Насосная станция второго подъема

Республика Беларусь

Белорусский Государственный Университет Транспорта

кафедра "Экология и РИВР"

Курсовая работа

по дисциплине: "Насосные и воздуходувные станции"

на тему: "Насосная станция второго подъема"

Гомель 2012

Содержание

Введение

. Определение расчетной производительности насосной станции второго подъема

. Построение ступенчатого и интегрального графиков водопотребления и определение режима работы насосной станции второго подъема

. Расчет регулирующей вместимости водонапорной башни при равномерной и ступенчатой работе насосной станции второго порядка

. Определение диаметров всасывающих и напорных трубопроводов

.1 Определение диаметра всасывающих линий

.2 Определение диаметра напорных линий

. Определение расчетного напора насосной станции второго подъема

. Выбор марки насоса

. Уточнение режима работы насосной станции

.1 Расчет обточки рабочего колеса

. Подбор электродвигателя

. Вычисление отметки оси насоса и верха фундамента

. Выбор дополнительного оборудования и трубопроводной арматуры

. Установка насосов

. Компоновка насосной станции

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Насосными станциями называют здания или помещения, в которых расположены насосные агрегаты, соединяющие их трубопроводы. Арматура, силовое электрооборудование, контрольно-измерительные приборы, грузоподъемное и вспомогательное оборудование, обеспечивающее нормальную работу насосных агрегатов, их ремонт или замену. Насосные станции являются наиболее ответственными сооружениями в системах водоснабжения и водоотведения, обеспечивающими подачу необходимого расхода воды с требуемым напором. От того насколько правильно запроектирована и построена насосная станция, зависит не только ее надежность, но и экономичность работы системы водоснабжения или водоотведения.

Водопроводные насосные станции в зависимости от их назначения в системе водоснабжения подразделяют на насосные станции первого и второго подъема.

Насосные станции второго подъема предназначены для подачи очищенной воды из резервуаров в водоводы и распределительную сеть и для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Устраивают недалеко от очистных сооружений. Станции представляют собой комплекс сооружений и оборудования, обеспечивающий подачу воды из резервуаров чистой воды непосредственно потребителю. Это обуславливает строительство более простых конструкций и уменьшает сметную стоимость строительства.

1. Определение расчетной производительности насосной станции второго подъема

Насосная станция второго подъема рассчитывается на секундный расход в час максимального водопотребления. Расчетная производительность насосной станции второго подъема определяется по формуле:

,

где  - расчетная производительность, м³/с;

К_ч - коэффициент часовой неравномерности водопотребления;

Q_{max сут} - максимальная производительность станции в сутки, м³/сут;

Т - продолжительность работы насосной станции, ч, принимается равной 24 ч;

- переводной коэффициент часов в секунды.

 м³/с.

2. Построение ступенчатого и интегрального графиков водопотребления и определение режима работы насосной станции второго подъема

Так как насосы второго подъема подают воду из резервуаров чистой воды в сеть потребителя, режим их работы зависит от графика водопотребления. Графики водопотребления составляют на основе обобщения опыта эксплуатаций водопроводной сети населенных мест или строят по данным технологических режимах промышленных предприятий. Режим работы насосов второго подъема при расчете системы водоснабжения выбирают путем технико-экономических сравнений нескольких вариантов, так как от принятого режима работы насосов зависит вместимость бака водонапорной башни и резервуаров, а также диаметры водоводов. Процент от максимальной производительности НС в сутки для коэффициента часовой неравномерности водопотребления К_ч =1,3 приведен в таблице 1.

Таблица 1

Для того, чтобы принять подачу насосов на первой ступени, необходимо выделить интервал близких расходов в час минимального водопотребления и принимаем среднее значение в качестве производительности насосной станции второго подъема на первой ступени

Q_min = (3,38+3,38+3,38+3,5+3,5)/5 = 3,44 %

следовательно,

_max = (0,26*3600*17500)/100=5,35 %

нужды водопотребителей будут удовлетворены при работе первой ступени с интенсивностью 3,44 % в течении 15 часов и работе второй ступени с интенсивностью 5,35% в течении 9 часов.

