Проектирование насосной станции второго подъема

Содержание

1.Исходные данные к  выполнению курсового проекта………………….…………..3

2.Цели и задачи курсового  проекта………………….………………………………..3

3.Определение максимального  и минимального часового водопотребления……...4

4.Определение диаметра  напорного трубопровода………….…..…………………5

5.Подбор насосов………….……………………………………..….…………………9

6.Определение емкости  резервуара бака водонапорной башни……..………….…10

7.Компоновка насосной станции………………….……………...…………………..11

8.Аварийная ситуация……………………….………………………………………..13

9.Определение размеров  резервуара чистой воды……….…………………………14

10.Определение отметки  оси насоса…………...…………………………………….16

11.Расчет мощности электродвигателя  насоса………...……………………………18

12.Определение ширины  насосного отделения станции…………...………………19

13.Определение длины насосного  отделения станции...…………………………...20

14.Подбор грузоподъемного  оборудования…………...…………………………….20

15.Определение высоты  насосного отделения станции……………...…………….21

16.Подбор вакуумного насоса……………...………………………………………...22

17.Определение мощности  трансформаторов…………...………………………….23

18.Технико-экономический  расчет……………...…………………………………...24

19.Увеличение производительности  насосной станции на 20%...............................23

20.Заключение…………………………………………………………………………29

21.Приложение………………..………………………………………………………30

1. Исходные данные

Вариант №25

Таблица 1

Приложение: рис. 1 «Высотная  схема»

2. Цели и задачи курсового проекта

Цель проекта: систематизация и углубление знаний по курсу «Насосы  и воздуходувные станции», приобретение навыков самостоятельного решения  инженерных задач, использования технической, нормативной и справочной литературы.

Задачи проекта: Насосная станция второго подъема подает воду из резервуаров чистой воды, расположенных  после очистных сооружений, в разводящую сеть населенного пункта.

При разработке курсового  проекта насосной станции второго  подъема следует выполнить все  относящиеся к нему гидравлические и электротехнические расчеты, вычертить  план, необходимые разрезы и аксонометрические  схемы станции в объеме технического здания.

Для этого необходимо:

1. Подобрать наиболее целесообразный режим работы насосов, настроить ступенчатый график водопотребления и работы насосов
2. Определить производительность и полный напор насосов и подобрать по каталогу требуемый насос
3. Построить совмещенные характеристики насосов и водоводов
4. Определить число резервных насосов и разработать монтажную схему оборудования насосной станции с коммуникациями трубопроводов
5. Произвести гидравлический расчет всасывающих и напорных трубопроводов насосной станции и определить отметку оси насосов и пола станции
6. Подобрать вакуумные насосы (если они необходимы)
7. Определить требуемую мощность электродвигателя насосного агрегата, а затем подобрать по каталогу двигатель
8. Расставить в нужных местах задвижки, обратные клапаны и другое оборудование
9. Подобрать необходимое грузоподъемное оборудование

10)Определить габариты насосного отделения

11) Определить габариты помещений вспомогательного и электросилового хозяйства

12) Определить размеры и дать общую компоновку всех помещений станции

13) Начертить план, продольный и поперечный разрезы насосной станции, аксонометрическую схему основных трубопроводов и заливки насосов водой

14) Составить спецификацию оборудования

15) Определить коэффициент полезного действия отдельных насосов и насосной станции в целом, стоимость подачи 1м³ воды.

3. Определение максимального и минимального часового водопотребления

На основании заданных максимальной суточной производительности объекта водопотребления (Q_сут=15000 м³/сут) и общего коэффициента неравномерности (К=1,25) определяется потребление воды городом по часам суток (м³/ч, м³/с, л/с) в табличной (табл. 2) и графической формах: Приложение рис.2 «График водопотребления».

Qм³/ч =

Qл/с =

Таблица 2

Водопотребление объектом воды в течение суток

Из табл.2 определяем максимальное и минимальное водопотребление в сутки:

Q_max = 220,8 л/с     Qmin= 83,3л/с

4. Определение диаметра напорного водовода

В соответствии с установленным  максимальным водопотреблением определяются количество и диаметр всасывающих  водоводов. В общем случае их должно быть не менее двух.

Диаметр всасывающего водовода определяется по формуле:

d=

где q= Q_max м³/с

V- скорость движения воды во всасывающем водоводе , V=0,8…1,2 м/с (примем V=1,0 м/с)

π=3,14

d_треб= = 375 мм

Принимаем стандартный диаметр  d=350 мм

Находим фактическую скорость в данном водоводе:

V_ф= = = 1, 15м/с

Выполняем построение характеристики сети. Для этого строим табл.3

Таблица 3

d_вод = 350 мм; А=0,2948

q – количество воды, идущее по одному водоводу

L – длина водопроводных труб от источника воды до водонапорной башни (табл.1)

Сопротивление трубопровода определяется по формуле:

Н_сети = Н_г + h_г = Н_г + ALq²

где Н_г – геодезическая высота подъема жидкости, м

h_г – потеря напора по длине сети, м

А – удельное сопротивление одного погонного  метра трубопровода, которое зависит  от диаметра трубопровода, материала  и внутренней шероховатости.

