметок воды в РВЧ:

* отметка земли у РЧВ (по заданию) - 23,5 м;

* отметка максимального уровня воды в РЧВ (принимается на 0,5 м выше отметки земли) - 23,5 + 0,5 = 24,0 м;

* отметка дна резервуара (принимается из расчета глубины слоя воды в РЧВ равной 4 - 5 м) - 24,0 - 4,5 = 19,5 м;

* отметка уровня пожарного запаса (условно принимается на 2 м выше отметки дна РЧВ) - 19,5 + 2 = 21,5 м.

Рис. 1 График совместной работы НС-I, НС-II и городской водопроводной сети

4. РАСЧЕТНЫЙ НАПОР НАСОСНОЙ СТАНЦИИ

Полный расчётный напор насосов определяется для режима максимального хозяйственного водопотребления в городе и для режима при пожаре в час максимального водопотребления, а также проверяется для случая аварии на водоводах.

Подача насосной станции составляет:

Q_нас.ст = 5,5% • 30000 / 100 = 1650 м³/ч = 458 л/с.

При пожаротушении насосная станция подает полный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды, так как водонапорная башня при пожаре отключается:

Q^пож_нас.ст = 5,96% • 30000 / 100 + 459 = 2247 м³/ч = 624 л/с.

Согласно СНиП 2.04.02-84, для насосной станции I категории надежности принимаются как минимум 2 всасывающих и 2 напорных водовода. Принимаем 2 напорных водовода. Количество всасывающих водоводов принимается равным двум, поскольку длина каждого из них L_в = 55 м, т.е. находится в пределах L_в ? 50 м (по каждому водоводу обеспечивается 100 %-ная подача воды при выходе из строя другого водовода). Принимать для каждого насоса свою всасывающую линию от РЧВ в данном случае не экономично.

Подача воды по каждому водоводу составляет Q_вод = 458 / 2 = 229 л/с.

При пожаротушении: Q^п_вод = 624 / 2 = 312 л/с.

Расчётный напор насосов, м, определяется по формуле:

Н = Н_г + Уh + h_зап,

где Уh - потери напора во всасывающих и напорных трубопроводах по длине и на местные сопротивления, м;

h_зап = 2 - 4 - запас на потери напора в коммуникациях насосной станции, м;

Н_г - геометрическая высота подъёма воды, м:

* для случая максимального водопотребления:

Н_г = Z_б - Z_РЧВ + Н_б + Н_св,

где Н_б - высота воды в баке ВБ (Н_б = 7 м), м;

Н_св - свободный напор на излив воды, м; Н_св = 1;

Z_б - отметка дна бака водонапорной башни, м;

Z_РЧВ - отметка расчетного уровня воды в резервуаре чистой воды, м (принимается равной отметке уровня пожарного запаса воды);

* для случая пожара:

,

где Z_т - отметка поверхности земли в точке подключения водоводов к распределительной сети (для данного проекта - отметка земли в месте расположения водонапорной башни, так как башня находится в начале сети), м;

- отметка дна резервуара чистой воды, м;

- требуемый свободный напор при пожаре в точке подключения водоводов, м.

Получаем:

Н_г = 60,0 - 21,5 + 7 + 1 = 46,5 м;

= 29,0 - 19,5 + 16 = 25,5 м.

Потери напора в трубопроводах определяются по формулам:

Уh = h_вс + h_нап

h_вс = 1,2•i•L_вс

h_нап = 1,2•i•L_нап

где h_вс, h_нап - потери напора во всасывающей, напорной линиях;

i = A•Q²•k - гидравлический уклон.

Величина гидравлического уклона принимается по таблицам для гидравлического расчета водопроводных труб [2];

Q - расход воды по трубопроводу, м³/с;

L_вс, L_нап - длина всасывающего и напорного трубопровода, м.

