Проектирование насосной станции

Проектирование насосной станции

Содержание

1. Составление таблицы и графика суточного водопотребления, подачи воды насосами и колебания воды в баке башни

. Определение диаметра и высоты бака башни

. Определение диаметров всасывающих и напорных водоводов

. Определение потерь напора во всасывающих и напорных водоводах и внутри насосной станции

. Определение потребного напора насосов в случае максимального водопотребления

. Определение расхода, который должен обеспечивать насос в случае максимального водопотребления и пожаротушения

. 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

. 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. Составление таблицы и графика суточного водопотребления, подачи воды насосами и колебания воды в баке башни

Определение расчетной максимальной подачи насосной станции.

Определяется расчетный расход. т.е. та подача, которая должна быть обеспечена насосной станцией:

Таким образом, в час максимального водопотребления водонапорная башня подает:

Количество насосов на станции должно быть не менее 2ух. Учитывая неравномерность водопотребления, примем 3 рабочих насоса одной марки.

При выключении одного насоса подача оставшихся составит:

По исходным данным строим график суточного водопотребления.

Рис. 1

Составление таблицы водопотребления

Таблица 1

Определение спорного часа и времени включения и выключения агрегатов.

Суммарная подача насосов меньше расчетной на q_р = 30 м³/ч. Спорный час принимаем в 6-7 часов утра и увеличиваем подачу насосов в этот час (изначально было 2).

Таким образом, время включения насоса (переход с 2 рабочих агрегатов на 3) должен осуществляться не в 6 часов, а позже на величину x(мин), которая составляет:

Таким образом, время включения насоса 6:07, время выключения 21:00.

. Определение диаметра и высоты бака башни

W_рег - необходимый регулирующий объем бака водонапорной башни. Принимается по таблице суточного водопотребления.

W_пож - неприкосновенный объем воды на тушение 3 наружных и 1 внутреннего пожара в течение 10 минут.

q_н - Расход на внешний пожар.

q_вн - Расход на внутренний пожар. Принимается 2 струи по 2,5 л/с

По полученному значению W подбирается типовой бак, и определяются его размеры.

Принимаем железобетонную башню с ж/б баком объемом 400 м³

Диаметр бака:

Высота бака:

3. Определение диаметров всасывающих и напорных водоводов

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 525м³/ч = 146л/с и скорости 0,7-1,5м/с по СНиП

d_у = 500мм

i = 1,55

v = 0,741м/с

При поломке 1 водовода и расходе 100%:

i = 5,767

v = 1,481м/с

Диаметр на напорной линии принимаю по половинному расходу 525м³/ч = 146л/с и скорости 1-3м/с по СНиП

d_у = 400мм

i = 4,73

v = 1,156м/с

При поломке 1 водовода и расходе 70%:

i = 9,251

v = 1,623м/с

Также по таблицам Шевелева принимаю водоводы:

На участке насос - напорная линия:

Q = 97л/с

d_у = 250мм

i = 23,295

v = 1,914м/с

На участке всасывающий водовод - насос:

Q = 97л/с

d_у = 300мм

i = 8,681

v = 1,319м /с

. Определение потерь напора во всасывающих и напорных водоводах и внутри насосной станции

Потери в водоводах:

Где: в - коэффициент, учитывающий местные потери на водоводах;

i - гидравлический уклон водоводов;

L_н.в. - длина напорной линии;

L_вс.в. - длина всасывающей линии;

.

Потери внутри насосной станции на данном этапе проектирования принимаем h_{н ст} = 2,0м.

Это значение будет уточнено после установки оборудования внутри насосной станции.

насос водовод дренажный напор

5. Определение потребного напора насосов в случае максимального водопотребления

В час максимального водопотребления

Статический напор H_ст равен:

Отметка поверхности воды у водонапорной башни:

Отметка поверхности земли у водонапорной башни z_баш по заданию равна 42,0м.

Высота бака водонапорной башни h_бак принимаем 6,4м.

Потери в насосной станции h_{н ст} в первом приближении примем 2,5м.

В час максимального водопотребления и пожаротушения:

Статический напор H_ст равен:

Где Z - Отметка поверхности земли в расчетной точке при пожаре (по заданию).

. Определение расхода, который должен обеспечивать насос в случае максимального водопотребления и пожаротушения

Определение хозяйственно питьевого и противопожарного расхода одного насоса.

q_п - Расход одного насоса на пожар;

m - количество пожаров;

n - количество насосов.

Сравнение отметок, чтоб выбрать режим подачи при пожаре:

Неравенство не выполняется, расход станции будет равен хозяйственному расходу и башню при пожаре отключать не потребуется.

. 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 3 рабочих агрегатов будет предусмотрено 2 резервных насоса.

Выбор насоса осуществляется при следующих параметрах:

Расход:

Напор:

На станции будут использоваться насосы фирмы Grundfos HS 150-125-381/379

Характеристики:

Расход:

Напор:

Доп. кав. запас NPSH:

КПД составляет 84,7%

Мощность на валу: P2 = 54,0 кВт

(полная характеристика находится в приложении)

Рис. 2

Рабочее колесо стачивается 381мм до 379мм.

