Расчет водопроводной насосной станции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Технологическая схема

2. Расчет водопроводной насосной станции первого подъема (НС1)

3. Расчет водопроводной насосной станции второго подъема (НС2)

4. Проектирование НС2

4.1 Определение типа станции

4.2 Установка насоса и определение размеров фундамента

4.3 Трассировка внутристанционных трубопроводов и размещение основного оборудования

4.4 Подбор вспомогательного оборудования

4.5 Контрольно-измерительные приборы

4.6 Разработка строительной части и определение основных размеров здания насосной станции

5. Определение технико-экономических показателей насосной станции

Список литературы

Введение

Насосные станции систем водоснабжения представляют собой сложный комплекс сооружений и оборудования, обеспечивающий водоподачу в соответствии с нуждами потребителя. По своему назначению и расположению в общей схеме водоснабжения насосные станции подразделяются на станции I подъема и II подъема. Существует 3 категории надежности насосных станций. По заданию в данной работе категория надежности первая, снижение подачи не должно превышать 30%, длительность снижения подачи - не дольше двух суток, перерыв подачи воды или его снижение ниже этого предела допускается на время выключения поврежденных и включения резервных элементов системы, но не более чем на 10 минут.

По требуемому расходу и значениям экономичных скоростей определяются диаметры напорных и всасывающих трубопроводов. Количество трубопроводов всех назначений на насосных станциях первой и второй категорий надежности должно быть не менее двух. В данной работе принимаем диаметры трубопроводов: 450 мм для напорных трубопроводов на НС1 и 700мм для всасывающих и 450мм для напорных трубопроводов на НС2.

От категории насосной станции зависит число резервных агрегатов (для первой категории принимается два насосных агрегата при числе рабочих агрегатов одной группы насосов менее шести), число всасывающих и напорных линий на них и расчетные расходы для них, количество и размещение запорной арматуры на внутристанционных коммуникациях.

Размеры основного помещения станции - машинного зала - определяются габаритами насосных агрегатов, их числом и коммуникаций с учетом рекомендуемых расстояний между стенами здания и элементами оборудования. Размеры вспомогательных помещений должны быть оптимальными.

По расположению машинного зала относительно поверхности земли насосная станция является незаглубленной. По расположению насосов относительно уровня воды в приемном резервуаре, станция второго подъема устанавливается не под залив.

1. Технологическая схема

Рис. 1

Рис. 2

2. Расчет водопроводной насосной станции первого подъема (НС1)

Насосная станция I подъема подает воду из источника водоснабжения на очистные сооружения и работает либо круглосуточно, либо одну- две смены в сутки.

Последовательность расчета НС I подъема.

Прежде всего, на основании данных задания определяется часовая производительность насосов Q_ч и расчетный секундный расход q, необходимый для гидравлического расчета самотечных, всасывающих и напорных трубопроводов.

Станцию I подъема рассчитывают на подачу среднего часового расхода воды в дни максимального водопотребления с учетом расхода воды на собственные нужды очистных сооружений.

НС рассчитывают на 3 случая работы.

1. Работа НС при исправном оборудовании в нормальных условиях:

(1)

(2)

где - максимальная суточная производительность НС, м³/сут;

? - коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды очистных сооружений, принимается равным 1,04 ? 1,1;

Т - продолжительность работы НС, обычно Т = 24ч.

2. Работа НС при пожаре:

(3)

где q_пож - расход воды на пожаротушение, л/с.

3. Работа НС при аварии на одном из напорных трубопроводов:

В случае отключения одной из напорных линий, должна быть обеспечена подача воды на хозяйственно-питьевые нужды в объеме не менее 70% расчетной потребности. При этом необходимо учитывать возможность использования запасных емкостей и резервных насосных агрегатов. Т.к. НС1 находится в непосредственной близости от очистных сооружений (?_Н.НС1 = 900 м), то при аварии на напорных водоводах из работы выключается полностью одна линия.

(4)

По величине расчетного расхода q и значению экономичной скорости определяется диаметр всасывающего трубопровода. Количество напорных трубопроводов на насосных станциях первой и второй категорий надежности независимо от числа групп насосов должно быть не менее двух, поэтому диаметр определяется по значению q/2 и соответствующей экономичной скорости. В случае аварии скорость на напорной линии определяется по значению q₃, т.к. остается только один исправный трубопровод.

Для выбора диаметров труб и при их гидравлическом расчете используются таблицы Шевелева.

Таблица 1

Q	V	1000i
190	1,19	4,3
192	1,2	4,37

Принимаем трубы новые, чугунные, d_н = 450 мм.

При q₁=190,97л/с: V= 1, 19485, 1000i=4,33395

При q₂=191,72л/с: V= 1, 1986, 1000i=4,3602

Таблица 2

Q	V	1000i
264	1,66	8,27
268	1,68	8,52

При q₃=267,36л/с: V= 1, 6632, 1000i=8,31

В напорных трубопроводах потери напора определяются по формуле:

(5)

где i - гидравлический уклон,

l - длина трубопровода.

Гидравлический уклон вычисляется по формуле:

(6)

где А - удельное сопротивление трубопровода,

К - поправочный коэффициент.

В соответствии с (6) формула (5) принимает вид:

 (7)

Определяется значение напора насосов. Напор насосов на НС I подъема Н при подаче воды на очистные сооружения определяется по формуле:

(8)

где Z_ос - максимальный уровень воды в приемном резервуаре, м;

Z_гнв - отметка горизонта низких вод в реке, м;

h_н - потери напора в напорном трубопроводе, м;

1,5 - запас напора на излив воды из трубопровода, м.

