Проектирование насосной станции. 2
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
Институт _____ИСИ________
Кафедра _____ВИГС_______
А.Ю. Голомидов
ПРОЕКТИРОВАНИЕ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ
Пояснительная записка
курсовой работы
Направление подготовки бакалавров________ Строительство___________
Профиль ООП ___27080.62.07___Промышленное и гражданское______ строительство в сложных гидрогеологических условиях__________________
Группа 3014/1
Руководитель проекта:
Допущен к защите : ______________________________ |
Павлов С.Я. __ ______________
Заведующий кафедрой __________Арефьев Н.В.________ ______________________________ |
Санкт-Петербург
2013
Оглавление:
1.
Исходные данные. Требуется.
2. |
Введение. |
4 |
3. |
Гидравлический расчет подводящего канала. |
5 |
4. |
Определение средневзвешенного геометрического напора. |
7 |
5. |
Определение местоположения насосной станции. |
8 |
5.1. |
Построение продольного профиля. |
8 |
5.2. |
Определение числа ниток трубопровода. |
8 |
5.3. |
Определение местоположения насосной станции. |
9 |
6. |
Расчет трубопровода. |
10 |
7. |
Выбор основного насосного оборудования. |
11 |
8. |
Проектирование здания насосной станции. |
12 |
8.1. |
Определение высоты всасывания. |
12 |
8.2 |
Определение высоты подземной части здания насосной станции. |
12 |
8.3. |
Определение ширины подземной части здания насосной станции. |
12 |
8.4. |
Определение высоты надземной части здания насосной станции. |
13 |
8.5. |
Определение длины диффузора. |
13 |
9. |
Водоприемное сооружение. |
14 |
9.1. |
Водоприемник. |
14 |
9.2. |
Аванкамера. |
15 |
10. |
Водовыпуски. |
15 |
10.1. |
Определение основных параметров водовыпуска с механическим быстросбрасывающим затвором. |
15 |
11. |
Паспорт насосной станции. |
17 |
Список литературы
1. Исходные данные
Имеется:
- график колебания уровня воды в водоисточнике
- график потребления
- план местности – трасса
+ грунт – супесь
+ дана подача 1 насоса – Q = 8 м³/c
Требуется:
- Подобрать основные насосы, электродвигатели и прочее технологическое оборудование для насосной станции.
- Выполнить гидравлический расчет подводящего канала.
- Установить местоположениение насосной станции (построить продольный профиль сооружений насосной станции).
- Запроектировать здание насосной станции.
- Подобрать диаметры напорных трубопроводов.
- Запроектировать водовыпускное сооружение с механическим быстросбрасывающим затвором.
- Составить пояснительную записку к проекту.
- Выполнить план и разрез насосной станции в М:100.
2. Введение
В соответствии с назначением насосные станции подразделяются на станции водоснабжения, орошения, осушения и дренажные насосные станции. По производительности насосные станции делятся на 5 групп: малые (Q<1 м3/с), средние (1<Q<5 м3/с), большие (5<Q<30 м3/с), крупные (Q>30 м3/с), уникальные (Q>100 м3/с), в зависимости от расхода, который они должны подавать.
Для подачи воды от водоисточника до орошаемой территории используются следующие сооружения:
- Водозаборные сооружения, предназначенные для забора воды из водоисточника.
- Подводящий канал – используетс
я для подведения воды от водозаборных сооружений к аванкамере и водоприемнику.
- Аванкамера предназначена для р
авномерного перехода от подводящего канала к водоприемнику.
- Водоприемник – коробчатое сооружение, разделенное быками на секции, число которых равно числу насо
сных агрегатов. Предназначен для подвода воды из аванкамеры к всасывающим трубам насосов.
- Здание насосной станции, включающее в себя все насосы, электродвигатели, задвижки и внутристанционные трубопрово
ды.
- Напорные трубопроводы. Предназначены для перекачки во
ды из насосной станции (от насосных агрегатов) к водовыпуску.
- Водовыпускрасположен на отметке земли, на которую надо подавать воду для орошения. Предназначен для сопряжения трубопроводов с магистральным каналом, для предотвращения обратного тока воды.
- Магистральный канал – предназначен для доставки воды до орошаемой территории.
3. Гидравлический расчет
Расчетный расход определим исходя из количества работающих насосов. Минимальный расход будет равен подаче одного насоса Qmin = 8м3/с,
а максимальный – расходу трех насосов Qmax = 3*Qmin = 3*8= 24 м3/с.