3. Расчет регулирующей вместимости водонапорной башни при равномерной и ступенчатой работе насосной станции второго подъема

Все расчеты регулирующей вместимости водонапорной башни при равномерной и ступенчатой работе насосной станции второго порядка сведем в таблицу 2.

Таблица 2 - Расчет регулирующего объема водонапорной башни при равномерной и ступенчатой работе насосной станции второго подъема

Определение объема регулирующей емкости

Объем регулирующей емкости определяется как сумма максимальных со знаками плюс и минус остатков воды в регулирующей емкости. Найдем объем регулирующей емкости при различных режимах работы и, исходя из полученных результатов, примем оптимальный объем регулирующей емкости.

·        при равномерной подаче насосов:

_P = 4,57+|-1,08| = 5,65% =988,75 м³

·        при ступенчатой подаче насосов:

_P = 1,82+|-1,32| = 3,14 % = 549,5 м³.

Регулирующий объем определяют путем совмещения графиков водопотребления и ступенчатой и равномерной подачи насосов, а также по аналитическим формулам.

Определяем оптимальный объема регулирующей емкости водонапорной башни:

W_P^опт = 1,17+0,2К_н+1,34(К_н )²,%

где К_н - коэффициент часовой неравномерности подачи воды потребителю

где q_max - максимальная часовая подача насосной стации в расчетные сутки, м³/час;

q_ср - средний часовой расход воды в сутки максимального водопотребления, м³/час;

тогда

W_P^опт = 1,17+0,2·1,29+1,34·1,66=3,66%

Если не хватает расчетных данных, характеризующих режим водопотребления населенного пункта, то для определения регулирующей емкости можно применить формулу:

W_P^опт = Q_{max сут} ((1- К_н)+(К_ч -1)*(К_н /К_ч)^К_ч/(^К_ч-¹)), м³

W_P^опт = 17500*((1-1,29)+(1,3-1)*(1,29/1,3)^4,33) = 0 м³

Таким образом, в качестве оптимального принимаем объем регулирующей емкости равный 550 м³.

4. Определение диаметров всасывающих и напорных линий

При проектировании насосной станции второго подъема определяем диаметры всасывающих и напорных линий по формуле:

 , м³

где Q - расчетная производительность насосной станции, м³/с;

n - количество всасывающих или напорных линий;

v - рекомендуемая скорость движения воды в трубопроводе, м/с.

После определения требуемого диаметра уточняем, чтобы фактическая скорость не превышала рекомендуемую скорость. Диаметры трубопроводов принимают по стандартным размерам. Количество всасывающих и напорных линий зависит от схемы подключения и от количества насосов.

В нашем случае выбираем коллекторную схему как для всасывающей, так и для напорной ветви.

4.1 Определение диаметра всасывающих линий

Диаметр всасывающих линий определяют по формуле:

,

 - диаметр всасывающих линий, м;

Q - расчетная производительность насосной станции, м³/с;

v - рекомендуемая скорость движения воды в трубопроводе, м/с;

n - количество всасывающих трубопроводов.

= 0,407 м = 407 мм

так как данный диаметр не является стандартным, то принимаем стандартный диаметр трубы, равный 400 мм.

Определяем фактическую скорость для данного диаметра:

, м/с

 м/с.

Окончательно принимаем диаметр всасывающих линий равный 400 мм.

.2 Определение диаметров напорных линий

Напорные линии насосной станции второго подъема рассчитываются на секундный расход в час максимального водопотребления.

Диаметр напорных линий определяют по формуле:

,

 - диаметр всасывающих линий, м;

Q - расчетная производительность насосной станции, м³/с;

v - рекомендуемая скорость движения воды в трубопроводе, м/с;

n - количество всасывающих трубопроводов.

м = 371мм

Так как данный диаметр не является стандартным, то принимаем стандартный диаметр трубопровода равный 350 мм.

Определяем фактическую скорость для принятого диаметра:

насосный водопотребление трубопроводный арматура

, м/с

 м/с.

Окончательно принимаем диаметр напорных линий равный 350мм.

5. Определение расчетного напора насосной станции второго подъема

Расчетный напор определяется с учетом вертикальной планировки по формуле:

=H_z+h_w,вс+h_w,н+H_б+H_p+1

где H_z - геометрическая высота подачи воды, м;

h_w,вс - потери напора во всасывающем трубопроводе, м;

h_w,н - потери напора в напорном трубопроводе, м;

H_б - высота ствола водонапорной башни до дна резервуара, м;

H_p - высота резервуара, м.