Диаметры трубопроводов назначаются с учетом экономии затрат на их строительство и оплату электроэнергии, которая затрачивается на подачу по ним воды, т. е. с учетом экономического фактора. В таблицах для гидравлического расчета [2] по каждому диаметру жирными линиями выделены соответствующие области, в которой применение труб данного диаметра наиболее выгодно для указанных слева расходов. В любом случае диаметр трубопровода подбирается так, чтобы скорость лежала в рекомендуемых пределах (см. табл. 2).

Таблица 2

Рекомендуемые скорости движения воды в трубопроводах насосной станции

Диаметр труб Dу, мм	Скорости движения воды в трубопроводах насосных станций, м/с
	всасывающие	напорные
? 250	0,6 - 1	0,8 - 2
300 - 800	0,8 - 1,5	1 - 3
> 800	1,2 - 2	1,5 - 4

Для определения потерь напора при движении воды or резервуаров чистой воды до точки подачи необходимо составить схему всасывающих и напорных трубопроводов, выбрать материал труб и соединительных деталей. Трубы и оборудование насосной станции принимаются по справочнику монтажника [1].

По таблицам для гидравлического расчета труб для стальных труб определим:

* диаметр напорных водоводов (Q_вод = 229 л/с) - 450 (не выпускается) или 500 мм.

* диаметр всасывающих водоводов (Q_вод = 229 л/с) - 500 мм.

По таблицам Шевелева находим i = 0,0031, скорость v = 1,1 м/с.

Тогда для напорного водовода длиной L_н = 2500 м потери напора по длине составят h_нап = 1,2 · 2500 · 0,0031 = 9,3 м.

Для всасывающего водовода длиной L_н = 55 м потери напора по длине составят h_всас = 1,2 · 55 · 0,0031 = 0,2 м.

При пожаротушении для Q^п_вод = 312 л/с, i = 0,00563, v = 1,49 м/с.

Для напорного водовода длиной L_н = 2500 м потери напора по длине составят h^п_нап = 1,2 · 2500 · 0,00563 = 16,9 м.

Для всасывающего водовода длиной L_н = 55 м потери напора по длине составят h^п_всас = 1,2 · 55 · 0,00563 = 0,4 м.

При подаче всего расхода по одному водоводу (в случае аварии на одном из всасывающих водоводов):

Q = 458 л/с, i = 0,0122, v = 2,2 м/с.

h^ав_всас = 1,2 · 55 · 0,0122 = 0,8 м.

Полный напор насосной станции:

Н = Н_г + h_нап + h_всас

* при максимальном хозяйственно-питьевом водопотреблении:

Н_max = 46,5 + 0,2 + 9,3 + 3,5 = 59,5 м;

* при пожаротушении в час максимального водопотребления:

Н_пож = 25,5 + 0,4 + 16,9 + 3,5 = 46,3 м;

* при аварии на всасывающем водоводе:

Н_ав = 46,5 + 0,8 + 9,3 +3,5 = 60,1 м.

Все трубопроводы в пределах насосной станции проектируются стальными, со сварными соединениями. На фланцах соединяются только трубы с технологическим оборудованием (насосами, запорно-регулирующей арматурой и т.д.).

Диаметры труб и запорно-регулирующей арматуры для напорных и всасывающих линий насосных агрегатов назначаются аналогично, как и для водоводов насосной станции, т.е. в зависимости от расхода, допустимой скорости движения воды в трубопроводе и наличия соответствующего сортамента труб или запорно-регулирующей арматуры (проверка осуществляется по таблицам гидравлического расчета труб, справочникам проектировщика).

Каждый насос при совместной работе подает:

Q₁ = Q_нас.ст / 3 = 458 / 3 = 152,7 л/с = 550 м³/ч.

Для каждого насосного агрегата проектируется:

- всасывающий трубопровод: D = 400 мм, v = 1,13 м/с;

- напорный трубопровод: D = 350 (арматура на это диаметр серийно не выпускается) или 400 мм, v = 1,13 м/с.

Диаметр всасывающего коллектора («гребенки») d = 500 мм (принимается по диаметру всасывающего водовода).

Диаметр напорного коллектора d = 500 мм (принимается по диаметру напорного водовода).

5. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ПОДБОР НАСОСОВ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ

По сводному графику полей H-Q каталога насосов типа Д определяем марку насоса, который должен обеспечить подачу Q₁ = 152,7 л/с = 550 м³/ч и напор Н_max = 59,4 м.

Данным параметрам соответствует насос марки 1Д500-63 при n = 1450 об/мин, с диаметром колеса 440 мм. Характеристики насоса: Q = 500 м³/ч, H = 63 м, з_н = 0,77, максимальная мощность на валу насоса - 142 кВт, высота всасывания (кавитационный запас) - 4,5 м, масса агрегата - 450 кг.

Габаритные размеры насоса показаны на рис. 2, рабочая характеристика - на рис. 3.

Рис. 2 Габаритные размеры насоса 1Д500-63

L = 1145 мм, L₁ = 645 мм, B = 770 мм, B₁ = 350 мм, H = 714 мм, H₁ = 390 мм, H₂ = 280 мм,

H₃ = 220 мм, D = 370 мм, D₁ = 335 мм, D₂ = 312 мм, D₃ = 250 мм, D₄ = 280 мм, D₅ = 240 мм,

D₆ = 212 мм, D₇ = 150 мм, d = 18 мм, d₁ = 22 мм, d₂ = 28 мм, d₃ = 60 мм, h = 64 мм.

Марка электродвигателя подбирается с учетом параметров и мощности насоса.

Мощность, потребляемая насосом:

,

где Q - подача насоса, м³/с;

Н - напор насоса, м;

г - объемный вес воды, г = 1000 кг/м³,

з_н = 0,77 - КПД насоса;

з_пр - КПД привода, при прямом подсоединении насоса к электродвигателю принимается з_пр = 1.

Мощность приводного электродвигателя:

N_дв = N_нас • k,

где k - коэффициент запаса, принимается по таблице:

Мощность насоса N, кВт	< 20	20 - 50	50 - 300	> 300
k	1,25	1,2	1,15	1,1

N_дв = 115,5 • 1,15 = 133 кВт

По каталогу подбирается ближайший по энергетическим параметрам к расчётным значениям электродвигатель. Таким является отечественный электродвигатель марки 5АМН280S4 У3, N = 132 кВт, напряжение 380/660 В, масса 756 кг. Общая масса насосного агрегата 1430 кг, размеры приведены на рис. 4.

Рис. 3 Рабочие характеристики насоса 1Д500-63

Окончательный выбор марки электродвигателя, так же как и определение количества насосов, осуществляется после проверки работы насосной станции при подачах воды:

- в час максимального хозяйственного водопотребления;

- в час максимального хозяйственного водопотребления и пожаротушения;

- в период возникновения аварии на водоводах (сети) при максимальном хозяйственном водопотрсблении;

- в час максимального хозяйственного водопотребления на первую очередь развития системы водоснабжения.

Проверка работы насосов на перечисленные выше случаи осуществляется графическим методом, т.е. методом построения характеристик насосов и водоводов при их совместной работе.

Рис. 4 Габаритные размеры насосного агрегата 1Д500-63 с двигателем 5АМН280S4

L = 2265 мм, B = 770 мм, H = 1000 мм, L₁ = 1830 мм, B₁ = 530 мм, h = 620 мм.

6. ОЦЕНКИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НАСОСОВ, ВОДОВОДОВ И ГРАФИЧЕСКИЕ ПОСТРОЕНИЯ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИ РАСЧЕТНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ

Построение характеристик Н - Q однотипных насосов при их совместной работе выполняется графически методом сложения рабочих характеристик насосов (выбранных по каталогу насосов), т.е. сложением Q_i подач при равных напорах H_i насосов (случай параллельной работы) - см. рис. 5.

Построение характеристик водоводов при их совместной работе выполняется аналогично. При этом учитываются:

- геометрическая высота подъема воды при хозяйственно-питьевом водопотреблении Н_г = 46,5 м, при хозяйственно-питьевом водопотреблении и пожаре = 25,5 м;

- потери напора во всасывающей линии насосной станции: h_всас = 0,2 м, h^п_всас = 0,4 м;

- потери напора в напорных водоводах: h_нап = 9,3 м, h^п_нап = 16,9 м;

- потери напора в коммуникациях насосной станции: h_зап = 3,5 м.

