Насосная станция

СУММАРНОЕ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ 

Технологическая часть                                                                                                                                                         В обеспечении надёжной работы систем водоснабжения важная роль отводится насосным станциям. В зависимости от места расположения в общей схеме различают водопроводные насосные станции первого и второго подъёма.

Задачей насосной станции  второго подъёма является подача воды из резервуаров чистой воды к  потребителям и в бак водонапорной башни. Напор насосной станции должен быть достаточен для преодоления  всех гидравлических сопротивлений  водоводов и распределительной  сети, а также для создания некоторых  необходимых напоров у потребителей.

Порядок проектирования зависит от условий состава исходных данных. Однако можно рекомендовать  некоторую укрупнённую схему  расчёта, включающую в себя следующие  основные этапы:

1. Выбор режима  работы насосов и числа насосных  агрегатов.

2. Определение расчётной  подачи насосов.

3. Расчёт трубопроводов.

4. Определение требуемого  напора насосов.

5. Выбор насосов.

6. Анализ совместной  работы насосов и трубопроводов.

7. Определение допустимой  отметки оси насосов.

8. Выбор вспомогательного  оборудования.

9. Проектирование  здания насосной станции.

Режим работы насосов

Требуемая среднечасовая  подача насосов в период максимального  водопотребления

,где - общее водопотребление  за период максимального водопотребления

Q_ч.I - часовые расходы воды у потребителей за этот период;

- продолжительность  периода максимального водопотребления

м³/ч

По аналогии требуемая  среднечасовая подача насосов в  период минимального водопотребления  определяется из соотношения, где - общее водопотребление за период минимального водопотребления- продолжительность периода минимального водопотребления м³/ч

Рекомендуемое к  установке количество рабочих насосов  пропорционально отношению найденных  максимальной и минимальной подач  насосной станции, (6,3)

где к - коэффициент  пропорциональности, принимаемый по возможности наименьшим целым числом.

Исходя из принятого  числа рабочих насосов, определяется ориентировочная часовая подача одного насоса м³/ч,

В период максимального  водопотребления работают все насосы, т.е. число работающих насосов

В период минимального водопотребления число работающих насосов определяется как округленное  до целого числа отношение среднечасового водопотребления за этот период к  подаче одного насоса,

Количество насосо - часов работы насосной станции  за сутки

Уточненная подача одного насоса (расчетная) м³/ч,

где Q_сут. - суточная подача насосной станции, равная суточному водопотреблению.

По результатам  расчета определяем расчетные подачи насосной станции в любой час  суток

,

где - расчетная часовая  подача одного насоса;

- число работающих  насосов в данный час.

1 насос: м³/ч;2 насоса: м³/ч.

Водонапорная  башня

Совместный анализ режимов водопотребления и работы насосной станции второго подъема  позволяет составить режим работы водонапорной башни, т.е. определить величину поступления или отбора воды из водонапорной башни. При этом определяется величина остатка воды в баке башни, наибольшее значение которого составляет требуемый  минимальный регулирующий объем  бака.

Таблица 2. Режим работы водонапорной башни

Полная вместимость  водонапорной башни W_ВБ, м³, состоит из регулирующего объема W_p и неприкосновенного десятиминутного противопожарного запаса воды W_п для тушения одного наружного и одного внутреннего пожара:

 Регулирующий  объем W_p определяют, сопоставляя режимы водопотребления и работы насосной станции второго подъема. Регулирующий объем водонапорной башни W_p, м³, соответствует максимальному остатку воды в баке.

Десятиминутный противопожарный  запас воды W_п, м³, определяют по формуле:, где

q_п.н. - расход воды на тушение одного наружного пожара, л/с;

q_п.в. - расход воды на тушение одного внутреннего пожара, л/с, определяется по СНиП 2.04.01-85. W_p =1106,194 м³; м³; м³ - 4,43 %

Резервуары  чистой воды

Полный объем резервуаров  чистой воды W_рчв, м³, должен включать кроме регулирующего объема W_р также запас воды на тушение пожаров W_пож, и запас воды на собственные нужды очистных сооружений W_с.н, т.е.

W_рчв = W_р + W_пож + W_с.н

Противопожарный запас W_пож, м³, определяют, исходя из необходимости тушения расчетных пожаров в течение трех (иногда двух) часов максимального водопотребления с учетом поступления воды в резервуары чистой воды из очистных сооружений на протяжении всего периода тушения пожаров:

W_пож = t_пож•Q_пож + ?Q_max t- t_пож•Q_ос

где t_пож - расчетная продолжительность тушения пожаров, ч; Q_пож - расчетный противопожарный расход воды, м³/ч; ?Q_max·t- максимальная сумма расходов воды в смежные часы принятого периода тушения пожаров, включающая час максимального водопотребления, м³; Q_ос - расход воды, поступающий в резервуары чистой воды из очистных сооружений в период тушения пожаров, равный среднечасовому расходу воды в сутки максимального водопотребления Q_{сут max}/24, м³/ч.

