Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Насосные станции

Белорусский Национальный Технический Университет

Факультет энергетического строительства

Кафедра «Гидротехническое и энергетическое строительство»

Курсовой проект:

«Насосная станция»

Выполнил:

Руководитель:

Минск 2002

Содержание:

Введение

Задача данного курсового проекта — составление и расчетное обоснование проекта насосной станции.

Насосными станциями называют комплексы гидротехнических сооружений и оборудования, обеспечивающие забор воды из источника, транспортировку и подъем ее к месту потребления.

Состав сооружений насосных станций, их взаимное расположение и конструктивное исполнение зависят от множества факторов: назначения, подачи и напоров, природных условий (рельеф местности, колебание уровней воды в верхнем и в нижнем бьефах, объем твердого стока, инженерно-геологические и гидрогеологические условия), наличия местных строительных материалов, технического оснащения строительной организации и др.

1. Обоснование схемы гидроузла машинного водоподъема

Компоновка сооружений насосной станции при минимальной стоимости и площади застройки должна обеспечивать наиболее благоприятные условия их эксплуатации.

В состав насосной станции входят следующие сооружения: подводящий канал, здание насосной станции блочного типа (совмещенное с водозаборным сооружением открытого типа) и машинный канал. Водозаборное сооружение — берегового типа.

Проектируемая насосная станция предназначена для орошения (работающая на машинный канал). Максимальная подача станции — 13,5 м3/с.

Грунт основания в районе строительства —суглинок.

Береговой водозабор, совмещенный со зданием насосной станции, применяется в крупных водозаборах (Q >10м3/с) и при использовании насосов устанавливаемых под залив. Здание станции располагается на некотором удалении от берега в конце подводящего канала.

2. Определение расчетных напора и подачи насосов и выбор числа насосных агрегатов

2.1. Определение расчетного напора

Расчетный напор насоса:

(2.1)

Геодезическая высота подъема — при значительных колебаниях уровней воды в бьефах используется средневзвешенная геодезическая высота подъема

(2.2)

Расчеты по определению средневзвешенной геодезической высоты подъема удобно вести в табличной форме.

Таблица 2.1. Определение средневзвешенной геодезической высоты подъема.

Период работы насосной станции	Число суток в периоде ti, сут.	Расход НС QI, м3/с	Отметка уровня воды, м		Геодезический напор Hгi, м	QiHгiti	Qiti
Период работы насосной станции	Число суток в периоде ti, сут.	Расход НС QI, м3/с	ВБ	НБ	Геодезический напор Hгi, м	QiHгiti	Qiti
4	30	4,455	229,9	172,2	57,7	7711,61	133,65
5	31	8,775	230,4	172	58,4	15886,3	272,025
6	30	8,775	230,4	170,5	59,9	15768,7	263,25
7	31	13,5	230,86	170,3	60,56	25344,4	418,5
8	31	13,5	230,86	169,9	60,96	25511,8	418,5
9	30	8,775	230,4	171	59,4	15637,1	263,25
					Σ	105860	1769,18

Отметки уровня воды в верхнем бьефе рассчитывают по глубине наполнения машинного канала в зависимости от пропускаемого расхода по кривой связи .

Потери напора в трубопроводах складываются из потерь по длине и потерь на местные сопротивления . Потерями предварительно задаются на основе существующего опыта проектирования. Местные потери напора , потерями напора по длине всасывающего трубопровода можно пренебречь, а в напорном трубопроводе они вычисляются по формуле:

(2.3)

i=3м/км — удельное сопротивление по длине трубопровода.

l=0,38км —длина напорного трубопровода.

— запас напора.

2.2. Определение расчетной подачи и числа устанавливаемых агрегатов

Расчетная подача насоса определяется максимальной подачей насосной станции и принятым числом насосных агрегатов.

(2.4)

Число рабочих насосных агрегатов определяется как отношение максимального и минимального расходов из графика водопотребления.