Принимая во внимание сравнительно малые потери напора во всасывающем трубопроводе и ограниченность исходных данных по проектируемому объекту, в целях упрощения дальнейших графических построений строится единая графическая характеристика всасывающих и напорных водоводов, то есть потери во всасывающем водоводе учитываются при построении характеристики напорного водовода.

Графическая характеристика водоводов строится с учетом следующих преобразований:

H_н.ст = H_г + Уh = H_г + SQ²,

где Н_н.ст - полный напор насосной станции, м;

Q - подача по водоводу, м³/с;

S - приведенное сопротивление всей системы трубопроводов внутри и снаружи насосной станции; S = Уh/Q² = const;

Уh - сумма потерь напора во всасывающих и напорных трубопроводах и в коммуникациях насосной станции, м.

При построении характеристик Н - Q насосов и SQ² водоводов на общем графике приводятся и характеристики з - Q и N - Q выбранного насоса.

При проверке достаточности энергетических параметров системы «насосная станция - водоводы» на случай подачи воды потребителю в час максимального хозяйственного водопотребления и пожара вводится допущение, что напор в диктующей точке сети может быть снижен. Поскольку в данном примере весь гидравлический расчет системы подачи и распределения воды не рассматривается, делается ссылка на исходные данные, что в точке подключения водоводов к сети = 16 м.

S = (h_нап + h_всас) / Q² = (9,3 + 0,2 + 3,5) / 0,229² = 247,9 м/(м³/с)².

Графические характеристики напорных водоводов - одного (для случая часа максимального водопотребления) и двух (для случая часа максимального водопотребления и для случая пожара) строятся по данным таблицы 3.

Таблица 3

Расчетные параметры напорного и всасывающего водоводов для случая максимального хозяйственного водопотребления и пожара

Один водовод

Q, м3/с	Q2, (м3/с)2	S, м/(м3/с)2	Уh = S·Q2	Нmax = Hг + Уh = 46,5 + Уh
0,05	0,0025	247,9	0,62	47,12
0,1	0,01		2,48	48,98
0,15	0,0225		5,58	52,08
0,2	0,04		9,92	56,42
0,25	0,0625		15,49	61,99
0,3	0,09		22,31	68,81
0,4	0,16		39,66	86,16

Два водовода

Q, м3/с	(Q/2)2, (м3/с)2	S, м/(м3/с)2	Уh = S·(Q/2)2	Нmax = Hг + Уh = = 46,5 + Уh	Hпож = Нг + Уh = = 25,5 + Уh
0,05	0,000625	247,9	0,15	46,65	25,65
0,1	0,0025		0,62	47,12	26,12
0,15	0,005625		1,39	47,89	26,89
0,2	0,01		2,48	48,98	27,98
0,25	0,015625		3,87	50,37	29,37
0,3	0,0225		5,58	52,08	31,08
0,4	0,04		9,92	56,42	35,42

Анализируя характеристики насосов и водоводов (см. рис. 5), можно убедиться, что расчетная точка А находится несколько ниже фактической точки Ф пересечения характеристик трех насосов (имеющих диаметры рабочих колес D = 440 мм у каждого) и двух водоводов, т. е. подача и напор насосной станции превышают соответствующие расчетные параметры Q_нас.ст и H_нас.ст. Следовательно, работу насосов необходимо регулировать в целях экономии энергии на подачу воды. Методы регулирования энергетических параметров насосов разнообразны: дросселирование задвижкой, изменение частоты вращения ротора насоса, применение входных направляющих аппаратов и т.д. Характеристику насоса можно изменить и при обточке его колеса.



Рис. 5 График характеристик насосов и водоводов при их совместной работе

Анализируя работу насосной станции и водоводов по их характеристикам, можно убедиться, что в час максимального хозяйственного водопотребления и пожаротушения три насоса не обеспечат требуемую подачу воды потребителям.

