Проектирование насосной станции первого подъема
Министерство
образования и науки Российской Федерации
Федеральное
государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
«Санкт-Петербургский
государственный архитектурно-строительный университет»
Факультет
инженерной экологии и городского хозяйства
Кафедра
водопользования и экологии
Дисциплина:
Насосы и насосные станции
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ
ЗАПИСКА
К курсовому
проекту:
«Проектирование
насосной станции первого подъема»
Выполнил:
студент
группы В-3
Семенов
В.В.
Руководитель:
Д.
т. н., проф.
Васильев
В. М.
Санкт-Петербург
Содержание
1. Определение расчетного расхода
. Определение противопожарного
запаса воды
. Определение диаметров всасывающих
и напорных водоводов
. Определение потерь напора во
всасывающих и напорных водоводах и внутри насосной станции
. Определение потребного напора
насосной станции
. Подбор насосов и уточнение их
параметров
. Определение геометрически
допустимой высоты всасывания
. Составление предварительной
вертикальной схемы насосной станции
. Составление плана насосной станции
. Уточнение потерь напора,
создаваемого насосом
. Уточнение потребного напора и
геометрической высоты всасывания
. Подбор вакуумных насосов
. График совместной работы насосов и
сети
. Подбор дренажного насоса
. Подбор грузоподъемных устройств
. Определение высоты насосной
станции(машинного зала)
. Компоновка остальных помещений
насосной станции
. Определение удельной нормы расхода
электроэнергии для насосных агрегатов и электродвигателей
. Определение суточного и годового
расхода электроэнергии насосных агрегатов
. Список использованной литературы
1. Определение
расчетного расхода
Определяем расчётный расход, то есть подача,
которая должна быть обеспечена насосной станцией первого подъёма:
Где α - коэфф
учитывающий расход воды на собственные нужды в водоочистных сооружениях.
При суточном расходе более 20000 м3/сут,
α=1,05.
Где Т - время работы очистных сооружений (24часа)
2. Определение
противопожарного запаса воды
Где:
QППЗ -
пополнение противопожарного запаса
qП - расход
воды на один наружный пожар (определяется из количества жителей по снипу)
При наличии внутреннего пожара qП +5 л/с -
> 2струи по 2,5л/с
m - расчетное
число пожаров
Qчас max - расход
воды за 3 часа смежных с максимальными при коэффициенте k = 1,35
3 - продолжительность пожара (в
часах).
Qчас ср - средняя
часовая подача насосной станцией первого подъема. Т. е. расход, поступающий с
насосной станции.
Т1 - время пополнения
противопожарного запаса. По СНиП 2.04.02-84* принимается 24 часа.
Так как k = 7,5 >
7%, то QППЗ необходимо
учитывать при подборе насосного оборудования:
3. Определение диаметров
всасывающих и напорных водоводов
насосный станция вода напор
Для насосной станции I
категории надежности количество напорных водоводов должно быть не менее 2. При
подборе диаметров пользуются таблицами Шевелева и рекомендациями СНиП.
Диаметр на всасывающей линии принимаю по
половине расхода 705м3/ч = 196л/с и скорости 0,8-1,5м/с по СНиП
dу
= 500мм
i = 2,568
v = 0,979м/с
При поломке 1 водовода и расходе 100%:
i = 9,965
v = 1,957м/с
Диаметр на напорной линии принимаю по
половинному расходу 705м3/ч = 196л/с и скорости 1-3м/с по СНиП
dу
= 350мм
i = 14,978
v = 1,926м/с
При поломке 1 водовода и расходе 70%:
i = 29,485
v = 2,702м/с
Также по таблицам Шевелева принимаю водоводы:
На участке насос - напорная линия:
Q = 196л/с
dу
= 350мм
i = 14,978
v = 1,926м/с
На участке всасывающий водовод - насос:
Q = 196л/с
dу
= 400мм
i = 8,236
v = 1,537м /с
4. Определение потерь
напора во всасывающих и напорных водоводах и внутри насосной станции
Потери в водоводах:
Где:
β-коэффициент,
учитывающий местные потери на водоводах;
i-гидравлический
уклон водоводов;
Lн.в.
