Гидравлический расчет трубопроводов насосной станции
Содержание
1.
Определение подачи и количества насосов
.
Определение емкости приемного резервуара, притока сточных вод и расчетной
производительности канализационной насосной станции
.
Гидравлический расчет трубопроводов насосной станции
.1
Расчет всасывающего трубопровода
.2
Расчет напорного трубопровода
.3
Аварийный режим
.
Определение полного напора насосов, подбор насосов и электродвигателей
.
Графоаналитический расчет совместной работы насосов и водоводов. Анализ работы
КНС
.
Определение размеров машинного зала и здания КНС
.
Определение отметки оси насоса
.
Подбор вспомогательного оборудования
.
Определение экономических показателей КНС
.
Требования техники безопасности
Список
литературы
1.
Определение подачи и количества насосов
гидравлический трубопровод резервуар
насосный
В канализационных насосных станциях наиболее
целесообразно применять однорядную схему с параллельным расположением агрегатов
в ряду и расположением осей насосов перпендикулярно стене, отделяющей приемный
резервуар от машинного зала.
В состав помещений насосной станции входят:
приемный резервуар с решетками и дробилками, машинное отделение, отделенного от
приемного резервуара глухой водонепроницаемой перегородкой, помещения
электроподстанции, производственные и бытовые помещения.
Подземная часть насосной станции круглая в плане
, запроектирована на глубину подводящего коллектора 3,5м считая от чистого пола
подземного сооружения.
Подземная часть насосной части разделена глухой
водонепроницаемой перегородкой на два отсека в одном из которых расположен
приёмный резервуар и помещение решёток- дробилок, в другой- машинный зал.
В надземной части насосной станции расположены
механические мастерские, венткамера, кладовая, санузел, предусмотрено место
установки электрощита.
Во избежание затопления насосной станции на
подводящем коллекторе должны устанавливаться задвижка с электроприводом,
управляемая автоматически от аварийного уровня в приёмном резервуаре.
Рис.1.1. Расчётная схема главной канализационной
станции
2. Определение емкости приемного резервуара,
притока сточных вод и расчетной производительности канализационной насосной
станции
Исходными данными являются коэффициент общей
неравномерности и график притока сточных вод.
Суммарный среднесуточный приток сточных вод,
поступающий от населения и промпредприятий по подводящему коллектору на
станцию, принимается по данным расчета канализационной насосной сети.
Среднесуточная производительность станции
принимается равной среднесуточному притоку сточных вод.
По величине среднесуточного притока определяется
среднесекундный приток стоков:
ср.с=(Qср.с*1000)/86400, л/с, (2.1)
где qср.с-среднесекундный приток в л/с;
Qср.с-среднесуточный приток в м3/сут.
ср.с=(21564,44 *1000)/86400=249,58 л/с.
Среднесуточный приток от промышленных
предприятий составляет 4,2% от общего:
п.п.=0,042∙21564,44 =906,53 м3/сут.
Хозяйственно бытовые стоки:
х.б.= 21564,44 - 906,53 =20657,91 м3/сут.
Приток стоков от населения по часам суток
определится в зависимости от величины коэффициента общей неравномерности,
который определяется по СНиП 2.04.03-85 в зависимости от среднесуточного
притока стоков от населения. Результаты расчета сведены в табл.2.1.
Таблица 2.1 - Сточные воды на насосную станцию
Часы
суток
|
Хозяйственно-питьевые
нужды населения
|
Промышленное
предприятие
|
Общественное
здание
|
Общее
|
|
|
Район
1
|
Район
2
|
Район
3
|
Хозяйст-питьевые
нужды, м3
|
Технологич.