Следовательно необходима установка дополнительного четвертого насоса, аналогичного первым трем рабочим насосам.

При работе четырех насосов режимная точка «П» смещается вправо от точки с координатами, соответствующими расчетным значениям при Q^пож_нас.ст, что указывает на выполнение нормативных условий подачи воды насосной станцией.

7. ОЦЕНКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОДАЧИ ВОДЫ ПОТРЕБИТЕЛЯМ ПРИ АВАРИИ НА ВОДОВОДАХ

При аварийной ситуации в системе водоснабжения подача воды потребителям должна составлять не менее л/с (см. п.4.4 СНиП 2.04.02-84).

Вероятность возникновения одновременно двух аварий на водоводах чрезвычайно мала.

При аварии на одном из водоводов, не имеющих переключений, подача воды составит Q_авар = 292 л/с (см. рис. 5). При включении пожарного насоса требуемая подача также не будет достигнута.

Для подачи аварийного расхода воды тремя насосами необходимо предусмотреть переключения на водоводах между ремонтными участками, что позволить сократить общее гидравлическое сопротивление системы водоводов.

Достаточное количество ремонтных участков на водоводах рассчитывается графо-аналитически. По рис. 5 определим величину допустимых потерь напора в системе при аварии на водоводах ?h_aвар. Если допустить, что

?h_aвар = S_авар·Q²_авар, ?h = S·Q²_нас.ст, S_aвар = б?S,

где б = (Z + 3)/Z (Z - число ремонтных участков),

то при Q_авар = 320,6 л/с ?h_aвар = 20,4 м, S_aвар = 20,4 / 0,3206² = 198,5 м/(м³/с)²;

?h = 13,0 м при Q = 458 л/с, S = 13,0 / 0,458² = 61,0 м/(м³/с)²;

б = S_a / S = 198,5 / 61 = 3,25;

3,25 = (Z + 3)/Z, Z = 1,33

Принимаем Z = 2, что соответствует двум ремонтным участкам на каждом водоводе.

б = 2,5, S_aвар = 2,5 • 61 = 152,5 м/(м³/с)²

Характеристика водоводов при аварии строится по данным табл. 4.

Таблица 4

Расчетные параметры водоводов при аварийной ситуации

Q, м3/с	0,1	0,2	0,3	0,4
?h, м	1,5	6,1	13,7	24,4
H = 46,4 + ?h	47,9	52,5	60,1	70,8

Примечание. В случае аварии на водоводе ремонтный участок отключается задвижками.

На графике рис. 5 видно, что в аварийной ситуации при наличии переключений на водоводах, точка пересечения характеристик насосов (Н-Q_I+II+III) и водоводов (SQ²_ав) будет находиться справа от расчетной точки с координатами [Q_aвар = 320,6 л/с, Н_авар = 20,4 м].

Следовательно, энергетические параметры предварительно подобранных марок насосов и электродвигателей соответствуют расчетным параметрам насосной станции.

8. УТОЧНЕНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ ПРИ ВЫБРАННЫХ МАРКАХ НАСОСОВ

После того как насосные агрегаты подобраны, необходимо уточнить режим работы насосной станции и графически оценить подачи и напоры насосной станции.

Вода подается по двум водоводам. По графику рис. 5 определяем, что:

- при работе одного насоса его подача составляет Q_I ? 205 л/с;

- при работе двух насосов Q_I+II ? 370 л/с;

- при работе трех насосов Q_I+II+III = 475 л/с (точка Ф на рис. 5).

В % от :

- Q_I = 0,2 • 3600 • 100 / 30000 = 2,40 %;

- Q_I+II = 0,37 • 3600 • 100 / 30000 = 4,44 %;

- Q_I+II+III = 0,475 • 3600 • 100 / 30000 = 5,70 %.

С учетом выполненных оценок составляется табл. 5 баланса воды.

W_рег = 30000 • 1,65 / 100 = 495 м³; W = 495 + 27 = 522 м³.