Запас воды на собственные  нужды очистных сооружений W_с.н определяют в зависимости от технологии обработки воды, типа применяемых сооружений и др. При пользовании на очистных сооружениях скорых фильтров и контактных осветлителей запас воды в резервуарах должен приниматься на одну дополнительную промывку фильтров или осветлителей. Ориентировочно в этом случае запас воды может быть принят в размере 5…8 % от максимального суточного водопотребления Q_{сут max}.

Общее количество резервуаров  чистой воды должно быть не менее двух. При отключении одного резервуара в  остальных должно храниться не менее 50 % требуемого запаса воды.

Таблица 3. Резервуар  чистой воды.

Подача НС-I: 25511,21/24=1062,965 м³/ч.

W_p = 3679,515 м³; t_пож·Q_пож = 1566 м³;

?Q_max t= 1390,85+1370,40+1404,77=4166,02 м³;

Q_ос = 1062,965 м³/ч

W_пож = 1566 + 4166,02 - 3·1062,965=2543,125 м³

W_с.н = 1785,78 м³

W_рчв = 3679,515+2543,125+1785,78=8008,42 м³

Общее количество резервуаров - 2, тогда W₁ = W_рчв/2 = 8008,42/2=4004,21 м³

1 резервуар чистой  воды:

W_пож=1271,56 м³; W_остал=2732,65 м³;W=l·b·h.

Принимаем Н=5 м, h=4,8 м. Тогда l=34 м, b=24,5 м (34·24,5·4,8=4004,21 м³)

h_пож=1271,56/(34·24,5)=1,52 м; h_остал=4,8-1,52=3,28 м.

Расчёт  трубопроводов

Расчёт внешних  и всасывающих трубопроводов  выполняется с определения их диаметров и потерь напора в них.

Расчётный расход воды по трубопроводу определяется по формуле:

(13.1)

где N - количество параллельно  работающих трубопроводов;

Qр - расчётная  подача насосной станции.

м³/ч, (6.8)

Q_т = 0,18 м³/с

Всасывающие трубопроводы.

Принимаем оптимальную  скорость = 1,5 м/с,

Ориентировочно значение диаметра:

По ГОСТ 18599-83 расчетный  внутренний диаметр трубы: D_гост = 0,426 м.

Напорные трубопроводы.

Принимаем оптимальную  скорость = 2 м/с.

Ориентировочно значение диаметра.

По ГОСТ 18599-83 расчетный  внутренний диаметр трубы: D_гост = 0,377 м.

Требуемый напор насосов

При проектировании системы водоснабжения мы определили требуемые напоры: в случае максимального  водоразбора Н=40 м, в случае максимального  транзита воды в башню Н=50 м. Расчетным  выбираем наибольший напор, т.е. Н=50 м.

Выбор типа насоса

Выбор типа насоса производится по сводным графикам полей характеристик. Основой для выбора служат найденные  значения расчётной подачи и требуемого напора. При выборе необходимо учитывать  следующие рекомендации.

Желательно принимать  к установке однотипные насосы. Применение разнотипных насосов допускается  лишь в исключительных случаях, когда  нельзя подобрать однотипные насосы.

Предпочтение следует  отдавать насосам, имеющим более  высокие КПД и наибольшую допустимую высоту всасывания.

Желательна установка  малого числа насосов большей  мощности. Но следует учитывать, что  уменьшение числа насосов ведёт  к увеличению регулирующего объёма бака водонапорной башни.

На водопроводных  насосных станциях наиболее широкое  применение нашли насосы типа Д.

При подаче равной 654,13 мі/ч и требуемом напоре 50 м  по сводному графику полей Q - H насосов  типа Д выбираем насос марки Д 800-57.

Таким образом для  нашей насосной станции 1-ой категории  надежности выбирается 2 основных и 2 резервных  насоса марки Д 800-57.

Анализ  совместной работы насосов  и водоводов

Анализ совместной работы насосов и водоводов выполняется  с целью уточнения рабочих  параметров и для проверки аварийных  режимов. Анализ выполняется графическим  способом с помощью совмещенных  характеристик насосов и системы  трубопроводов.

На водопроводных  насосных станциях обычно применяется  параллельная работа насосов. Суммарная  характеристика нескольких параллельно  работающих насосов строится графическим  сложением их характеристик. С этой целью на графике H-Q строятся характеристики всех рабочих насосов, взятые из каталога ли полученные построением при изменении  частоты вращения или обрезке  рабочего колеса. Т.к. обычно применяются  насосы одного типа с одинаковыми  характеристиками, то достаточно построить  характеристику одного насоса. На этом же графике или совмещенном с  ним по оси Q строятся характеристики мощности - N (Q), к.п.д. - з (Q) и допустимой вакуумметрической высоты всасывания насоса - H_{вак доп} (Q).

