Подбор насосов

 

    Введение

    Целью курсового проекта является практическое освоение методики расчета и проектирования насосных станций. Задача проекта состоит в том, что необходимо подобрать насосные агрегаты, электродвигатели и другое оборудование, сделать гидравлический расчет трубопроводов, сделать правильную компоновку оборудования насосной станции и определить ее размеры. Также нужно проанализировать совместную работу насосов и водоводов в различных режимах работы. 

    В данном курсовом проекте рассчитана и запроектирована КНС производительностью 30000 м3/сут.

     

    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                    

          1 Подбор насосов

    1. Определение режима работы насосной станции

    Количество  рабочих насосов np, шт, определено по формуле [1]  

                                                     

         np= qmax.r /qmin.r = 5/2,25=2,2 ≈ 2 шт                               (1)

    где  qmax.r =5% - максимальный приток сточных вод, (из таблицы 1);

    qmin.r=2,25%  - минимальный приток сточных вод,   (из таблицы 1).                                       

                                            

    Принято два рабочих насоса.

    Подача  насосной станции qН.С, %, составила [1]

                                               qН.С.=q2H=qmax.ч.=5%.                                                            (2)                                                           

    Подача  одного насоса q1H, %, составила [1]:

                                   %                                (3)  

    где    К2=1,11 - коэффициент параллельной работы двух насосов [1].                                           

    Подача  насосов уточняется по выражению [1]:

                                            ,                          (4)

    где t1=7ч – время работы одного насоса;

           t2=17ч – время работы второго насоса.

      Приведенное выше выражение может быть представлено в виде [1]:                            

                                                                         (5)

        Подача  насосов, %, определена по формуле [1]:

                                                           (6)

                                                                                     (7)

       

      Режим работы представлен в таблице 1.   

Таблица 1 - Режим работы КНС

Часы  суток Приток сточных вод,% Число работающих насосов,шт Откачка насосами,% Поступление в приемный резервуар,% Расход из приемного резервуара,% Остаток в приемном резервуаре,% Ординаты интегрального графика,% Разность ординат,%
              Приток Откачка
                   
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0-1 2,25 1 2,66   0,41 1,64 2,25 2,66 -0,41
1-2 2,25 1 2,66   0,41 1,23 4,5 5,32    -0,82
2-3 2,25 1 2,66   0,41 0,82 6,75 7,98 -1,23
3-4 2,25 1 2,66   0,41 0,41 9 10,64 -1,64
4-5 2,25 1 2,66   0,41 0,00 11,25 13,38 -2,05
5-6 2,25 2 4,79 0,11   0,16 16,15 18,04 -1,89
6-7 2,25 2 4,79 0,11   0,27 21,05 22,83 -1,78
7-8 5 2 4,79 0,21   0,48 26,05 27,62 -1,57
8-9 5 2 4,79 0,21   0,69 31,05 32,41 -1,36
9-10 5 2 4,79 0,21   0,9 36,05 37,2 -1,15
10-11 5 2 4,79 0,21   1,11 41,05 41,99 -0,94
11-12 5 2 4,79 0,21         1,32 46,05 46,78 -0,73
12-13 4,8 2 4,79          0,01    1,33 50,85 51,57 -0,72
13-14 5 2 4,79 0,21         1,54 55,85 56,36 -0,51
14-15 5 2 4,79 0,21   1,75 60,85 61,15 -0,3
15-16 5 2 4,79 0,21   1,96 65,85 65,94 -0,03
16-17 5 2 4,79 0,21   2,17 70,85 70,73 0,12
17-18 5 2 4,79          0,21   2,38 75,86 75,52 0,33
18-19 5 2 4,79 0,21   2,59 80,85 80,34 0,54
19-20 5 2 4,79 0,21   2,8 85,85 85,13 0,75
20-21 5 2 4,79 0,21           3,01 90,65 89,69 1,16
21-22 4,5 2 4,79           0,29  2,72 95,35 94,68 0,67
22-23 2,2 1 2,66           0,26 2,46 97,75 97,34 0,41
23-24 2,25 1 2,66   0,41 2,05 100,00 100,00 0,000
  100,00   100,000 3,01 3,01        
 
 

На рисунке 1 представлен ступенчатые графики притока сточных вод и откачки. На рисунке 2 представлен интегральные графики притока сточных вод и откачки. 

    

    1-подача  насосами; 2- откачка насосами; 3- зона  притока сточной воды в приемный  резервуар; 4- ступенчатые графики притока сточной воды в приемный резервуар и откачки из резервуара

    Рисунок 1- Ступенчатые графики притока сточной воды в приемный резервуар и откачки ее из резервуара

      1-приток; 2-откачка насосами

    Рисунок 2 - Сточные интегральные графики притока сточной воды в приемный резервуар и откачки ее из резервуара 

    1.2 Определение размеров приемного резервуара насосной станции

    Минимальный объем приемного резервуара WImin, %, составил [1]: 

                                 .                               (8)

        

    Минимальный объем приемного резервуара при  заданном числе включений

        насосов в час минимального притока WIImin, %, определен по формуле [1]:

     

                    .               (8)             

    .