Супесь m=2
Находим площадь гидравлически наивыгоднейшего сечения канала:
где Vо = 1,49 м/с для супеси.
Рассчитаем относительную
Рассчитаем размеры канала:
Определим величину гидравлически наивыгоднейшей скорости:
Vтр = Vо*Aв = 1,49 *0,97 = 1,45 м/с
где Ав - коэффициент изменения скорости Ав = 0,97.
Найдем высоту сечения канала:
h = Ah*hгн
где Ah – коэффициент изменения глубины канала:
где
Таким образом:
h = 0,718*2,55=1,83 м
Х=
R=
C=
V=
i=
Таблица 1
h, м |
b, м |
ω, м^2 |
χ, м |
R, м |
C |
R^1/2 |
i |
V, м/с |
Q, м^3/с |
1,62 |
7,0 |
16,6 |
10,6 |
1,562 |
48,5 |
1,2 |
0,00057 |
1,44676 |
24,0 |
1,46 |
7,0 |
14,5 |
10,3 |
1,409 |
47,5 |
1,2 |
0,00057 |
1,34699 |
19,5 |
1,30 |
7,0 |
12,4 |
9,9 |
1,256 |
46,5 |
1,1 |
0,00057 |
1,24347 |
15,5 |
1,13 |
7,0 |
10,5 |
9,5 |
1,102 |
45,3 |
1,0 |
0,00057 |
1,13556 |
11,9 |
0,97 |
7,0 |
8,7 |
9,2 |
0,948 |
44,0 |
1,0 |
0,00057 |
1,02243 |
8,9 |
0,81 |
7,0 |
7,0 |
8,8 |
0,792 |
42,5 |
0,9 |
0,00057 |
0,90287 |
6,3 |
0,65 |
7,0 |
5,4 |
8,4 |
0,636 |
40,7 |
0,8 |
0,00057 |
0,77514 |
4,2 |
0,49 |
7,0 |
3,9 |
8,1 |
0,479 |
38,5 |
0,7 |
0,00057 |
0,63643 |
2,5 |
0,32 |
7,0 |
2,5 |
7,7 |
0,321 |
35,6 |
0,6 |
0,00057 |
0,48159 |
1,2 |
0,16 |
7,0 |
1,2 |
7,4 |
0,161 |
31,1 |
0,4 |
0,00057 |
0,29846 |
0,4 |
0,00 |
7,0 |
0,0 |
7,0 |
0,000 |
0,0 |
0,0 |
0,00057 |
0,00000 |
0,0 |
По данным таблицы 1 строим график зависимости h от Q. (Рис 1) Строим поперечное сечение нашего канала.
По графику найдем значения глубин магистрального канала при заданном расходе (24, 16, 8 м3/с ) И по этим данным построим профиль магистрального канала с отметками уровня воды при разных расходах.
График представлен на рис. 1.
4. Определение средневзвешенного геометрического напора.
Средневзвешенный
Таким образом средневзвешенный геометрический напор равен:
Заполняем таблицу:
Таблица 2
5. Определение местоположения
5.1. Построение продольного профиля.
Продольный профиль изображен на рис. 2.
5.2. Определение числа ниток трубопровода.
Число трубопроводов выбираем по следующим условиям:
- при длине трубопровода более 300 м. число ниток трубопровода должно быть меньше числа насосов;
- на 3 работающих насоса должен приходиться один трубопровод;
- при максимальных расходах более 10 м3/с трубопроводов должно быть не менее двух.
Исходя из этих условий, была выбрана следующая схема:
Материал трубопровода – сталь.
Определим экономически выгодный диаметр трубопроводов.
Расчётный расход трубопровода определим по формуле:
м3/с (4.1)
где
- подача 1 насоса, м3/с;
- количество насосов в каждый период водоподачи;
- время работы насосов в каждый период водоподачи;
- число трубопроводов, .
Принимаем трубопровод диаметром dтр = 3000 мм.
5.3. Определение местоположения насосной станции.
Оптимальным местоположением насосной станции считается такое ее положение, при котором затраты на строительство минимальны.
Экономически наивыгоднейшим местом расположения насосной станции является то место, где стоимость 1 погонного метра выемки подводящего канала = стоимости одного погонного метра необходимого числа ниток трубопровода.
