Водопроводные насосные станции

Курсовой проект

Введение

В данном проекте рассчитана и разработана конструкция водопроводной насосной станции второго подъёма (ВНСII).

Проектирование ВНСII предусматривает забор очищенной воды из резервуаров чистой воды (РЧВ) и подачу её в водонапорную башню (ВБ) и водопроводную сеть. По надёжности действия проектируемая ВНСII относится к первой категории, так как обеспечивает подачу воды на пожаротушение. Типовая водонапорная башня расположена в начале водопроводной сети с ёмкостью бака 500 м
3

. Безнапорные резервуары располагаются при водоочистных сооружениях. В курсовом проекте приняты два типовых резервуара чистой воды, каждый ёмкостью 3 000 м3
. Суточная производительность насосной станции составляет 16500 м3
/сут. Всасывающие линии запроектированы из стальных труб в 2 нитки; dвс
= 500 мм, lвс
= 48м. Напорные линии запроектированы из чугунных труб так же в 2 нитки; dн
= 450 мм, lн
= 6200м. По длине напорных линий устроено 2 перемычки. К установке приняты 4 насосных агрегата, из которых 2 рабочих и 2 резервных. В каждом насосном агрегате насос марки IД500-63 и электродвигатель марки М А-36-51/4. Для снижения числа оборотов рабочих колёс каждого насоса используются тристорные преобразователи числа оборотов.

Все насосы установлены «под залив», т.е. ось насоса ниже уровня воды в РЧВ. Здание ВНСII запроектировано прямоугольной формы в плане. Ширина здания Шнст
= 9 м, длина здания Lнст
= м. Отметки оси насоса Zон
= 28,37 м, высота подземной части здания насосной станции 3,46 м. Высота верхнего строения насосной станции 5,5 м. Для отвода дренажных вод из машинного зала станции используются вихревые насосы марки ВКС4/28а в количестве 2 штук, из которых один рабочий и один резервный. В качестве подъёмных механизмов используется подвесная электрическая кран-балка грузоподъёмностью до 5 т. Насосная станция оборудуется двумя силовыми трансформаторами мощностью 436,9 кВА. Стоимость перекачки 1 м3
воды проектируемой насосной станцией составляет 2,25 руб.

2. Выбор режима работы насосной станции

Под режимом работы ВНС понимают график подачи воды насосами в течение суток. Проектируемая ВНСII подаёт воду по схеме: сеть с водонапорной башней, расположенной в начале сети. Выбор режима работы станции производится по суточному графику водопотребления. На рисунке 1 приведён график суточного водопотребления для К
час

=1,5.

129 стр., 64159 слов

Повышение энергоэффективности компрессорной станции промпредприятия

... Степень сжатия Электродвигатель 7 Марка ЭД 8 Номинальная мощность кВт 625 9 Частота вращения об/мин Частота тока Гц Напряжение сети В КПД % Компрессорная станция № 2 является основной ... и распределения сжатого воздуха. Он позволяет проанализировать использование основных энергоресурсов: электроэнергии и воды в данном производстве, удельные показатели на выработку сжатого воздуха, выявить место их ...

График подачи воды насосами принимают в соответствии с графиком водопотребления так, чтобы обеспечить наиболее экономичную работу насосной станции при минимальной регулирующей ёмкости баков водонапорной башни. Работа насосов принимается преимущественно 2-х или 3-х ступенчатой. В проекте принята 2-х ступенчатая работа ВНСII. При 2-х ступенчатой работе насосной станции прежде всего необходимо выбрать производительность и продолжительность работы насосов для каждой ступени. При этом нужно соблюдать следующие условия:

1)Q
1

t1
+Q2
t2
=Qc
ут
или KI
%Qсут
tI
+KI
I
%Qсут
t =100%Qсут
, где

Q
I

и Q — часовая производительность насосов соответственно первой и второй ступеней, м3
/ч;


t I
и t — продолжительность работы насосов соответственно первой и второй ступеней, ч;


K I
%Qсут
— производительность насосов первой (большей) ступени;

K
/sub> %Qсут
— производительность насосов второй (меньшей) ступени;

2) Регулирующая ёмкость водонапорной башни W
регВБ

должна быть в заданных пределах и не превышать 500….700 м3
. При Qсут
=15000….20000 м3
/сут (Qсут
=16500 м3
/сут) рекомендуется принимать WрегВБ
=400….500 м3
.

3) При параллельной работе двух одинаковых насосов должно соблюдаться следующее условие:

K
/sub> %Qсут
sub>I

%Qсут
= (0,56….0,65).

Назначение производительности насосов каждой ступени ВНСII произведено приближённо с достаточной для практических работ точностью, ориентируясь в основном на производительность работы первой ступени и сравнивая графики водоподачи и водопотребления.

W
регВБ

=а, если в?б;

W
регВБ

=а+в-б, если в>б.

В проектируемой насосной станции приняты следующие параметры:

— производительность насосов первой ступени составляет К
I

=5,5%Qсут
; продолжительность работы этой ступени tI
= часов, а время работы с 8:00 до 18:00;

— производительность насосов второй ступени составляет К
/sub> =3,21%Qсут
; продолжительность работы этой ступени t = часов, а время работы с 00:00 до 8:00 и с 18:00 до 00:00.

8 стр., 3606 слов

Основные требования к выполнению, оформлению и защите контрольной работы

... контрольной работы. 1. Студент должен выполнить 1 контрольную работу ... примеры экологических и экономических последствий создания, ... природной среды России и Пермского Края. 1. Состояние атмосферного воздуха России и Пермского Края. 2. Состояние пресных вод России и Пермского Края. 3. Состояние лесных ресурсов ... объектов различных ступеней мониторинга (локального, ... вод, процент пресных вод от общего объёма ...


При этом возможно параллельное использование двух одинаковых насосов, т.к. K /sub> %Qсут
sub>I

%Qсут
= 3,21:5,50 = 0,58, что находится в пределах от 0,56 до 0,65. При такой работе ВНСII регулирующий объём баков ВБ составит:

W
регВБ

=[6,25-5,5]*4*16500 = 495 м3
, что входит в пределы от 400 до 500 м3
.

3. Определение объёма и размеров бака водонапорной башни

Бак водонапорной башни должен содержать регулирующий объём W
РЕГвб

и неприкосновенный запас воды на противопожарные нужды WПОЖвб
в количестве, необходимом на 10-минутную продолжительность тушения одного наружного и одного внутреннего пожаров в населённом пункте при одновременном наибольшем расходе воды на другие нужды.

