Проектирование насосных станций системы водоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

насосный станция трубопровод

В данном проекте предусмотрены расчёт насосных станций первого и второго подъёма.

Система водоснабжения города Краснодара состоит из следующих элементов:

1. Забор воды с поверхностного источника с помощью водозаборных сооружений НС-1

2. Насосная станция первого подъёма обеспечивает подачу воды на очистные сооружения и включает в себя расход воды на пополнение пожарного запаса и на собственные нужды водопроводной очистной станции

3. НС-1: вода по двум трубопроводам подаётся на ВОС

4. Очищенная вода подаётся в РЧВ, оттуда насосом второго подъёма подаётся в городскую сеть.

5. НС-2 обеспечивает подачу воды на пожаротушение.

1. Насосные стации первого подъема-НС1

Название этих станций определяется их предназначением - они поднимают неочищенную (сырую) воду из водозаборных сооружений и подают её на очистные сооружения водопровода.

Схемы насосных станций могут быть различными - в зависимости от производительности,геологических и гидрогеологических условий,типа водозаборных сооружений. В разных схемах насосы могут быть установлены либо ниже уровня воды в водозаборном сооружении (установка «под залив»).

Либо выше уровня воды, это так называемая установка с положительной высотой всасывания. Эту схему применяют для водопроводов второй категории надежности (при числе жителей в населенном пункте менее 50 тыс. человек).

Насосные станции первого подъема,как правило,работают в течение суток равномерно,так же равномерно работают очистные сооружения водопровода.

Поэтому производительность насосной станции рассчитывают на равномерную подачу максимального суточного расхода Q_{сут.макс.}; кроме того,насосы первого подъема должны в течение T=24 часов восстановить пожарный запас воды в резервуарах чистой воды на водопроводных очистных сооружениях.Коэффициент 1,05 учитывает увеличение подачи на собственные нужды водопроводных очистных сооружений.

Расчетная подача станции м³/час:

где W_пож-объем пожарного запаса,

W_пож=q_пож·3·3600/1000,м³

q_пож - пожарный расход,л/с (пожар тушится в течение 3х часов)

При выходе из строя какого-либо элементов водопроводных сооружений должна быть обеспечена подача 70% расчетного расхода

Q_{аварийн}=0,7 ·

;

2. Расчет всасывающих трубопроводов

Во всасывающем трубопроводе необходимо обеспечить небольшие потери напора во избижание возможности возникновения кавитационного режима. Поэтому диаметры рассчитывают из условия небольшой скорости 0,8-1,2 м/сек. Всасывающих труб, как правило, две, поэтому расход половинный Q/2 и диаметр:

;

;

Принимаем _.=0,600 м ;

При расчете потерь напора, рассматривают случай выхода из строя одной трубы,тогда весь расход пойдет по одной трубе.

Скорость:

;

Потери напора на местные сопротивления:

;

Потери по длине всасывающего трубопровода:

Коэффициент сопротивления л (при скорости V>1,2 м/сек) для стальной (чугунной) трубе:

;

;

;

;

Расчет напорных трубопроводов

Принимаем 2 трубы,по каждой идет половинный расход

Экономический диаметр:

где л - принимаем в первом приближении 0,025;

- цена электро энергии, р/кВт·ч

- толщина стенки трубы, м; принимаем в 1-м приближении 0,008 м; а для полиэтилена 0,015 м;

- цена материала, тыc.р/тонну,

- объемный вес материала трубы.

Трубы стальные,цена 35 тыс. р/т =7800 кг/м³.

Dусл. мм	100	150	200	250	300	350	400	450	500	600	700	800	900	1000
Dвнутр. мм	107	151	208	261	311	361	410	458	514	512	702	802	902	1002
,м	0,0035	0,004	0,0055	0,006	0,007	0,008	0,008	0,008	0,008	0,009	0,009	0,009	0,009	0,009

Трубы полиэтиленовые,цена 78 тыс. р/т =1000 кг/м³.

