Насосной станции, объем регулирующей емкости водонапорной башни

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Введение

Выполнение курсовых проектов по дисциплине “Насосные и воздуходувные станции” связано с решением комплекса задач по обоснованию выбора технологического, энергетического, грузоподъемного оборудования, размеров сооружений и помещений насосных и воздуходувных станций.

Настоящие методические указания дают возможность правильно подойти к решению перечисленных выше задач на стадии учебного проектирования насосных станций 2-го подъема систем водоснабжения.

При выполнении графической части проекта целесообразно пользоваться типовыми проектами, утвержденными государственными ведомствами.

Размеры сооружений и помещений следует назначать в соответствии с действующими правилами по унификации производственных зданий и сооружений.

Насосная станция, как и любое другое сооружение системы водоснабжения, проектируется на две очереди строительства (развития) – I, II.

Исходные данные

По объекту проектирования

Объектом проектирования является насосная станция 2-го подъема системы водоснабжения, которая забирает воду из резервуара чистой воды и подает ее по водоводам в городскую распределительную сеть. Схема подачи воды представлена на рис. 1.

Городская распределительная сеть системы водоснабжения имеет регулирующую емкость – водонапорную башню, расположенную в начале распределительной сети. Система водоснабжения предусматривается для обеспечения потребителей города водой на хозяйственно-питьевые и противопожарные нужды. Число жителей в городе 300 тыс. чел. Застройка – 3-5-этажные здания. Предполагается возможность трех пожаров в городе одновременно. Расход воды на тушение каждого пожара q_пож = 55 л/с.

Рис. 1. Схема подачи воды в распределительную сеть: 1, 2, 3 … 14 – размеры, привязки

Средний расход воды в городе на I очередь развития
Q₁ = 27000 м³/сут.

Проектный (средний за год) расход воды в городе (на II очередь) Q₂= 36000 м³/сут.

Длина напорных водоводов L_н = 3000 м, всасывающих –
L_в = 50 м.

Отметка дна резервуара чистой воды (РЧВ) – 110 м.

Отметка уровня противопожарного запаса воды в РЧВ – 112 м.

Отметка дна бака водонапорной башни составляет 148 м.

Отметка земли в точке подключения водоводов к сети – 125 м.

Свободный напор в точке подключения водоводов к сети при пожаротушении – 12 м.

Согласно СНиП 2.04.02-84 насосная станция 2-го подъема относится к 1-й категории надежности (п.7.1 СНиП 2.04.02-84).

Место строительства – центральная часть России. Глубина промерзания – 1,4 м. Грунтовые воды – не агрессивные и наблюдаются на глубине 2,5 м от поверхности земли. Грунты – суглинки. Напряжение в системе энергоснабжения – U=3000 В.

На основании анализа исходных данных и требований СНиП 2.04.02-84 предусматривается типовая незаглубленная насосная станция. Размеры проектируемой станции уточняются в зависимости от количества, марок и размеров применяемого на ней оборудования.

2. Расчетные расходы водопотребления

Подача воды насосной станцией принимается в зависимости от расчетных расходов воды потребителя (города) в сутки наибольшего и наименьшего водопотребления (СНиП 2.04.02-84). При анализе исходных данных и нормативных требований установлено, что коэффициенты суточной неравномерности водопотребления: = 1,2 и = 0,7.

Для I очереди развития водопровода:

₁ =27000 × 1,2 = 32400 м³/сут;

₁=27000 × 0,7 = 18900 м³/сут.

Для II очереди развития водопровода (на расчетный период):

= 36000 × 1,2 = 43200 м³/сут;

= 36000 × 0,7 = 25200 м³/сут.

На этапе учебного проектирования насосной станции рассматривается случай только максимального хозяйственного водопотребления в городе.

Расчетные часовые расходы воды определяются с учетом коэффициентов часовой неравномерности.

Расчетный расход воды потребителями в максимальный час определяется по формуле

= × .

Анализируя исходные данные и нормативные требования (см. п.2.2 СНиП 2.04.02-84), определим = 1,25. Соответственно расчетные расходы воды в городе на хозяйственно-питьевые нужды составляют:

для I очереди строительства:

_I =1,25×32400/24=1687,5 м³/ч или _I = 1687,5/3,6=469 л/с;

для II очереди строительства:

_II = 1,25×43200/24=2250 м³/ч или _II = 2250/3,6 = 625 л/с.