Подставив (7) в (8), получим:

(9)

Т.к. удельное сопротивление зависит только от расчетного диаметра, то оно будет постоянным: при d=450мм: А_Н=0,1134

Поправочный коэффициент К, на который при v ? 1 м/с следует умножить значение А, находим по выражениям:

для новых стальных труб:

(10)

Для новых чугунных труб:

(11)

Меняя Q от нуля до значений Q_ч1, Q_ч2 и Q_ч3, определяем скорости для напорных трубопроводов. Подставляя значения скоростей в формулы (10) и (11), получаем K_н. По формуле (9) Определяем Н_тр. Результаты заносим в таблицу:

Таблица 3 при нормальной работе станции:

Q1,м3/с	Vн1,м/с	kн1	Hтр1,м
0			79
0,03	0,094	1,790615	79,16323
0,06	0,189	1,484363	79,38598
0,09	0,28	1,340877	79,65883
0,12	0,376	1,245758	79,97548
0,15	0,47	1,180532	80,3355
0,18	0,56	1,13326	80,73854
0,21	0,655	1,093834	81,17987
0,24	0,75	1,061874	81,66066
0,27	0,845	1,035319	82,18031
0,3	0,94	1,012828	82,73839
0,33	1,035	0,993486	83,33453
0,36	1,13	0,97664	83,96845
0,38194	1,195	0,9663	84,45631

Таблица 4 при пожаре

Q2,м3/с	Vн2,м/с	kн2	Hтр2,м
0			79
0,03	0,094	1,790615	79,16323
0,06	0,189	1,484363	79,38598
0,09	0,28	1,340877	79,65883
0,12	0,376	1,245758	79,97548
0,15	0,47	1,180532	80,3355
0,18	0,56	1,13326	80,73854
0,21	0,655	1,093834	81,17987
0,24	0,75	1,061874	81,66066
0,27	0,845	1,035319	82,18031
0,3	0,94	1,012828	82,73839
0,33	1,035	0,993486	83,33453
0,36	1,13	0,97664	83,96845
0,38344	1,191	0,966912	84,48997

Таблица 5 при аварии:

Q3,м3/с	Vн3,м/с	kн3	Hтр3,м
0			79
0,03	0,094	1,790615	79,35792
0,06	0,189	1,484363	79,95392
0,09	0,28	1,340877	80,75033
0,12	0,376	1,245758	81,72193
0,15	0,47	1,180532	82,86701
0,18	0,56	1,13326	84,18414
0,21	0,655	1,093834	85,65449
0,24	0,75	1,061874	87,28263
0,26736	0,832	1,038688	88,83539

По данным таблиц строятся характеристики Q-H_тр1 , Q-H_тр2 и Q-H_тр3:

Рис. 3 Характеристики Q-Hтр

Т.к. производительность станции по заданию 30000 м³/сут, то целесообразно установить 2 рабочих агрегата. Их работа параллельна, следовательно, выбор марки насоса из каталога производится по Q/2 и H.

Для подбора насосов по расчетным параметрам используются сводные графики характеристик центробежных насосов.

По полученным данным подбираем насос: 1Д200-90 (n=2900 об/мин).

Это насос двустороннего входа типа Д, обладает достаточно высоким КПД и хорошей всасывающей способностью. Насосы типа Д - центробежные, горизонтальные, одноступенчатые с двусторонним полуспиральным подводом жидкости к рабочему колесу и спиральным отводом. Корпус насоса имеет разъем в горизонтальной плоскости. Всасывающий и напорный патрубки выполнены в нижней части корпуса, что позволяет проводить разборку насоса для замены деталей ротора без отсоединения трубопровода и демонтажа двигателя. Ротор насоса приводится во вращение электродвигателем через упругую втулочно-пальцевую муфту. Опорами ротора служат радиальные или радиально-упорные подшипники. Рабочее колесо двустороннего входа, что позволяет в основном, уравновесить осевые силы. Для предотвращения протечек по валу применяются двойные сальниковые уплотнения.

Перекачиваемая жидкость: вода и жидкости аналогичные по химической активности, температурой до 85°С, вязкостью до 36сСт. Допускается содержание твердых включений не более 0,05% по массе, размером до 0,2мм и микротвердостью не более 6,5 гПа (650 кгс/мм²).

Рис. 4 Характеристика насоса 1Д200-90

Совмещая полученную характеристику Q-H_тр и характеристику насоса 1Д200-90, видим, что требуется срезка рабочего колеса. При срезке рабочего колеса Q изменяется по следующей формуле:

(12)

Найдем диаметр рабочего колеса:

Рис. 5

Таблица 6 Параметры насоса 1Д200-90 (со срезанным рабочим колесом):

Параметр	Обозначение	Значение	Ед. измерения
Подача	Q	200	м3/ч
Напор	H	90	м
Частота вращения	n	2900	об/мин
Максимальная потребляемая мощность	N	82	кВт
Максимальный КПД	?	75	%,не менее
Допускаемый кавитационный запас	?hдоп	5,5	м, не менее
Масса насоса	m	145	кг

Подбираем электродвигатель к насосу.

Подбор электродвигателя производится по мощности на валу Nв, числу оборотов n, типу насоса. Мощность двигателя должна превышать мощность на валу насоса на величину коэффициента запаса Кз.

, кВт

Величину Кз принимаем в зависимости от мощности на валу, определяемой по графику.

, К_з=1,13

Подбираем двигатель А250М2У3.Т2 мощностью 90 кВт и массой 490 кг.

Габаритный чертеж насоса 1Д200-90 - см. Приложение.

Исходя из категории надежности насосной станции первого подъема, устанавливаем два основных и два резервных насоса той же марки.

3. Расчет водопроводной насосной станции второго подъема (НС2)

НС2 подает воду в бак водонапорной башни, расположенной в начале сети.

Режим работы зависит от графика водопотребления. Объем и режим водопотребления меняется непрерывно в зависимости от случайных событий и характеризуется значительной неравномерностью.

При определении подачи НС2 необходимо найти оптимальный вариант режима работы, минимальную вместимость емкости бака и наименьшую частоту включения насосного агрегата.

