Проектирование насосной станции

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

2. Определение диаметра и высоты бака башни

3. Определение диаметров всасывающих и напорных водоводов

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

5. Определение потребного напора насосов в случае максимального водопотребления

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

7. Подбор насосов и уточнение их параметров

8. Определение геометрически допустимой высоты всасывания

9. Составление предварительной вертикальной схемы насосной станции

10. Составление плана насосной станции

11. Уточнение потерь напора, создаваемого насосом

12. График совместной работы насосов и сети

13. Подбор дренажного насоса

14. Подбор грузоподъемных устройств

15. Определение высоты насосной станции (машинного зала)

16. Компоновка остальных помещений насосной станции

17. Определение удельной нормы расхода электроэнергии для насосных агрегатов и электродвигателей

18. 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.

2. 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 525 м³/ч = 146л/с и скорости 0,7−1,5м/с по СНиП

d_у = 500 мм

1000i = 1,55

v = 0,741м/с При поломке 1 водовода и расходе 100%:

1000i = 5,767

v = 1,481м/с Диаметр на напорной линии принимаю по половинному расходу 525 м³/ч = 146л/с и скорости 1−3м/с по СНиП

d_у = 400 мм

1000i = 4,73

v = 1,156м/с При поломке 1 водовода и расходе 70%:

1000i = 9,251

v = 1,623м/с Также по таблицам Шевелева принимаю водоводы:

На участке насос — напорная линия:

Q = 97л/с

d_у = 250 мм

1000i = 23,295

v = 1,914м/с На участке всасывающий водовод — насос:

Q = 97л/с

d_у = 300 мм

1000i = 8,681

v = 1,319 м /с

4. 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 = 2,0 м.

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 42,0 м.

Высота бака водонапорной башни h_бак принимаем 6,4 м.

Потери в насосной станции h_н ст в первом приближении примем 2,5 м.

В час максимального водопотребления и пожаротушения:

Статический напор H_ст равен:

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

6. 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.

7. 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 381 мм до 379 мм.

8. Определение геометрически допустимой высоты всасывания Допустимый кавитационный запас

Потери во всасывающем трубопроводе:

Атмосферное давление P_а/сg = 10,33 м.

Парциальное давление P_парц/сg = 0,24 м.

0,5 — 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.

9. 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 _ 0,7 м.

· Уровень пола должен превышать на 0,1₀, 3 м отметку земли, чтобы исключить попадание дождевой воды.

· Учитывая во внимание разницу отметок земли у насосной станции Z = 67,0 м. и отметки минимального уровня воды в РЧВ Z = 64,0 м. 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 0,3−0,5 м ниже уровня воды в РЧВ.

Рис. 3

Расчет основания под насосы Масса насоса Grundfos HS 150−125−381/379 по паспорту составляет 1150 кг. 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 4500 кг. Значит, объем бетонной смеси:

Высота фундамента:

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

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: 9,0×3,6 м.

10. 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 707 м³/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:

11. Уточнение потребного напора и геометрической высоты всасывания Таким образом, разница в потребном напоре составляет 0,5 м. Можно сделать вывод, что подобранный насос нам подходит с незначительным запасом не превышающем 1 м.

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 0,1 м 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 0,6 м, чтобы ее можно было не принимать во внимание.

Таблица для построения линии сети при аварийном режиме.

Таблица 4

На основании строим график характеристики сети.

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

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

3- характеристика (H-Q) сети при работе одного всасывающего водовода и двух напорных (нормальная работа)

4- характеристика (H-Q) сети при работе одного всасывающего водовода и одного напорного (авария на участке) Рис. 5

13. 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

2 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

15. Определение высоты насосной станции (машинного зала) Рис. 9

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:

16. Компоновка остальных помещений насосной станции Монтажная площадка:

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

Габариты площадки 4,6×9,0 м Размеры ворот 3,6×3,0 м 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

17. Определение удельной нормы расхода электроэнергии для насосных агрегатов и электродвигателей Анализируя полученный результат можно сказать, что насос и электродвигатель к нему подобраны экономично.

18. 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:

1. Залуцкий Э. В., Петрухно А. И. Насосные станции. Курсовое проектирование. — К. Вища шк. Головное изд-во, 1987. — 167 с.

2. Кораблев А. И., Черкасов Г. Н., Учебное пособие к выполнению курсового проекта: Проектирование водопроводных и канализационных насосных станций. Ленинград, 1985 г.

3. Карелин В. Я., Минаев А. В. Насосы и насосные станции. Учебник для вызов — 2-е издание, переработано и дополнено — М.: Стройиздат, 1986.

4. Шевелев Ф. А., Шевелев А. Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб. М.: Стройиздат, 1984. 116 с.

5. Справочник монтажника: Оборудование водопроводно-канализационных сооружений, М.: Стройиздат, 1979. 430 с.