Водопроводная насосная станция

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

_______________ 

МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра  «Водоснабжение»

 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовой  проект

«Водопроводная  насосная станция»

 
 
 
 
 
 
 
 

НАСОСНАЯ  СТАНЦИЯ 2-го ПОДЪЕМА

СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

 

специальность 1208 “Водоснабжение и водоотведение”

 
 
 
 
 
 
 
 

студент Воронина П.

курса III группы 5

 
 

Руководитель  проекта 

Андрианов

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

МОСКВА 2010 

 

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ПО ОБЪЕКТУ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

 

Объектом проектирования является насосная станция 2-го подъема системы водоснабжения, которая забирает воду из резервуара чистой воды и подает ее по водоводам в городскую распределительную сеть.

Городская распределительная  сеть системы водоснабжения  имеет  регулирующую емкость – водонапорную башню, расположенную в начале распределительной сети. Система водоснабжения предусматривается для обеспечения потребителей города водой на хозяйственно-питьевые нужды. Предполагается возможность двух пожаров в городе одновременно.

Среднесуточная  подача станции:

• проектный (средний за год) расход воды в городе (на II очередь) Q2=5000 м³/сут;
• средний расход воды в городе на I очередь развития Q1=3000 м³/сут.;

Расход  воды на наружное пожаротушение:

• в городе qпож=10 л/с (зависит от количества жителей в городе).;
• на промышленном предприятии qпож=10 л/с

Коэффициент часовой неравномерности  водопотребления  Kч= (метод нахождения смотреть ниже)

Системы водоснабжения:

• с башней в начале распределительной сети;

Вода  забирается:

• из резервуара чистой воды

Длина всасывающей линии 60 м

Длина напорных водоводов (от насосной станции до водонапорной башни или начала распределительной сети города) 2000 м

Число напорных водоводов 2

Отметки:

• дна резервуара чистой воды (РЧВ) – м
• уровня противопожарного запаса воды в РЧВ –м
• максимального уровня воды в РЧВ –м;
• земли в месте расположения насосной станции – 40 м;
• земли в месте расположения водонапорной башни (если она находится в начале распределительной сети города или промышленного предприятия) 52 м;
• дна бака водонапорной башни 67 м;
• грунтовых вод 37 м;

Глубина промерзания 1,2 м

Необходимый свободный напор  в точке примыкания водоводов к распределительной  сети:

• при пожаротушении 12 м (берется по СНиП 2.04.02-84);

Виды  грунтов на месте  строительства станции глина,суглинки

Напряжение  подводимой электроэнергии 3кВ

 
 

2. РАСЧЕТНЫЕ РАСХОДЫ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ

 

Подача воды насосной станцией принимается в  зависимости от расчетных расходов воды потребителя (города) в сутки  наибольшего и наименьшего водопотребления (СНиП 2.04.04-84). При анализе исходных данных и нормативных требований установлено, что коэффициенты суточной неравномерности водопотребления K =1,2 и K =0,7

 

Для II очереди  развития водопровода (на расчетный  период):

 

Q

I=Qср.сут.I·K =3000·1,2=3600 м³/сут

Q

I=Qср.сут.I·K =3000·0,7=2100 м³/сут

 

Для II очереди  развития водопровода (на расчетный период):

 

Q

II=Qср.сут.II·K =5000·1,2=6000 м³/сут

Q

II=Qср.сут.II·K =5000·0,7=3500 м³/сут

 

На  этапе учебного проектирования насосной станции  рассматривается  случай только максимального  хозяйственного водопотребления  в городе.

 
 

Расчетные часовые  расходы воды определяются с учетом коэффициентов часовой неравномерности, в максимальный час определяется по формуле:

 

q

=k ·Q /24

 

Анализируя исходные данные и нормативные требования, определяем k =1,62.