Все дальнейшие расчеты приводятся ниже для II очереди развития города и строительства водопроводной системы.

При пожаротушении в городе насосная станция (см. СНиП) должна подавать:

Q_{н. ст х.п+пож}= + q_пож,

т.е. расходы воды на хозяйственно-питьевые нужды и на тушение пожаров (по заданию, в жилых 5 этажных домах пожарные краны не устанавливаются).

По заданию: q_пож = 55 × 3 = 165 л/с.

Подача воды насосной станцией на хозяйственно-питьевые нужды и тушение пожаров составляет

Q_{н. ст. х.п+пож} = + q_пож = 625 + 165 = 790 л/с.

ПодачА и количество насосов

Построения их характеристик

Т а б л и ц а 6

Режимов работы насоса

№ точки
Q_об_i, м³/с	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3
H_об_i, м	15,46	34,79	61,85	96,63	139,2

Далее, после построения кривой H_об= 1546,2 × Q²_об (линии режимных точек), проходящей через начало координат и точку “а”, с координатами [Н = 57 м, Q = 192 л/с], на исходной характеристике насоса H-Q (при D = 432 мм) получим новую точку пересечения “б” (см. рис. 4). Координаты точки “б”: [H = 60 м,
Q = 200 л/с]. Координаты точек “а” и “б” пропорционально взаимосвязаны: k_н = = = 1,05; k_q = = = 1,04. Подобная пропорциональность сохраняется для всех точек кривой (Н-Q) и кривой (H^”– Q^”). Поэтому параметры для графических построений отмеченных кривых можно рассчитать по аналогичной методике (табл. 8).

Т а б л и ц а 8

Расчетные параметры насоса

№ п/п	Энергетические параметры насоса
до срезки колеса при D=432 мм	после срезки колеса при D_об=415 мм
Q, м³/с	H, м	h, %	Q_об, м³/с	H_об, м	h_об, %
	0,1			0,096	61,9	67,4
	0,15			0,144		75,5
	0,2			0,192	54,3	77,6
	0,25			0,240	44,7	73,5
	0,3			0,288	38,1	63,3

Примечание. k_q = Q/Q_об= 200/192 = 1,04; k_h = Н/Н_об = 60/57 = 1,05.

Диаметр обточенного колеса насоса рассчитывается по формуле

D_об = = = 415 мм.

После срезки колеса КПД (h_об) насоса изменяется (см. на графике рис. 5 характеристику h_об-Q). Для определения КПД насоса со срезанным колесом можно воспользоваться формулой Moody:

h_н= 1 – [(1 – h_м) (D_м /D_н)^0,25 (n_м /n_н)^0,1] ,

h_н= 1 – [(1 – h_м) (D_м /D_н)^0,25 ] при n_м /n_н= 1,

где D_м / D_н – диаметры колес насоса модели и натуры (если регулирование обеспечивается за счет изменения числа оборотов колеса насоса, то D_м / D_н= 1).

“Срезка” колеса насоса широко применяется в практике проектирования насосных станций. В зависимости от коэффициента быстроходности n_s пределы обточки колес ограничиваются интервалами, значения которых приводятся в табл. 9.

Т а б л и ц а 9

Подбор трансформаторов

Выбранные для привода насосов электрические двигатели рассчитаны на работу при напряжении U = 660 в (в зависимости от марки электродвигателя), а напряжение в сети энергоснабжения U = 3000 В. Следовательно, на насосной станции необходимо предусматривать установку понижающих трансформаторов.

Необходимая для работы электрического оборудования насосной станции мощность силовых трансформаторов S,кВт,определяется суммарной мощностью электродвигателей основной группы насосов, задвижек, подъемного оборудования, вспомогательных насосов и др., мощностью электроосветительных и электроотопительных устройств:

S= +(10÷50)

где k_c - коэффициент загрузки двигателя, равный отношению мощности, потребляемой в данный момент, к номинальной мощности двигателя; k_c =0,7¸1;

Р_н_i - номинальная (паспортная) мощность i-го электродвигателя из основных агрегатов (без резервных);

cos a = 0,92 -коэффициент мощности электродвигателя;

10-50 кВт - нагрузка от вспомогательного оборудования;

h_дв_i - КПД i-го двигателя.