Dнар. мм	140	160	180	200	250	315	400	500	630	710	800	1000
Dвнутр. мм	119,4	136,4	153,4	170,6	213,2	268,6	341,2	426,4	537,4	606	682	923,6
,м	0,0103	0,0118	0,0133	0,0147	0,0184	0,0232	0,0294	0,0368	0,0463	0,052	0,059	0,0382

Трубы чугунные,цена 35 тыс. р/т =7800 кг/м³.

Dусл. мм	100	125	150	200	250	300	350	400	500	600	700	800	900
Dвнутр. мм	103	128	153	203	254	304	354	404	503	603	703	803	903
,м	0,0075	0,008	0,0085	0,010	0,01	0,011	0,012	0,0125	0,0145	0,016	0,0175	0,020	0,021

Уточняем: принимаем чугунную трубу D=0,703 м;

Принимаем стандартный диаметр:

Потери напора в напорных линиях:

;

Принимаем =2,5

;

Полный напор насоса 1-го подъема:

Н_полн.=Н_г+h_вс+h_н+2,5 ,

где 2,5 м - ориентировочные потери напора внутри насосной станции;

[Н_полн=17+0,428+19,59+2,5=39м ].

Определение числа рабочих насосов и выбор насосных агрегатов НС1

Число рабочих насосов должно быть не менее 2-х.Резервных насосов-2 для станций 1-й категории; 1 насос для станций 2-й категории.

Выбор насоса производим по методическому указанию И.Н. Рождова «НАСОСЫ». Подача насосов: 1-го насоса Q=2069,2 м³/ч; 2-х насосов Q=1034,6 м³/ч; Напор: Н=39м. В данном проекте выбраны насосы (2 шт.) типа Д 1600-90, n=960 об/мин.

Так как рабочая точка лежит выше насоса с диаметром колеса D=460 мм,то принимаем насос с D=515 мм.

Рабочие характеристики насосов и трубопроводов представлены в таблицах(таб.1,2,3,4) и диаграмме(диаграмма 1).

Таблица 1. Характеристика 2-х насосов:

Q	H'	Q общ	H''
400	49,5	800	49,5
600	49,3	1200	49,3
800	48	1600	48
1000	44	2000	44
1200	39	2400	39

Таблица 2Характеристика 2-х трубопроводов

Q	S2*Q2	S2	H2	Hг
400	0,8336	0,00000521	17,8336	17
500	1,3025	0,00000521	18,3025	17
1000	5,21	0,00000521	22,21	17
1500	11,7225	0,00000521	28,7225	17
2000	20,84	0,00000521	37,84	17
2300	27,5609	0,00000521	44,5609	17

Таблица 3. Характеристика 1-го трубопровода:

Q	S2*Q2	S1	H1
400	3,328	0,0000208	20,328
600	7,488	0,0000208	24,488
800	13,312	0,0000208	30,312
1000	20,8	0,0000208	37,8
1200	29,952	0,0000208	46,952
1300	35,152	0,0000208	52,152

Таблица 4. Характеристика трубопроводной системы при отключении одного участка трубопровода:

Q	Hав
400	18,664
600	20,744
800	23,656
1000	27,4
1200	31,976
1400	37,384
1500	40,4
1800	50,696



Диаграмма 1

3. Определение необходимого количества перемычек и подачи воды при аварии на одном из трубопроводов

Необходимое количество перемычек определяется из условия возникновения необходимости отключения одного из участков на большом трубопроводе; при этом должен быть обеспечен аварийный расход:

Q_ав = 0,7 Q_p.

Как видно из графика совместной работы насосов и трубопроводов, при отключении (в случае аварии) одного трубопровода, аварийный расход Q_ав. не обеспечивается. Необходимо устройство перемычек.

Количество перемычек:

;

где h_ав - равно напору 2-х насосов минус Н_г при подаче аварийного расхода.

;

Принимаем 2 перемычки. Характеристика трубопроводной системы при отключении одного участка трубопровода на диаграмме 1.

4. Определение допустимой высоты всасывания

Допустимая высота всасывания:

,

где Р_ат = 101325 Па,

Р_нас= 2377 Па -давление насыщенного пара при температуре 20°С,

с - плотность воды 1000 кг/м³,

g = 9,81 м/с²,

h_вс = h_вс,м + h_вс,l ,

5. Расчет насосной станции второго подъема - НС2

Исходные данные:

отметки

низкого уровня воды в резервуаре - Z₁=65м

земли в диктующей точке водопроводной сети - Z_Д = 90м

- этажность застройки в диктующей точке Е=6;

Верхняя отметка необходимого напора в диктующей точке:

,

где Е - этажность.