(2.5)

Резервные насосы предназначены для замены основных в случае выхода их из строя. На насосных станциях II категории надежности водоподачи устанавливается 1 резервный насосный агрегат при числе основных 1 – 8.

Число установленных агрегатов:

(2.6)

— число рабочих агрегатов;

— число резервных агрегатов;

3. Выбор насосов и приводных электродвигателей

3.1. Выбор основного насоса

Выбор основного насоса ведется по расчетному напору и расчетному расходу по сводным графикам полей насосов соответствующих типов. На сводный график наносится точка А с расчетными координатами Нр=63 м. и Qр=4,5 м3/с. Точка А попала в зону насоса марки 1200В —6,3/63 n=375 об/мин.

Имея тип и марку насоса, по каталогу находят рабочую характеристику насоса. На характеристику насоса наносят точку В с координатами Нр=63 м. и Qр=4,5 м3/с, которая при правильно подобранном насосе должна находиться на кривой H – Q или несколько ниже нее в пределах рабочей области. Если величины расчетного напора Нр=63 м и напора Н=69 м, снятого с кривой H – Q при расчетном расходе Qр=4,5 м3/с, отличаются не более чем на 5 – 10%, насос считается подобранным.

3.2. Выбор электродвигателя

Требуемая мощность электродвигателя определяется по максимально возможной подаче насоса Qн=4,5 м3/с, и соответствующему ей напору Нн=63 м.

(3.1)

К – коэффициент запаса, учитывающий возможность перегрузки двигателя (в первом приближении К=1).

ηн – КПД насоса в долях единицы, снимаемый с характеристики насоса для Qн.

Таблица 3.1. Зависимость коэффициента запаса от мощности двигателя.

Мощность двигателя, кВТ	до 20	21 – 50	51 – 300	более 300
Коэффициент запаса К	1,25	1,2	1,15	1,1

По расчетной мощности двигателя и частоте вращения по каталогу подбирается марка электродвигателя: ВСДН-18-49-16.

4. Проектирование всасывающих и напорных трубопроводов

4.1. Проектирование всасывающих трубопроводов

При использовании на насосной станции мощных (Q > 2 м3/с) вертикальных центробежных насосов подвод воды к ним осуществляется с помощью изогнутых всасывающих труб с давлением в них всегда выше атмосферного. Они выполняются в монолитном железобетоне в зданиях блочного типа. Число всасывающих труб равно числу установленных насосных агрегатов.

Форма и размеры таких труб устанавливаются заводом изготовителем и зависят от диаметра входного патрубка.

4.2. Проектирование напорных трубопроводов

4.2.1. Внутристанционные напорные трубопроводы

Напорные трубопроводы в пределах здания станции служат для подачи воды от насосов к внешним напорным водоводам и включают в себя напорные линии насосов и соединительные трубопроводы. Для обеспечения отключения насосов от внешнего напорного трубопровода они оборудуются дисковыми затворами.

Диаметры напорных линий Dн внутри здания станции назначают по скоростям движения воды в них: при Dн > 800мм Vн = 1,8…3,0 м/с.

(4.1)

Так как значение Dн больше диаметра напорного патрубка насоса dн =0,9м, переходы выполняют в виде диффузоров длиной (4.2)

4.2.2 Внешние напорные трубопроводы

Напорные трубопроводы служат для транспортировки воды к водовыпускным сооружениям. Трубопровод состоит из двух ниток, расстояние в свету между ними 2м для исключения подмыва при аварии.

Так как на насосной станции установлены насосы с идентичными характеристиками, график водоподачи ступенчатый и количество насосов подключенных к каждой нитке одинаковое расчетный расход этой нитки:

(4.3)

- условный постоянный расход, который проходя по напорным трубопроводам, вызывает такие потери энергии, какие вызвал бы фактический переменный расход, проходя по тем же трубопроводам за тот же период времени;

n – число ниток напорного трубопровода;

t – продолжительность периода, сут.