На насосной станции устанавливается четыре рабочих насосных агрегата (четыре электрических двигателя) и два таких же резервных (4 + 2 электрических двигателя).

Номинальная мощность каждого электродвигателя насосного агрегата Р_н= 200 кВт, тогда:

S = + 50 = 782,2 кВА.

При прямом пуске электрического двигателя величина пускового тока J возрастает в 5 – 7 раз. Очевидно, при пуске двигателя пропорционально J увеличивается и потребляемая мощность P,так как P = . Поэтому при выборе мощности силового трансформатора насосной станции необходимо учитывать не только номинальные, но и пусковые нагрузки по P.

Как следует из паспортных данных выбранного насосного агрегата (см. рис. 4), мощность холостого хода его электродвигателя составляет N₀» 70 кВт, тогда N_пуск= N₀× 5 = 70 × 5 = 350 кВт.

Отечественной промышленностью выпускаются трансформаторы мощностью: 100, 180, 320, 420, 560, 750, 1000, 1800 кВА и т.д. На насосной станции необходимо установить трансформаторы с оптимальным использованием их мощности. Недогруженные трансформаторы снижают сos j. Режим работы насосной станции не равномерный, поэтому и мощность трансформаторов в течение суток будет востребована не одинаково. С учетом этой особенности и имеющегося ряда трансформаторов на насосной станции предусматривается установка трех трансформаторов мощностью 320×3 = 960 кВА. Данный выбор обосновывается расчетами, которые приводятся ниже (табл. 12, 13). При максимальной нагрузке, т.е. при пуске одного двигателя и работе двух агрегатов: SN = 350+2×200 = 750 кВт, т.е. 750 < 960 Þ условие запаса мощности трансформатора при запуске электрического двигателя выполняется. Кратковременная перегрузка трансформаторов не должна превышать 40%.

Т а б л и ц а 12

Вспомогательные системы

Насосной станции

К вспомогательным системам насосной станции относятся: система технического водоснабжения, дренажная система, система маслоснабжения.

Система технического водоснабжения на насосной станции проектируется для целей санитарной очистки оборудования и помещений, а также для охлаждения узлов насосных и воздуходувных агрегатов. Вода на насосную станцию подводится из системы городского водоснабжения в бак с разрывом струи, а из бака вихревыми насосами марки ВК 1/16 вода подается на технологические нужды. Предусматриваются два насоса: один рабочий и один резервный. Вода, поступающая на охлаждение, должна быть с жесткостью менее 3,56 мг-экв/л, рН = 6-9, с содержанием взвешенных веществ до 50 мг/л и температурой до 30°С.

Рис. 6. Графики для определения необходимых длин прямых участков

трубопроводов перед диафрагмами, соплами и соплами Вентури:

а - прямые участки за местными сопротивлениями, создающими винтовое движение потока; б - то же за двойными поворотами потока; в - то же за местными сопротивлениями, не создающими винтового движения потока,
и за конически сходящимися патрубками; г - то же за полностью открытыми вентилем и задвижкой; 1, 2, 3, 4 - кривые соответственно для колен и
тройников, переходов, вентиля и задвижки; m = (d/d_у)² , d- диаметр участка сужения, d_у- условный диаметр трубопровода.

Для отвода дренажных и промывных вод предусматривается уклон пола и лотков к приямку не менее i = 0,005. Вода отводится по дренажным лоткам в колодец, который устраивается под монтажной площадкой. Объем колодца принимается равным
15-минутной производительности одного насоса марки ГНОМ 10/10:Q = 10 м³/ч, Н = 10 м, N = 1,1 кВт.

На случай разрыва трубопровода в насосной станции отвод воды из машинного зала будет осуществляться по аварийному трубопроводу D = 500 мм.

Постоянное количество масла под давлением подается к подшипникам, редукторам, соединительным муфтам насосов и воздушных нагнетателей. Масло охлаждается в маслоохладителе водой, подаваемой от системы технического водоснабжения. Для периодического удаления отработанного масла из баков маслоустановок и подачи чистого масла на насосной станции предусматривается вспомогательная маслосистема. Для подачи масла устанавливаются два шестеренных насоса марки НМШ-32-10-1-18/6,3-1.