Размеры бака башни: D = 10 м, H = 7 м.

Следовательно, можно сделать вывод, что энергетические параметры подобранных марок насосных агрегатов соответствуют расчетным параметрам насосной станции.

Таблица 5

Суточный баланс воды и режим работы насосов

Часы суток	Расход города, %	Подача воды НС-II, %	Количество работающих насосов	Поступление воды в бак ВБ (+) / из бака ВБ (-), %	Остаток воды в баке ВБ, %
0-1	3,3	2,40	1	-0,90	0,75
1-2	2,65	2,40	1	-0,25	0,50
2-3	2,65	2,40	1	-0,25	0,25
3-4	2,65	2,40	1	-0,25	0,00
4-5	2,65	3,00	1 и 2	0,35	0,35
5-6	3,5	3,36	1 и 2	-0,14	0,21
6-7	3,6	4,44	2	0,84	1,05
7-8	4,2	4,44	2	0,24	1,29
8-9	5,1	4,44	2	-0,66	0,63
9-10	5,0	4,44	2	-0,56	0,07
10-11	4,0	4,44	2	0,44	0,51
11-12	4,0	4,44	2	0,44	0,95
12-13	4,0	4,44	2	0,44	1,39
13-14	5,27	4,60	2 и 3	-0,67	0,72
14-15	4,0	4,44	2	0,44	1,16
15-16	4,0	4,44	2	0,44	1,60
16-17	5,2	5,00	2 и 3	-0,20	1,40
17-18	5,96	5,70	3	-0,26	1,14
18-19	5,96	5,70	3	-0,26	0,88
19-20	5,96	5,70	3	-0,26	0,62
20-21	5,0	5,00	2 и 3	0,00	0,62
21-22	4,0	4,44	2	0,44	1,06
22-23	3,85	4,44	2	0,59	1,65
23-24	3,5	3,50	1 и 2	0,00	1,65
?	100,0	100,0

9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТМЕТКИ ОСИ НАСОСА

Отметка оси насоса определяется из условий бескавитационной работы насосов, надежного и быстрого пуска агрегата. Этим требованиям отвечает случай установки насоса под залив. Отметка оси насоса определяется как:

Z_о.н. = Z_пож - а,

где Z_пож - уровень пожарного запаса в РЧВ, м (см. раздел 3);

а - расстояние от оси насоса до верха насоса, м (по габаритам насосного агрегата, рис. 4, a = H - h ? 0,4 м).

Z_о.н. = 21,5 - 0,4 = 21,1 м.

10. ПОДБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ

Выбранные для привода насосов электрические двигатели рассчитаны на работу при напряжении U = 660 В (в зависимости от марки электродвигателя), а напряжение в сети энергоснабжения (по заданию) U = 6000 В. Следовательно, на насосной станции необходимо предусматривать установку понижающих трансформаторов.

Необходимая для работы электрического оборудования насосной станции мощность силовых трансформаторов S, кВт, определяется суммарной мощностью электродвигателей основной группы насосов, задвижек, подъемного оборудования, вспомогательных насосов и др., мощностью электроосветительных и электроотопительных устройств:

,

где k_с - коэффициент загрузки двигателя, равный отношению мощности, потребляемой в данный момент, к номинальной мощности двигателя; k_с = 0,7 - 1,0;

УР_н - номинальная (паспортная) мощность электродвигателей основных агрегатов (без резервных);

соsб - коэффициент мощности электродвигателя; соsб = 0,92:

10 - 50 кВт - нагрузка от вспомогательного оборудования;

з_дв - КПД двигателя.

На насосной станции устанавливается четыре рабочих насосных агрегата (четыре электрических двигателя) и два таких же резервных (4 + 2 электрических двигателя).

Номинальная мощность каждого электродвигателя насосного агрегата Р_н = 132 кВт, тогда:

 кВт.