Полный объём бака водонапорной башни W
ВБ

, м3
, определяем по формуле

W
ВБ

= WРЕГвб
+ WПОЖвб
= 495+12 = 507,

W
РЕГвб

= 495 м3
.

Объём бака для хранения неприкосновенного противопожарного запаса W
ПОЖвб

, м3
, определяется по формуле

W
ПОЖвб

= (qПОЖ
+qПОЖ.ВН
)*10*60/1000 = (15+5)*10*60/1000 =

где q
ПОЖ

— максимальный расход воды на тушение наружного пожара; принимаем по заданию qПОЖ
= л/с;

q
ПОЖ.ВН

— расход воды на тушение одного внутреннего пожара, принимаем 5 л/с.

По полученным значениям W
ВБ

принимаем типовую водонапорную башню с ёмкостью бака 500 м3
, при этом Dб
= м, Нб
= 7 м. Строительная высота бака:

sub> б = Н
б

+ 0,25 + 0,2 = 7,0 + 0,25 + 0,2 = 7,45 м.

бак водонапорный башня резервуар

4. Определение ёмкости безнапорных резервуаров чистой воды

Безнапорные резервуары располагаются при водоочистных сооружениях и служат для регулирования неравномерности работы водопроводных станций I и подъёмов. В них так же хранится неприкосновенный противопожарный запас воды. Кроме того, в этих резервуарах накапливается объём воды, используемый на собственные нужды водоочистной станции.

Объём безнапорных резервуаров чистой воды, м
3

, определяем по формуле

W
РЧВ

= WрегРЧВ
+ WпожРЧВ
+ WфРЧВ
= 2197,8 + 1247,3 + 825 = 4270,1 м3
,

где W
регРЧВ

— регулирующий объём воды, м3

W
пожРЧВ

— неприкосновенный противопожарный запас воды, м3

W
фРЧВ

— объём воды на собственные нужды водоочистной станции, м3
.

Регулирующий объём воды W
регРЧВ

определяет на основании анализа работы водопроводных насосных станций I и подъёмов путём совмещения графика поступления воды с очистной станции в резервуар (график работы ВНС I) и графика работы ВНС II. Насосная станция I подъёма работает равномерно в течение суток и каждый час подаёт на очистные сооружения, а следовательно, и в резервуары чистой воды расход, равный 100%QСУТ
/24 = 4,17%QСУТ
. Насосная станция подъёма работает по ступенчатому графику: с 0 до 8 ч и с до ч — 3,21%; с 8 до ч — 5,5%.

Вычисления по определению W
регРЧВ

сведём в табличную форму (табл. 1).

W
регРЧВ

= (7,68-(-5,64))*QСУТ
/100 = 13,32*16500/100 = 2197,8 м3
.

Неприкосновенный противопожарный запас воды W
пожРЧВ

, м3
, определяем по формуле

W
пожРЧВ

= (qПОЖ
+ 5)*3*3600/1000 + WХ-П
— = (15 + 5)*3*3600/1000 + 3093,8 — 3*687,5 = 1247,3 м3
.

где q
ПОЖ

— максимальный расход воды на тушение наружного пожара, л/с (принимаем по заданию qПОЖ
= л/с);

5 — расход воды на тушение одного внутреннего пожара, л/с;

W
Х-П

— объём воды, м3
, потребляемый за три часа наибольшего водопотребления на хозяйственные и производственные нужды во время тушения пожара (у нас это с 8 до часов):

W
Х-П

= (6,25 + 6,25 + 6,25)*%QСУТ
= 18,75*QСУТ
/100 = 18,75*16500/100 = 3093,8 м3
.

Q — расход воды, м
3

/ч, поступаемый в резервуар при тушении пожара:

Q = 4,17%Q
СУТ

= 4,17*16500/100 = 687,5 м3
.

Объём воды на собственные нужды водоочистной станции W
фРЧВ

, м3
, определяем по формуле:

W
фРЧВ

= 0,05*QСУТ
= 0,05*16500 = 825 м3
.

Таблица 1. Определение регулирующего объёма безнапорных резервуаров чистой воды

Часы суток

Подача воды

ВНС I, %Q
СУТ

Подача воды

ВНС II, %Q
СУТ

Приток воды

в РЧВ, %Q
СУТ

Расход воды

из РЧВ, %Q
СУТ

Остаток

воды в РЧВ,

%Q
СУТ

0-1

1-2

2-3

3-4

4-5

5-6

6-7

7-8

8-9

9-10

10-11

11-12

12-13

13-14

14-15

15-16

16-17

17-18

18-19

19-20

20-21

21-22

22-23

23-24

4,17

4,17

4,17

4,17

4,17

4,17

4,17

4,17

4,17

4,17

4,17

4,17

4,17

4,17

4,17

4,17

4,16

4,16

4,16

4,16

4,16

4,16

4,16

4,16

3,21

3,21

3,21

3,21

3,21

3,21

3,21

3,21

5,5

5,5

5,5

5,5

5,5

5,5

5,5

5,5

5,5

5,5

3,22

3,22

3,22

3,22

3,22

3,22

0,96

0,96

0,96

0,96

0,96

0,96

0,96

0,96

0,94

0,94

0,94

0,94

0,94

0,94

1,33

1,33

1,33

1,33

1,33

1,33

1,33

1,33

1,34

1,34

0,96

1,92

2,88

3,84

4,80

5,76

6,72

7,68*

6,35

5,02

3,69

2,36

1,03

-0,30

-1,63

-2,96

-4,30

-5,64*

-4,70

-3,76

-2,82

-1,88

-0,94

0

100%

100%

В курсовом проекте приняты два типовых резервуара чистой воды, каждый ёмкостью 3 000 м
3

.

5. Определение расчётной производительности насосной станции

Расчетную производительность насосов ВНС определяют для трёх режимов работы насосной станции.

Для первого режима — при подаче насосами I ступени в водонапорную башню в час максимального водопотребления при исправных водоводах и оборудовании, м
3

/ч:

Q
1

= K1
*QСУТ
/100 = 5,5*16500/100 = 907,5

или, л/с: q
1

= Q1
*1000/3600 = 907,5*1000/3600 = 252,1

где К
1

— производительность насосов I ступени, %.