. Определение геометрически допустимой высоты всасывания

Допустимый кавитационный запас

Потери во всасывающем трубопроводе:

Атмосферное давление P_а/сg = 10,33м.

Парциальное давление P_парц/сg = 0,24м.

,5 - запас, который рекомендует учитывать Grundfos.

Насосы устанавливаю под залив, так как разница отметок земли и воды в резервуаре не велика. Это обеспечит более высокую надежность станции, и устранит трудности с запуском насосов.

. Составление предварительной вертикальной схемы насосной станции

·   Напорный трубопровод прокладывается ниже глубины промерзания (для Калининградской обл. 1,2м) на величину 0,5d.

·        Отметка оси насоса должна быть выше отметки пола на 0,5 - 0,7м.

·        Учитывая во внимание разницу отметок земли у насосной станции Z = 67,0м. и отметки минимального уровня воды в РЧВ Z = 64,0м. и принимая во внимание установку насосов под залив, заглубление станции составит порядка 5 метров.

·        Всасывающие и напорные трубопроводы будут уложены в каналы.

·        Крышка насоса на 0,3-0,5м ниже уровня воды в РЧВ.

Рис. 3

Расчет основания под насосы

Масса насоса Grundfos HS 150-125-381/379 по паспорту составляет 1150кг. Если масса фундамента m составляет 3-5 массы насоса то, зная габариты опорной плиты насоса, мы можем определить объем и глубину заложения фундамента.

Масса фундамента принимаю порядка 4500кг. Значит, объем бетонной смеси:

Высота фундамента:

Учитывая то, что высота фундамента от пола должна составлять около 0,2м. заглубление фундамента составит 0,90м.

. 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.

. Уточнение потерь напора, создаваемого насосом

Рис. 4 Схема к определению потерь напора

Сводная таблица потерь напора

Таблица 2

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/d_y = 0,67. (водомер ставится на напорном трубопроводе).

Относительное сужение потока:

Перепад напора в сужающем устройстве составляет:

Потери напора в диафрагменном водомере составят:

. Уточнение потребного напора и геометрической высоты всасывания

Таким образом, разница в потребном напоре составляет 0,5м. Можно сделать вывод, что подобранный насос нам подходит с незначительным запасом не превышающем 1м.

12. График совместной работы насосов и сети

При нормальном режиме (работе одного всасывающего и двух напорных водоводов):

Статический напор -

Потери напора в системе -

 - суммарный коэффициент удельного сопротивления.

Статический напор H_ст равен:

Отметка поверхности воды у водонапорной башни:

Принимаем по таблицам Шевелева [табл.2] удельное сопротивление единицы длины А в зависимости от диаметров:

Коэффициенты удельного сопротивления:

Где: в - коэффициент, учитывающий местные потери на водоводах;

l_вс.в. - длина всасывающей линии;

Проверка:

(разница в 0,1м несущественна)

Таблица для построения линии сети при нормальном режиме.

Таблица 3

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 205л/с).

Статический напор H_ст равен:

Удельные сопротивления единицы длины:

Коэффициенты удельного сопротивления:

Проверка:

Выходит, при аварии станция не будет обеспечивать потребный напор. Однако разница достаточно мала 0,6м, чтобы ее можно было не принимать во внимание.

Таблица для построения линии сети при аварийном режиме.

Таблица 4

На основании строим график характеристики сети.

- характеристика (H-Q) работы 1 насоса Grundfos HS 150-125-381/381

- характеристика (H-Q) работы совместно 2 насосов Grundfos HS 150-125-381/381

- 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)

Рис. 5

. 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.

Рис. 6 Кривая характеристик

Рис. 7

14. 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 (М_агр = 1150 кг - насос с электродвигателем), умноженного на поправочный коэффициент 1,1, т.е. 1150- 1,1 = 1265 кг.

Рис. 8

Характеристики:

Пролет крана Lk 7,5m

База крана Bk 1,7m

Полная длинна крана L 8,3m

Масса 1684kg

Таблица 5

Базовый телфер МТ410Н V12/1EN20

Высота на подъем телфера Н 9m

. Определение высоты насосной станции (машинного зала)

Рис. 9

Высота станции определяется по формуле:

Где  - погрузочная высота платформы;

,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:

16. Компоновка остальных помещений насосной станции

Монтажная площадка:

Размер монтажной площадки определяем исходя из размеров транспортного средства, +0,7м. вокруг.

Габариты площадки 4,6х9,0м

Размеры ворот 3,6х3,0м

Для определения габаритов трансформаторной требуется определить мощность трансформаторов.

Где:  - коэффициент спроса по мощности, при 3 работающих двигателях равен 0,9

 - паспортная мощность электродвигателей основных насосов.

 - КПД электродвигателя.

 - коэффициент мощности электродвигателя.

Предусматриваем 2 трансформатора мощностью 160кВА(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 238/160=1,48

Допустимое время 48% перегрузки для масляного трансформатора составляет порядка 80 минут.

Таблица размеров помещений насосной станции:

Таблица 6

. Определение удельной нормы расхода электроэнергии для насосных агрегатов и электродвигателей

Анализируя полученный результат можно сказать, что насос и электродвигатель к нему подобраны экономично.

. 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:

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.