Нужды, м3
|
Душ,
м3
|
Итого
м3
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
0-1
|
22,69
|
68,88
|
253,7
|
|
|
|
|
|
345,27
|
1-2
|
22,69
|
68,88
|
266,38
|
|
|
|
|
|
357,95
|
2-3
|
45,38
|
68,88
|
234,67
|
|
|
|
|
|
348,93
|
3-4
|
75,64
|
68,88
|
241,02
|
|
|
|
|
|
385,65
|
4-5
|
132,37
|
114,8
|
361,52
|
|
|
|
|
|
621,01
|
5-6
|
132,37
|
160,72
|
469,35
|
|
|
|
|
|
774,76
|
6-7
|
170,19
|
206,64
|
570,92
|
8,39
|
|
17,35
|
75,06
|
|
947,65
|
7-8
|
385,76
|
252,56
|
672,3
|
2,82
|
|
|
52,15
|
|
1310,62
|
8-9
|
332,81
|
287
|
735,73
|
4,87
|
98,6
|
|
54,19
|
0,356
|
1454,39
|
9-10
|
245,83
|
287
|
767,44
|
4,87
|
98,6
|
|
54,19
|
0,356
|
1405,37
|
10-11
|
155,06
|
287
|
735,73
|
6,91
|
98,6
|
|
56,23
|
0,356
|
1287,34
|
11-12
|
155,06
|
287
|
723,05
|
2,82
|
98,6
|
|
52,15
|
0,356
|
1274,66
|
12-13
|
132,37
|
229,6
|
608,88
|
4,87
|
98,6
|
|
54,19
|
0,356
|
1084,83
|
13-14
|
132,37
|
229,6
|
596,2
|
4,87
|
98,6
|
|
54,19
|
0,356
|
1054,13
|
14-15
|
75,64
|
252,56
|
640,59
|
7,14
|
98,6
|
14,78
|
71,25
|
0,356
|
1078,34
|
15-16
|
234.48
|
275,52
|
672,3
|
3,32
|
98,6
|
|
52,64
|
0,356
|
1291,85
|
16-17
|
393,32
|
275,52
|
691,33
|
5,71
|
|
|
55,04
|
|
1407,61
|
17-18
|
355,50
|
252,52
|
640,59
|
5,71
|
|
|
55,04
|
|
1248,65
|
18-19
|
276,08
|
229,6
|
615,22
|
8,11
|
|
|
57,43
|
|
1120,9
|
19-20
|
60,51
|
206,64
|
570,82
|
3,32
|
|
|
52,64
|
|
837,97
|
20-21
|
60,51
|
183,68
|
532,77
|
5,71
|
|
|
55,04
|
|
776,96
|
21-22
|
37,82
|
137,67
|
456,66
|
5,71
|
|
|
55,04
|
|
794,65
|
22-23
|
22,69
|
91,84
|
361,52
|
|
|
|
-
|
|
476.05
|
23-24
|
22,69
|
68,88
|
266,38
|
|
|
|
-
|
|
354,95
|
Итого
|
3782
|
4592
|
12685
|
85,23
|
789,17
|
32,13
|
906,53
|
2,85
|
21564,44
|
Таблица 2.2 - Приток и откачка по часам суток
Часы
суток
|
Суммарный
приток, м3/ч
|
Откачка
стоков, м3/ч
|
Наличие
воды в резервуаре, м3/ч
|
Число
работающих насосов
|
|
за
час
|
за
предыдущие часы
|
за
час
|
за
предыдущие часы
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
0-1
|
345,27
|
345,27
|
673,88
|
673,88
|
-168,169
|
2
|
1-2
|
357,95
|
703,22
|
673,88
|
1026,87
|
-323,658
|
2
|
2-3
|
348,93
|
1052,15
|
673,88
|
1540,317
|
-488,167
|
2
|
3-4
|
385,65
|
1437,8
|
673,88
|
2053,756
|
-615,956
|
2
|
4-5
|
621,01
|
2058,81
|
673,88
|
3080,634
|
-1021,82
|
2
|
5-6
|
774,76
|
2833,57
|
673,88
|
4107,512
|
-1273,94
|
2
|
6-7
|
947,65
|
3781,22
|
1010,83
|
5134,39
|
-1353,17
|
3
|
7-8
|
1310,62
|
5081,84
|
1010,83
|
6161,26
|
-1069,43
|
3
|
8-9
|
1454,39
|
6546,83
|
1010,83
|
7188,14
|
-641,917
|
3
|
9-10
|
1405,37
|
7951,6
|
1010,83
|
8215,02
|
-263,425
|
3
|
10-11
|
1287,34
|
9238,84
|
1010,83
|
9241,9
|
-2,96
|
3
|
11-12
|
1274,66
|
10513,6
|
1010,83
|
10268,78
|
244,81
|
3
|
12-13
|
1084,83
|
11598,43
|
1010,83
|
11295,66
|
3
|
13-14
|
1054,13
|
12652,56
|
1010,83
|
12322,54
|
330,77
|
3
|
14-15
|
1078,34
|
13730,9
|
1010,83
|
13349,42
|
381,48
|
3
|
15-16
|
1291,85
|
15022,75
|
1010,83
|
14376,29
|
646,45
|
3
|
16-17
|
1407,61