Работу НС принимаем двухступенчатой.

Последовательность расчета:

1. По заданному коэффициенту часовой неравномерности водопотребления К_ч строится ступенчатый график суточного водопотребления.

2. При двухступенчатой работе необходимо выбрать производительность и продолжительность работы насосов для каждой ступени. При этом необходимо соблюдать два условия.

Q₁t₁+Q₂t₂=Q_сут, (13)

где Q₁ - часовая производительность насосов 1 ступени, м³/ч;

t₁- продолжительность работы насосов 1 ступени, ч;

Q₂- часовая производительность насосов 2 ступени, м³/ч;

t₂- продолжительность работы насосов 2 ступени, ч.

2). Регулирующая емкость бака водонапорной башни должна быть порядка 3-5% от Q_сут при водопотреблении 20-25 м³/сут. При меньшем суточном водопотреблении регулирующая емкость может быть более 5% от Q_сут, но не должна превышать 500-800м³.

Если представить работу двух однотипных насосов ступенчатой и принять производительность НС в часы 1 ступени К_I% Q_сут, то производительность одного насоса в часы 2 ступени будет составлять К_II=(0,58-0,63) К_I% Q_сут.

Найдем К_I и K_II.

Примем К_I =5,5, а K_II=3,3.

Определим продолжительность работы I и II ступеней.

Пусть t₁=14ч, а t₂=7ч.

Получим: 5,5*14+3,3*7=100,1

5,5*14+ K_II*7=100

Окончательно получаем K_II=3,29% Q_сут.

Изобразим ступенчатый график водопотребления по часам суток для К_ч=1,5 и покажем на нем две ступени, распределим почасовую работу станции и внесем данные в таблицу.

Рис. 6 График водопотребления

Таблица 7 Водопотребления.

часы суток	потреб. воды	Подача воды в бак	Поступление воды в ВБ	Расход воды из ВБ	Остаток воды в ВБ
0-1	1,5	3,29	1,79	-	2,66
1-2	1,5	0	-	1,5	1,16
2-3	1,5	3,28	1,78		2,94
3-4	1,5	0	-	1,5	1,44
4-5	2,5	3,28	0,78		2,22
5-6	3,5	3,28		0,22	2
6-7	4,5	5,5	1	-	3
7-8	5,5	5,5	-	0	3
8-9	6,25	5,5	-	0,75	2,25
9-10	6,25	5,5	-	0,75	1,5
10-11	6,25	5,5	-	0,75	0,75
11-12	6,25	5,5	-	0,75	0
12-13	5	5,5	0,5	-	0,5
13-14	5	5,5	0,5	-	1
14-15	5,5	5,5	0	-	1
15-16	6	5,5	-	0,5	0,5
16-17	6	5,5	-	0,5	0
17-18	5,5	5,5	0	-	0
18-19	5	5,5	0,5	-	0,5
19-20	4,5	5,5	1	-	1,5
20-21	4	3,29	-	0,71	0,79
21-22	3	3,29	0,29	-	1,08
22-23	2	3,29	1,29	-	2,37
23-24	1,5	0	-	1,5	0,87

3. Регулирующая емкость бака водонапорной башни W_p определяется по графикам водопотребления и подачи воды насосами, совмещенными на одном чертеже.

W_р= (6,25-5,5)*4=3%Q_сут.

W_р=3*30000/100=900м³.

4. Определяем расчетную производительность насосов для трех режимов работы.

1) при подаче воды насосами I ступени в водонапорную башню, расположенную в начале сети при исправных водоводах и оборудовании:

(14)



2) при подаче воды насосами в сеть во время пожара в часы I ступени:

(15)

3) при подаче воды насосами в водонапорную башню в часы I ступени при аварии на водоводе:

(16)

5. По величине расчетного расхода q и значению экономичной скорости определяется диаметр всасывающего трубопровода. Количество напорных трубопроводов на насосных станциях первой и второй категорий надежности независимо от числа групп насосов должно быть не менее двух, поэтому диаметр определяется по значению q/2 и соответствующей экономичной скорости.

Для выбора диаметров труб и при их гидравлическом расчете используются таблицы Шевелева.

По данным таблиц Шевелева принимаем:

d_вс= 700 мм,

d_н = 450 мм,

где d_вс и d_н - условные проходы всасывающих и напорных трубопроводов соответственно.

Скорости также определяются по таблицам Шевелева:

1) при нормальной работе станции:

v_вс1 = 1,195 м/с,

v_н1 = 1,4525 м/с.

2) при пожаре:

v_вс2 = 1,212 м/с,

v_н2 = 1,4925 м/с.

3) при аварии:

v_вс3 = 0,832 м/с,

v_н3ав = 2,034 м/с,

v_н3неав = 1,021 м/с.

6. Для каждого режима работы насосной станции определяется расчетный напор насосов, т.е. полная высота подъема воды насосами, по формуле:

(17)

где H_г - геометрическая высота подъема, м;

h_вс - потери напора во всасывающей линии, м;

h_н - потери напора в напорной линии, м;

h_нс - потери напора в коммуникациях насосной станции, м.

Потери напора во всасывающей линии определяются по формуле:

(18)

Согласно (7) и (18), формула (17) принимает вид:

(19)

Т.к. удельное сопротивление зависит только от расчетного диаметра, то оно будет постоянным: при d=450мм для чугунных труб А_Н=0,1134, при d=700мм для всасывающих труб А_вс=0,009119.

Поправочный коэффициент К, на который при v ? 1 м/с следует умножить значение А, находим по формулам (10) и (11).

Найдем значения расчетных напоров для трех случаев:

1) при нормальной работе станции:

H_тр1 = H_г1 + h_вс1 + h_н1 + h_нс1, м,

где Н_г1 = Z_ру.вб - Z_ру.рчв, м;

Z_ру.вб - отметка расчетного уровня воды в водонапорной башне, м;

Z_ру.рчв - отметка расчетного уровня воды в РЧВ, м.