- длина напорной линии;
Lвс.в.
- длина всасывающей линии;
.
Потери внутри насосной станции на данном этапе
проектирования принимаем hн
ст
= 2,5м.
Это значение будет уточнено после установки
оборудования внутри насосной станции.
5. Определение
потребного напора насосной станции
где Нст - статический
напор.
1 - отметка
уровня воды в смесителе очистных сооружений (резервуаре)
Z2 - отметка
наинизшего уровня воды в водозаборном колодце.
hвс.вод - потери
напора во всасывающем водоводе/
hвдм - потери
напора на водомере (сужающем устройстве); предварительно принимаются равными
0,5-1,5 м;
hнс - потери
внутри насосной станции; предварительно принимаются равными 2,0-2,5 м;
hнап.вод -
гидравлические потери в напорном водоводе;из - запас напора на
излив, учитывающий потери при выходе из трубы в резервуар;
принимается hиз = 0,5 м.
6. Подбор
насосов и уточнение их параметров
При определении количества резервных
агрегатов руководствуются рекомендациями СНиП, в зависимости от категории
надежности станции и количества рабочих насосов.
В нашем случае, для 2 рабочих
агрегатов будет предусмотрено 2 резервных насоса.
Выбор насоса осуществляется при
следующих параметрах:
Расход:
Напор:
На станции будут использоваться
насосы фирмы Grundfos HS
250-200-381/357
Характеристики:
Расход:
Напор:
Доп. кав. запас NPSH:
КПД составляет 83,4%
Мощность на валу: P2 = 87,8 кВт
(полная характеристика находится в
приложении)
Рабочее колесо стачивается с 226мм
до 223мм
7. Определение
геометрически допустимой высоты всасывания
Где:
Допустимый кавитационный запас
Потери во всасывающем трубопроводе:
Атмосферное давление Pа/ρg = 10,33м.
Парциальное давление Pпарц/ρg = 0,24м.
,5 - запас, который рекомендует
учитывать Grundfos.
Насосы устанавливаю не под залив,
так как разница отметок земли и воды в колодце велика. В связи с этим придется подобрать вакуум-насосы
для залива насосов.
Допустимая положительная высота
всасывания составляет 4,5м. Устанавливать ось насоса выше этой высоты
запрещается, так как это ведёт к разрыву сплошности потока и появлению пузырей,
следовательно, к кавитации, что категорически недопустимо.
Ось насоса проходит на отметке
32,7м.
8.
Составление предварительной вертикальной схемы насосной станции
· Напорный трубопровод прокладывается
ниже глубины промерзания (для Ленинградской обл. 1,4м) на величину 0,5d.
· Отметка оси насоса должна быть выше
отметки пола на 0,5 - 0,7м.
· Уровень пола должен превышать на
0,1-0,3м отметку земли, чтобы исключить попадание дождевой воды.
Расчет основания под насосы.
Масса насоса Grundfos
HS 250-200-381/357 по паспорту составляет 2070кг. Если масса фундамента m
составляет 2-3 массы насоса то, зная габариты опорной плиты насоса, мы можем
определить объем и глубину заложения фундамента.
Масса фундамента принимаю порядка 5000кг.
Значит, объем бетонной смеси:
Высота фундамента:
Учитывая то, что высота фундамента от пола
должна составлять около 0,3м. заглубление фундамента составит 0,90м.
9. Составление плана
насосной станции
Рассмотрены 2 варианта плана станции: А, В.
Вариант А.
Компоновка насосов типа Д в один ряд и установка
напорной флейты выше оси насоса.
Крупных недостатков не имеет. Длина машинного
зала больше, чем в варианте В.
Вариант В.
Компоновка насосов типа Д в два ряда и установка
напорной флейты на определенной отметке. Тяжело организовать обслуживание
насосов и запорной арматуры.
Но более компактна, чем вариант А.
Из них наиболее рациональным представляется
вариант А.