|
16430,36
|
1010,83
|
15403,17
|
1027,18
|
3
|
17-18
|
1248,65
|
17679,01
|
1010,83
|
16430,05
|
1248,96
|
3
|
18-19
|
1120,9
|
18799,91
|
1010,83
|
17456,93
|
1342,98
|
3
|
19-20
|
837,97
|
19637,88
|
1010,83
|
18483,81
|
1154,07
|
3
|
20-21
|
776,96
|
20414,84
|
1010,83
|
19510,68
|
904,15
|
3
|
21-22
|
794,65
|
21209,49
|
1010,83
|
20537,56
|
671,92
|
3
|
22-23
|
476,05
|
21304,61
|
673,88
|
21051
|
634,53
|
2
|
23-24
|
354,95
|
21564,44
|
673,88
|
21564,44
|
476,05
|
2
|
Итого
|
21564,44
|
|
21564,44
|
|
|
|
Максимальный часовой приток в табл.2.1 является
расчетной часовой подачей канализационной насосной станции, Qмах.ч.
мах.ч. =1454,39м3 /ч
По графику притока сточных вод определим сколько
часов у вас будет работать два насоса (t1)
два насоса работает 8 часов (0-1, 1-2, 2-3, 3-4,
4-5, 5-6, 22-23, 23-24)
следовательно, три насоса работают 16 часов.
б) Определение подачи одним насосом (Qн), м3/ч
сут. = Qн*t1*2+3*Qн*t2н = Qсут/( 2*t1+3*t2 )н =
336,94 м3/ч
подача двух совместно работающих насосов равна
673,88 м3/ч
3. Гидравлический расчет трубопроводов насосной
станции
По условиям надежной эксплуатации схему
коммуникаций канализационной насосной станции принимают с учетом возможности
выключения любого насоса на ремонт без нарушения работы станции.
Всасывающие трубопроводы выполняют индивидуально
для каждого насоса и прокладываются с подъемом не менее 0,005 к насосу. Входная
воронка принимается диаметром 1,3…1,5 от диаметра всасывающего трубопровода, а
высота до 1,7 диаметра всасывающего трубопровода.
Трубопроводы в пределах насосной станции
выполняют стальными на сварке с применением фланцев лишь для присоединения
арматуры и насосов.
На напорном трубопроводе каждого насоса
необходима установка задвижки и обратного клапана, а на всасывающем трубопроводе
насоса, работающего под заливом - задвижки.
Количество напорных трубопроводов от насосной
станции принимают не менее двух и при протяженности более 2 км устраивают
переключатели. При этом диаметр трубопроводов должен обеспечивать при аварии на
одном из них: не менее 70% расчетной подачи при наличии аварийного выпуска и
100% при его отсутствии. Это может быть обеспечено включением резервных насосов
и переключений между трубопроводами.
.1 Расчет всасывающего трубопровода
1) Расчетная
подача насосной станции:
Qр = Qмак.ч/3,6 , л/с, (3.1)
где Qмак.ч - максимальный часовой приток в м3/ч.
р = 1454,39/3,6 =403,99л/с.
2) Расчетный
расход:
q = Qр/n , л/с, (3.2)
где q - расчетный расход в л/с;р - расчетная
подача станции в л/с;- число водоводов.
= 403,99/ 2=201,99 л/с.
) Диаметр трубопровода находим по формуле:
, м, (3.3)
где q - расчетный расход по одному
трубопроводу, л/с;- рекомендуемая скорость, м/с.
СНиП 2.04.03- 85 рекомендует
принимать )
Принимаем тубы стальные
электросварные прямошовные ГОСТ 10704-76*вс наружн.=530 мм, 7 мм.вс
гост.=530-2*7= 516 мм
) Определяем действительную скорость
воды:
, м/с, (3.4)
где dвн - внутренний диаметр
трубопровода, м.