2) при пожаре:

H_тр2 = H_г2 + h_вс2 + h_н2 + h_нс2 + h_пож, м,

где H_г2 = Z_.пож. - Z_д.рчв, м;

Z_пож=Z_зпож+h_{своб.пож}=130+10=140м

Z_з.пож. - отметка земли в точке пожара, м;

Z_д.рчв - отметка дна резервуара чистой воды, м;

h_пож - потери напора в разводящей сети населенного пункта при пожаре, м.

3) при аварии:

H_тр3 = H_г3 + h_вс3 + h_н3 + h_нс3, м.

Т. к. напорный водовод слишком длинный (?_Н.НС2 = 2380м), то необходимо установить перемычки. Разобьем напорный трубопровод на аварийные и неаварийные участки длинами 740м, 900м, 740м.

где ?_{н. ав} - длина аварийного участка, м;

?_{н. неав} - длина неаварийного участка, м.

Н_Г3=Н_Г1=67м

7. Меняя Q от нуля до значений Q_ч1, Q_ч2 и Q_ч3, определяем скорости для всасывающих и напорных трубопроводов. Подставляя значения скоростей в формулы (10) и (11), получаем К_вс и K_н. По формуле (19) Определяем Н_тр.

Результаты заносим в таблицу:

Таблица 8 при нормальной работе станции:

Q1,м3/с	Vвс1,м/с	Квс1	Vн1,м/с	Кн1	Н1,м
0					67
0,03	0,078	1,488025	0,094	1,790615	67,21353
0,06	0,156	1,300597	0,189	1,484363	67,5882
0,09	0,23	1,214298	0,28	1,340877	68,09856
0,12	0,307	1,158567	0,376	1,245758	68,72862
0,15	0,38	1,121914	0,47	1,180532	69,47611
0,18	0,459	1,092573	0,56	1,13326	70,34217
0,21	0,536	1,070601	0,655	1,093834	71,3127
0,24	0,61	1,053694	0,75	1,061874	72,48211
0,27	0,69	1,03874	0,845	1,035319	73,66801
0,3	0,77	1,026347	0,94	1,012828	74,95938
0,33	0,835	1,01773	1,035	0,993486	76,3481
0,36	0,92	1,008003	1,13	0,97664	77,8497
0,39	0,995	1,000588	1,225	0,961813	79,44921
0,42	1,07	0,994058	1,32	0,948646	81,15087
0,45	1,15	0,987898	1,41	0,937452	82,96637
0,4675	1,195	0,984746	1,453	0,932487	84,06318

Таблица 9 при пожаре:

Q2,м3/с	Vвс2,м/с	Квс2	Vн2,м/с	Кн2	Н2,м
0					61
0,03	0,078	1,488025	0,094	1,790615	62,16178
0,06	0,156	1,300597	0,189	1,484363	62,70006
0,09	0,23	1,214298	0,28	1,340877	63,45833
0,12	0,307	1,158567	0,376	1,245758	64,35685
0,15	0,38	1,121914	0,47	1,180532	65,38418
0,18	0,459	1,092573	0,56	1,13326	66,53079
0,21	0,536	1,070601	0,655	1,093834	67,7839
0,24	0,61	1,053694	0,75	1,061874	69,14487
0,27	0,69	1,03874	0,845	1,035319	70,61016
0,3	0,77	1,026347	0,94	1,012828	72,17891
0,33	0,835	1,01773	1,035	0,993486	73,85085
0,36	0,92	1,008003	1,13	0,97664	75,62227
0,39	0,995	1,000588	1,225	0,961813	77,49455
0,42	1,07	0,994058	1,32	0,948646	79,46632
0,45	1,15	0,987898	1,41	0,937452	81,54567
0,4795	1,212	0,983607	1,493	0,928069	83,64458

Таблица 10 при аварии:

Q3,м3/с	Vвс3,м/с	Квс3	Vн3ав,м/с	Kн3ав	Vн3неав,м/с	Кн3неав	H3,м
0							67
0,03	0,078	1,488025	0,189	1,484363	0,08	1,871489	67,37264
0,06	0,156	1,300597	0,376	1,245758	0,189	1,484363	68,0437
0,09	0,23	1,214298	0,56	1,13326	0,28	1,340877	68,97726
0,12	0,307	1,158567	0,75	1,061874	0,376	1,245758	70,14579
0,15	0,38	1,121914	0,94	1,012828	0,47	1,180532	71,54399
0,18	0,459	1,092573	1,13	0,97664	0,56	1,13326	73,17008
0,21	0,536	1,070601	1,32	0,948646	0,655	1,093834	75,01251
0,24	0,61	1,053694	1,51	0,926247	0,75	1,061874	77,07105
0,27	0,69	1,03874	1,695	0,908304	0,845	1,035319	79,35043
0,3	0,77	1,026347	1,88	0,893218	1,013	0,997723	81,78126
0,32725	0,832	1,018103	2,036	0,88223	1,021	0,996166	84,24319

По данным таблиц строятся характеристики Q-H_тр1 , Q-H_тр2 и Q-H_тр3:

Рис. 7 Характеристики Q-Hтр

8. Т.к. работа насосной станции второго подъема двухступенчатая, то на ней параллельно будут работать два одинаковых насоса. По расчетным параметрам Q/2 и Н подбираются насосы для проектируемой насосной станции. Основным расчетным режимом является 1-й. При первом режиме насосная станция потребляет наибольшее количество электроэнергии, поэтому необходимо так подобрать насосы, чтобы они работали при этом режиме по возможности с наибольшим КПД. Следует стремиться также, чтобы при работе насосов II ступени КПД у них был 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 производительности и напор насосов.

Для подбора насосов по расчетным параметрам используются сводные графики характеристик центробежных насосов.