Все планы представлены в приложении
Размер монтажной площадки определяем исходя из
размеров транспортного средства, заводящего оборудование внутрь станции +0,7 м
вокруг него.
Размер монтажной площадки принимаем: 9,0x3,6м.
10. Уточнение потерь
напора, создаваемого насосом
Схема к определению потерь напора
Сводная таблица потерь напора
Поз.
|
Наименование
сопротивления
|
Расчетная
формула
|
Q,
л/с
|
d,
мм
|
v,
м/с
|
ξ
|
1000i
|
Кол-во
|
Величина
потерь, м
|
Потери
по длине
|
-
|
Участок
длиной 5,9м
|
|
392
|
500
|
1,99
|
-
|
10,34
|
1
|
0,061
|
-
|
Участок
длиной 3,1м
|
|
196
|
500
|
0,99
|
-
|
2,67
|
1
|
0,008
|
-
|
Участок
длиной 2,2м
|
|
196
|
400
|
1,55
|
-
|
8,46
|
1
|
0,019
|
-
|
Участок
длиной 8,2м
|
|
196
|
350
|
1,97
|
-
|
15,892
|
1
|
0,130
|
Местные
сопротивления
|
1
|
колено
90град
|
|
392
|
500
|
1,99
|
0,5
|
-
|
1
|
0,101
|
2,4
|
Задвижка
|
|
392
|
500
|
1,99
|
0,2
|
-
|
2
|
0,081
|
3
|
тройник
в прямом направлении
|
|
392
|
-
|
1,99
|
0,1
|
-
|
1
|
0,020
|
5
|
тройник
в прямом направлении
|
|
196
|
-
|
0,99
|
0,1
|
-
|
1
|
0,005
|
6
|
Задвижка
|
|
196
|
500
|
1,15
|
0,2
|
-
|
1
|
0,013
|
7
|
тройник
с разде-лением потоков
|
|
196
|
-
|
1,55
|
1,28
|
-
|
1
|
0,157
|
7
|
Задвижка
|
|
196
|
400
|
1,55
|
0,1
|
-
|
1
|
0,012
|
-
|
Вибровставка
|
|
196
|
400
|
1,55
|
0,7
|
-
|
1
|
0,086
|
9
|
Переход
суживающийся
|
|
196
|
-
|
4,00
|
0,21
|
-
|
1
|
0,171
|
10
|
Переход
расширяющийся
|
|
196
|
-
|
6,24
|
0,15
|
-
|
1
|
0,298
|
-
|
Вибровставка
|
|
197
|
-
|
1,97
|
0,7
|
-
|
1
|
0,138
|
11
|
клапан
обратный
|
|
196
|
350
|
1,97
|
1,7
|
-
|
1
|
0,336
|
12,14,16
|
Задвижка
|
|
196
|
350
|
1,97
|
0,2
|
-
|
3
|
0,119
|
-
|
колено
90град
|
|
196
|
350
|
1,97
|
0,19
|
-
|
1
|
0,042
|
13
|
тройник
с соединием потоков
|
|
196
|
350
|
1,97
|
0,91
|
-
|
0,030
|
15
|
тройник
в прямом направлении
|
|
196
|
350
|
1,97
|
0,1
|
-
|
1
|
0,336
|
17
|
колено
90град
|
|
196
|
350
|
1,97
|
0,5
|
-
|
1
|
0,099
|
|
|
|
|
|
|
|
Итого
|
|
2,262
|
Определение потерь в водомере.
Чаще всего на насосных станциях в качестве
водомеров ставятся сужающие устройства.
Для заданного расхода 707м3/ч находим
подходящий диафрагменный водомер с соотношением диаметров d/dy
= 0,67. (водомер ставится на напорном трубопроводе).
Относительное сужение потока:
Перепад напора в сужающем устройстве
составляет:
Потери напора в диафрагменном
водомере составят:
11.
Уточнение потребного напора и геометрической высоты всасывания
Таким образом, разница в потребном
напоре составляет 0,82м. Можно сделать вывод, что подобранный насос нам
подходит с незначительным запасом, не превышающем 1м.
Уточним геометрически допустимую
высоту всасывания насоса.