Для второго режима — при подаче воды насосами в сеть во время пожара в часы I ступени, м
3

/ч:

Q
2

= Q1
+ (qПОЖ
+ 5)*3600/1000 = 907,5 + (15 + 5)*3600/1000 = 979,5

или, л/с: q
2

= Q2
*1000/3600 = 979,5*1000/3600 = 272,1

где q
ПОЖ

— максимальный расход воды на тушение наружного пожара, л/с (принимаем по заданию qПОЖ
= л/с).

Для третьего режима — при подаче воды насосами в водонапорную башню в часы I ступени при аварии на напорных линиях, м
3

/ч:

Q
3

= 0,7*Q1
= 0,7*907,5 = 635,3

или, л/с: q
3

= Q3
*1000/3600 = 635,3*1000/3600 = 176,5.

6. Определение расчётного напора насосов

Расчётный напор насосов, т.е. полную высоту подъёма воды насосами, м, определяем для каждого режима работы ВНС по формуле

H = H
Г

+ hВС
+ hН
+ hН.СТ
+ hс
,

где H — геометрическая высота подъёма воды, м;

h
ВС

— потери напора во всасывающих линиях, м;

h
Н

— потери напора в напорных линиях, м;

h
Н.СТ

— потери напора в соединительных напорных коммуникациях насосной станции, м;

h
с

— потери напора в водопроводной сети, м (учитывается только для ВНС при подаче воды на тушение пожара).

Геометрическая высота подъёма воды определяется как разность отметок расчетного уровня, на который вода подается в водонапорную башню или в сеть, и расчетного уровня воды в резервуаре чистой воды, из которого вода забирается.

Потери напора в системе трубопроводов h
ВС

,
hН
,
hН.СТ
,hс
определяются при гидравлическом расчете этих трубопроводов.

Ввиду того, что гидравлический расчет водопроводной сети населённого пункта представляет собой самостоятельную и сложную задачу, а для определения напора ВНС II, подающих воду в сеть при подаче воды на тушение пожара необходимо учитывать потери напора в водопроводной сети, принимаем значение h
С

по заданию: hС
= 3,8 м.

Для гидравлического расчета всасывающих и напорных линий прежде всего необходимо подобрать диаметры труб этих линий.

Диаметр всасывающих линий d
ВС

принимается по условиям пропуска расчетного расхода первого режима работы ВНС II. Количество всасывающих линий должно быть не менее двух (в курсовом проекте принимаем две).

При выключении одной из них остальные должны обеспечить пропуск максимального расчетного расхода. При этом скорости движения воды vВС
должны быть в пределах:

при d
ВС

? 250 мм vВС
= 0,7…1,0 м/с;

d
ВС

= 300…800 мм vВС
= 1,0…1,5 м/с;

d
ВС

> 800 мм vВС
= 1,5…2,0 м/с.

При назначении диаметров всасывающих линий используем следующий алгоритм:

q
1

,
л/с, > табл. Шевелёва > стальные трубы > vВС
, м/с, > dВС
, мм.

Для первого режима:

q
1

= 252,1 л/с > табл. Шевелёва > стальные трубы >vВС
1
= 1,21 м/с > dВС
= 500 мм, 1000iВС1
= 3,67;

Для второго режима:

q
2

= 272,1 л/с > табл. Шевелёва > стальные трубы >vВС
2
= 1,30 м/с > dВС
= 500 мм, 1000iВС2
= 4,28;

Для третьего режима:

q
3

= 176,5 л/с > табл. Шевелёва > стальные трубы> vВС
3
= 0,85 м/с > dВС
= 500 мм, 1000iВС3
= 1,91;

Напорные линии проектируются с учётом технико-экономического обоснования в две линии. Диаметр напорных линий d
Н

принимается по условиям пропуска расчетного расхода первого режима работы ВНС по двум параллельным линиям, т.е. по каждой линии — половина расчетного расхода. При этом скорости движения воды vН
должны бать в пределах:

при d
Н

? 250 мм vН
= 1,0…1,5 м/с;

d
Н

= 300…800 мм vН
= 1,2…2,0 м/с;

d
Н

> 800 мм vН
= 1,8…3,0 м/с.

При наличии диаметров напорных линий используем следующий алгоритм:

q
1

sub>, л/с, > табл. Шевелёва > чугунные трубы > vН
, м/с, > dН
, мм.

Для первого режима:

q
1

= 126,1 л/с, > табл. Шевелёва > чугунные трубы>vН
1
= 0,79 м/с, > dН
= 450 мм, 1000iН1
= 2,00;

Для второго режима:

q
2

= 136,1 л/с, > табл. Шевелёва > чугунные трубы>vН2
= 0,85 м/с, > dН
= 450 мм, 1000iН2
= 2,31;

Для третьего режима:

q
3

= 88,3 л/с, > табл. Шевелёва > чугунные трубы>vН3
= 0,55 м/с, > dН
= 450 мм, 1000iИ
= 1,04;

q
3

= 176,5 л/с, > табл. Шевелёва > чугунные трубы>vН3
= 1,10 м/с, > dН
= 450 мм, 1000iАВ
= 3,72;

Расчётный напор насосов для каждого режима работы ВНС определяем по следующим формулам.

Для первого режима:

H
1

= HГ
1
+ hВС
1
+ hН
1
+ hН.СТ
1
= 29,5 + 0,7 + 13,0 + 2 = 45,2 м.

Геометрическую высоту подъёма воды H
Г1

определяем по формуле

H
Г1

= zВР
+ zРЧВ
= 59,5 — 30,0 = 29,5 м

где z
ВР

— отметка расчётного уровня воды в баке водонапорной башни, м;

z
РЧВ

— отметка расчётного уровня воды в резервуаре чистой воды, м.

Потери напора во всасывающих линиях h
ВС1

, м, подсчитываем по формуле

h
ВС1

= ?тВС
* vВС1
2
/2g + iВС1
*lВС
= 6,8*1,212
/2*9,81 + 0,00367*48 = 0,7 м

где ?т
ВС

— сумма коэффициентов местных сопротивлений, имеющихся на трубопроводе.