По значению определяем экономически наивыгоднейший диаметр трубопровода:
Определив экономически наивыгоднейший d(3000 мм), далее по таблице, дающей соотношение между dтр и стоимостью 1 погонного метра 1 нитки трубопровода находим стоимость 1 погонного метра 1 нитки трубопровода:
Стоимость одного погонного метра трубопровода:
Умножая эту стоимость на число ниток трубопровода (330*3), получаем стоимость 1 погонного метра всех ниток трубопровода = 1220 руб / м.
В том месте, где стоимость 1 погонного метра выемки = стоимости 1 погонного метра всех ниток трубопровода размещаем здание насосной станции.
Длина подводящего канала = 240 м
Длина напорного трубопровода = 630 м
6. Расчет трубопровода.
Необходимо определить потери напора в трубопроводе.
Местные потери напора принимаем равными 15% от геометрического напора.
Потери напора в трубопроводе вычисляют по формуле:
где - коэффициент гидравлического трения, вычисляется по формуле:
Lтр = 630 м – длина трубопровода,
dтр = 3000мм,
vтр – скорость течения воды по трубопроводу, вычисляется по формуле:
7. Выбор основного насосного оборудования.
Определим рабочие характеристики выбранного насоса ОПВ10-145
подача = 8 м3/с
напор = 15,58 м
n = 365 об/мин
КПД = 84,5%
N = 2000кВт
допустимый кавитационный запас hдоп = 10,5 м
угол установки лопастей = -7°
8. Проектирование здания насосной станции.
8.1. Определение высоты всасывания.
Высоту всасывания определяем по формуле:
где
Hатм – атмосферное давление, Hатм = 10 м;
∆hдоп – дополнительный кавитационный запас, hдоп = 10,5 м (берется из графических характеристик насоса);
∆hп.вс. = 0,24 м – давление, при котором при t = 20°С вода закипает;
∆кав. = 0,2 м – потеря на всасывание.
Высота всасывания оказалась недостаточной, поэтому принимаем значение Hsгеом = -2,5 м.
8.2. Определение высоты подземной части здания насосной станции.
Изобразим минимальный и максимальный уровни воды в нижнем бьефе и проведем ось насоса.
где
d – расстояние между максимальным уровнем воды в нижнем бьефе и отметкой пола надземной части здания, d = 3,43 м;
A – разность между максимальным и минимальным уровнями воды в нижнем бьефе, A = 1,92 м;
Hs – высота всасывания насоса, Hs = 2,5 м;
c – расстояние от оси насоса до нижней точки всасывающего трубопровода; c = 3,16м;
hф – высота фундамента - по конструктивным соображением принимаем высоту фундамента. hф = 1,5 м
Таким образом
8.3. Определение ширины подземной части здания насосной станции.
Ширина подземной части здания насосной станции определяется по формуле:
где
LТР – длина всасывающей трубы, LТР = 6,234 м;;
И = 2,5м – расстояние от оси, проходящей через середину насоса до стены
δст = 1,1 м – толщина стены подземной части станции.
Ширина подземной части
Шаг колонн не должен превышать 6 м.
Сдвигаем левую стенку на 0,834м, достигая м
8.4. Определение высоты надземной части здания насосной станции.
Надземная часть насосной станции проектируется в виде одноэтажного каркасного промышленного здания. В качестве стоек каркаса приняты железобетонные колонны согласно ГОСТ 25628-90 « Колонны железобетонные для одноэтажных зданий предприятий».
Высота надземной части здания насосной станции определяется по формуле:
где
hстат и hрот – параметры электродвигателя;
hрот = 2,54м, hстат = 2,21 м
hзаз = 0,5 м – высота зазора, необходимого при монтаже электродвигателя;
hсц = 0,4 м (гибкая сцепка) – высота сцепки (захватного устройства);
hкр – высота подъемного устройства;
hп = 0,2 м – потолочный запас.
Грузоподъемность крана
В нашем случае самый тяжелый элемент – ротор (mротора = 6 т); hкр = 1,9 м.
8.5. Определение длины диффузора.
диаметр внутристанционного трубопровода примем Dвн.ст.тр = 2200 мм.
Определяем диаметр
Диффузор не требуется.
9. Водоприемное сооружение.
Водоприемное сооружение состоит из двух элементов: аванкамеры и водоприемника.
Аванкамера – расширение подводящего канала, которое соединяет подводящий канал с водоприемником достаточной ширины. В пределах аванкамеры происходит сопряжение дна канала и дна водоприемника с уклоном ≤0,2 во избежание гидравлического прыжка.