м/с
) Определяем число Рейнольдса:
, (3.5)
) Коэффициент сопротивления трения
по длине определяем по формуле:
вс= 0,11*(68/Re + Kэ/dвн)0,25 (3.6)
где -кинематический коэффициент
вязкости сточной воды, м/с.
Можно принимать м2/с, что
соответствует температуре 10С.
) Определяем эквивалентные длины
местных сопротивлений
= 54,68 мм
) Определяем приведенную длину
трубопровода= l + l =56,68 мм
) Потери напора в трубопроводе
определяются:=0,074 м
.2 Расчет напорного трубопровода
) Расчетный расход:
= 403,99/2 = 201,99 л/с
) Диаметр трубопровода находим по
формуле:
(м)<dав=0,438м
СНиП 2.04.03- 85 рекомендует
принимать
Для расчетов принимаем диаметр
трубопровода при аварийном режиме.
По ГОСТ 10704-76 наружный диаметр
принимаем :нап. наружн.=426 мм, 7мм.нап. гост.=426-2*7= 412 мм
) Действительная скорость воды:
, м
м/с,
) Число Рейнольдса:
,
) Коэффициент сопротивления трения
по длине:
) Определяем эквивалентные длины
местных сопротивлений:=102,95 м
) Находим приведенную длину
трубопровода:
= l + l = 132,95 м
) Потери напора в
трубопроводе:=0,529м.
.3 Аварийный режим
) Расчетный расход:
= 21564,44*0,7*1000/86400 = 174,71
л/с
) Диаметр трубопровода находим по
формуле:
м,
3) Действительная
скорость воды:
м/с,
) Число Рейнольдса:
) Коэффициент сопротивления трения
по длине:
) Определяем эквивалентные длины
местных сопротивлений:= 100,89 м
) Находим приведенную длину
трубопровода:
= l + l = 130,89 м
) Потери напора в трубопроводе:=
0,397м.
4. Определение полного напора
насосов, подбор насосов и электродвигателей
Напор, развиваемый насосами
канализационной насосной станции, может быть определен по формуле:
Н = Нг + hвс + hн + hз , м, (4.1)
где Нг - геометрическая высота
подъема жидкости, м;
Нг = Zп - Zр , м, (4.2)
п - максимальная отметка уровня воды
в приемной камере очистных сооружений, или отметка уровня воды в выше
расположенном коллекторе при расчете районной насосной станции в м;р - отметка
расчетного уровня воды в приемном резервуаре в м;
Нг = 11 м,вс - потери напора во
всасывающем трубопроводе, м;н - потери напора в напорном трубопроводе, м;з -
запас на излив жидкости из трубопровода (принимается 1 м).
Глубина приемного отделения
принимается 1,5…2 м, считая от отметки лотка подводящего коллектора.
Н = 11 + 0,074+ 0,529 + 1 = 12,603
м.
При подборе насосов необходимо
руководствоваться следующими положениями:
общая подача рабочих насосов должна
равняться максимальному притоку сточных вод или несколько превышать его;
число и подача насосов должны
обеспечивать устойчивый режим работы станции при периодических колебаниях
притока воды;
насосы целесообразно принимать
однотипные;
необходимо обеспечить работу насосов
с высоким к.п.д. не только при максимальном притоке, но и при средних и
минимальных притоках;
за производительность насоса может
быть принят минимальный часовой приток.
В насосной станции, кроме рабочих,
необходимо предусмотреть установку резервных насосов: одного - при количестве
рабочих насосов до двух; двух - при количестве рабочих насосов три и более.
По полученным потребным
(номинальным) расчетным напору и подаче
Нн = 12,603 м и Q = 336,9 м3/ч
определяем марку насоса. Для этого обращаемся к сводным графикам полей насосов
соответствующего типа.
Выбираем насос типа СД 450/42а
Необходимая мощность двигателя
определяется по формуле:
, (5.1)
где Nдв - мощность двигателя в кВт;
Nн - мощность насоса в кВт;
- к.п.д. электродвигателя
принимается по каталогу двигателей (ориентировочно может быть принят 0,85 -
0,95);
- к.п.д. передачи: при
непосредственном соединении двигателя и насоса = 1,0.