        Конечный объем резервуара Wпр, м3, определен по формуле [1]: 

                             Wпр=(|a|+|b|)*Qсут /100,                                  (9) 

   где  а=1,16 и b=2,05 – максимальная положительная и минимальная отрица-

                                     тельная разность ординат интегральных графиков прито

                                     ка и откачки насосами;

          Qсут=30000 м3/сут – максимальная суточная производительность КНС со-

                                        гласно задания.

            

    Wпр=  (1,16+2,05)*30000/100=893,2м3. 

      Объем приемного резервуара принят 900 м3.

      Диаметр КНС DН.С, м, должен быть не менее [1]:

       

                                      DН.С.= = м                            (10)  

    где W=900м3 – принятый объем приемного резервуара;

           hb=2,5 м – глубина воды в приемном резервуаре КНС. 

    Диаметр КНС принят 30 м.  

    1.3 Расчет всасывающих трубопроводов

 Расход воды во всасывающем трубопроводе qВС, м3/с, определен по формуле [1]: 

                                                                      (13)    

                         

      Диаметр всасывающего трубопровода dВС, м, составил [1]:

                                      

                                            (14)

  где VВ.С. – 1.5 м/с – скорость движения во всасывающем трубопроводе [1].  

                                            . 

    Приняты стальные трубы по ГОСТ 10704 – 91 диаметром 500 мм. [1]

    Фактическая скорость vвсф, м/с, определена по формуле [1]: 

    

 

    1.4 Расчет напорных трубопроводов

    Расход  сточной воды через напорный трубопровод  qнап, м3/с, определен по

  формуле [1]:

                                         

                                                (15)

  где nр – число рабочих насосов.

    

м3/с.

    Диаметр напорного трубопровода dнап, м, определен по формуле [1]: 

                            

м.                   (16)

                                                 .

    Приняты стальные трубы по ГОСТ 10704 – 91 диаметром 400 мм.

    Фактическая скорость vнапф, м/с, определена по формуле [1]:

    

 

    1.4 Расчет напорных водоводов

    Расход  воды в напорных водоводах qн, м3/с, определен по формуле [1]:

                                                                                                      (17)

  где nН=2 – число напорных водоводов согласно задания. 

                                             .   

     

    Диаметр напорных водоводов dнап, м, определен по формуле [1]: 

                                                              (18) 

  где Vнап=1,5 м/с – скорость в напорном водоводе [1]. 

    Для изготовления напорных водоводов согласно заданию приняты полиэтиленовые трубы диаметром 500 мм по ГОСТ 18599 - 2001.

    Фактическая скорость в напорном водоводе vнф, м/с, определена по формуле [1]:

                              

                        (19) 

    Потери  напора в напорных трубопроводах  hH, м, определены по формуле [1] 

                                                                                               (20) 

  где lH = 1190м – длина напорных водоводов согласно задания;

     - потери напора на единицу длины напорного водовода, определены 

           по формуле      

                          

       Коэффициенты С, m, A , A , 1000 (A /2g), - приняты по приложению [4] для полиэтиленовых труб. 

   С = 0,684; m = 0,226;  A

= 1; 1000 (A
/2g) =0,810; 

                                             

       

                                        

.                              (20)       
 
 
 

        1.5 Определение требуемого напора 
 

    Требуемый напор КНС Нтр, м, определен по формуле [1]: 

                                    ,                             (21)

где   = 161,00 м – отметка поверхности воды в приемной камере очистных

                                      сооружении согласно задания;

          hн = 3,23м – потери напора в напорных водоводах;

          Ннс = 2 м – потери напора в коммуникациях насосной станции [1]; 

            hизл = 1м – запас на излив жидкости из трубопровода [1].

           136 - средний уровень воды в приемном резервуаре, м .

         Средний уровень воды в приемном резервуаре КНС Zпр, м, определен по формуле [1]:                      

                                            м.                        (22)

                              

Нтр=161,00 – 135,00+3,23+2+1= 32,23 м. 

    1.6 Подбор насосов

          Данные для подбора насоса представлены в таблице 2.

                         Таблица 2

      Наименование  параметра Величина
      Производительность  насосной станции

                                           м3/ч

                                           л/с  

      		  
      1500

      416,16

      Производительность  одного насоса:  
       При  отдельной работе       м3/ч

                                                     л/с  

      		 798

      216,56

      При параллельной работе  м3/ч

                                                     л/с  

      		 656,9

      189,1

      Требуемый напор, м 32,23

       
 
 
 

                     На рисунке 3 представлена характеристика насоса.   

    Рисунок 3 – Характеристика насоса СД800/32 

    В насосной станции установлены рабочие насосы марки СД 800/32 [3].

    Характеристики  насоса представлены в таблице 3. 

    Таблица 3

Марка насоса Мощность насоса Оптимальный КПД, % Допустимый кавитационный запас, м Диаметр рабочего колеса, мм Диаметры  патрубков, мм
всасы-

ваю-

щего

 напор-

ного

СД 800/32 105 66 6 530 250 200

     

          На рисунке 4 представлены габаритные размеры насоса.   