Для построения характеристики сети 2d необходимо характеристику сети 1d увеличить в 2 раза, т.е. напор в каждой точке остается неизменным, а расход увеличивается в 2 раза.

5. Подбор насосов

На оси расхода отмечаем максимальный суточный расход и проводим вертикальную прямую до пересечения с характеристикой  2d. Из полученной точки проводим прямую, параллельную оси расхода, до оси напора (Приложение: рис.3 «График характеристики сети»). Максимальный расход делим на 3 равные части. Получаем первую рабочую точку. Определяем расход и напор в данной точке: Q=73,6 л/с, Н=42,9 м. Затем по каталогу выбираем марки насосов. Первоначально насос подбирается по свободному графику насосов, а затем по рабочим характеристикам выбранного насоса. Рабочую характеристику выбираем ближайшую, но большую.

Таблица 4

Определив необходимый насос, переносим  его характеристику на график характеристики сети, удваиваем ее. Находим точки пересечения характеристик насоса с кривой 2d. Получаем 3 ступени работы насоса:

I ступень – Q₁= 0,103 м³/с = 370,8 м³/ч

Н₁ = 32,5 м

II ступень – Q₂= 0,194 м³/с = 698,4 м³/ч

  Н₂ = 36 м

III ступень – Q₃= 0,254 м³/с = 914,4 м³/ч

  Н₃ = 38,8 м

6. Определение емкости резервуара бака водонапорной башни

При выборе режима работы насосной станции, подающей воду в сеть, с резервуаром  в начале сети необходимо учитывать  такие условия:

1. В час максимального водопотребления величина подачи воды в сеть от башни не должна превышать 15% от расхода воды в данный час;
2. В час минимального водоразбора величина подачи воды в башню не должна превышать 25-30% от расхода воды в данный час;
3. Производительность насосной станции на промежуточной ступени должна составлять 65-75% от Q_max;
4. Минимальное время работы насосов на каждой ступени – 30 минут.

Определяется подача воды насосной станцией по ступеням в %:

I = *100 = *100 = 2,47%

II = *100 = *100 = 4,62%

III = *100 = *100 = 7,8%

Емкость бака башни минимальна. Ее объем не более 2% суточного расхода. Величина емкости бака определяется по максимальному остатку воды в баке.

Насосная станция должна работать непрерывно не менее получаса.

Остаток воды в баке может быть отрицательным. Тогда емкость бака равна сумме максимального положительного числа и максимального отрицательного (по модулю).

Таблица 5

Время работы:

I ступень – 6 ч 5 мин

II ступень – 4 ч 50 мин

III ступень – 10 ч 45 мин

  = 141 м³

7. Компоновка насосной станции

В зависимости от числа рабочих  насосов определяем число резервных  насосов. Коэффициент надежности определяется согласно числу жителей проживающих  в данном населенном пункте.

Количество рабочих насосов: 3

Количество резервных насосов: 2

Число жителей: N = = = 60000 чел (250 л на жителя в сутки)

I категория надежности станции

Из каталога берем размеры агрегатов  в зависимости от марки выбранного насоса. Расстояние между насосными  агрегатами 1 м, оно зависит от напряжения электродвигателя. При напряжении до 1000 В расстояние равно 1 м, свыше 1000 В больше или равно 1,2 м. Расстояние между насосными агрегатами и стеной больше или равно 1 м.

Количество рабочих агрегатов  должно быть не менее двух.

Из каталога берутся размеры  соответствующих насосных агрегатов. Насосный агрегат расположен на бетонной плите, причем бетонный фундамент больше размеров насосного агрегата на 200 мм.

Насос Д 315-50

L=1707 мм

В=600 мм

Н=890 мм

М=475 кг

Обвязка насосов должна обеспечивать бесперебойность работы насосной станции  при любой ситуации:

а) Выход из строя насоса и его замена;

б) Поломка задвижки и ее замена;

в) Выход из строя обратного клапана и его замена

Основные требования к компоновке насосной станции:

1. Количество задвижек должно быть минимальным, но достаточным;
2. Должно быть не менее двух подводящих трубопроводов. Причем каждый трубопровод рассчитан на пропуск максимального расхода воды насосной станции;
3. Вся арматура должна находиться внутри насосной станции (возможен вынос задвижек на напорной части за пределы насосной станции в колодцы, но только при необходимости).