По полученным данным подбираем насос: 12Д-6 (n = 1450 об/мин).

Совмещаем полученную характеристику Q-H_тр и характеристику насоса 12Д-6.

Рис. 8

Таблица 11 Параметры насоса 12Д-6

Параметр	Обозначение	Значение	Ед. измерения
Подача	Q	820	м3/ч
Напор	H	88	м
Частота вращения	n	1450	об/мин
Максимальная потребляемая мощность	N	300	кВт
Максимальный КПД	?	76	%,не менее
Допускаемый кавитационный запас	?hдоп	5	м, не менее

Подбор электродвигателя к насосу.

Подбор электродвигателя производится по мощности на валу Nв, числу оборотов n, типу насоса. Мощность двигателя должна превышать мощность на валу насоса на величину коэффициента запаса Кз.

, кВт (20)

Величину Кз принимаем в зависимости от мощности на валу, определяемой по графику.

, Кз=1,05

Подбираем двигатель 5АН355-А4 У3.Т3 мощностью 315 кВт и массой 1290 кг.

Габаритный чертеж насоса 12Д-6 - см. Приложение.

Исходя из категории надежности насосной станции второго подъема, устанавливаем два основных и два резервных насоса той же марки.

4. Проектирование насосной станции

Проектирование включает следующие разделы:

- определение типа станции (заглубленная или незаглубленная);

- установка насосного агрегата и определение размеров фундамента;

- компоновка машинного зала с трассированием внутристанционных трубопроводов и размещением основного насосно-силового оборудования;

-выбор арматуры и вспомогательного оборудования, определение размеров машинного зала и станции в целом, разработка графической части (планы, разрезы с указанием оборудования, трубопроводов, их спецификация).

4.1 Определение типа станции

Заглубление машинного зала относительно поверхности земли зависит от расположения оси насоса или от типа грунта. По заданию залегающий грунт у насосной станции II подъема скальный, следовательно, машинный зал проектируем незаглубленным.

В тех случаях, когда установка насосов выполняется не под заливом, отметка их оси Z_он определяется по формуле:

(21)

Где Z_д.рчв - отметка дна резервуара чистой воды;

- допустимая геометрическая высота всасывания насоса, определяемая по формуле:

(22)

где - допустимая вакуумметрическая высота всасывания насоса при наибольшей его действительной производительности, определяемая по совмещенному графику характеристик насосов и трубопроводов;

h_вс - потери напора во всасывающей линии при пропуске наибольшего действительного расхода по трубопроводу;

- скорость движения воды во всасывающем патрубке насоса.

Z_OH=79+5,2-0,543-0,061=83,596м

4.2 Установка насоса и определение размеров фундамента

Насос и электродвигатель устанавливают на плите заводского изготовления или на раме, изготовленной на месте монтажа из стали швеллерного профиля. Ширину и длину фундамента под насосный агрегат принимают на 0,15-0,20 м больше ширины и длины плиты или рамы.

Высоту фундамента над уровнем чистого пола, исходя из удобств монтажа всасывающих и напорных трубопроводов, в пределах 0,2-0,5 м.

В современных каталогах насосов указаны наиболее оптимальные размеры плит фундаментов под насосные агрегаты.

Плита для НА 12Д-6 имеет габариты 2680х945 мм.

4.3 Трассировка внутристанционных трубопроводов и размещение основного оборудования

Размещение насосных агрегатов и трубопроводов в здании насосной станции должно обеспечивать надежность основного и вспомогательного оборудования, а также удобство, простоту и безопасность его эксплуатации. Оборудование компонуют, исходя из минимальной протяженности внутристанционных трубопроводов. Схема размещения агрегатов в здании насосной станции определяется типом, размерами и числом основных насосов.

Минимальную ширину проходов между выступающими частями насосов, двигателей и арматуры следует принимать не менее:

между агрегатами при напряжении электродвигателей до 1000 В - 1м, а с напряжением более 1000 В - 1,2м;

между агрегатами и стеной в шахтных станциях - 0,7м, в прочих станциях - 1м;

между неподвижными выступающими частями оборудования - 0,7м.

Наружные напорные трубопроводы проектируем чугунными. Наружные всасывающие трубопроводы принимаем стальными. Всасывающие трубопроводы имеют непрерывный подъём к насосу 0,005.

Диаметры внутристанционных трубопроводов, а также фасонных частей и арматуры назначаем по скоростям движения воды.

При диаметре 300-800 мм скорости движения воды в трубопроводах насосной станции:

во всасывающем: 1 - 1,5 м/с

в напорном: 1,2-2,0 м/с.

Диаметры труб внутри насосных станций принимаем несколько меньшими, чем для наружных, т.к. от размеров труб зависят размеры и стоимость здания насосной станции. Диаметры внутристанционных трубопроводов соответствуют стандартным диаметрам выпускаемой арматуры, которая размещается на них. Диаметры труб больше диаметров патрубков насосов и соединяются с ними переходами.

На всасывающих линиях в пределах здания насосной станции, начиная от входного патрубка насосов, устанавливаем переход эксцентрический, задвижку, монтажную вставку, переход концентрический и тройник в точке, примыкающей к коллектору.

Задвижки на всасывающей линии подбираются узкокорпусные на давление Р_у = 0,25 МПа и оборудуются механическим приводом.

На напорной линии устанавливают следующие фасонные части и арматуру: переход концентрический от напорного патрубка насоса к напорной линии, монтажную вставку, обратный клапан, задвижку, колено или тройник.

Всасывающие (по всей длине) и напорные трубопроводы (в здании насосной станции) проектируются из стальных труб и прокладываются, как правило, по полу на опорах с устройством переходных мостиков над трубопроводами, обеспечивающими проход к любому агрегату, задвижке и пр.