Водоприемник содержит рыбозащитные сооружения, сороудерживающие решетки и затворы насосной станции.
9.1 Водоприёмник.
Водоприёмное сооружение разделено быками толщиной 1,50 м на четыре камеры пролётом 3,92 м, ведущие к насосам.
Водоприёмник состоит из следующих эл-тов:
- Затворы:
Рабочий высотой 5 м, шириной 0,7 м.
Ремонтный первый высотой 6 м, шириной 0,9 м. Между затворами установлена забральная балка.
Ремонтный второй высотой 10 м, шириной 1,1 м.
2) Рыбозащитное сооружение:
Конусный сетчатый рыбозаградитель диаметром конуса 3,92м с водоструйной флейтой.
3) Сороудерживающая решетка:
Расстояние между стержнями решетки 60 мм
Угол наклона решётки 700.
Принято длина водоприёмника: 29,08 м.
Для поднятия затворов, рыбозащиты, сороудерживающей решетки установлен козловой кран.
Для очистки решётки установлена решетко-очистительная машина РН-2000.
9.2 Аванкамера.
Аванкамера предусмотрена для перехода от подводящего канала шириной 4,5 м к водоприёмному фронту шириной 17,7 м.
Заложение откоса m=2.
Длина аванкамеры 15,3 м
Аванкамера облицована камнем.
10. Водовыпуски.
Водовыпуски – это сооружения , сопрягающие напорные трубопроводы насосной станции с сооружениями, подводящими воду потребителю.
Водовыпуск в применении к оросительным насосным станциям – это напорные бассейн, который соединяет напорный трубопровод с магистральным каналом.
Водовыпуски с запорными механическими утройствами (прямоточные) делятся на 3 группы:
- с механическим
- с клапанами - захлопками
- с клапанами – затворами
10.1 Определение основных параметров водовыпуска с механическим быстросбрасывающим затвором.
Определим минимальное заглубление верха выходного отверстия под минимальным уровнем воды в верхнем бьефе:
где:
- выходная скорость.
Dвых = (1,1¸ 1,2)×dТР = 3×1,167 = 3,5м – диаметр выходного отверстия.
Далее определяем минимальную глубину колодца:
Определим максимальное заглубление верха выходного отверстия под минимальным уровнем воды в верхнем бьефе:
Далее определяем длину колодца:
Конструктивно назначаем
Водосливной фронт разделён одним быком толщиной 1,5 метра на 2 камеры пролётом 3,5 метра. В каждой камере установлен рабочий плоский затвор, шириной 0,7 м, высотой 4 м, глубина паза 0,4 м.
При остановке насоса и закрытии рабочего затвора для предотвращения обратного тока воды в трубопровод перед рабочим затвором устанавливается забральная балка шириной 0,5 м, отметка верха балки на 0,4 м выше УВБmax .
На расстоянии 1 метра от рабочего затвора устраиваются пазы для забрального заграждения шириной 0.7 м, глубина паза 0.4 м.
Пролёт подземной части
Для подъёма затворов, в надземной части водовыпуска предусмотрена мостовой кран, грузоподъёмностью 10 т с электроприводом.
Высота надземной части 9,25, м. Здание каркасное с железобетонными колоннами высотой 8м и поперечным сечением 400х400 мм.
Переходной участок
m = 2. Длина сопрягающего участка 5,32 м.
Расстояние от забральной балки до перекрытия подземной части принимаем равным 1,4м
11. Паспорт насосной станции.
Элемент |
Марка |
Штук |
Насос |
ОПВ10-145 |
3 |
Двигатель |
ВСДН-17-49-16 |
3 |
Мостовой кран 10т |
---- |
1 |
Мостовой кран 10т |
---- |
1 |
Козловой кран. |
---- |
1 |
Список литературы.
- В.Ф. Чебаевский, К.П. Вишневский, Н.Н. Накладов «Проектирование насосных станций и испытание насосных установок», Москва, « Колос», 2000 г.
- ГОСТ 20213-89 Фермы железобетонные. Технические условия. 1989г.
- ГОСТ 28042-89 Плиты покрытий железобетонные для зданий предприятий. Технические уловия. 1989г.
- ГОСТ 25628-90 Колонны железобетонные для одноэтажных зданий предприятий. Технические условия. 1990г.
- Пособие по выбору основного насосного оборудован
ия крупных насосных станций. С.Я.Павлов, М.Ю.Патрина, Санкт-Петрербург, 2011 г.