Для графика водоподачи и схемы соединения напорных трубопроводов с насосами, приведенных на рисунке эта формула будет иметь вид:

Для определенного определяется диаметр напорного водовода:

(4.4)

5. Составление графической характеристики совместной работы насосов и трубопроводов

Порядок построения графической характеристики системы «насосы – трубопроводы» при параллельной работе следующий:

Составляется схема соединений внутри насосной станции.

Определяются внутристанционные потери по формуле:

(5.1)

где

- потери напора по длине всасывающего и напорного внутристанционного трубопроводов соответственно, которыми можно пренебречь;

- потери напора в местных сопротивлениях соответственно во всасывающем и в напорном внутристанционном трубопроводах.

Для технологической схемы насосной станции с насосами типа «В» и коленчатым подводом потери напора в местных сопротивлениях во всасывающем трубопроводе включают: потери на входе в трубу 1, в переходе сужающемся 2, 4, в колене 3.

(5.2)

- скорости соответственно на входе в трубу, в колене и в переходе сужающемся, м/с:

Потери напора в местных сопротивлениях в напорном внутристанционном трубопроводе определяются с учетом потерь напора в переходе расширяющемся 5, в дисковом затворе 6, колене 8 и тройнике присоединения к магистрали 9:

(5.3)

- скорости соответственно в переходе расширяющемся, в дисковом затворе, в колене и в ответвлении тройника, м/с.

Определяется удельное сопротивление внутристанционной линии:

(5.4)

Строится кривая внутристанционных потерь Q – Нвн.ст :

(5.5)

Определение координат кривой внутристанционных потерь удобно вести в табличной форме:

Таблица 5.1. Определение координат кривой внутристанционных потерь.

Q, м3/с

0,088

0,352

0,792

1,408

2,2

3,168

4,312

5,632

Строится характеристика напорного трубопровода Q – Нтр1,2:

(5.6)

к – коэффициент, учитывающий местные потери в напорном водоводе, равен 1,1;

S0=0,00020023 с2/м5 – удельное сопротивление водовода (зависит от его диаметра);

l = 380 м – длина водовода.

Определение координат кривой характеристики сопротивления одного напорного водовода удобно вести в табличной форме:

Таблица 5.2. Определение координат кривой характеристики сопротивления одного напорного водовода.

Q, м3/с

0,08

0,34

0,75

1,34

2,09

3,01

4,10

5,36

6,78

8,37

10,1

12,1

14,1

16,4

Для построения этой кривой откладывается определенная ранее средневзвешенная геодезическая высота подъема (Нгср+ΔН – для станций работающих на излив) и проводится линия параллельная оси абсцисс.

Суммарная характеристика обоих водоводов строится путем сложения расходов в водоводах при постоянном напоре.

Наносится паспортная характеристика насоса Q – Н1,2,3, строятся характеристики двух и трех параллельно работающих насосов Q – Н1+2 и Q – Н1+2+3.
Отложив на шкале расходов заданную производительность насосной станции Qнст и поднявшись до пересечения с кривой Q – Нтр1+2 – получим точку А с координатами (Qнст;Н1). Н1 – напор необходимый в начале водовода при расчетной производительности Qнст.

Далее строится точка В с координатами (Qн;Н1). Qн – подача одного насоса.

В точке В к напору Н1 прибавляется величина внутристанционных потерь, соответствующих расходу одного насоса. Получается точка С, соответствующая значению полного напора насоса при максимальной производительности насосной станции.
Так как точка С не попадает на паспортную характеристику насоса, то производится обточка рабочего колеса насоса.
Изменение положения характеристики насоса обточкой рабочего колеса производится в следующей последовательности :
Строится парабола подобных режимов: k – параметр параболы, который находится из условия прохождения ее через точку С т. е. (5.7)

Находятся параметры точки Е пересечения параболы с паспортной характеристикой насоса при нормальном диаметре рабочего колеса (QЕ;НЕ).

Таблица 5.3. Координаты параболы подобных режимов.