 

По  условиям п.2.2 СНиПа 2.04.02-84 коэффициент часовой  неравномерности  определяется по формулам

Kч.max=αmaxβmax

Kч.min=αminβmin

α – коэффициент, учитывающий  степень благоустройства  зданий, режим работы предприятий и  другие местные условия, принимается αmax = 1,2 – 1,4, αmin = 0,4 – 0,6

β – коэффициент, учитывающий число жителей в населенном пункте, принимается по таблице

Получаем:

βmax = 1,2, и, таким образом, Kч.max = 1,35·1,2= 1,62

 
 

Соответственно расчетные расходы воды в городе на хозяйственно-питьевые нужды составляют:

 

Для I очереди строительства:

q I=1,62·3500/24=236,3 м³/ч или q I=236,3/3,6=65,6 л/с

 

Для II очереди  строительства:

q II=1,62·6000/24=405 м³/ч или q II=405/3,6=112,5 л/с

 

При пожаротушении  в городе насосная станция должна подавать:

qпож=(10+10)·2= 40 л/с

Qн.ст.х.п.+пож.= q +qпож = 112,5+40 = 152,5 л/с

 

3. ПОДАЧА  И КОЛИЧЕСТВО НАСОСОВ  НАСОСНОЙ СТАНЦИИ, ОБЪЕМ  РЕГУЛИРУЮЩЕЙ ЕМКОСТИ ВОДОНАПОРНОЙ БАШНИ

 

В целях обеспечения  условий взаимозаменяемости оборудования на насосной станции устанавливаются  однотипные насосные агрегаты. Подача каждым насосом и количество агрегатов на насосной станции назначаются в зависимости от режимов водопотребления, условий совместной работы насосов и регулирующих емкостей, категории надежности насосной станции (см. пп. 7.1-7.1 СНиП 2.04.02-84).

Минимальное количество насосных агрегатов на насосной станции  должно быть

 

m+n>=2+n

где m – количество рабочих агрегатов

n – количество резервных агрегатов

 

Учитывая, что  максимальная регулирующая емкость  водонапорной башни обычно не превышает  емкости стандартной водонапорной башни Wр.баш. ≤ 800…1400 м³, максимальная подача насосной станции назначается в пределах

Q

≥ (q - qв.башни)

 

qв.башни –поступление воды в сеть из бака водонапорной башни, л/с

q – максимальный расход воды в городе, л/с

Составим пропорцию:

100% - 6000 м³/сут

x% - 200 м³,

где суточный расход воды в городе Q =6000(100%), емкость регулирующего бака водонапорной башни Wр.баш.=200 м³ (х%)

Решая пропорцию. Получаем, что регулирующий объем бака водонапорной башни не должен превышать 3,33%

 

Поступление воды в сеть из бака водонапорной башни равно x/2=3,33/2=1,67%

Q

≥ (q - qв.б.)=6,75-1,67= 5,08% подача от Q

 

Анализируя график режима водопотребления, составленный по данным табл. 1 приложения, представим режим работы насосной станции с двумя однотипными рабочими насосами по часам суток в табличном виде (табл. 1).

 

Допустим, что  два параллельно работающих насоса подают в час 4,25% от Q , а превышения расхода в сети города или избыточные подачи воды насосной станцией в течение суток компенсируются регулирующей емкостью водонапорной башни. Определим подачи насосов при их совместной работе : Q1, Q1+2.

 

Если Qнас.ст=5,08%, т.е. Q1+2= 5,08%, то подача одного насоса составит

 

Q1=Qн.ст. ·kp/m=5,08·1,11/2= 2,79 %

 

Где kp – коэффициент, учитывающий увеличение подачи насосной станции при отключении из параллельной работы насосов.

 
 

Q1 = 2,79 %, Q1+2 = 5,08 %, x= 3,33%

Таблица 1

 

 
 

Примечания.

Цветом  выделены максимальный час водопотребления и максимальный регулирующий объем бака

 

Расчет времени  по минутам в течение часа выполняется по в таблице

 

Определим подачу насосной станции при расчетных  режимах водопотребления для  случая максимального хозяйственного водопотребления.

 

Проектная подача насосной станции:

Q = Q II 6,75/100= 6000·6,75/100=405:3,6=112,5 л/с ≤ 112,5 л/с

Т.е. в час максимального хозяйственного водопотребления часть воды подается в сеть из водонапорной башни.