Отечественной промышленностью выпускаются трансформаторы мощностью 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1250, 1600 кВА и т.д. На насосной станции необходимо установить трансформаторы с оптимальным использованием их мощности. Недогруженные трансформаторы снижают cosц. Режим работы насосной станции не равномерный, поэтому и мощность трансформаторов в течение суток будет востребована не одинаково. С учетом этой особенности и имеющегося ряда трансформаторов на насосной станции предусматривается установка четырех трансформаторов мощностью 160 • 4 = 640 кВА. Кратковременная перегрузка трансформаторов не должна превышать 40 %.

11. ВЫБОР ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ

насос насосный станция вода

Вид подъемно-транспортного оборудования принимается в зависимости от массы монтируемых агрегатов и габаритов здания насосной станции с учетом удобств эксплуатации: балки неподвижные (монорельсы) с кошками и талями при массе груза до 1000 кг, краны подвесные (кран-балки) - при массе груза до 5000 кг, краны мостовые при массе груза более 5000 кг.

На проектируемой насосной станции максимальный перемещаемый груз (наносный агрегат) имеет массу 1430 кг. По этой причине на насосной станции предусматривается кран подвесной грузоподъемностью 2 т электрический для монтажа и ремонта се насосных агрегатов и оборудования. Погрузка на автотранспорт, ремонт оборудования осуществляются на монтажной площадке. Въездные ворога на станцию принимаются стандартные, размером 3x3,6 м с учетом габаритов автотранспорта и перемещаемого груза.

12. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ

К вспомогательным системам насосной станции относятся: система технического водоснабжения, дренажная система, система маслоснабжения.

Система технического водоснабжения на насосной станции проектируется для целей санитарной очистки оборудования и помещений, а также для охлаждения узлов насосных и воздуходувных агрегатов. Вода на насосную станцию подводится из системы городского водоснабжения в бак с разрывом струи, а из бака вихревыми насосами марки ВК 1/16 вода подается на технологические нужды. Предусматриваются два насоса: один рабочий и один резервный.

Для отвода дренажных и промывных вод предусматривается уклон пола и лотков к приямку не менее i = 0,005. Вода отводится по дренажным лоткам в колодец, который устраивается под монтажной площадкой. Объем колодца принимается равным 15-минутной производительности одного насоса марки ГНОМ 10/10: Q = 10 м³/ч, H = 10 м, N= 1,1 кВт.

На случай разрыва трубопровода в насосной станции отвод воды из машинного зала будет осуществляться по аварийному трубопроводу D = 500 мм.

Постоянное количество масла под давлением подается к подшипникам, редукторам, соединительным муфтам насосов и воздушных нагнетателей. Масло охлаждается в маслоохладителе водой, подаваемой от системы технического водоснабжения. Для периодического удаления отработанного масла из баков маслоустановок и подачи чистого масла на насосной станции предусматривается вспомогательная маслосистема. Для подачи масла устанавливаются два шестеренных насоса марки НМШ-32-10-1-18/6,3-1.

13. ВЫБОР ВОДОМЕРОВ

Подача воды насосной станцией контролируется водомерами ультразвукового типа. Водомеры устанавливаются на каждом напорном водоводе в водомерных камерах на прямолинейных участках (длины участков до водомера L ? 6…18 D и после водомера L ? 3…5 D назначаются заводом-изготовителем прибора, либо по специальным графикам).

14. ВНУТРЕННИЕ САНИТАРНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

На насосной станции предусматриваются: система водоснабжения хозяйственно-питьевая, объединенная с противопожарной, система вентиляции, система отопления, система бытовой канализации.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Оборудование водопроводно-канализационных сооружений: Справочник монтажника / Под ред. А.С. Москвитина. М.: Стройиздат, 1980.

2. Шевелев Ф.А., Шевелев А.Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб. М.: Стройиздат, 1995.

3. Карелин В. Я., Минаев А.В. Насосы и насосные станции. 2-е изд., перераб. и дополн. М.: Стройиздат, 1986.

4. Николадзе Г.И., Сомов М.А. Водоснабжение. М.: Стройиздат, 1995.

5. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М.: Стройиздат, 1996.

Размещено на Allbest.ru