Геометрическая высота подачи воды это разница геометрических отметок между максимальным уровнем воды в водонапорной башни и минимальным уровнем воды в резервуаре чистой воды. Высота заполнения воды в водонапорной башне 6 м.

H_z = 117-103 = 114 м.

Потери напора во всасывающих и напорных линиях определяем по формуле Вейсбаха-Дарси для длинных водоводов:

·        для всасывающих линий h_w =1,5hl, м

Где потери по длине вычисляем по формуле:

 ,м

где λ - коэффициент Дарси;

l - длина всасывающей линии, м;

d - диаметр всасывающей линии, м;

v - скорость движения воды, м/с.

Коэффициент Дарси определяем по формуле:

,м.

1)      для всасывающей линии:

, м.

м.

Тогда потери напора для всасывающих линий:

 м

2)       для напорных линий

 м.

Тогда потери напора для всасывающих линий:

 м

Тогда расчетный напор

H = 0,14+4,488+16+1+6+14=41,63 м.

6. Выбор марки насоса

После определения расчетного напора и расхода с помощью сводного графика полей Q-H насосов выбираем тип насоса. Для насоса, работающего на первой и второй ступени (Q=600 м³/ч, H=41,63 м), выбираем следующий тип насоса Д 500-36 с n=1450 об/мин;

Горизонтальные центробежные насосы этого типа с полуспиральным подводом жидкости к двустороннему рабочему колесу имеют ряд преимуществ по сравнению с другими насосами, а именно хорошую всасывающую способность и разгруженность вала от осевых гидравлических сил за счет раздвоения общего потока на входе в насос и симметричности конструкции рабочего колеса. Рабочее колесо с двусторонним подводом жидкости обладает существенно лучшими кавитационными качествами, одновременно достигается уравновешивание давления жидкости на опорный ведущий диск колеса.

7. Уточнение режима работы насосной станции

Для слияния двух или более напорных потоков жидкости необходимо равенство их напоров в месте слияния. Чтобы найти режимную точку параллельно работающих насосов, необходимо построить их суммарную напорную характеристику, пересечение которой с суммарной характеристикой трубопровода определяет положение режимной точки.

Так как у нас работают два одинаковых насоса, то необходимо построить их суммарную характеристику. Для этого строим характеристики одного насоса. По марке насоса находим его рабочее поле на свободном графике полей насосов и, задаваясь рядом значений Q и H, строим его характеристику. Затем при фиксированных значениях напора удваиваем значения подачи, получаем суммарную характеристику.

Характеристикой трубопровода называется выражение, устанавливающее зависимость требуемого напора от расхода в системе трубопроводов.

 = H_г+SQ²,

где H_г - геометрическая высота подачи воды, м;

S - сопротивление трубопровода, с²/м⁵.

Эта зависимость представляет собой уравнение параболы, не проходящее через начало координат. Кривизна ветви зависит от сопротивления трубопровода.

Сопротивление трубопровода рассчитываем по формуле:

;

где  - приведенная длина напорного трубопровода, м;

S_о - удельное сопротивление, равное:

;

;

;

H = 36+189,0760,0169 = 39,2 м.

Определив сопротивление трубопровода и, задаваясь рядом значений Q, находим соответствующие им значения H, строя на графике характеристику одного водовода. Затем при фиксированных значениях напора складываем значения подачи, получаем суммарную характеристику двух водоводов. Например, для нулевой подачи:

 = 36+189,0760 = 36 м.

Находим режимную точку А, опуская перпендикуляры на оси координат. Из нее находим фактическую подачу и напор насосной станции:

; Н_А = 39,2 м.

Так как фактическая подача больше расчетной более чем на 3 % , то необходимо выполнить обточку рабочего колеса насоса. Для этого нужно рассчитать обточку рабочего колеса, чтобы измененные характеристики попали в оптимальный интервал работы.

7.1 Расчет обточки рабочего колеса

Чтобы подача насоса попала в оптимальный интервал необходимо рассчитать обточку рабочего колеса.