Q, м3/с	0	1	2	3	4	5	6
H, м	0	3,3	13,2	29,7	52,8	82,5	118,8

Определяется коэффициент быстроходности насоса

(5.8)

Qн,Нн – расход и напор насоса при максимальном КПД.

Определяется диаметр рабочего колеса:

(5.9)

Процент обточки (5.10) при ns=153,63
Через точку С строим характеристику насоса с обточенным рабочим колесом.

(5.11) (5.12)

Таблица 5.4. Результаты пересчета характеристики насоса при обточке рабочего колеса.

Точки	Параметры насоса
	При D =1850 мм		При Dобт =1810 мм
	Q, м3/с	Н, м	Q, м3/с	Н, м
1	1	72,5	0,978378	69,39876
2	2	72	1,956757	68,92015
3	3	71	2,935135	67,96292
4	4	70	3,913514	67,0057
5	5	69	4,891892	66,04847
6	6	67,5	5,87027	64,61264
7	7	59,5	6,848649	56,95484
8	8	53	7,827027	50,73289

Строится приведенная характеристика насоса, проходящая через точку В. Для этого от ординат кривой Qобт – Нобт 1,2,3 отнимаются потери hвн.ст.
Строятся приведенные кривые совместной работы параллельно включенных насосов.
Определяются величины подач и напоров при индивидуальной и параллельной работе насосов на один и два водовода.

Таблица 5.2. Величины подач и напоров при индивидуальной и параллельной работе насосов на один и два водовода.

№	Режим работы	Н, м	Q, м3/с
1	Индивидуальная работа на один водовод	63,5	5,3
2	Индивидуальная работа на два водовода	61,8	5,7
3	Параллельная работа двух насосов на один водовод	65,8	7,6
4	Параллельная работа трех насосов на один водовод	67,5	8,8
5	Параллельная работа двух насосов на два водовода	63,3	10,4
6	Параллельная работа трех насосов на два водовода	64,9	13,5

6. Подбор вспомогательного оборудования

Вспомогательное оборудование включает в себя механическое оборудование и обслуживающие станцию системы и хозяйства: дренажно-осушительная система; системы технического водоснабжения и маслоснабжения; пневматическое хозяйство.

6.1. Сороудерживающие устройства

Устраиваются в виде поверхностных съемных вертикальных сороудерживающих решеток на всех водоприемных отверстиях основных насосов. Служат для предотвращения попадания в водоприемные отверстия сора и плавающих тел, а в отдельных случаях и рыбы.

Решетки систематически очищаются с помощью специальных решеткоочистительных устройств.

6.2. Затворы

Основные или рабочие затворы – служат для оперативного регулирования расходов и уровней воды, поднимаются и опускаются в текущей воде, т. е. под напором.

Ремонтные затворы – используются для временного перекрытия входных отверстий при ремонтах и осмотрах основных затворов, а также насосов и другого оборудования станции в целом.

6.3. Подъемно-транспортное оборудование

Это оборудование необходимо для монтажа, ремонта и демонтажа насосных агрегатов, другого оборудования станции.

Его грузоподъемность определяется массой наиболее тяжелой монтажной единицы умноженной на коэффициент запаса к=1,1…1,15. Масса деталей принимается в пределах до 60% от общей массы насоса или приводного электродвигателя.

Насос марки 1200В – 6,3/63 имеет массу 24 тонны, значит масса самой тяжелой детали насоса составляет 14,4 тонн, масса двигателя ВСДН-18-49-16 — 32 тонны значит масса самой тяжелой детали двигателя составляет 19,2 тонны.

По каталогу подбирается мостовой электрический кран грузоподъемностью 20 тонн.

6.4. Дренажно-осушительная система

Дренажно-осушительная система необходима для удаления дренажной воды из подземной части здания и для откачивания воды из проточных трактов станции.

Дренажно-осушительная система включает в себя дренажные насосные установки для откачки профильтровавшейся воды в помещение агрегатной части здания станции и систему осушения или опорожнения станции.

Для насосных станций с подачей свыше 10 м3/с подача дренажных насосов назначается Qд=10л/с.

