Насосные и воздуходувные станции

Насосные и воздуходувные станции

Насосные и воздуходувные станции

Введение

Курсовой проект «Насосные и воздуходувные станции» выполнен по заданию, выданному 27.09.12. Необходимо сделать проект насосной станции второго подъема с суточным расходом 49500 м3 . В ходе работы нужно определить категорию надежности станции, определить диаметры трубопроводов, подобрать основные насосы и электродвигатели к ним, вспомогательное оборудование, разместить насосное оборудование в плане и по высоте, определить технико-экономические показатели.

1. Расчет водопроводной насосной станции 2-го подъема

.1 Определение категории надежности станции

По данным задания определяем категорию надежности. НС-II относится к I категории, т.к. суточный расход воды 49500м3 и на объединенном водопроводе, обеспечивающим пожаротушение. Допускается снижение подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды не более 30% расчетного расхода и на производственные нужды до предела, устанавливаемого аварийным графиком работы предприятий. Длительность снижения подачи не должна превышать 3 суток. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускается не более, чем на 10минут. Ориентировочная численность населения города более 50 000 человек.

.2 Определение расчетной производительности

По заданному коэффициенту часовой неравномерности водопотребления Кч=1.25 строится ступенчатый график суточного водопотребления(рис.1).

Выбираем двухступенчатую работу насосов. Производительность первой ступени будет составлять: К1=4,60 %, а второй К2=3,30%. При этом необходимо, чтобы выполнялось условие по формуле:

Q1t1+Q2t2=Q, м3/ч, где

Q= 2277*16+1633,5*8=49500 м3/сут.

Q1, Q2 - часовая производительность насосов первой и второй ступени соответственно, м3/ч

t1, t2 - продолжительность работы насосов первой и второй ступени соответственно, ч.

рис.1. График водопотребления и водоотдачи.

.3 Определение вместимости бака водонапорной башни

Полная вместимость бака водонапорной башни складывается из регулирующего объема Wрег и противопожарного запаса Wпож:

W= Wрег + Wпож , м

Противопожарный запас рассчитывается на десятиминутную продолжительность тушения одного внутреннего и одного наружного пожаров и расхода из водопроводной сети на хозяйственные нужды. по формуле:

Wпож= (qпожн + qпожвн+qхоз)*60*10/1000, м3

Wпож =(80+5+127,31)*60*10/1000=127,39 м3

т.к. численность составляет 50 000 чел., а норма расхода воды на человека составляет 220 л/сут., следовательно qхоз=(220*50 000)/(3600*24)=127,31 л/с

Регулирующий объем бака определяется совмещением графиков водопотребления и подачи воды насосами второго подъема. Этот объем находиться табличным способом, где определяется остаток воды в баке башни для всех часов суток ( табл.1).

Максимальный остаток в баке составляет α=3,35%, тогда регулирующий объем бака определиться по формуле:

Wрег=α*Qсут/100=3,35*49500/100=1658,3 м3, где

W= 1658,3+127,4=1785,7 м3

Qсут - суточный расход воды, м3.

Количество башен: n=1785,7/800=2,23

К установке принимаем три типовых железобетонных башен вместимостью 800 м3.

Высота слоя воды в баке:

Hб=4*Wб/π*d2=4*800/3,14*(12,5)2=6,52м, где

Wб - емкость башни, d - диаметр бака водонапорной башни.

Табл. 1

.4 Определение объема резервуара чистой воды

Объем резервуара чистой воды рассчитывается по формуле:

W=Wрег+Wпож+Wпр, м3

Регулирующий объем резервуара чистой воды определяется аналогично регулирующему объему бака табличным способом, где определяется остаток воды резервуара чистой воды для всех часов суток (Табл.2).

Максимальный остаток в баке составляет α=6,95%, тогда регулирующий объем бака определится по формуле:

Wрег=α*Qсут/100=6,95*49500/100=3440,3 м3, где

Qсут - суточный расход воды, м3.

Табл.2

Wпр - запас воды на промывку фильтров, м3.

Wпр=500 м3.

Wпож - неприкосновенный противопожарный запас воды, м3.

Неприкосновенный противопожарный запас воды рассчитывается на 3-х часовую продолжительность пожаротушения из наружных гидрантов и внутренних пожарных кранов.

Wпож=(∑qпн + ∑qпв)*3*3600/1000=(80*2+5)*3*3600/1000=1782 м3.

W=1782+3440,3+500=5722,3 м3

Принимаем два резервуара вместимостью 3000м3 с размерами: длина 30м., ширина 24 м., глубина воды 4.8м.

Отметка верхнего уровня воды Zверх=25,30м.

Отметка дна резервуара чистой воды Zдна=20,50м.

Отметка наинизшего уровня воды Zн.у.=21,48 м.

Отметка среднего уровня воды Zср=22,90м.