Высотная схема

Геометрическая высота подъема в безбашенной системе:

.



Рис. Геометрическая схема

Коэффициент сопротивления:

Находим экономичный диаметр:



Принимаем диаметр D=0,703 м,

Потери напора от НС2 до сети:

Диаметр одного из двух всасывающих трубопроводов, при пропуске расчетного расхода, определяем по скорости в пределах 1...1,5 м/с:

;

;

Принимаем стандартный диаметр D=0,800 м (трубопровод стальной).

Потери напора во всасывающем трубопроводе:

 ,

Схема коммуникаций НС2.

На схеме коммуникаций принимается:

- не менее 2-х общих всасывающих и 2-х напорных трубопроводов и отдельные задвижки на каждом из этих трубопроводов;

- входные воронки на всасывающем трубопроводе каждого насоса;

- эксцентрический переход для подключения всасывающего трубопровода к входному патрубку насоса;

- концентрический переход для соединения выходного патрубка с напорным труюопроводом;

- обратный клапан и задвижка на каждом насосе.

Кроме того, всасывающие и напорные трубопроводы могут соединятся общими линиями (перемычками), на которых также устанавливаются задвижки.

6. Учет потерь напора внутри НС2

Определяем диаметры труб внутри насосной станции - всасывающие и напорные:

_,

_,

Заполняем таблицу 5.

Таблица 5. Расчет потерь напора внутри насосной станции

Участки	Q,м3/с	L,м	D,м	V,м/с	?о	?h,м
1-2	0,341	2	0,560		1	0,108
2-3	0,341	3	0,560		0,2	0,0353
3-4	0,341	2	0,600		2,5	0,193
4-5	0,341	2	0,450		2,6	0,641
5-6	0,341	3	0,500		1,5	0,258
6-7	0,341	2	0,500		1	0,172
					?=	1,4

Полный напор:

Н_полн. = Н_W +Н_г + h_с +h_вс + ??h,

[Н_полн. = 2,3 +55 + 15 +0,0428+1,40=73 м]

Определение числа рабочих насосов и выбор насосных агрегатов НС2

Подача насосов: 1-го насоса Q_рас=2453,3 м³/ч; 2-х насосов Q=1226,6 м³/ч;

Напор: Н=73м.

В данном проекте выбраны насосы (2 шт.) типа Д 1600-90, n=1450 об/мин.



Так как рабочая точка лежит выше насоса с диаметром колеса D=460 мм,то принимаем насос с D=515 мм. Рабочие характеристики насосов и трубопроводов представлены в таблицах(таб.6,7,8,9) и диаграмме(диаграмма 2).

Таблица 6. Характеристика 2-х насосов:

Q	H'	Qобщ	H''
400	95	800	95
600	94,5	1200	94,5
800	93	1600	93
1000	90	2000	90
1200	86	2400	86
1400	80	2800	80
1600	71	3200	71
1800	60	3600	60

Таблица 7. Характеристика 2-х трубопроводов:

Q	S2*Q^2	S2	H2	Hг
400	0,4784	0,00000299	55,4784	55
500	0,7475	0,00000299	55,7475	55
700	1,4651	0,00000299	56,4651	55
1000	2,99	0,00000299	57,99	55
1500	6,7275	0,00000299	61,7275	55
2000	11,96	0,00000299	66,96	55
2300	15,8171	0,00000299	70,8171	55
2500	18,6875	0,00000299	73,6875	55
3000	26,91	0,00000299	81,91	55

Таблица 8. Характеристика 1-го трубопровода:

Q	S1*Q^2	S1	H1
400	1,92	0,000012	56,92
500	3	0,000012	58
700	5,88	0,000012	60,88
1000	12	0,000012	67
1500	27	0,000012	82
1900	43,32	0,000012	98,32