1.       Находим коэффициент быстроходности насоса:

,

где n - частота вращения рабочего колеса, об/мин;

Q - подача насоса, м³/с;

H - создаваемый напор, м.

Для насоса Д 500-36:

.

2.       Так как n_s < 150, то насос средней быстроходности. Значит, для расчета обточки рабочего колеса необходимо использовать соотношения

, ;

;

;

X = 0,517 м.

Для того чтобы попасть в режимную точку, насос Д 500-36 необходимо обточить до величины D_об = 500 мм. Задаваясь рядом произвольных точек на характеристике необходимым рабочим колесом, по формулам производим пересчет параметров и строим характеристику для обточенного рабочего колеса.

3.       Найдем процент обточки рабочего колеса

,

.

По уравнению Н = КQ² строим линию пропорциональных режимов. Для построения линии определяем К для каждой параболы, проходящей через известные точки на характеристике Н-Q для насоса с необточенным рабочим колесом.

Таблица 3 - Координаты одной линии пропорциональных режимов

Процент обточки рабочего колеса составляет 1,52 %, что соответствует норме. Назначая ряд произвольных точек на характеристике с необточенным рабочим колесом, по формулам производим пересчет параметров и строим характеристику для обточенного рабочего колеса.

Таблица 3- Координаты характеристик насоса

8. Подбор электродвигателя

Необходимая мощность на валу насоса, кВт, определяется по формуле:

 ,

где g - ускорение свободного падения, м/с²;

Q - подача насоса, м³/с;

H - расчетный напор насоса, м;

ρ - плотность воды, кг/м³;

η_н - КПД насоса.

Для насоса Д 500-36, с обточенным рабочим колесом до 500 мм определим по формуле

кВт.

Выбираем следующий тип электродвигателя: А3-315-S6, мощность которого 110 кВт, n = 1500 об/мин.

9. Вычисление отметки оси насоса и верха фундамента

Отметка оси насоса определяется по формуле:

,

где Z_др - отметка дна резервуара чистой воды (на один 0,5 м ниже минимального уровня воды в резервуаре чистой воды), м;

 - допустимая геометрическая высота всасывания, м.

м.

Отметку верха фундамента определяем по формуле:

,

где Z_он - отметка оси насоса, м; h_н - высота от лап насоса до оси, м.

м.

Принимаем частично заглубленный тип насосной станции, так как отметка оси насоса совпадает с уровнем поверхности земли. Но с экономической точки зрения насосы выгоднее установить под залив, то есть расположить всасывающий патрубок на уровне минимального уровня воды в резервуаре чистой воды. Для нашего случая принимаем окончательно отметку оси насосов 102,5 м, а отметку верха фундамента - 101,87 м.

10. Выбор дополнительного оборудования и трубопроводной арматуры

Для демонтажа и монтажа оборудования насосной станции применяем подвесную кран-балку 21П3,5Т, так как максимальная масса насосного агрегата составляет 1640 кг и величина пролета составляет 12 м.

На напорных трубопроводах устанавливают измерительную (водомеры) и предохранительную (гасители энергии гидравлического удара) арматуру.

Вакуумметр и манометр устанавливают на входе и выходе воды из насоса соответственно.

На насосной станции для обеспечения надежности работы на всасывающих и напорных трубопроводах устанавливают такое количество запорной арматуры, чтобы можно было производя ремонт или замену насосного агрегата обеспечить бесперебойную работу насосной станции.

·        Всасывающая задвижка 30ч 906 бр

·        Напорная задвижка 2с-21-5

·        Обратный поворотный клапан 19ч 15 бр

Условный проход задвижек равен 250 мм и 300 мм так как диаметр всасывающих и напорных трубопроводов равен 400 мм и 350 мм соответственно. Условный проход обратных клапанов равен 250 мм.

Для откачки воды из машинного зала устанавливаются дренажные насосы типа К8-18.

11. Установка насосов

Насос устанавливается на заранее выстроенном фундаменте, в котором оставляют вертикальные колодцы для установки фундаментных болтов. Отклонение вала насоса от горизонтального положения выправляют при помощи подпорок. Выверенное положение насоса фиксируют двумя контрольными шпульками. Затем производят установку электродвигателя. Монтаж насосного агрегата заканчивается установкой на место пальцев муфты.