К - коэффициент запаса мощности на
возможные перегрузки.
кВт.
При необходимости производится
обточка рабочего колеса и пересчет характеристик насоса.
После того как насос подобран,
проводится графический анализ работы насосов и системы водоводов.
Рис.5.1. Насос типа СД
Технические характеристики насоса СД
450/22,5 б.
Подача Q = 360 м3/ч
Напор Н=16 м
Частота вращения n=960 об/мин
КПД η = 59 %
Допускаемый кавитационный запас 4,5
м
Мощность насоса N= 26 кВт
Размер проходного сечения 118 мм
Диаметр рабочего колеса D = 390 мм
Двигатель: 4А250 6
Мощность Nдв = 45 кВт
Частота вращения n=1500 об/мин
Напряжение 220/380 В
Масса насоса 520 кг
Масса агрегата 1140кг
5. Графоаналитический расчет
совместной работы насосов и водоводов. Анализ работы КНС
Анализ совместной работы насосов и
водоводов выполняется с целью уточнения рабочих параметров и для проверки
аварийных режимов. Анализ выполняется графическим способом с помощью совместных
характеристик насосов и системы трубопроводов.
На насосных станциях обычно
применяется параллельная работа насосов. Суммарная характеристика нескольких
параллельно работающих насосов строится графическим сложением их характеристик.
С этой целью на графике Н - Q строятся характеристики всех рабочих насосов,
взятые из каталога.
Далее на том же графике в
координатах Н - Q строятся необходимые характеристики системы водоводов,
совместно с которыми работает насосная станция.
Уравнение характеристики водоводов:
Н = Нст +SQ2 , м, (6.1)
где Нст - статический напор в м;
Q - расход воды по водоводам в м3/с;
S - сопротивление системы водоводов
в с2/м5.
Статический напор:
Нст = Нг + Нз , м, (6.2)
где Нг - геометрическая высота
подъема жидкости в м;
Нз - запас на излив жидкости из
трубопровода (принимается равным 1 м).
Величина SQ2 в (6.1) представляет
собой суммарные потери напора в системе водоводов, поэтому сопротивление S
можно определить как сумму:
= Sвс + Sст + Sн , с2/м5, (6.3)
где Sвс - сопротивление всасывающей
линии;
Sст - сопротивление
внутристанционных коммуникаций;
Sн - сопротивление напорной линии.
Значения этих сопротивлений могут
быть найдены на основании выполненных ранее гидравлических расчетов
трубопроводов по формулам:
, (6.4)
, (6.5)
, (6.6)
где Qр - расчетная подача насосной
станции, м3/с;
hвс - суммарные потери напора во
всасывающей линии в м;
hст - внутристанционные потери
напора в м;
hн - суммарные потери напора в
напорной линии в м.
ст = hвс + hн , м, (6.7)
Задаваясь различными Q по (6.1)
определяют соответствующие напоры Н и по результатам расчета строят графическую
характеристику системы водоводов.
Для дальнейшего анализа режимов
работы насосов в аварийных ситуациях потребуется характеристика системы
водоводов с одной отключенной ниткой на напорной линии (авария на водоводе).
Для ее построения необходимо найти сопротивление напорной линии в аварийной
ситуации, которое с достаточной для практики точностью определяется выражением:
, (6.8)
где Sн - сопротивление напорной
линии в расчетном режиме;
N - число параллельных ниток
напорных водоводов.
Сопротивление системы водоводов в
аварийной ситуации S| определяется по формуле (6.3), где вместо Sн берется Sн|.
Построение характеристики ведется тем же способом, что и для расчетного режима,
но в (6.1) вместо S принимается S|.
При недопустимо большом снижении
подачи насосной станции часто имеется возможность увеличить подачу за счет
секционирования водоводов. Секционирование осуществляется с помощью задвижек в
начале и в конце каждой секции.
В результате такого секционирования
при аварии выключается не вся нитка водовода, а только одна секция. Поэтому на
длине аварийной секции вода идет по N-1 нитке, а на остальной длине - по всем N
ниткам.
Перемычки устанавливаются вдоль
водовода таким образом, чтобы разделить всю его длину на секции равной длины.