Диаграмма 2

Режим работы насосов по часам суток

Город потребляет воду в течение суток неравномерно. Необходимо задаться графиком потребления по часам суток. (таб.9)

Таблица 9

Часы суток	%	Q,м3/ч	Nнасосов	Низбыт	?н	Nизбыт
0-1	3,3	1518	1	11	0,835	55,61
1-2	3,2	1472	1	17	0,835	83,33
2-3	2,9	1334	1	24	0,83	107,26
3-4	2,9	1334	1	24	0,83	107,26
4-5	3,3	1518	1	11	0,836	55,54
5-6	3,8	1748	2	29	0,82	171,90
6-7	4,2	1932	2	26	0,84	166,28
7-8	4,5	2070	2	21	0,84	143,90
8-9	4,6	2116	2	20	0,84	140,09
9-10	4,7	2162	2	17	0,84	121,67
10-11	4,4	2024	2	27	0,84	180,90
11-12	4,3	1978	2	28	0,84	183,34
12-13	4,3	1978	2	28	0,84	183,34
13-14	4,4	2024	2	27	0,84	180,90
14-15	4,5	2070	2	21	0,84	143,90
15-16	4,7	2162	2	17	0,84	121,67
16-17	5	2300	2	13	0,84	98,98
17-18	5,4	2484	2	10	0,84	82,23
18-19	4,6	2116	2	20	0,84	140,09
19-20	4,4	2024	2	27	0,84	180,90
20-21	4,4	2024	2	27	0,84	180,90
21-22	4,5	2070	2	21	0,84	143,90
22-23	4,2	1932	2	26	0,84	166,28
23-24	3,5	1610	1	7	0,834	37,57
	100	46000				3177,69

Таблица 10. Определение регулирующей емкости РЧВ

Часы суток	Расход Q,м3/ч	Подача воды в РЧВ	Разность	Накопление	Объем РЧВ
0-1	3,3	4,17	0,87	0,87	1,54
1-2	3,2	4,17	0,97	1,84	2,51
2-3	2,9	4,17	1,27	3,11	3,78
3-4	2,9	4,17	1,27	4,38	5,05
4-5	3,3	4,16	0,86	5,24	5,91
5-6	3,8	4,16	0,36	5,6	6,27
6-7	4,2	4,16	-0,04	5,56	6,23
7-8	4,5	4,16	-0,34	5,22	5,89
8-9	4,6	4,16	-0,44	4,78	5,45
9-10	4,7	4,16	-0,54	4,24	4,91
10-11	4,4	4,16	-0,24	4	4,67
11-12	4,3	4,16	-0,14	3,86	4,53
12-13	4,3	4,17	-0,13	3,73	4,4
13-14	4,4	4,17	-0,23	3,5	4,17
14-15	4,5	4,17	-0,33	3,17	3,84
15-16	4,7	4,17	-0,53	2,64	3,31
16-17	5	4,17	-0,83	1,81	2,48
17-18	5,4	4,17	-1,23	0,58	1,25
18-19	4,6	4,17	-0,43	0,15	0,82
19-20	4,4	4,17	-0,23	-0,08	0,59
20-21	4,4	4,17	-0,23	-0,31	0,36
21-22	4,5	4,17	-0,33	-0,64	0,03
22-23	4,2	4,17	-0,03	-0,67	0
23-24	3,5	4,17	0,67	0	0,67
	100	100

Определяем объем РЧВ:

W_регул. = 6,27·Q_сут = 6,27·46000/100 = 2884,2 м³ ,

W_пож. = q_пож ·3·n·3600/1000 = 120·3·3600/1000 = 1296 м³ ,

W=(2884,2+1296) ·5/100 = 209,01 м³ ,

W_РЧВ =2884,2 + 1296 + 209,01 = 4389,21 м³ ,

Н_РЧВ =Z_max - Z_min = 70 - 65 = 5 м ,

F = W_РЧВ / Н_РЧВ = 4389,2 /5 = 877,84 м² ,

Н_пож = W_пож. / F = 1296/877,84 = 1,476 мм=0,738 м,

h_загл = Н_РЧВ - Н_пож = 5-0,74 = 4,3 м

Размещено на Allbest.ru

...