Из за того, что высота изменилась,
требуется уточнить отметку оси насоса и пола насосной станции:
12. Подбор
вакуумных насосов
Производительность вакуумных
насосов:
где k - коэффициент запаса,
принимается k=1,05 - 1,1;тр - объем всасывающего трубопровода от
всасывающего патрубка насоса до зеркала воды
н - объем
всасывающей полости насоса, принимается Wн = 0,4 м3;-
Время заливки насоса водой, принимается 4 мин;
Ра - атмосферное
давление, 10,33 м.
Устанавливается один рабочий и один
запасной насос фирмы Sigma Zavadka
80-SZO-244-125-LC-00.
13. График
совместной работы насосов и сети
При нормальном режиме (работе одного
всасывающего и двух напорных водоводов):
Где:
Статический напор -
Потери напора в системе -
- суммарный коэффициент удельного
сопротивления.
Статический напор Hст равен:
Отметка подачи воды на очистные
сооружения ZОС = 45,5м.
Принимаем по таблицам Шевелева
[табл.2] удельное сопротивление единицы длины А в зависимости от диаметров:
Коэффициенты удельного
сопротивления:
Где:
β - коэффициент, учитывающий
местные потери на водоводах;
lвс.в. - длина
всасывающей линии;
Проверка:
(разница в 0,8м объясняется тем, что
при расчете не были учтены потери в водомере и запас на излив 0,5м.)
Таблица для построения линии сети
при нормальном режиме.
Q,
л/с
|
0
|
40
|
80
|
120
|
160
|
200
|
240
|
280
|
320
|
360
|
400
|
440
|
Н,
м
|
17,30
|
17,51
|
18,16
|
19,23
|
20,72
|
22,65
|
25,00
|
27,79
|
31,00
|
34,63
|
38,70
|
43,19
|
При аварийном режиме (работе одного всасывающего
и одного напорного водовода):
При выходе из строя одного водовода насосная
станция должна обеспечивать не менее 70% расчетного расхода (не менее 275л/с).
Статический напор Hст
равен:
Удельные сопротивления единицы длины:
Коэффициенты удельного сопротивления:
Проверка:
Выходит, при аварии станция не будет
обеспечивать потребный напор. Для устранения подобной проблемы следует сделать
перемычку.
Разделим напорный водовод на 4 равных участка по
275м.
В случае аварии на каком либо участке:
Проверка:
Потребный напор обеспечен.
Таблица для построения линии сети при аварийном
режиме.
Q,
л/с
|
0
|
40
|
80
|
120
|
160
|
200
|
240
|
280
|
320
|
Н,
м
|
17,30
|
17,67
|
18,78
|
20,63
|
23,22
|
26,55
|
30,62
|
35,43
|
40,98
|
На основании строим график характеристики сети.
- характеристика (H-Q) работы 1 насоса Grundfos
HS 250-200-381/357
- характеристика (H-Q) работы совместно 2
насосов Grundfos
HS 250-200-381/357
- характеристика (H-Q) сети при работе одного
всасывающего водовода и двух напорных (нормальная работа)
- характеристика (H-Q) сети при работе одного
всасывающего водовода и одного напорного (авария на участке)
14. Подбор дренажного
насоса
В подземную часть насосной станции вода
поступает из грунтовых вод, фильтрующих через стены здания, через сальники
насосов и при ремонте оборудования, изливом. Для ее удаления предусматривается
установка дренажного насоса.
Насос подбираем по следующим параметрам:
Расход:
Напор:
Принимаем к установке
насоса Unilift
KP 350
Один рабочий, другой резервный
Расположим дренажный колодец под лестницей,
ведущей в машинный зал. Вода к колодцу будет подводиться по лотку,
расположенному у стены. Пол делается с уклоном 0,002 в сторону лотка.
15. Подбор грузоподъемных
устройств
Для транспортировки и монтажа оборудования
насосной станции используем грузоподъёмное устройство в зависимости от веса
самого тяжёлого элемента оборудования, расположенного внутри насосной станции
(Магр = 2070 кг - насос с электродвигателем), умноженного на
поправочный коэффициент 1,1, т.е. 2070- 1,1 = 2277 кг.