Выбор водомеров

Подача воды насосной станцией контролируется водомерами ультразвукового типа, либо с помощью: сопел Вентури, труб Вентури, диафрагм.

Водомеры устанавливаются на каждом напорном водоводе в водомерных камерах на прямолинейных участках (длины участков до водомера L ³ 6 - 18D и после водомера L ³ 3 - 5 D назначаются заводом-изготовителем прибора либо по графикам рис. 6.

П р и л о ж е н и е

СБОРНИК

примеров и упражнений для практических занятий

по курсу “Насосные и воздуходувные станции”

Выпуск 1

Москва 2005

федеральное агентство по образованию

Московский государственный строительный университет

Кафедра водоснабжения

Насосная станция

Го подъема

Системы водоснабжения

Методические указания

для студентов специальности 1208

“Водоснабжение и водоотведение”

М о с к в а 2 0 0 5

С о с т а в и т е л ь

доц., канд. техн. наук Л.Г. Дерюшев

Р е ц е н з е н т

доц., канд. техн. наук В.И. Баженов

(Моск. ин-т коммунального хозяйства и строительства)

*Отметка расчетного уровня воды в резервуаре чистой воды принимается на 1-2 м выше дна, с учетом того, что ниже данной отметки хранится аварийный запас воды на хозяйственно-бытовые и противопожарные нужды.

Введение

Исходные данные

По объекту проектирования

Рис. 1. Схема подачи воды в распределительную сеть: 1, 2, 3 … 14 – размеры, привязки

Средний расход воды в городе на I очередь развития
Q₁ = 27000 м³/сут.

Проектный (средний за год) расход воды в городе (на II очередь) Q₂= 36000 м³/сут.

Длина напорных водоводов L_н = 3000 м, всасывающих –
L_в = 50 м.

Отметка дна резервуара чистой воды (РЧВ) – 110 м.

Отметка уровня противопожарного запаса воды в РЧВ – 112 м.

Отметка дна бака водонапорной башни составляет 148 м.

Отметка земли в точке подключения водоводов к сети – 125 м.

Свободный напор в точке подключения водоводов к сети при пожаротушении – 12 м.

Согласно СНиП 2.04.02-84 насосная станция 2-го подъема относится к 1-й категории надежности (п.7.1 СНиП 2.04.02-84).

2. Расчетные расходы водопотребления

Для I очереди развития водопровода:

₁ =27000 × 1,2 = 32400 м³/сут;

₁=27000 × 0,7 = 18900 м³/сут.

Для II очереди развития водопровода (на расчетный период):

= 36000 × 1,2 = 43200 м³/сут;

= 36000 × 0,7 = 25200 м³/сут.

Расчетные часовые расходы воды определяются с учетом коэффициентов часовой неравномерности.

Расчетный расход воды потребителями в максимальный час определяется по формуле

= × .

для I очереди строительства:

_I =1,25×32400/24=1687,5 м³/ч или _I = 1687,5/3,6=469 л/с;

для II очереди строительства:

_II = 1,25×43200/24=2250 м³/ч или _II = 2250/3,6 = 625 л/с.

Все дальнейшие расчеты приводятся ниже для II очереди развития города и строительства водопроводной системы.

При пожаротушении в городе насосная станция (см. СНиП) должна подавать:

Q_{н. ст х.п+пож}= + q_пож,

По заданию: q_пож = 55 × 3 = 165 л/с.

Подача воды насосной станцией на хозяйственно-питьевые нужды и тушение пожаров составляет

Q_{н. ст. х.п+пож} = + q_пож = 625 + 165 = 790 л/с.

ПодачА и количество насосов

насосной станции, объем регулирующей емкости водонапорной башни

В целях обеспечения условий взаимозаменяемости оборудования на насосной станции устанавливаются однотипные насосные агрегаты. Подача каждым насосом и количество агрегатов на насосной станции назначаются в зависимости от режимов водопотребления, условий совместной работы насосов и регулирующих емкостей, категории надежности насосной станции (см. пп. 7.1- 7.3. СНиП 2.04.02-84).