Если число перемычек Nп, то секций Nп+1.
При аварийном отключении одной
секции на одной нитке водовода сопротивление напорной линии определяется по
формуле:
, (6.9)
Подставляя Sн|| вместо Sн в (6.3),
получим аварийное сопротивление системы водоводов S||. Используя S|| вместо S в
(6.1), можно найти характеристику системы водоводов для случая аварии при
использовании любого числа перемычек.
Результаты расчетов для построения
характеристики совместной работы насосов и водоводов.
Совместный график работы:
Н = Нст +SQ2 , Нст = Нг + Нз
Нст = 11 + 1 =
12 м=
Sвс
+ Sст
+ Sн
с2/м5
с2/м5
с2/м5= 0,65+4,64+3,48=8,77 с2/м5
Сопротивление напорной линии
с2/м5
Сопротивление системы водоводов в
аварийной ситуации:
= 0,65+4,64+13,92=19,21 с2/м5
При аварийном отключении одной
секции на одной нитке водовода сопротивление напорной линии:
с2/м5
Число перемычек равно 1.
Аварийное сопротивление системы
водоводов:
= 0,65+4,64+8,7=13,99 с2/м5
Уравнение характеристики водоводов:
Н = 12 +13,99Q2
6.Определение размеров машинного
зала и здания КНС
Рекомендуется приемным резервуарам
придавать форму распределительного канала, имеющего достаточную глубину и длину
для размещения в нем всасывающих труб от всех насосных агрегатов.
В данном курсовом проекте приемный
резервуар совмещен с машинным отделением и имеет в плане круглую форму.
Радиус определяем по формуле:
, м, (7.2)
м.
Радиус насосной станции 12м.
Дно приёмного резервуара имеет уклон
i=0,1 к приёмнику в котором расположены воронки всасывающих трубопроводов.
Приёмный резервуар оборудуется
устройством для взмучивания осадка. Подача воды на взмучивание регулируется
задвижкой с ручным приводом. Для смыва осадка со стен и днища резервуара
предусмотрен поливочный кран, оборудованный резиновым шлангом с брандспойтом.
Техническая вода к поливочному крану подаётся дренажным насосом.
Спуск в приёмный резервуар
осуществляется через специальные люки по ходовым скобам.
В приемных резервуарах
устанавливаются механизированные решетки, решетки-дробилки и щитовые затворы.
Отбросы задерживаются на решетках, измельчаются в дробилках, разбавляются технической
водой и сбрасываются обратно в приемный резервуар. Ширина прозоров решетки
зависит от типа и марки насосов. В данном случае для насоса СД450/22б ширина
прозоров решетки 60 мм.
Скорость движения воды в прозорах
решетки допускается 0,8-1,0 л/с при максимальном притоке, ширина канала лотка
по дну принимается в пределах 0,8-1,0 м.
Принимаем 2 рабочих решетки и 1
резервную.
В приёмном резервуаре располагается
3 подводящих каналаов перекрытых рифлёным железом в которых устанавливаются
решётки- дробилки (РД 600).
Технические характеристики решёток-
дробилок РД 600
. Пропускная способность тыс. м3/сут
(40)
. Скорость движения сточной жидкости
в прозорах решётки, м/с (1,2)
. Ширина прозоров, мм (60)
. Привод установки
Электродвигатель: типа (ВА 022-4)
мощность кВт (1,5)
частота вращения об/мин. (1500)
. Масса, кг (1800)
Решётка работает непрерывно.
Количество отбросов, снимаемых с
решеток в час:
, кг/ч, (7.3)
где P - количество отбросов на
одного человека в л/год;
N - число жителей;
- удельный вес отбросов,
принимаемый 750 кг/м3.
кг/ч.
Для определения размеров машинного
зала необходимо установить:
размеры насосного агрегата с
фундаментной плитой или рамой;
диаметры трубопроводов;
размеры арматуры (задвижек, обратных
клапанов);
размеры фасонных частей для
соединения арматуры, насосов с трубопроводами (отводов, тройников, переходов,
крестовин).
Компоновку насосных агрегатов,
трубопроводов и арматуры рекомендуется проводить в следующем порядке:
.Определяются размеры фундамента под
агрегаты.
.Выбирается схема размещения
агрегатов.
.