В курсовом проекте ?т
ВС

— принимаем следующей:


ВС

= тСЕТ
+ 2тК
+ 2тТР
+ тСУЖ
= 2,5 + 2*0,6 + 2*1,5 + 0,1 = 6,8

где т
СЕТ

— коэффициент местного сопротивления приёмной сетки без клапана; тСЕТ
= 2,5;

т
К

— коэффициент местного сопротивления колена с углом sup>0 ; тК
= 0,6;

т
ТР

— коэффициент местного сопротивления тройника при ответвлении; тТР
= 1,5;

т
СУЖ

— коэффициент местного сопротивления перехода суживающегося, монтируемого при присоединении всасывающей линии к насосу; тСУЖ
= 0,1;

v
ВС1

— скорость движения воды во всасывающей линии, м/с;

i
ВС1

— гидравлический уклон всасывающей линии (см. выше);

l
ВС

— длина всасывающей линии, м (принимается по заданию lВС1
= м).

Потери напора в напорных линиях, м, подсчитываем по формуле

h
Н1

= 1,05*iН1
*lН
= 1,05*0,00200*6200 = 13,0

где i
Н1

— гидравлический уклон напорных линий (см. выше);

l
Н

— длина напорных линий (принимаем по заданию lН1
= 6200 м).

Потери напора в соединительных напорных коммуникациях насосной станции h
Н.СТ1

можно принять без расчета в пределах 1,5…3,0 м для всех режимов работы ВНС (принимаем hН.СТ1
=2 м).

Для второго режима:

Независимо от системы водоснабжения расчётный напор насосов H
2

, м, определяют по формуле

H
2

= HГ2
+ hВС2
+ hН2
+ hН.СТ2
+ hС.ПОЖ
= 18,4 + 0,8 + 15,0 + 2 + 3,8 = 40,0

Геометрическую высоту подъёма воды H
Г2

, м, определяем по формуле

H
Г2

= zС.ПОЖ
— zд.РЧВ
= 45,6 — 27,2 = 18,4

где z
С.ПОЖ

— отметка расчётного пьезометрического уровня воды водопроводной сети в точке пожара, м:

z
С.ПОЖ

= zЗ.ПОЖ
+10 = 35,6 + = 45,6

где z
З.ПОЖ

— отметка поверхности земли в точке пожара, м;

— величина требуемого свободного напора в сети на случай пожара, м;

z
д.РЧВ

— отметка дна резервуара чистой воды (принимаем по заданию zд.РЧВ
= 27,2 м).

Потери напора во всасывающих линиях h
ВС2

, м, подсчитываем по формуле

h
ВС2

= ?тВС
* vВС2
2
/2g + iВС2
*lВС
= 6,8*1,302
/2*9,81 + 0,00428*48 = 0,8 м.

Потери напора в напорных линиях h
Н2

, м, подсчитываем по формуле

h
Н2

= 1,05*iН2
*lН
= 1,05*0,00231*6200 = 15,0.

Потери в соединительных напорных коммуникациях насосной станции h
Н.СТ2

учитываются в пределах 1,5…3,0 м (принимаем hН.СТ2
= 2,0 м).

Потери напора в водопроводной сети принимаем по заданию h
С.ПОЖ

= 3,8 м.

Для третьего режима

H
3

= HГ3
+ hВС3
+ hН3
+ hН.СТ3
=29,5 + 0,3 + 12,6 + 2 = 54,5 м.

Геометрическая высота подъёма воды H
Г3

= HГ1
= 29,5 м.

Потери напора во всасывающих линиях h
ВС3

, м, подсчитываем по формуле

h
ВС3

= ?тВС
* vВС3
2
/2g + iВС3
*lВС
= 6,8*0,852
/2*9,81 + 0,00191*48 = 0,3

Потери напора в напорных линиях h
Н3

, м, определяют с учетом возможной на них аварии. При этом для надёжного обеспечения бесперебойной подачи воды при аварии на напорных линиях между ними устраиваются перемычки. Длина ремонтных участков, т. е. расстояние между перемычками, принимается в пределах 0,8…1,5 км. С учётом этого для третьего режима работы насосной станции в условиях аварии на напорных линиях потери напора hН3
, м, определяют по формуле

h
Н3

= 1,05*(iАВ
*lАВ
+ iИ
*lИ
) = 1,05*(0,00372*2067 + 0,00104*4133) = 12,6

где i
АВ

— гидравлический уклон при пропуске расчетного расхода по одной напорной линии аварийного участка;

l
АВ

— длина аварийного участка напорного водовода (принимаем iИ
= 2067 м);

i
И

— гидравлический уклон при пропуске расчетного расхода по двум параллельным напорным линиям исправных участков;

l
И

— длина исправных участков напорных линий, м

l
И

= lН
— lАВ
= 6200 — 2067 = 4133;

l
Н

— длина напорных линий, м.

Потери напора в соединительных напорных коммуникациях насосной станции h
Н.СТ3

учитываются в пределах 1,5…3,0 м (принимаем hН.СТ3
= 2 м).

7. Подбор насосов и построение характеристики параллельной работы насосов и трубопроводов

Для подбора насосов сводим результаты подсчётов расчётной производительности и расчетного напора насосов для различных режимов работы ВНС в таблицу прилагаемой формы (табл. 2).

Используя данные табл. 2 по расчётным параметрам Q(q) и Н подбираем насосы для проектируемой насосной станции. Выбор марки насосов производится по сводному графику характеристик центробежных насосов (II,прил. 3), а затем уточняется по рабочим характеристикам насосов. При подборе насосов следует иметь в виду, что основным расчетным режимом является 1-й режим с параметрами Q
1

и Н1
. При 1-м режиме насосная станция потребляет наибольшее количество электроэнергии, поэтому необходимо подобрать насосы таким образом, чтобы они работали при этом режиме по возможности с наибольшим КПД. Следует стремится также, чтобы при работе насосов ступени КПД у них был в пределах рабочей зоны характеристики насоса. Работа насосов при подаче воды на тушение пожара и при аварийном режиме считается допустимой и при низких значениях КПД, но при условии, что обеспечиваются потребные производительности и напоры насосов.