Подача воды в сеть каждым насосом, при совместной работе насосов и водоводов,

Q1=Q2=1/2·Q =112,5/2=56,3 л/с

 

Согласно СНиП 2,04,02-84, в баке водонапорной башни необходимо дополнительно с регулирующим объемом хранить 10-минутный противопожарный запас воды на тушение одного внутреннего и одного наружного пожара (на время включения противопожарных насосов в работу)

 

Wпож = (10+10+5) ·10·60/1000=15 м³

 

Общая емкость  бака

 

Wб = Wрег +Wпож

 

Wрег = 3,33%·Qmax сут../100=3,33·6000/100=200 м³,

Где 3,33 %-максимальный остаток в баке, определяемый по таблице 1

 

Wб=200+15=215м³

 

Габариты цилиндрического бака принимаются из соотношения:

H/D=0,6÷0,7,

Где H, D – высота и диаметр бака, м:

S-площадь бака

Wрег=S·H= ·H

200 = · 0,65D

D=  = =7,32 м 7 м; H=0,65·7=4,6 м

т.е. максимальный уровень воды в баке может достигать 4,6 м

 

Принимается D=7 м, H= 5,5 м (ΔH=5,5-4,6=0,9 – запас на циркуляцию воздуха)

 

Wрег = (3,14·7²·5,5)/4

212 м³

 

К часам максимального хозяйственного водопотребления в городе, т.е. к 16-17 часам, объем воды в баке составит 3,33% от суточного расхода воды по городу, т.е. W рег=3,33%·6000/100=200 м³

При D=7м уровень воды в баке водонапорной башни к этому часу

 

Hб=Wрег/S=(200·4)/(3,14·7²)=5,2 м

 
 

4. РАСЧЕТНЫЙ НАПОР НАСОСНОЙ СТАНЦИИ

 

Полный  расчетный  напор насосов определяется для режима максимального хозяйственного водопотребления в городе, когда подача насосной станции Qнаст.ст.=112,5 л/с

Согласно СНиП 2.04.02-84, для насосной станции 1-й категории необходимо принимать как минимум два всасывающих и два напорных водовода, что и делается в проекте.

Подача воды по каждому водоводу Qвод.=56,3 л/с

 

H=Hг+Ʃh+hзап

 

где H – расчетный напор насосов, м;

Ʃh – потери в трубопроводах по длине на местные сопротивления, м;

hзап – запас на потери напора в коммуникациях насосной станции, м; hзап=2÷3,5

Hг – геометрическая высота подъема воды, м;

 

Hг=Zб-Zр.ч.в.+Hб+Hсв

 

Hб – высота уровня воды в баке, м;

Hсв – свободный напор на излив воды, м.; Hсв=1;

Zб – отметка дна бака водонапорной башни, м;

Zр.ч.в. – отметка расчетного уровня воды в резервуаре чистой воды, м;

 

Hг=67-38,70+5,8+1=35,1 м

35 м

 

При пожаротушении  Hг.пож.=52-36,70+12=27,3 м

67 − отметка поверхности земли в точке подключения водоводов к распределительной сети, м;

38,70 – отметка дна резервуара чистой воды, м;

12 – свободный  напор, м (определяется по СНиП 2.04.02-84)

 

Потери напора в трубопроводах определяются по формулам

 

Ʃh=hвс+hнап.+hнас.ст.

hвс=1,2·i·L+1.5

hнап.=1.1·i·L+2÷5,

 

где hвс, hнап., hнас.ст. – потери напора во всасывающей, напорной линиях и в коммуникациях насосной станции (1,5;2...5 м)

i=A·Q²·k – гидравлический уклон

здесь A, k принимаются по таблицам для гидравлического расчета водопроводных труб с внутренним цементно-песчанным покрытием, либо по таблицам в приложениях;

 

Для определения  потерь напора при движении воды от резервуаров чистой воды до точки  подачи необходимо составить схему  труб и соединительных деталей.

 

Подача насосной станции составляет Qн.ст.=112,5 л/с. Подача по одному напорному водоводу 56,3 л/с.