После установки насоса и электродвигателя на фундамент приступают к присоединению всасывающего и напорного трубопроводов. Длину конического перехода определяем по формуле:

,м,

где Д_Т - диаметр всасывающего трубопровода, м;

Д_п - диаметр патрубка насоса, м;

h - коэффициент равный 5.

Для насоса Д500-36:

 м;

В данной курсовой работе роль фундаментной плиты выполняет пол, так как он изготовлен из бетона и установленные на нем насосы могут работать без вибрации.

12. Компоновка насосной станции

Учитывая специфику расположения насосной станции, размеры строительной площадки выбираем шахматное расположение насосных агрегатов. Достоинством данного расположения является компактность машинного зала, сокращение площади машинного зала.

Проход между насосными агрегатами должен быть не менее 1,2 м. Расстояние между неподвижными выступающими частями оборудования не менее 0,7 м.

Проход между агрегатами и распределительным счетом не менее 2 м.

Высота машинного зала складывается из сумм высот подземной части и верхнего строения. Так как насосы устанавливаются под залив, то ось насоса совпадает с минимальным уровнем воды в РЧВ. Следовательно, высота машинного зала рассчитывается с учетом отметки минимального уровня воды в РЧВ, высоты от лап насоса до его оси и высоты бетонной подушки.

Высота подземной части насосной станции определяется по формуле:

,

где  - толщина фундаментной плиты, м;

h_нас - высота от лап насоса до его оси, м;

 - допустимая геометрическая высота всасывания, м;

 - максимальная амплитуда колебаний уровня воды в водоприемнике, м;

 - необходимое превышение отметки пола верхнего строения над максимальным уровнем воды в водоисточнике, м.

 м.

Высота верхнего строения определяется по формуле:

,

где h₁ - высота монорельса с учетом конструкции его крепления к перекрытию, м;

h₂ - минимальная высота от крюка до низа монорельса, м;₃ - высота строповки груза, м;

h₄ - высота груза, м;

,5 м - минимальная высота груза до пола или уже установленного оборудования.

м.

В качестве стандартной высоты принимаем 3,6 м. Верхнее строение здания насосной станции представляет собой сооружение промышленного типа. Ограждающая стеновая конструкция выполняется из кирпича. Площадь окон не менее 12,5% площади пола. Ширина оконных проемов в машинном зале 3 м при высоте 1,2 м. Размеры ворот принимаем в зависимости от вида транспортных средств и габаритов оборудования 3х3м. Размеры типовых дверей: высота 2,4 м при ширине 1 м. Для перехода через трубы применяют лестницы-мостики шириной 0,7 м и углом наклона не более 60^°. Лестницы для подъема на площадки принимаем шириной 1 м с углом наклона не более 45^°.

Заключение

В данной курсовой работе была спроектирована насосная станцию второго подъема. Она рассчитывалась на производительность 17500 м³ в сутки. Для обеспечения нужного расхода воды на насосной станции устанавливалось два хозяйственно-питъевых насоса марки Д 500 -36. С целью обеспечения рекомендуемой скорости движения воды в напорном трубопроводе был принят диаметр 350 мм и всасывающем трубопроводе - 400 мм.

Учитывая типовой размер, была принята ширина машинного зала равная 12 м, длина - 24 м. Высота подземной части 5,52 м, высота наземной части - 3,6 м.

Для демонтажа и монтажа оборудования насосной станции применяется подвесная кран-балка 21П3,5Т. Для откачки воды из машинного зала устанавливаются дренажные насосы типа К8-18.

Для подвода жидкости к насосам и отвода ее была принята схема с индивидуальными водоводами. На всех водоводах была установлена необходимая запорно-регулирующая, предохранительная и измерительная арматура.

Список использованной литературы

1.       Б.В. Карасев "Насосные и воздуходувные станции", Минск, 1990г;

2.       В.Я. Карелин, А.В. Минаев "Насосы и насосные станции", Москва, 1986г;

.        П.В. Лобачев "Насосы и насосные станции", Москва, 1983г;

.        Д.Ф. Гуревич "Трубопроводная арматура", Москва, 1981г;

.        СНиП 2.04.02.-84 "Водоснабжение. Наружные сети и сооружения".