Таблица 2. Производительность и расчётный напор насосов ВНС

Режим

Расчетная производительность

Расчетный напор Н, м

Геометрическая высо- та подъема, Н
Г

, м

Всасывающие линии

Напорные линии

Насосная станция

Водопроводная сеть

Q,

м
3

q,

л/с

d
ВС

,

мм

h
ВС

,

м

d
Н

,

мм

h
Н

,

м

h
Н.СТ

,

м

h
С

,

м

1-й

2-й

3-й

907,5

979,5

635,3

252,1

272,1

176,5

45,2

40,0

44,4

29,5

18,4

29,5

500

0,7

0,8

0,3

450

13,0

15,0

12,8

2

2

2

3,8

Производительность и напор подобранных насосов проверяем по положению рабочей точки. Для этого на общий график наносим характеристики насосов при их индивидуальной и параллельной работе и характеристики той системы, на которую работают эти насосы (рис. 2).

Из этого рисунка видим, что при начальном числе оборотов рабочего колеса n’=1450 об/мин расход Q
Д1

‘=1040 м3
/ч превышает расход рабочей точки Q1
=907,5 м3
/ч на 12,5%, что не входит в допуск 10%. Поэтому необходимо использовать тристорный преобразователь числа оборотов. Чтобы найти новое число оборотов, нужно построить параболу подобных режимов через точку 4, уравнение которой записывается в следующем виде: H=SQ2
. Подставляя координаты точки 4, находим уравнение параболы и наносим ее график на рис. 2. Найдя точку 4′ пересечения параболы и первоначальной характеристики насоса, находим Q4′
=480 м3
/ч. Вычислим новое число оборотов, используя закон подобия: Q4
sub>4′ =n/n’; отсюда

n=*n» = 453,2/480*1450 = 1370 об/мин.

Чтобы построить новую характеристику насоса, опускаем первоначальную характеристику так, чтобы кривая (Q-H) проходила через точку 4.

Рис. 2. График совмещённых характеристик насосов и трубопроводов для ВНСII, подающих воду в сеть с ВБ.

Примечание: характеристики со значком «’» являются первоначальными.

8. Определение мощности электродвигателей и их подбор

Подбор электродвигателя к насосу производим по мощности на валу N
В

, числу оборотов n, типу насоса (горизонтальный).

Максимальную мощность на валу насоса N
В

, кВт, принята по графику совмещённых характеристик насосов и трубопроводов для ВНСII, подающих воду в сеть с ВБ (рис. 2) NВ
= NН
СТ
= кВт.

Мощность электродвигателя N
ДВ

, кВт, принимают несколько большей, чем мощность на валу насоса:

N
ДВ

= КЗ
* NВ
ПЕР
= 1,1*95/1 = 104,5 кВт,

где з
ПЕР

— КПД передачи при соединении электродвигателя с насосом с помощью эластичной муфты; зПЕР
= 1,0;

К
З

— коэффициент запаса для учёта возможных перегрузок электродвигателя в процессе эксплуатации насоса.

Величину К
З

принимают в зависимости от мощности на валу насоса: при NВ
>100 кВт КЗ
= 1,1.

В качестве электродвигателя принимаем электродвигатель марки М А-36-51/4 с паспортными параметрами:

;

  • мощность электродвигателя N
    эл.

    = 125 кВт;
  • ;

  • ширина фундаментной плиты Ш
    ф.пл.

    = 1030 мм;
  • ;

  • длина фундаментной плиты L
    ф.пл.

    = 2240 мм;
  • ;

  • ширина насоса Ш
    н.

    = 1000 мм;
  • ;

  • высота насоса Н
    н.

    = 630 мм;
  • ;

  • диаметр всасывающего патрубка d
    вс

    .патр.
    = 250 мм;
  • ;

  • диаметр напорного патрубка d
    н.патр.

    = 150 мм.

    9.

Проектирование здания насосной станции

После подбора насосов и электродвигателей разрабатывают чертёж здания насосной станции. Вычерчиваем план и размеры насосной станции в масштабе 1:50 с нанесением прямоугольников, определяющих габариты насосных агрегатов, внутристанционных трубопроводов, изображаемых двумя линиями, фасонных частей, арматуры, мостиков, лестниц и габариты всех помещений станции. Разработка чертежа станции включает следующие этапы:

— определение типа станции;

— установка насосных агрегатов и определение размеров фундамента под каждый агрегат;

— компоновка машинного зала с трассированием внутристанционных трубопроводов и размещением основного насосно-силового оборудования;

— определение размеров машинного зала и здания станции в целом.

9.1 Определение типа станции. Установление отметки оси насоса

По расположению относительно поверхности земли принимаем насосную станцию полузаглубленного типа (заглубление пола машинного зала на 2,5…4,5 м).

Заглубление машинного зала относительно поверхности земли зависит от расположения оси насоса. Для обеспечения надёжности в работе насосной станции корпус насоса, как правило, располагают под заливом от расчетного уровня воды z
РЧВ

в резервуаре чистой воды.

При установке насоса под заливом отметка оси насоса z
О.Н

, м, определяется по формуле:

z
О.Н

= zРЧВ
— hВС
— ННАСОСА
— 0,3 = 30,0 — 0,7 — 0,63 — 0,3 = 28,37 м,

где h
ВС

— потери напора на всасывающих линиях; принимаются равными потерям насоса во всасывающих линиях для первого режима работы насосной станции, hВС
= hВС1
= 0,7 м;

Н
НАСОСА

— высота насоса от его оси до лап; принимается по размерам, указанным в паспорте или каталоге насосов, ННАСОСА
= 0,63 м4

0,3 — высота слоя воды над корпусом насоса, которая считается достаточной для обеспечения работы насоса под заливом, м.

9.2 Установка насосов и определение размеров фундамента под насосный агрегат

Насос и электродвигатель устанавливают на плите заводского изготовления или раме, изготовленной на месте монтажа из стали швеллерного профиля. Ширину и длину рамы или плиты принимают из каталога насосов [6, 7] по установочным размерам насосного агрегата.

Ширину фундамента под насосный агрегат принимают на 0,15 м больше ширины плиты или рамы, длину фундамента — на 0,2 м больше длины плиты или рамы. Высоту фундамента над уровнем чистого пола принимают исходя из удобства монтажа всасывающих и напорных трубопроводов в пределах 0,2…0,3 м.

Ш
Ф

= ШФ.П
+ 0,15 = 1,03 + 0,15 = 1,18 м; LФ
= LФ.П
+0,2 = 2,24 + 0,2 = 2,44 м.

Отметка верха фундамента z
Ф

= zО.Н
— ННАСОСА
= 28,37 — 0,63 = 27,74 м.