По таблицам определяем:

Э=0,75, q1водов = 56,3 л/с, dнап=300 мм

i=A·Q²·k

A=0,7374, k=1,034

ϑ=Q·4/πD²=0,0563·4/3,14·0,3² =0,797 м/с

 

i = 0,7374·0,0563²·1,034=0,00242

 

Тогда для напорного  водовода длиной Lн=2000м потери напора по длине составят

 

Ʃh=1,1·0,00242·2000+2=7,324 м

7 м

 

При пожаротушении Q=152,5 л/с, Qвод=76,3 л/с

ϑ= Q·4/πD²=0,1525·4/(3,14·0,3²) 2,159 м/с, k=0,883

 

i=0,7374·0,0763²·0,883=0,00379

 

Ʃhпож=1,1·0,00379·2000+2,5=10,838 м

11 м

 

Если подача насосной станции 112,5 л/с, то подача воды по одному всасывающему водоводу составит 56,3 л/с

Для Qвод.=56,3 л/с, D=400 мм, ϑ= Q·4/πD²=0,0563·4/(3,14·0,4²)=0,448 м/с, k=1,115, A=0,1657

 

i=A·Q²·k=0,1657·0,0563²·1,115=0,000586

 

hвс=1,2·i·L+1,5=1,2·0,000586·60+1,5=1,542

2 м

 

При пожаротушении Q=152,5 л/с, Qвод=76,3 л/с, ϑ= Q·4/πD²=0,1525·4/(3,14·0,4²)=1,21, k=0,974

 

i=0,1657·0,1525²·0,974=0,00375

 

hвс.пож=1,2·i·L+1,5=1,2·0,00375·60+2=2,27

2 м

 

При подаче всего  расхода по одному водоводу: Q=112,5 л/с, ϑ=0,896 м/с, k=1,016 , A=0,1657

 

i= A·Q²·k=0,1657·0,1125²·1,016=0,00213

 

hвс=0,00213·1,2·60+2=2,15

2 м

 

Полный напор  насосной станции

 

H=Hг+hвсас+hнап

 

при максимальном хозяйственном водопотреблении

 

Hmax=35+7,324+1,542=43,87

44 м

 

при пожаротушении

 

Hпож=27+11+2=40 м

 

при аварии на всасывающем  водоводе

 

Hав=35+2+7,324=44,324

44 м

 

Принимается Hнас.ст.=44м

Каждый насос  при совместной работе подает

Qн.1=112,5/2=56,3 л/с

По трубопроводу от каждого насоса поступает расход q=56,3 л/с. Для каждого насосного агрегата проектируется:

всасывающий трубопровод: D=400 мм, ϑ=0,448 м/с

напорный трубопровод: D=300 мм, ϑ=0,797 м/с

Диаметр всасывающего коллектора d=500 мм

Диаметр напорного  коллектора d=400 мм

 
 

5. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ПОДБОР НАСОСОВ И  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ

 

В час максимального хозяйственного водопотребления подача насосной станции должна составлять Qнас.ст.=112,5 л/с и напор не ниже H=44 м. Соответственно, подача каждого насоса Q1=Qнас.ст/2=56,3 л/с, а напор H=44 м.

По свободному графику полей H-Q каталога насосов  определим марку насоса, энергетические параметры которого с максимальной точность, соответствуют расчетным Q1 и H. Предварительно выбирается насос марки Д320-50 с параметрами: Дкол=405 мм, Dвсас=200 мм, Dнап=150 мм, n=1450 об/мин, η=0,76, вес −270 кг.

Марка электродвигателя подбирается с учетом параметров и мощности насоса.

 

Мощность насоса

Nнас=Q·H·γ/102·ηн· ηпр=0,0563·44·1000/102·0,76=32 кВт

Мощность электродвигателя:

Nдв=Nнас·k=32·1,2=38,4 кВт

По каталогу насосов подбирается марка электродвигателя AO2-81-4 с номинальными параметрами: Nдв=40 кВт, n=1450 об/мин, U=380 В, cosφ=0,91, ηдв=91,5%, m=950 кг

 

 

6. ОЦЕНКИ  ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОМ НАСОСОВ, ВОДОВОДОВ  И ГРАФИЧЕСКИЕ  ПОСТОРОЕНИЯ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК  ПРИ РАСЧЕТНЫХ  РЕЖМАХ РАБОТЫ.

 

Построение характеристик  H-Q однотипных насосов при совместной работе выполняется графически методом сложения рабочих характеристик насосов (выбранных по каталогу насосов), т.е. сложением Qi подач при равных напорах Hi насосов.