Характеристики:
Пролет крана Lk……..….7,5m
База крана Bk…………..…1,7m
Полная длинна крана L….8,3m
Масса…………………….1684kg
Размеры,
mm
|
Lo
|
B
|
C
|
D
|
H1
|
H2
|
K
|
Sk
|
Lh1
|
Lh2
|
Hmin
|
Bh
|
500
|
250
|
42
|
Ø175
|
680
|
200
|
2100
|
503
|
915
|
980
|
1160
|
645
|
Базовый телфер МТ410Н...V12/1EN20
Высота на подъем телфера Н……9m
16. Определение высоты
насосной станции (машинного зала)
Высота станции определяется по формуле:
Где:
- погрузочная
высота платформы;
0,5 - высота от груза до т/с;
- высота наиболее
высокого груза;
- высота
строповки;
- высота крана от
крюка до верха.
Таким образом,
минимальная высота станции:
Принимаю высоту станции:
17. Компоновка
остальных помещений насосной станции
Монтажная площадка:
Размер монтажной площадки определяем исходя из
размеров транспортного средства, +0,7м. вокруг.
Габариты площадки 3,6х9,0м
Размеры ворот 3,0х3,0м
Для определения габаритов трансформаторной
требуется определить мощность трансформаторов.
Где:
- коэффициент
спроса по мощности, при 2 работающих двигателях равен 1
- паспортная
мощность электродвигателей основных насосов.
- КПД
электродвигателя.
- коэффициент
мощности электродвигателя.
Предусматриваем 2 трансформатора мощностью
250кВА(понижение с 10 до 6,3кВ) и один трансформатор для нужд станции мощностью
160кВА(понижение с 6,3 до 0,4кВ)
При выходе из строя одного трансформатора
перегрузка другого составит
Допустимое время 64% перегрузки для масляного
трансформатора составляет порядка 40 минут.
Таблица размеров помещений насосной станции:
Название
помещения
|
Габариты,
м
|
площадь,
м2
|
|
A
|
B
|
|
Помещение
РУ
|
4,2
|
8,7
|
36,54
|
Щитовая
|
10,3
|
3,5
|
36,05
|
Трансформаторная
|
2,9
|
4,2
|
12,18
|
Диспетчерская
|
3,4
|
3,5
|
11,90
|
Комната
персонала
|
4,0
|
3,0
|
12,00
|
Санузел
|
2,6
|
1,8
|
4,68
|
Холл
|
2,5
|
5,0
|
15,02
|
18. Определение
удельной нормы расхода электроэнергии для насосных агрегатов и
электродвигателей
Анализируя полученный результат можно сказать,
что насос и электродвигатель к нему подобраны экономично.
19. Определение
суточного и годового расхода электроэнергии насосных агрегатов
Где:
- плотность воды
- КПД
электродвигателя
- КПД насосов при i-й
ступени.
- время работы в
течение суток в режиме i-й
ступени (в часах).
и -
соответственно, суммарная подача м3/с и напор, м.
n - число ступеней.
Годовой расход электроэнергии с учетом того, что
насосная станция не каждый день работает с максимальной подачей, определяют по
формуле:
20. Список
использованной литературы
1.
Залуцкий Э.В., Петрухно А.И. Насосные станции. Курсовое проектирование. - К.
Вища шк. Головное изд-во, 1987. - 167 с.
.
Кораблев А.И., Черкасов Г.Н., Учебное пособие к выполнению курсового проекта: Проектирование
водопроводных и канализационных насосных станций. Ленинград, 1985г.
.
Карелин В.Я., Минаев А.В. Насосы и насосные станции. Учебник для вызов - 2-е
издание, переработано и дополнено - М.: Стройиздат, 1986.
.
Шевелев Ф. А., Шевелев А. Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных
труб. М.: Стройиздат, 1984. 116 с.
.
Справочник монтажника: Оборудование водопроводно-канализационных сооружений,
М.: Стройиздат, 1979 . 430 с.