4.4 Подбор вспомогательного оборудования

К вспомогательному оборудованию насосных станций относятся дренажные насосы, подъемно-транспортные механизмы и установки для заливки основных насосов, если они установлены не под заливом.

1) Дренажные насосы.

Дренажные насосы устанавливаются в заглубленных машинных залах, если нет возможности обеспечить самотеком спуск воды, попавшей на пол зала, в техническую канализацию.

Попадание воды связано с утечками, инфильтрацией грунтовых вод или просачиванием воды через разделительную стенку из совмещенного со станцией приемного резервуара.

В качестве дренажных чаще всего используются самовсасывающие вихревые насосы марки ВКС.

Для сбора фильтрационных вод в торце здания станций устанавливается сборный дренажный колодец. Объем колодца принимаем равным 10-минутной подаче дренажного насоса. Вода к колодцу подводится дренажными лотками, а пол делается с уклоном в сторону лотков (0,002-0,005). Принимаем уклон 0,005.

Включение и отключение насосов дренажной системы выполняются автоматически и зависят от уровня воды в дренажном колодце.

 (23)

где ?q₁- суммарные утечки через сальники по 0,05 на каждое сальниковое уплотнение, л/с.

q₂- фильтрационный расход через стены и пол здания, л/с.

Ориентировочно q₂ определяем по формуле:

(24)

где W - объем части машинного зала, расположенной ниже максимального уровня грунтовых вод, м³

Т.к. НС незаглубленная, то принимаем q₂=1,5 л/с.

?q₁=0,05*4=0,2 л/с

Q_д=1,5*(0,2+1,5)=2,55л/с.

Для насосной станции подбираем насос марки ВКС 5/24.

Таблица 12

Марка	Подача, л/с	Напор, м	Мощность, кВт	Масса, кг	Габариты в плане, мм	Ндоп.вак, м
ВКС 5/24	2,38-5,4	70-20	10	180	1047х320	4

Объём колодца:

V_{колодца}=0,153*10=1,53м³.

2) Подъемно-транспортное оборудование.

Для монтажа и демонтажа насосов, двигателей, трубопроводов и арматуры на насосных станциях должна предусматриваться установка подъемно-транспортного оборудования.

Грузоподъемность подъемно-транспортного оборудования следует принимать по массе наиболее тяжелой монтажной единицы с учетом 10% надбавки, массы траверс и строп. За монтажную единицу можно принимать: ротор вертикального электродвигателя, если электродвигатель поставляется в разобранном виде; горизонтальный агрегат в сборе при наличии заводской фундаментной плиты; в остальных случаях - в отдельности насос, электродвигатель, задвижку.

На насосных станциях применяются следующие подъемно-транспортные устройства при массе груза:

до 5 т - неподвижные балки с талями или кран-балки подвесные ручные;

более 5 т - краны мостовые электрические.

На насосной станции применяем кран подвесной однобалочный грузоподъемностью 1-5 т .

3) Электрическая часть НС.

Из вспомогательного электрического оборудования необходимо подобрать силовые трансформаторы и запроектировать помещения электрической подстанции: две камеры для размещения силовых трансформаторов, помещение распределительных устройств высокого напряжения и щитового помещения (диспетчерской).

Насосная станция подключается к линиям электропередач (ЛЭП). Т.к. проектируемая насосная станция имеет 1 категорию надежности, она подключается к двум ЛЭП. Приводные электродвигатели основных насосов подключаются к ЛЭП через понизительные трансформаторы подстанции.

Насосная станция оборудована четырьмя насосами. Характеристики электродвигателей: Р_н=315кВт, U=6.6кВ, ?_дв = 0.93, cos?=0.85. Напряжение ЛЭП - 10кВ.

Электродвигатель основного насоса обладает мощностью свыше 75 кВт, равной 315 кВт, поэтому для включения и отключения приводных электродвигателей устанавливаем масляные выключатели.

Подбор силового трансформатора производится по мощности S в кВА, определяемой по формуле:

 (25)

где - коэффициент спроса по мощности, зависит от числа рабочих агрегатов и их загрузки (при двух и более насосах можно принимать = 0,7 - 0,8);

N_н - мощность электродвигателя рабочего насоса и вспомогательного механизма (10 - 20 кВт), присоединенного к трансформатору (при подсчете суммарной мощности электродвигатели резервных агрегатов не учитываются);

?_дв - КПД соответствующего электродвигателя;

cos? - коэффициент мощности (при асинхронных двигателях можно принимать cos? = 0,75 - 0,85, при синхронных - cos? = 0,9 - 1,0);

N_осв - мощность осветительной нагрузки (10 - 20 кВт).

В НС 1 категории предусматриваем два трансформатора, понижающие напряжение с 10 до 6.3 кВ мощностью 630 кВА каждый. При выходе из строя одного трансформатора перегрузка другого составит

Для нужд станции принимаем один трансформатор мощностью 160 кВА, понижающий напряжение с 6.3 до 0.4 кВ. Основные трансформаторы размещаем в отдельных камерах, а трансформатор собственных нужд - в помещении РУ.

Распределительное устройство высокого напряжения - помещение, в котором размешается высоковольтная аппаратура: масляные выключатели, разъединители, измерительные трансформаторы тока и напряжения, сборные шины и реле защиты. Ячейки РУ выполняются в виде шкафов КРУ (комплексное распределительное устройство).

Размеры ячеек РУ: 900мм - по фронту обслуживания, 1660мм - в глубину, перпендикулярно фронту обслуживания, 2380 - по высоте.

4.5 Контрольно-измерительные приборы

Насосные агрегаты на станции оборудуются вакуумметрами или мановакууметрами, манометрами, амперметрами, вольтметрами, ваттметрами и указателями уровня масла в подшипниках.