Минимальное количество насосных агрегатов на насосной станции должно быть

m + n ³ 2 + n,

где m- количество рабочих агрегатов;

n-количество резервных агрегатов.

Учитывая, что максимальная регулирующая емкость водонапорной башни обычно не превышает емкости стандартной водонапорной башни W_{р. баш} £ 800…1400 м³, максимальная подача насосной станции назначается в пределах

Q ³ ( – ),

где - поступление воды в сеть из бака водонапорной башни, л/с;

- максимальный расход воды в городе, л/с.

Если за 100% принять суточный расход воды в городе, т.е.

Q =43200 м³/сут, а емкость регулирующего бака водонапорной

башни принять равной W_р.баш= 800 м³, то, составив пропорцию

43200 – 100 %, 800 – c %, найдем: c =800×100 / 43200 = 1,85 %.

Из этого расчета следует, что регулирующий объем бака водонапорной башни не должен превышать 1,85 %.

Анализируя график режима водопотребления (рис. 2), составленный по данным табл. 1 приложения, представим режим работы насосной станции с тремя однотипными рабочими насосами по часам суток в табличном виде (табл. 1).

Рис. 2. График режимов водопотребления и работы насосной станции 2-го подъема

Т а б л и ц а 1

Суточный баланс воды, % от Q сут

Часы суток	Водопот- ребление, % от Q_сут	Подача, Q_{нас. ст}, %	Поступление, %	Остаток воды в баке W_рег, %	Режим работы насосов
в бак	из бака
0-1	3,35	3,4	0,05	-	0,05	2 насоса
1-2	3,25	3,4	0,15	-	0,2	То же
2-3	3,3	3,4	0,1	-	0,3	“
3-4	3,2	3,4	0,2	-	0,5	“
4-5	3,25	3,4	0,15	-	0,65	“
5-6	3,4	3,4	-	-	0,65	“
6-7	3,85	3,55	-	0,3	0,35	2 нас. – 54 мин, 3 нас. – 6 мин
7-8	4,45	4,8	0,35	-	0,7	3 насоса
8-9	5,2	4,8	-	0,4	0,3	То же
9-10	5,05	4,8	-	0,25	0,05	“
10-11	4,85	4,8	-	0,05		“
11-12	4,6	4,8	0,2	-	0,2	“
12-13	4,6	4,8	0,2	-	0,4	“
13-14	4,55	4,8	0,25	-	0,65	“
14-15	4,75	4,8	0,05	-	0,7	“
15-16	4,7	4,8	0,1	-	0,8	“
16-17	4,65	4,8	0,15	-	0,95	“
17-18	4,35	4,8	0,45	-	1,4	“
18-19	4,4	3,8	-	0,6	0,8	2 нас. – 43 мин, 3 нас. – 17 мин
19-20	4,3	4,3	-	-	0,8	2 нас. – 21 мин, 3 нас. – 39 мин
20-21	4,3	4,8	0,5	-	1,3	3 насоса
21-22	4,2	3,4	-	0,8	0,5	2 насоса
22-23	3,75	3,4	-	0,35	0,15	“
23-24	3,7	3,55	-	0,15		2 нас. – 54 мин, 3 нас. – 6 мин
Итого:	100%	100%	2,9%	2,9%	-	-

Примечания.

1. В период с 6 до 7 часов работают два и три насоса по минутам.

2. Цветом выделены максимальный час водопотребления и максимальный регулирующий объем бака.

Допустим, что три параллельно работающих насоса подают в час 4,8 % от , а превышения расхода воды в сети города или избыточные подачи воды насосной станцией в течение суток компенсируются регулирующей емкостью водонапорной башни.

Определим подачи насосов при их совместной работе: Q_1,Q₁₊₂, Q_1+2+3.

Если Q_{н. ст}= 4,8 %, т.е. Q₁₊₂₊₃= 4,8 %, то подача одного насоса составит

Q₁= × k_р= × 1,18 = 1,9 %,

где k_р - коэффициент, учитывающий увеличение подачи насосной станции при отключении из работы двух насосов (табл. 2).

Т а б л и ц а 2

Дата: 2016-10-02, просмотров: 558.

12 3 4 5 Следующая ⇒