Рис. 3. Определение размеров фундамента под насосный агрегат

Глубина заложения фундамента должна быть не менее 0,5…0,7 м. В заглубленных насосных станциях фундаменты под насосные агрегаты могут быть конструктивно выполнены заодно с монолитной бетонной плитой, образующей основание подземной части машинного зала.

9.3 Составление схемы насосной станции и размещение внутристанционных трубопроводов и оборудования

Размещение насосных агрегатов и трубопроводов в здании насосной станции должно обеспечивать надёжность действия основного и вспомогательного оборудования, а так же удобство, простоту и безопасность его эксплуатации. Оборудование компонуют исходя из минимальной протяженности внутристанционных трубопроводов. Схема размещения агрегатов в здании насосной станции определяется типом, размерами и числом основных насосов.

Минимальную ширину проходов между выступающими частями насосов, двигателей и арматуры следует принимать не менее:

— между агрегатами при напряжении электродвигателей до 1000 В — 1 м, свыше 1000 В — 1,2 м;

— между агрегатами и стеной в шахтных станциях — 0,7 м, в прочих станциях 1 м;

— между неподвижными выступающими частями оборудования — 0,7 м;

  • между агрегатом и распределительным щитом — 2 м.
  • Всасывающие (по всей длине) и напорные (в здании насосной станции) трубопроводы проектируются из стальных труб и прокладываются по полу на опорах с устройством переходных мостиков над трубопроводами, обеспечивающих проход к любому насосному агрегату, задвижке и пр.

    Диаметры труб всасывающих и напорных линий в пределах здания насосной станции, как правило, принимают на один сортамент меньше диаметров труб, принятых при гидравлическом расчёте всасывающих и напорных линий (см. раздел 6).

    Схема

    На всасывающих линиях, начиная от входного патрубка насоса, в пределах здания насосной станции устанавливают: переход эксцентрический, задвижку, монтажную вставку, тройник (сварной) в точке, примыкающей к коллектору. Задвижки на всасывающей линии принимаются узкопропускные на давление P
    y

    = 0,25 МПа и оборудуются механическим приводом.

    На напорных линиях устанавливают следующие фасонные части и арматуру: переход концентрический от напорного патрубка насоса к напорной линии, обратный клапан, задвижку, колено, тройник. Задвижки и обратные клапаны на напорной линии принимаются на давление Р
    у

    = 1,0 МПа.

    Основные строительные размеры чугунных задвижек и обратных клапанов, которые применены в курсовом проекте, приведены в прил. 7 [1].

    Размеры переходов, мм, для соединения всасывающего и напорного трубопроводов с соответствующими патрубками насоса определяем по формуле:

    L
    перех

    = К•(dтр
    — dпатр
    ),

    где d
    тр

    — диаметр трубопровода, мм, соответственно всасывающей 400 мм или напорной линии 400 мм, присоединяемых к насосу;

    d
    патр

    — диаметр всасывающего или напорного патрубка насоса, мм, принимаемый по каталогу насосов [6, 7]; dвс.патр
    = 250 мм, dн.патр
    = 150 мм;

    К — коэффициент, равный 4;

    L
    перех.вс

    = 4•(0,4 — 0,25) = 0,6 м;

    L
    перех.н

    = 4•(0,4 — 0,15) = 1,0 м.

    9.4 Определение размеров машинного зала и здания насосной станции

    Водопроводная насосная станция состоит из:

    ;

  • машинного зала;
  • ;

  • подсобных помещений;
  • ;

  • отделения трансформаторов;
  • ;

  • электрораспределительных устройств (РУ).

    Из бытовых подсобных помещений необходимо предусмотреть санитарный узел и помещение для персонала.

    Размеры основного помещения станции — машинного зала — определяются габаритами насосных агрегатов и коммуникацией с учетом рекомендуемых расстояний между стенами здания и элементами оборудования.

У входа в машинный зал размещается монтажная площадка, на которую автотранспортом доставляется оборудование. Размеры площадки обуславливаются сохранением проходов не менее 0,7 м вокруг насосного агрегата, размещенного на ней.

На станции с заглубленным машинным залом монтажная площадка, а также помещения РУ и бытовые помещения находятся на отметки пола первого этажа.

Ширина машинного зала представляет с собой сумму длин участков трубопроводов, фасонных частей и арматуры на всасывающей и напорной линиях насоса, а также поперечного размера самого насоса. Исходя из длины типовых конструкций железобетонных балок для перекрытий, ширину прямоугольных насосных станций следует принимать 6, 9, и м. Схема

Длина прямоугольного здания станции определяется проходами между торцевыми стенами и агрегатами, продольным размером самих агрегатов и расстоянием между ними, а так же размерами вспомогательных помещений, устраиваемых на отметке пола первого этажа (монтажная площадка, распределительные устройства и бытовые помещения).

При ширине здания в осях 9, и м расстояния между несущими конструкциями перекрытий (стойки каркаса, балки, фермы) принимаются 6 м. Схема

Высота машинного зала насосной станции складывается из высоты подземной части и высоты верхнего строения.

Высота подземной части машинного зала зависит главным образом от отметки оси насоса (Z
о.н

= 28,37), определяемой по методике, изложенной в п. 9.1. Для определения отметки пола машинного зала из отметки верха фундамента под насосный агрегат вычитаем высоту 0,3 м выступающей над полом части фундамента под насосный агрегат: Zп.маш.зала
= Zф
— 0,3 = 27,74 — 0,3 = 27,44. Плита, образующая дно фундамента заглубленной части машинного зала, принимаем равной 0,8 м. (Схема 4).

Конструкция подземной части здания зависит от наличия грунтовых вод. При высоком стоянии грунтовых вод подземная часть выполняется из монолитного бетона или железобетона. Наружную поверхность стен и пола защищают гидроизоляцией. При низком стоянии грунтовых вод или расположения пола машинного отделения на уровне поверхности земли подземную часть рекомендуется устраивать из сборных железобетонных блоков.

Схема 4. Определение высоты подземной части машинного зала

Основание подземной части здания представляет собой подготовку из гравия или щебня слоем 5 — см, втрамбованного в грунт, по которой укладывается слой тощего бетона толщиной см, далее гидроизоляционный слой из асфальта толщиной 5 см, армированного сеткой, и покрытие пола.

Полы в насосной станции устраивают с различными покрытиями: в машинном зале — из метлахской плитки или асфальтовые; в помещениях распределительных устройств — цементные или из плитки.