Для измерения расхода воды на напорных водоводах (чаще всего за пределами здания станции) устанавливаются следующие типы расходомеров:

а) скоростные турбинные водомеры - для водоводов, d ? 200мм;

б) диафрагмы;

в) трубы Вентури - для малых и средних диаметров, d до 500мм;

г) сопла Вентури - для водоводов средних и больших диаметров;

д) индукционные расходомеры - на малые и средние диаметры.

Трубы и сопла Вентури и диафрагмы должны устанавливаться на прямолинейных участках без местных сопротивлений длиной 5 - 8 диаметров до расходомера и 3 - 5 диаметров после расходомера.

4.6 Разработка строительной части и определение основных размеров здания насосной станции

Водопроводные насосные станции состоят из машинного зала, электрораспределительных устройств (РУ) и подсобных помещений. Из бытовых подсобных помещений предусмотрим санитарный узел, остекленное помещение для эксплуатационного персонала, шкафчики для хранения одежды. Для выполнения мелкого ремонта следует предусмотреть в помещении станции мастерскую.



Рис. 9

Рис. 10

Размеры основного помещения - машинного зала - определяются габаритами насосных агрегатов и коммуникаций с учетом рекомендуемых расстояний между стенами зданий и элементами оборудования. У входа в машинный зал размещается монтажная площадка, на которую автотранспортом доставляется оборудование. Размеры площадки обуславливаются сохранением проходов не менее 0,7 м вокруг насосного агрегата, размещенного на ней.

Ширина машинного зала представляет собой сумму длин участков трубопроводов, фасонных частей и арматуры на всасывающей и напорной линиях насосов, а также поперечного размера самого насоса.

Исходя из длины типовых конструкций железобетонных балок для перекрытий, ширину насосной станций принимаем 12м.

Длина прямоугольного здания определяется проходами между торцевыми стенами и агрегатами, продольным размером самих агрегатов и расстояниями между ними, а также размерами вспомогательных помещений, устраиваемых на отметке пола первого этажа (монтажная площадка, распределительные устройства и бытовые помещения). При ширине здания в осях 6 м несущими конструкциями перекрытий являются наружные стены. Принимаем длину насосной станции 36м.

Отметка пола машинного зала зависит от отметки оси насоса, равной 83,596 м. Для определения отметки пола машинного зала следует из отметки ос насоса вычесть высоту насоса и высоту выступающей над полом части фундамента под насосный агрегат.

Z_{пола МЗ} = 83,596 - 1215 = 82,381м. (26)

Определение высоты верхнего строения:

Рис. 11

(27)

где h₁ - высота двутавровой балки;

h₂ - минимальная высота от балки до крана;

h₃ - высота строповки груза (0,5 - 1 м);

h₄ - высота самой объемной детали (высота агрегата)

h₅- погрузочная высота платформы автомобиля.

Н _{верхн. стр}. 300 + 2170 + 1000 + 1099 + 1370 + 0.5 5939.5 мм

Высоту верхнего строения округляем до ближайшей стандартной, равной 6 м.

Верхняя часть здания выполняется из кирпича (толщина стен 380 и 510 мм) или монтируется из панелей.

Ширину оконных проемов можно принимать 300 см, при высоте каждой секции окна 120 или 180 см.

Типовые двери имеют высоту 240 см при ширине 100, 120 или 200 см. размеры ворот можно принимать 300х360 см.

Пролеты здания 9, 12, 15 и 18 м перекрываются полигональными двутавровыми балками. По балкам укладываются железобетонные плиты шириной 1,5 или 3 м и длиной 6 м (высота плиты 0,3 м), а по ним - изолирующий слой, пароизоляция, выравнивающий слой, теплоизоляция, стяжка и гидроизоляция.

Лестницы изготавливаются в виде стальных маршей. Ширина ступеней от 25 (при уклоне 1 : 1,2) до 18 см (при уклоне 1 : 0,6). Высота ступеней от 20 до 28 см. Все лестницы и переходы должны ограждаться.

Высота ограждений - 1 м; на высоту 0, 15 м ограждения обшиваются.

Помещение распределительных устройств (РУ) примыкает к машинному залу с торцевой стороны и должно иметь самостоятельный выход, а при длине более 5,0 м - два выхода. При однорядном расположении камер распределительных устройств минимальная ширина помещений РУ составляет 2,5 м, а при двухрядном - 4,5 м. Высота помещений - не менее 4,2 м. Количество камер РУ равно количеству двигателей.

трубопровод насос производительность трассировка

5. Определение технико-экономических показателей насосной станции

К технико-экономическим показателям насосной станции относятся:

- полная строительная стоимость проектируемой насосной станции (капитальные вложения на строительство) - K;

- коэффициент полезного действия насосной станции - ?_нс;

- коэффициент использования установленной мощности - ?_нум;

- удельная норма затраты энергии - N_уд;

- стоимость перекачки 1 м³ воды - C.

Полная строительная стоимость насосной станции К складывается из строительной стоимости всех сооружений станции и стоимости оборудования.

Определяется ориентировочно по укрупненным измерителям в зависимости от объема здания и мощности оборудования станции:

(28)

где W_н - объем надземной части здания, м³;

W_п - объем подземной части здания, м³;

U_н и U_п - соответственно стоимости 1 м³ надземной и подземной частей здания

N_у - установленная мощность всех электродвигателей, кВт;

U_о - стоимость всего оборудования, отнесенная к 1 кВт установленной мощности

W_н=(21,0*10,5+15*12)*6=2403м³

U_н=5,2179*3000=15653,7р./м³

N_у=315кВт

U_о =29,91*3000=89730р./кВт

К=2403*15653,7+315*89730=37615841,1+28264950=65880791,1 р.

Коэффициент полезного действия насосной станции ?_нс определяется по формуле:

(29)

где Q₁ и Q₂ - подача одного, двух и т.д. параллельно работающих насосов, м³/ч;

Н₁ и Н₂ - напор при работе одного, дух и т.д. параллельно работающих насосов, м;

Т₁ и Т₂ - время работы одного, двух и т.д. насосов в течение суток, ч;

?_н1?_дв1 - КПД насоса и двигателя при работе одного насоса;

?_н2?_дв2 - КПД насоса и двигателя при параллельной работе двух насосов.