.5 Расчетная производительность насосов для трех режимов работы насосной станции

Первый режим. При подаче воды насосами первой ступени в водонапорную башню при исправных водоводах рассчитываем по формуле:

Второй режим. При подаче воды насосами в сеть во время пожара в часы первой ступени расход определится по формуле:

Q2= Q1+∑qпож*3,6= 2277+85*3,6= 2583 м3/ч= 717,5 л/с

Третий режим. При подаче воды насосами в водонапорную башню в часы первой ступени при аварии на водоводе расход определится по формуле: Q3= 0.7*Q1 =0.7*2277=1594 м3/ч= 442,75 л/с

.6 Определение расчетных напоров для каждого режима работы насосной станции

Согласно СНиП 1.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» количество трубопроводов всех назначений на насосных станциях I категории надежности независимо от числа групп насосов принимается в количестве двух штук. Диаметр трубопроводов подбирают по расчетному расходу q для первого режима работы. Для выбора диаметров труб и при их гидравлическом расчете используем таблицы Ф.А.Шевелева.

Гидравлический расчет всасывающих линий сводится к подбору диаметра труб и определению потерь напора для каждого режима работы насосной станции. Диаметр всасывающих линий принимается по условиям пропуска расчетного расхода 1-го режима, при этом скорости движения воды должны быть в пределах от 0,8 до 1,5, а потери напора - не превышать 0,5м.

Для всасывающих линий принимаем две стальные электросварные трубы диаметром 800мм. При условии пропуска через них полного расхода 1-го режима q=632,5л/с определяем скорость течения воды V=1,25 м/с и гидравлический уклон 1000i=2,208.

Для принятого диаметра подсчитывают потери напора во всасывающей линии hвс при каждом расчетном режиме по формуле:

h1= 1.5*1000i*l/1000= 1.5*2,208*0,17= 0,563 м.= 1.5*1000i*l/1000= 1.5*2,840*0,17= 0,724 м.= 1.5*1000i*l/1000= 1.5*1,131*0,17= 0.288 м.

1000i- гидравлический уклон, определяемый по таблицам Шевелева.

Диаметр напорных водоводов принимается по условиям пропуска расчетного расхода 1-го режима по двум параллельным линиям, т.е. по каждой линии- половина расчетного расхода. При этом скорости движения воды в водоводах должны быть в пределах, от 1 до 3 м/с, а потери напора на 1км длины водовода- около 4-7м.

Принимаем две чугунные трубы диаметром 600 мм. При условии пропуска через них половины расхода 1-го режима q=316,3 л/с определяем скорость течения воды V=1,12м/с и гидравлический уклон 1000i=2,63.

Для принятого диаметра подсчитываются потери напора hн в водоводах при каждом расчетном режиме. Для 1-го режима работы насосной станции при исправных водоводах потери напора подсчитываются по формуле:

hн1= 1.05*i*l= 1.05*0,00262*3960= 11,41 м.

для 2-го режима :

hн 2 = 1.05*i*l= 1.05*0,00332*3960= 14,45 м.

Дл надежного обеспечения бесперебойной подачи воды при аварии на напорном водоводе между линиями устраиваются перемычки.

С учетом этого для 3-го режима работы насосной станции в условиях аварии на водоводе потери напора в водоводах определяются по формуле:

hн3= 1.05*(iala+iиlи)= 1,05*(5,03*1+1,42*2,96)= 10,16 м.

где ia- гидравлический уклон при пропуске расчетного расхода по одной линии аварийного участка;

la- длина аварийного участка;(1000 м )

iи- гидравлический уклон при пропуске расчетного расхода по двум параллельным линиям исправных участков;

lи- длина исправных участков lи= lн- la ;(2960 м)

lн - длина напорных водоводов;(3960 м )

Для каждого режима работы насосной станции определяется расчетный напор, т.е. полный напор, развиваемый насосами.

Для первого режима:

H= Hг+ hвс+ hн+ hн.с. , м

где Hг- геометрическая высота подъема воды, м

hвс- потери напора во всасывающей линии, м;

hн- потери напора в напорных водоводах, м;

hн.с- потери напора в коммуникациях насосной станции, принимаем ориентировочно для всех режимов работы hн.с= 2,0 м.

Для 1-го и 3-го режимов, при которых вся вода или часть подаваемой воды поступает в бак водонапорной башни, геометрическая высота подъема:

Hг= Zбр - Zрчв= 91,13-21,48=69,65 м.

где Zбр- отметка расчетного уровня воды в баке водонапорной башни;

Zрчв - отметка расчетного уровня воды в резервуаре чистой воды у насосной станции. Н1=69,65+0,563+11,413+2,00=83,63 м.

Для второго режима:

Hг= Zпож - Zрчв= 37,83+10-21,48=26,35м

где Zпож- отметка уровня свободного напора в сети при пожаре у наиболее удаленного от насосной станции пожарного гидранта + свободный напор 10 м.;

Zрчв- отметка уровня воды в резервуаре чистой воды.

Значение потерь напора в разводящей сети задаются в исходных данных для выполнения проекта hp= 19,3 м.