      Рисунок 4 - Насосный агрегат СД 800/32.

    2 Подбор электродвигателя

    Мощность  электродвигателя Nдв, кВт, определена по формуле [1]:    

                                                                                                     (23)

   где NH – требуемая мощность насоса на валу, кВт;

      К – коэффициент запаса мощности.

      Требуемая мощность насоса Nн, кВт, определена по формуле [1]:

                                                                                     (24)

   где =1000 кг/м3 – плотность воды.

                                           .

          Согласно [1], К=1,15.

    

.

          Для насоса СД 800/32 принят АИР35586 с мощностью 160 кВт. [3]. Масса насосного агрегата составила 2425 кг  

      3 Подбор резервных насосов

      Количество резервных насосов принято в зависимости от количества рабочих насосов и категории надежности насосной станции. КНС относится ко первой категории надежности. Принято на насосной станции два резервных насоса марки СД 800/32 [1].  

    4 Построение характеристик совместной работы насосов и водоводов 

    Q-H характеристика двух параллельно  работающих насосов построена на основе Q-H характеристики насоса марки СД 800/32. Q-H характеристика представлена на рисунке 5.

    Q-H характеристика двух параллельно  работающих водоводов представлена  на рисунке 5.  Q-H характеристика водовода построена по формуле [1]:

                                                           H=Hг+SQ2                                                  (25)

 где Hг – геометрическая высота подъема, м;

        S – приведенное сопротивление водоводов, м∙с2/л2.

        Геометрическая высота подъема Hг, м, определена по формуле [1]:

                               Hг=Zо.с – Zп.р. + hизл= 161,00 – 135,00+1= 27 м,                  (26)

    Приведенное сопротивление водоводов S, м*с2/л2, определена по формуле [1]:                            

                                                                      (27) 

    Результаты  вычислений представлены в таблице 4.

    Таблица 4

Q, л/с     0      100    200     300    400   500    600
SQ2     0      1,18    4,72    10,62   18,88   29,5   42,48
Н, м       27     28,18    31,62    37,62   45,88   56,5   69,48

    Режимная  точка А имеет характеристики: QА= 520 л/с и НА= 30 м. Точка А является режимной точкой, это точка пересечения Q-H характеристик двух параллельно работающих насосов и водоводов. Величина QА и НА должны отличаться от QН.С и Нтр не более, чем на 3-5%.

 

            5 Проверка насосов и водоводов на пропуск аварийного расхода

     Расход  КНС при аварии Qав, л/с, составил [1]:

                                     .                           (28)

    Потери  напора в напорном водоводе при аварии hавн, м, составил [1]:

                                                                                                 (29)

 где iнав = 0,0163 – гидравлический уклон при аварии [2].

                                   .

    Требуемый напор насосов КНС при аварии Hавтр, м, определен по формуле [1]:                           

                                                  (30) 

    При аварии на КНС обязательно включается резервный насос.

    Число переключений определено расчетно-графическим методом. При включении резервного насоса обеспечен напор НавН (точка В).

    Разница между требуемым и обеспечиваемым напором Δhав, м, составила [1]:

                                               .                                                (31)

    где  =36,13 м – напор КНС при включении резервного насоса (см рису

                                    нок 5).

    

м. 

    Потери  напора при устройстве переключений h1н, м, определены по формуле [1]:

                                   м .                        (32)

                             

    Расстояние  между  двумя переключениями lав, м, составило [1]:                                              

                    

              (33) 
 

      Количество переключений m, шт, определено по формуле [1]:

                                    шт.                         (34)

      Фактическая длина аварийного участка lав, м, составило [1]:  

             

                                                                              (35) 
 

         6 Подбор оборудования КНС

    6.1 Подбор решеток и дробилок

    Для улавливания крупных плавающих  отбросов на КНС в подводящем канале установлены решетки.

    Объем снимаемых отбросов Wотб, м3/сут, определен по формуле [1]:                     

                              .                 (36)

                                               

    где   a = 8 л/год - количество отбросов, снимаемых с решеток [1];

            - расчетное население, чел.

    Расчетное население  , чел, определено по формуле:

                            ,                     (37)

 где  q = 195 л/сут – удельное водоотведение [1].

    Приняты решетки с механическим удалением отбросов МГ11Т.

    Расчетный расход сточных вод qmax.c, м3/с, определен по формуле [1]:                     

                                                    (38)

    Число прозоров в решетке n, шт., определено по формуле [1]:                     

                                                (39)                                                    

где m = 1,05 - коэффициент, учитывающий стеснение прозоров задержанными

                       отбросами [1];

    h = 1 м - глубина воды в канале перед решеткой [1];

    Vр= I м/с - скорость движения воды а решетке [1]. 

    Ширина  решетки  В, м, определена по  формуле [1]:      

                                                                                          (40)

где S=0,008 м - толщина стержней решётки. 

    

.

Подбор насосов