Таблица 13

Число работающих насосов	Подача Q, м3/ч	Напор, Н, м	КПД насоса,	КПД двигателя,	Время Т, ч
Один	864	87	0,75	0,93	14
Два	1026	74	0,70	0,93	7

Коэффициент использования установленной мощности определяется по формуле:

(30)

где - средняя мощность станции за рабочий период в году, определяемая по формуле:

, (31)

где N_у - сумма номинальных (по паспорту) мощностей всех установленных двигателей основных насосов (рабочих + резервных), кВт;

?Э - количество электроэнергии, потребляемой насосной станцией за год, кВт • ч.

Годовое потребление электроэнергии ?Э по укрупненным измерителям можно определить из расчета, что в году имеется 90 сут. С максимальной нагрузкой (коэффициент - 1,2), 155 сут. Среднего режима и 120 сут. Минимальной нагрузки (коэффициент - 0,85).

За максимальную суточную нагрузку по выработке электроэнергии принимается фактический суточный расход электроэнергии рабочими насосами А_ф (кВт • ч), определяемый по формуле:

(32)

где ? - удельный вес жидкости (для воды ? = 1 кг/дц³).

Таким образом, годовое потребление электроэнергии ?Э определяется как

(33)

Удельная норма затраты электроэнергии N_уд - это затрата энергии, отнесенная к 1000 т/м перекаченной воды (кВт • ч/тыс.т.м.), определяется по формуле:

(34)

Для определения стоимости перекачки 1 м³ воды - C, необходимо определить годовые эксплуатационные затраты Э_г, связанные с эксплуатацией насосной станции и среднегодовую производительность станции.

Годовые эксплуатационные затраты на насосной станции:

(35)

где А₁ - прямые затраты, связанные с обслуживанием и эксплуатацией насосной станции;

А₂ - непрямые затраты на амортизацию и капитальный ремонт в виде отчислений в процентах от капитальных вложений;

1,03 - коэффициент, учитывающий затраты на отопление, вентиляцию, приобретение инвентаря, транспортные расходы и пр.

Прямые эксплуатационные затраты А₁ определяются по формуле:

 (36)

где - затраты на управление и содержание эксплуатационного персонала, принимаются по штатному расписанию в зависимости от производительности насосной станции; принимаем 90тыс.р./месяц=1080тыс.р./год.

А_э - затраты на потребляемую электроэнергию, р./г., определяются по формуле:

(37)

где а - стоимость 1 кВт • ч электроэнергии (в курсовом проекте а принимается 1,37 р./кВт • ч);

А_тр - затраты на оплату присоединенной мощности трансформаторов, определяются по формуле:

(38)

где S - присоединяемая мощность трансформатора, определяемая по (25), кВА;

b - стоимость 1 кВА присоединяемой мощности трансформатора (b = 22 р./сут. = 8030 р./г.);

А_{тек.рем} - затраты на текущий ремонт, р./г., принимаются в размере 1% полной строительной стоимости насосной станции (А_{тек.рем} = 0,01К);

0,01*65880791,1 =658807,911 р. (39)

Непрямые эксплуатационные затраты на амортизацию и капитальный ремонт определяются в размере 2,3% для НС II подъема от полной строительной стоимости станции (A₂ = 0,023К).

А₁=1080000+9499049,81+5362594,6+658807,911 =16600452,32 р./г

А₂=0,023К=0,023*65880791,1 =1515258,195 р./г

Э_Г=1,03(16600452,32 +1515258,195)=18115710,52 р./г

Среднегодовую производительность насосной станции Q_г также необходимо определить, исходя из наличия в течение года 90 суток с максимальной производительностью (коэффициент 1,2), 155 суток со средней производительностью и 120 суток с минимальной производительность (коэффициент - 0,85), таким образом:

(40)

Стоимость перекачки 1 м³ воды получается равной:

(41)

Таблица 14 Габариты насоса 1Д200-90

L	L1	l	l2	l3	l4	l5	B	B1	H	H1	H2	H3	h	A1	A2	A3	b
766	420	355	370	220	250	100	530	250	495	260	170	170	39	270	320	200	10
D	D1	D2	D3	D4	D5	D6	D7	d	d1	d2	d3	n	n1
260	225	202	150	215	180	158	100	18	18	24	38	8	8



Рис. 12 Габариты насосов типа Д

Рис. 13

Таблица 15Габаритный чертеж агрегатов типа Д:

А	Б	В	Г	Д	Е	Ж	З
757	630	5	600	620	350	350	535
И	К	Л	М	Н	П	Р	С
265	384	360	25	380	500	200	130
Т	d2	D	a	o	d	D1	a1
900	30	300	445	400	22	200	340
o1	d1	Двигатель	Мощность. кВт	Масса. кг	Масса агрегата. кг
295	22	5АН355-А4 У3. Т3	315	1290	2395

Список литературы

1. Насосные станции в системах водоснабжения. Якубчик П.П. Методические указания. Ленинград, 1984,- 35с.

2. Электронный каталог насосов.

3. Насосные станции. Курсовое проектирование. Э.В. Залуцкий, А.И. Петрухно.- К.: Высш. шк. Глав. изд-во. 1987.-167с.

4. Насосы и насосные станции. Турк. В.И., Минаев А.В., Карелин В.Я., М.: Стройиздат, 1978.

5. Таблицы для гидравлического расчета стальных, чугунных, асбестоцементных, пластмассовых и стеклянных водопроводных труб. Шевелев Ф.А., М.: Стройиздат, 1973.

6. Электронные каталоги трубопроводной арматуры

Размещено на Allbest.ru