Н=26,35+0,724+14,462+2,0+19,3= 62,84 м.

Для третьего режима:

Н= 69,65+0,288+10,157+2,0= 82,09 м.

Результаты подсчетов расчетной производительности и полного напора насосов для различных режимов работы НС-II сводим в табл.4 предлагаемой формы.

Табл.4.

.7 Подбор насосов

По расчетным параметрам Q и H подбираем насосы для проектируемой насосной станции. При подборе насосов учитываем, что основным расчетным режимом является первый режим с параметрами Q1 и H1. При первом режиме насосная станция потребляет наибольшее количество электроэнергии, поэтому насосы подбираем так, чтобы они работали при этом режиме с наибольшим КПД. При работе насоса второй ступени КПД у него находится в пределах рабочей зоны характеристики насоса. Работа насосов при подаче воды для тушения пожара и при аварийном режиме считается допустимой и при низких значениях КПД, но при условии, что обеспечиваются потребные подачи и напор насосов.

Для насосной станции принимаем все одинаковые насосы, используя их параллельную работу в разных условиях, в том числе и в условиях пожара. Это обеспечивает взаимозаменяемость агрегатов и позволяет иметь лишь минимальные мощности в резерве.

Выбираем 2 центробежных насоса Д1600- 90 с основными размерами:

В соответствии со СНиП 1.04.02-84* и учитывая, что насосная станция имеет I категорию надежности, к двум рабочим насосам устанавливаем два резервных.

.8 Анализ совместной работы насосов и водоводов

Производим анализ совместной работы насосов, водоводов и сети, а также определяем действительные параметры работы насосных агрегатов. Для этого на общий график наносим характеристики насосов при их индивидуальной и параллельной работе и характеристики системы, на которую работают эти насосы (рис.2). На графике показываем все рабочие характеристики насоса, характеристики параллельной работы двух насосов, характеристику системы, на которую работают насосы во всех трех режимах.

Характеристику параллельной работы насосов строят путем суммирования Q при одинаковых напорах Н.

Н= Нг+ SQ2, где

Н- потребный напор в системе;

Нг- геометрическая высота подъема воды;

S- гидравлическое сопротивление трубопроводов системы;

Q- расход воды в системе ( подача насосной станции).

Значение S вычисляется как:

S= ∑h/Q2 , где

∑h- сумма всех потерь напора в системе, вычисленная ранее для каждого режима работы насосной станции при соответствующих расходах Q.

Для 1-го режима: S= (0,563+11,413+2)/635,52= 0,0000349

Для 2-го режима: S= (0,724+11,462+2+19,3)/717,52=0,0000709

Для 3-го режима: S= (0,288+10,157+2)/442,82= 0,0000635

Зная S и задаваясь различными Q, находим соответствующие им значения Н и строим графические характеристики системы трубопроводов для 3-х режимов работы насосной станции.

Расчеты приведены в таблице:

1.9 Подбор электродвигателя к насосу

Подбор электродвигателя производится по мощности на валу Nв, числу оборотов n. Для подбора двигателя подсчитываем максимальную мощность на валу насоса по формуле:

P= kм·ρ·g·Qм·Hм/(1000·ηм·ηн)= (1,15·9.8·0,408·94)/(1000·1·0,83)= 498 кВт,

где ρ- плотность воды;

Qм- действительная максимальная подача насоса, м3/ч;

Qм=kн·Qн=1,11*0,368=0,408 л/с

Нм- напор, развиваемый насосом при максимальной подаче, м;

ηм- кпд передачи (примем равным 1)

ηн - коэффициент полезного действия насоса ( определяется по совмещенному графику), в долях единицы.

Принимаем электродвигатель А4-400Х-4, мощностью N=500 кВт и напряжением U=6000 В.

2. Проектирование насосной станции

.1 Определение типа станции

Для обеспечения надежности в работе и облегчения автоматизации насосных станций корпус насоса располагаем под заливом от расчетного уровня воды в резервуаре.

Отметка оси насоса вычисляется по формуле:

Zон= Zн.ур.- hвс- a- 0.3= 21,48-0,56-0.487-0.3= 20,133 м

где Zн.ур. - минимальная отметка уровня воды, м;

hвс- потери во всасывающих трубопроводах, м;

а- расстояние от оси до верхней точки корпуса насоса, м.

Насосная станция полузаглубленного типа.

.2 Определение размеров фундамента

Насос и электродвигатель устанавливают на плите заводского изготовления или на раме, изготовленной на месте монтаже из стали швеллерного профиля. Ширину и длину фундамента под насосный агрегат определяем по формуле:

L= Aн+200=2760+100=2860мм

В= Вн+200= 900+100=1000мм,

где Ан, Вн - соответственно длина и ширина плиты насоса.

Высоту фундамента над уровнем чистого пола принимаем равной 400мм.

Глубину заложения фундамента принимаем равной 1000мм

2.3