Все трубопроводы внутри насосной станции  соединяются с помощью сварки. Материал труб внутри насосной станции  – сталь. Соединение трубопровода с  арматурой и с насосами – фланцевое.

Для замены задвижки требуется время, которое зависит от диаметра задвижки: чем больше диаметр, тем больше времени  требуется на ее замену.

Приложение: рис.4 «Схема обвязки насосов станции 2-го подъема».

8. Аварийная ситуация

Аварийная ситуация: один водовод  отключается и вода поступает по одному водоводу. СНиП требует в случае аварийной ситуации, водопотребитель должен быть обеспечен водой не менее 70% расхода от max часа. (рис 5 «Аварийная ситуация»)

Q_70%^ав=q_max^час*0,7=0,2208*0,7=0,154 м³/с

h_ав при этом будет: h_ав=49,4 – 36=13,4м

Рассчитаем сколько перемычек  необходимо поставить между водоводами:

h₁=A**q²=0,2948**0,077²=1,66 м

h₂=ALq²=0,2948**0,154²=6,64 м

∑h=8,3 м

H_ав >∑h, значит 1-ой перемычки будет достаточно.

9. Определение размеров резервуара чистой воды

Резервуар чистой воды по размеру  поступления воды в резервуар  после очистных сооружений и по откачке  воды насосной станцией II подъема.

V_рчв= V_рег+ V_{соб.нужды}+ V_пож.

1) V_рег – регулирующий объем

Таблица 6

Подача воды: Q_сут=100%/24=4,17%

Расход, % - подача из табл.2

2,17 + 0,37 = 2,54%

V_рег = 2,54*15000 = 381 м³

2) V_{соб.нужды} – собственные нужды

Количество фильтров на ВОС должно составлять не менее 2-х. Для расчета  принимаем 4 рабочих фильтра. Скорость прохождения воды в фильтре 5-10 м³/ч (принимаем 5м³/ч=120м³/сут).

Q_сут= F_ф*V_{фильтр.}

F_ф – общая площадь фильтров

F_ф= =125 м²

Площадь фильтрации одного фильтра: F_1ф=125/4=31,25 м²

Каждый фильтр промывается 2 раза в  сутки.

q_пр=15 л/с*м²

Q_{промывки}= q_пр* F_1ф*Т_пр

Т_пр – время промывки фильтра (5 мин=300сек)

Q_{промывки}=0,015*31,25*300=140,6 м³

В РЧВ воды должно содержаться на 2 промывки:

V_{соб.нужды}=n* Q_{промывки}=2*140,6=282 м³

3) V_пож – пожарные нужды

V_пож=q_пож*n*Т

q_пож – пожарный расход, зависит от кол-ва жителей и этажности застройки Принимаем 35 л/с для города с количеством жителей 60000 человек (СНиП 2.04.02-84*)

n – кол-во пожаров

Т – время тушения пожара (3 ч=10800 сек)

V_пож=0,035*2*10800=756 м³

V_рег=26,8% ;     V_{соб.нужды}=19,9% ;     V_пож=53,3%

Получаем: V_рчв= 756 + 282 + 381 = 1419 м³

10. Определение отметки оси насоса

Максимальная подача воды Q_max = 244 л/с

Таблица 7

∑=0,088 м ∑=0,2528 м

Минимальная подача воды Q_min=0,103 м³/с

Таблица 8

∑=0,0271 м ∑=0,0656 м

Найдем отметку оси насоса:

Z=P_атм - ∆h_cист - ∑h_l -∑ h_мест - ∑h_t

где h_t = 0,24 м (t=20˚С)

∆h_cист – выбирается в индивидуальном графике насоса

max водоразбор:

Z=10 – 6 – 0,088 - 0,2528 - 0,24 = 3,42 м

min водоразбор:

Z=10 – 6 – 0,0271 - 0,0656 - 0,24 = 3,67 м

Выбираем наименьшее значение

H_о.н.=Н_ист + Z = 20 + 3,42 = 23,42 м

H_земли=23 м  < H_о.н.=23,42м , отметка оси насоса выше, чем отметка земли, опускаем отметку оси насоса до величины при которой отметка пола совпадёт с отметкой земли.

H_о.н.=17300+200+794= 18294мм

11. Расчет мощности электродвигателя

Мощность электродвигателя рассчитывается по формуле:

N_эл.дв = К_зап *N_вал

где К_зап – коэффициент запаса мощности, значение из методических указаний (К_зап=1,15)

N_вал – мощность на валу для ступеней работы насосной станции

N_вал =

где Q – расчетная подача воды по ступеням, м³/с

Н – развиваемый напор по ступеням, м вод.ст.