Суммарная подача насосов системы опорожнения

(6.1)

W=15 м3 – суммарный объем воды, находящийся во всасывающей трубе и в камере осушаемого насоса при максимальном УНБ;

t=5 ч – время откачки;

q=1 л/с=3,6 м3/ч. — фильтрационный расход.

Так как удаление дренажной воды из подземных помещений ведется периодически, в дренажно-осушительной системе устраиваются только два рабочих насоса.

6.5. Система технического водоснабжения

Предназначена для подачи технически чистой воды к устройствам насосных агрегатов, к сальниковым уплотнениям. Источник водопитания — нижний бьеф.

Подача на каждый насосный агрегат — 1 л/с, при напоре — 50 м.

В системе технического водоснабжения используют центробежные насосы консольного типа «К» — один рабочий и один резервный.

6.6. Система маслоснабжения и пневматическое хозяйство

Система маслоснабжения необходима для обеспечения маслами масляных ванн и подшипников электродвигателей, насосов, трансформаторов и других маслонаполненных электроаппаратов. Насосы подбираются из условия заполнения емкости вместимостью до 20 тонн за 2 часа, а больших емкостей не более чем за 4 часа.

Пневматическое хозяйство служит для обеспечения сжатым воздухом станции, т. е. для питания устройств очистки сороудерживающих решеток и обдувки обмоток электродвигателей, котлов маслонапорных установок, торможения агрегатов, а также для снабжения аппаратуры контроля, пневмоинструментов.

7. Конструктивно-компоновочные решения зданий насосной станции, водозаборных сооружений и их параметры

7.1. Выбор типа здания станции

Так как забор воды ведется из реки с большим колебанием уровня воды в ней 2,2 м, большой отрицательной высоты всасывания насоса и подачей более 2м3/с, принимается заглубленное здание станции блочного типа.

7.2. Определение высотного положения основных насосных агрегатов

Отметка оси насосов определяется алгебраической суммой расчетного (минимального) уровня воды в источнике и значения допустимой геометрической высоты всасывания насоса :

ОН= УВmin+Нвсдоп, м. (7.1)

(7.2)

Допустимая высота всасывания требуемая заводом изготовителем — -1,4…-2,9м.

Окончательно .

Напор воды соответствующий атмосферному давлению на уровне установки насоса –

(7.3)

— упругость насыщенных паров жидкости, =0,24м при t=20оС;

=11,5м — допустимый кавитационный запас, снимается с характеристики насоса;

=0,23м — потери напора во всасывающей линии.

ОН=169,9 - 1,83 = 168,07 м.

7.3. Определение основных размеров здания насосной станции

7.3.1. Определение высоты подземной части здания

Высота подземной части здания насосной станции заглубленного типа определяется по формуле:

(7.4)

=0,1Нст≈0,6м – толщина фундаментной плиты;

ФП= ОН-hн=168,07 – 2,34 = 165,73м (7.5) — отметка верха фундаментной плиты;

hн=2,34 — превышение оси рабочего колеса насоса над верхом фундаментной плиты;

(7.6) — максимально возможный напор воды на конструкцию в расчетном сечении;

— допустимая геометрическая высота всасывания;

(7.7) — амплитуда колебаний уровня воды в водоисточнике;

— конструктивный запас.

7.3.2. Плановая компоновка и размеры насосного помещения здания станции

Насосные агрегаты располагаются в один ряд вдоль водоприемного фронта.

Ширина агрегатного блока принимается равной:

(7.8)

- толщина стены насосного помещения станции;

а1=1,24м – монтажный проход;

bНА=3,26м – поперечный размер насосного агрегата;

lком=5м – длина участка внутристанционных коммуникаций;

а2=0,5м – монтажное удаление коммуникаций от стены помещения.

Расстояние между осями агрегатов, т. е. длина агрегатного блока определяется условиями размещения насосных агрегатов и обеспечением монтажно-эксплуатационных проходов:

Насосные станции 📙 Курсовая → 🆔 140469