Верхняя часть здания выполняется из панелей (толщина стен 510 мм).

Ширину оконных проемов в курсовом проекте принимаем 300 см при высоте каждой секции окна 120 см.

Типовые двери имеют высоту 240 см при ширине 150 см.

Размеры ворот принимаем 280×280 см.

Пролеты здания 9 м перекрываются полигональными двутавровыми балками. По балкам укладываются железобетонные плиты шириной 3 м, длиной 6 м и высотой 0,3 м, а по ним — изолирующий слой, пароизоляция, выравнивающий слой, теплоизоляция, стяжка и гидроизоляция.

Заглубленные помещения сообщаются с наземными помещениями и выходами из здания по открытым лестницам шириной 0,7 м и углом наклона 45°. Лестницы изготавливаются в виде стальных маршей. Ширина ступеней см. Все лестницы и переходы ограждаем. Высота ограждений -1м, причем на высоту 0,15 м ограждения обшиваются.

При проектировании строительной части здания насосной станции используем чертежи типовых проектов насосных станций.

10. Подбор вспомогательного оборудования

К вспомогательному оборудованию проектируемой насосной станции относятся дренажные насосы и подъемно-транспортные механизмы.

Дренажные насосы устанавливаются в заглубленных машинных залах, для отвода воды, попавшей на пол зала, в техническую канализацию.

Попадание воды связано с просачиванием ее через сальниковые устройства насосов, инфильтрацией через стенки и днище подземной части здания и пр.

Для сбора фильтрационных вод в торце здания станции устанавливается сборный дренажный колодец. Объем колодца принимаем равным — минутной подачи дренажного насоса (1 м
3

).

Вода к колодцу подводится дренажными лотками, а пол делается с уклоном в сторону лотков 0,005.

Дренажные насосы выбираются с учетом мощности насосной станции без расчета: для станций средней мощности — производительностью 3…5 л/с.

Включение и отключение насосов дренажной системы выполняется автоматически и зависит от уровня воды в дренажном колодце.

В качестве дренажных насосов в проекте предусмотрена установка самовсасывающих вихревых насосов ВКС4/28а производительностью 14.4 м
3

/ч, напором м и мощностью двигателя 7,5 кВт в количестве 2 вихревых насосов: 1 рабочий и 1 резервный.

Для монтажа и демонтажа насосов, двигателей, трубопроводов и арматуры на насосных станциях предусмотрена установка подъемно-транспортного оборудования.

Грузоподъемность подъемно-транспортного оборудования следует принимать по массе наиболее тяжелой монтажной единицы с учетом 10% надбавки, массы строп и траверс.

В проекте для насосной станции со средней производительностью в качестве подъемно-транспортного оборудования принята подвесная электрическая кран-балка грузоподъемностью до 5 т.

11. Описание контрольно-измерительных приборов

Насосные агрегаты на станции оборудуются мановакуумметрами, манометрами, амперметрами, вольтметрами, ваттметрами и указателями уровня масла в подшипниках.

Для измерения расхода воды на напорных водоводах за пределами здания станции предусмотрена установка расходомеров типа сопла Вентури — для водоводов средних и больших диаметров (d> 300 мм).

Сопла Вентури устанавливаются на прямолинейных участках без местных сопротивлений длиной 5 — 8 диаметров до расходомера и 3 — 5 диаметров после расходомера.

12. Электрическая часть насосной станции

На насосной станции предусмотрено размещение трансформаторной подстанции и распределительных устройств.

Трансформаторная подстанция оборудуется двумя силовыми трансформаторами, мощность каждого N
т

, кВА, определяем по формуле:

= 0,7* + = 436,9 кВА,

где К
с

— коэффициент спроса по мощности, который зависит от числа рабочих агрегатов и их загрузки (при двух насосах принимаем Кс
= 0,7).

N
н

— мощность электродвигателя рабочего насоса, кВт, и вспомогательного механизма (20 кВт), присоединенного к трансформатору (при подсчете суммарной мощности электродвигатели резервных агрегатов не учитываются); принимаем Nн
= 2•125+20 = 640 кВт;

з
дв

— КПД соответствующего электродвигателя; здв
= 0.8;

соsц — коэффициент мощности (принимаем при асинхронных двигателях cosц = 0,8);

N
осв

— мощность осветительной нагрузки; Nосв
= кВт.

Подбираем трансформатор мощностью 400…630 кВА.

Силовые трансформаторы устанавливаются в отдельных камерах, помещение для которых примыкает к машинному залу с одной из торцевых сторон. Размеры помещения определяются размерами трансформаторов и величинами проходов, необходимых для их осмотра и монтажа. Минимальное расстояние от стен до трансформатора 0,6 м, перед воротами 0,8 м. до перекрытия -1м. Помещение трансформаторов имеет отдельный вход, несгораемое перекрытие, стены и пол.

Распределительные устройства высокого напряжения состоят из шкафов, в которых размещается вся высоковольтная аппаратура: масляные выключатели, разъединители, измерительные трансформаторы тока и напряжения, сборные шины и реле защиты.

Помещение распределительных устройств примыкает к помещению трансформаторной подстанции и имеет самостоятельный выход.

Минимальная ширина помещений распределительных устройств при однорядном размещении камер РУ составляет 2,5 м.

Высота помещения составляет 4,2 м. Количество камер распределительных устройств равно количеству двигателей на насосной станции, т.е. 4 камеры.

Размер одной камеры — 1,2×1,2 м, высота 2,8 м.

13. Определение технико-экономических показателей насосной станции.

К технико-экономическим показателям насосной станции относятся:

К — полная строительная стоимость проектируемой насосной станции;

— коэффициент полезного действия насосной станции;

— коэффициент использования установленной мощности;

N
уд

— удельная норма затраты электроэнергии;

С — стоимость перекачки 1 м
3

воды.

Полная строительная стоимость насосной станции К складывается из строительной стоимости всех сооружений станции и стоимости оборудования. Определяем ориентировочно по укрепленным измерителям в зависимости от объема здания и мощности оборудования станции, по формуле:

К = W
н

•Uн
+ Wп
•Uп
+ Ny
•Uо
= 1336,5*418 + 560,4*1088 + 515*1714 = 882 710 руб.