На том же графике  в координатах H-Q строятся необходимые  характеристики системы водоводов, совместно с которыми работает насосная станция. Уравнения водоводов

где Н_ст - статический напор в м;

Q - расход воды  по водоводам в м³/с;

S - сопротивление  системы водоводов в с²/м⁵;

Статический напор

Где Н_г - геодезическая высота подъема воды;

Н_св - свободный напор в точке питания.

Величина SQ² представляет собой суммарные потери напора в системе водоводов. Поэтому сопротивление S можно определить как сумму

,

гдеS_вс - сопротивление всасывающей линии;

S_ст - сопротивление внутристанционных коммуникаций;

S_н - сопротивление напорной линии.

В этих формулах

Q_P - расчетная подача насосной станции в м³/ч;

h_вс - суммарные потери напора во всасывающей линии в м;

h_ст - внутристанционные потери напора во всасывающей линии в м;

h_н - суммарные потери напора в напорной линии в м;

При аварии на водоводе с одной перемычкой

, где

S_H - сопротивление напорной линии при расчетном режиме;

N_П - число перемычек между водоводами;

N - число параллельных  водоводов.

Расчетный случай.

Н_г=8,2 м; Н_св=30 м; м;

Q_р=1308,266 м³/ч=0,36 м³/с

S_вс=0,73/0,36²=5,63; S_ст=2,14/0,36²=16,51; S_н=3,87/0,36²=29,86;

S=5,63+16,51+29,86=52

Н=38,2+52·Q²

Случай аварии на водоводе с одной перемычкой

Н_г=8,2 м; Н_св=30 м; м;

Q_р=0,7· Q_р =0,7·1308,266=915,786 м³/ч=0,25 м³/с

S_вс=0,73/0,36²=5,63; S_ст=2,14/0,36²=16,51; S_н=3,87/0,25²=61,92;

S=5,63+16,51+123,84=145,98

Н=38,2+145,98·Q²

В случай возникновения  пожара необходимая подача обеспечивается двумя насосами (Q_p = Q_max+Q_пож=1308,266+2·126=1560,266 м³/ч).

Определение отметки оси насоса и пола машинного  зала

В НС II 1-ой категории  насосы устанавливаются под залив, т.е. ниже уровня противопожарного запаса воды в РЧВ. Т.к. возникают 2 пожара:,

где Z_рчв - отметка минимального уровня воды в РЧВ (дна резервуара), обычно на 2,5 м ниже отметки поверхности земли у РЧВ;

S_пож - высота слоя воды, соответствующая полному противопожарному запасу;

а - расстояние от оси  до верха корпуса насоса.

м

Вычисленная отметка Z_он должна быть проверены на обеспечение допустимой вакуумметрической высоты всасывания или допустимого кавитационного запаса , приведенных в каталогах или паспортах насосов.

Максимальная геометрическая высота всасывания

Н_smax = Z_он - Z_мув

За величину Z_мув принимают Z_рчв.

Максимальная допустимая высота всасывания:

; (),

где h_в - максимальные потери во всасывающей трубе.м; =10-5=5 м

Отметка пола машинного  зала :, м

Где- отметка оси  насоса в м;

- размер оси насоса  от нижней опорной плоскости  установочной плиты или рамы  до оси;

- высота фундамента  над уровнем пола. Обычно =0,15…0,2 м. 

Выбор вспомогательного оборудования

Для привода насоса применяют электродвигатели. Выбор  двигателя производится по требуемой  мощности и частоте вращения.

Мощность насоса:

где з_н - КПД насоса при работе в данном режиме.

кВт

Требуемая мощность двигателя:

где N - мощность на валу насоса;

- к. п. д. электродвигателя  принимаем 0,79;

- к. п. д. передачи;

k - коэффициент запаса  мощности, учитывающий возможные  перегрузки двигателя.

кВт

Выбираем электродвигатель АО 103-4м.

Для монтажа, ремонта  и демонтажа оборудования, арматуры и трубопроводов предусматривают  подъёмно-транспортное оборудование с  ручным приводом, при массе грузов до 3000 кг - подвесную кран-балку. Масса  задвижки = 360 кг, масса электродвигателя насоса 3000 кг.

Электропитание насосных станций осуществляется от понижающих трансформаторов, необходимая мощность которых определяется:

кВтА (18.2)

где УN - суммарная  мощность электродвигателей насосов  в кВт;

- коэффициент трансформаторного  резерва;

- коэффициент, учитывающий  дополнительную мощность на освещение  и другие нужды.

Выбираем трансформатор  марки ТМ 1000/10.

На насосных станциях предусматривается установка одного рабочего и одного резервного трансформатора.

Библиографический список

1. СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение.  Наружные сети и сооружения. - М.: Стройиздат, 1977.

2. В. Я. Карелин,  А.В. Минаев. Насосы и насосные  станции. - М.: Стройиздат, 1986.

3. Оборудование водопроводно-канализационных  сооружений. Под ред. А. С. Москвитина. - М.: Стройиздат, 1978.

4. Водоснабжение  и водоотведение. Наружные сети  и сооружения. / под ред. Н.Н.  Репина. - М.: Высшая школа, 1995. - 431 с., ил