где W
н

,Wп
— объемы наземной и подземной частей здания, м3
;

U
н

, Uп
— стоимости 1 м3
наземной и подземной частей здания;

N
y

— установленная мощность всех электродвигателей; Ny
= 515 кВт;

U
0

— стоимость всего оборудования, отнесенная к 1 кВт установленной мощности, руб./кВт; принимаем в зависимости от установленной мощности.

Коэффициент полезного действия насосной станции определяем по формуле:

= = 0,62

где , — подача одного и двух параллельно работающих насосов, м
3

/ч; определяем по графику совместной работы насосов и трубопроводов (см. рис. 2);

, — напор, м, при работе одного и двух параллельно работающих насосов, (см. рис. 2);

, — время работы одного и двух параллельно работающих насосов, принимаем по графику водоподачи (см. рис. 1);

,- КПД насоса при работе одного, двух параллельно работающих насосов (см. рис. 1);

, — КПД электродвигателя при работе одного, двух параллельно работающих насосов; принимаем 0,8.

Для подсчета КПД насосной станции целесообразно заполнять таблицу по сл.форме:

Число работающих насосов

Подача Q, м
3

Напор Н, м

КПД насоса
н

КПД двигателя
дв

Время Т, ч

Один

Два

580

907,5

45,2

0,77

0,78

0,8

0,8

Коэффициент использования установленной мощности з
и.у.м.

определяем по формуле:

,

где N
ср.

— средняя мощность станции за рабочий период в году, определяемая по формуле:

= = 109,5 кВт

где T
ф

= 8760 ч;

?Э- количество электроэнергии, потребляемой станцией за год, кВт*ч;

N
у

— сумма номинальных (по паспорту) мощностей всех установленных двигателей основных насосов (рабочих и резервных), кВт.

Годовое потребление электроэнергии ?Э по укрупненным измерителям можно определить из расчета, что в году имеется суток с максимальной нагрузкой (коэффициент 1,2), 155 суток среднего режима и 120 суток минимальной нагрузки (коэффициент 0,85).

За максимальную суточную нагрузку по выработке электроэнергии принимаем фактический суточный расход электроэнергии рабочими насосами А
ф

, кВт•ч, определяемый по формуле:

= + = 3154,4

где г- удельный вес жидкости; для воды г = 1 кг/дм
3

;

— подача одного и двух параллельно работающих насосов, л/с

Таким образом, годовое потребление электроэнергии ?Э, кВт•ч, определяем по формуле:

3154,4*90 + 3154,4*155/1,2 + 3154,4*0,85*120/1,2 = 959 463,3 кВт•ч.

Удельная норма затраты электроэнергии

N
уд.

— это затрата энергии, отнесенная к 1000 т•м перекаченной воды;

N
уд

определяем по формуле:

= = 4,4 кВт*ч/тыс.т*м.

Для определения стоимости перекачки 1 м
3

воды С определяем годовые эксплуатационные затраты Эг
, связанные с эксплуатацией насосной станции, и среднегодовую производительность станции.

Годовые эксплуатационные затраты на НС, руб/г.определяем по формуле:

Э
г

= 1,06 (А1
2
) = 1,06•(10 617 719 + 895) = 287 530 руб./год.

где А
1

— прямые затраты, связанные с обслуживанием и эксплуатацией НС;

А
2

— непрямые затраты на амортизацию и капитальный ремонт в виде отчислений в процентах от капитальных вложений;

1,06 — коэффициент, учитывающий затраты на отопление, вентиляцию, приобретение инвентаря, транспортные расходы и пр.

Прямые эксплуатационные затраты А
1

определяем по формуле:

А
1

= Ашт
+ Аэ
+ Атр
+ Арем
,

где А
шт

— затраты на управление и содержание эксплуатационного персонала, принимаются по штатному расписанию в зависимости от производительности НС (в курсовом проекте принимаем Ашт
= 800 000 руб./год)

А
э

— затраты на потребляемую электроэнергию, руб./год., определяем по формуле:

А
э

= ?Э•а = 959 463,3 * = 9 594 633 руб./год

где — годовое потребление электроэнергии, кВт•ч;

а — стоимость 1 кВт•ч электроэнергии; а = руб/кВт•ч;

А
тр.

— затраты на оплату присоединенной мощности трансформаторов, руб./год; определяем по формуле:

А
тр

= S•b = 436,9*450 = 196 605, где S-присоединенная мощность трансформаторов, кВА;

436,9 кВА;

b — стоимость 1 кВА присоединенной мощности трансформаторов; b = 450 руб./год;

А
рем

— затраты на текущий ремонт, руб./год, принимаем в размере 3% от полной строительной стоимости НС; определяем по формуле:

А
рем

= 0,03•К = 0,03 * 882 710 = 481,3 руб./год,

где К — полная строительная стоимость НС, руб.;

А
1

= 800 000 + 9 594 633+ 196 605 + 481,3 = 617 719 руб./год.

Непрямые эксплуатационные затраты на амортизацию и капитальный ремонт определяются в размере 3,5% от капитальных вложений на строительство насосной станции:

А
2

=0,035 ;

  • 882 710= 895 руб/год.
  • Среднегодовую производительность НС Q
    г

    , м3
    /год, определяем исходя из наличия в течение года суток с максимальной производительностью (коэффициент 1,2), 155 суток со средней производительностью и 120 суток с минимальной производительностью (коэффициент 0,85):

    Q
    г

    = Qсут
    •(90 + + •0.85) = 16500•(90 + + •0.85) = 5 018 750 м3
    /год.

    Стоимость перекачки 1 м
    3

    воды, руб./м3
    , рассчитываем по формуле:

    С = = = 2,25 руб./м
    3.

    Список использованной литературы

    1. Якубчик П. П., Шумейко Т. Б. «Водопроводные насосные станции» методические указания по выполнению курсового проекта для студентов специальности ВиВ. СПб.: ПГУПС, 2005. — с.

    2. Шевелев Ф. А., Шевелев А. Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб: Справочное пособие. Тверь.: «Интеграл», 2005. — 116 с.

    3. Строительный каталог. Раздел 86. Насосы центробежные типов К, КМ, ЦВЦ / ВНИИНТГИ. — М.: Госстрой СССР, 1991.

    4. Строительный каталог. Раздел 86. Оборудование насосное для санитарно-технических систем и котельных установок (Насосы центробежные типа 1Д)/Госстрой России, Сантехниипроект. — М.,1999.