Насосная станция водопроводной сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Построение характеристики водопроводной сети

2. Подбор насосов

3. Монтажное пятно устанавливаемых насосов

4. Проектирование машинного зала насосной станции

4.1 Расположение насосных агрегатов

4.2 Проектирование трубопроводов внутри насосной станции

4.2.1 Проектирование всасывающих трубопроводов

4.2.2 Проектирование напорных трубопроводов

4.3 Определение размеров машинного зала

5. Определение отметки оси насосной станции

6. Вспомогательное оборудование насосной станции

Заключение

Литература



Введение

Насосные станции систем водоснабжения и канализации представляют собой комплекс сооружений и оборудования, обеспечивающий водоподачу или водоотведение в соответствии с нуждами потребителя. Состав сооружений, их конструктивные особенности, тип и число основного и вспомогательного оборудования определяются исходя из принципов комплексного использования водных ресурсов и охраны природы с учетом назначения насосной станции и предъявляемых к ней технологических требований.

Насосные станции II подъема служат для подачи очищенной воды потребителям, обычно из резервуаров чистой воды.

В представленном курсовом проекте рассмотрена работа бесбашенной системы водоснабжения. В такой системе водоснабжения насосная станция II-го подъема подает воду непосредственно в сеть потребителя и поэтому режим работы насосной станции определяется режимом водопотребления объекта.

Насосная станция II-го подъема спроектирована на два расчетных случая:

· подача воды на хозяйственно питьевые нужды;

· подача воды на тушение расчетного количества пожаров при максимальном водопотреблении.

Для данного курсового проекта используем следующие исходные данные:

· Численность населения - 20тыс. чел;

· Геометрическая высота подъема - 45м;

· Потери напора в водопроводной сети и насосной станции - 15м;

· Потери напора в водопроводной сети при пожаротушении - 17м;

· Максимальный часовой расход - 350м³/ч;

· Минимальный часовой расход 40 м3/ч;

· Отметка земли у насосной станции - 130м;

· Расчетная отметка воды в резервуаре чистой воды - на 1м ниже уровня земли;

· Отметка земли в диктующей точки сети - 133м;

· Этажность застройки - 9 этажей;

· Расстояние от РЧВ до насосной станции - 50м;

· Насосная станция - II категории надежности.

1. 

1. Построение характеристики водопроводной сети

Характеристика системы - это зависимость требуемого напора от расхода в системе трубопроводов при условиях создания нормативного свободного напора в самой неблагоприятной (диктующей) точке сети. При изменении режима водопотребления диктующая точка может поменять свое положение. насосная станция трубопровод

Для упрощения расчетов принимаем предположение, что диктующая точка остается постоянной.

Требуемый напор при заданном расходе определяется по формуле:

, (1.1)

где Н_Г - геометрическая высота подъема, которую определяют как разность отметок пьезометра в диктующей точке и резервуаре чистой воды, по заданию принимаем Н_г = 41м; отсюда ;

Q - водопотребление, л/с;

S - гидравлическое сопротивление системы водоводов, определяется из зависимости:

, (1.2)

где q - максимальный часовой расход, q = 350м³/ч.

(1.3)

?h - сумма потерь напора равная 20м (по заданию).

Таким образом, требуемый напор в системе, т.е. высота на которую насос должен поднять воду составляет: 41 + 15 = 56.

Для данной системы трубопроводов можно определить сопротивление системы водоводов:

Составляем таблицу:

Таблица 1

Расход, м3/ч	Расход, л/с	Требуемый напор, м
30	8,33	27
50	13,89	33
100	27,78	40
150	41,67	52
250	69,44	54
350	97,22	56

Определение требуемых напоров при пожаре

Требуемый напор при пожаре можно определить как:

(2.2)

где Нн.с.пож. - отметка пьезометра у насосной станции при пожаре.

Расход, м3/ч	Расход, л/с	Требуемый напор, м
30	8,33	28
50	13,89	34
100	27,78	41
150	41,67	53
250	69,44	56
350	97,22	58



2. Подбор насосов

В данном курсовом проекте для подачи воды на хозяйственно питьевые нужды применены два насоса марки Wilo-NL 80/250-37-2-12-50Hz.

Параметры аналитических характеристик центробежного насоса типа «К»:

Одноступенчатый центробежный насос в качестве насоса на фундаментной раме согласно стандарту EN 733, с осевым всасывающим патрубком и радиальным напорным штуцером, для установки на фундаменте. Насос с опорой и присоединенной фланцами опорой подшипника, упругой муфтой/сменной муфтой (за дополнительную плату), кожухом муфты и мотором, установленными на общей фундаментной раме.

Мотор IEC с 3 термодатчиками. Манжетное уплотнение посредством скользящего торцевого уплотнения до температуры 120 °C. Искривление волн согласно стандарту ISO 5199. Корпус из серого чугуна, вал из нержавеющей стали, рабочее колесо из серого чугуна (рабочее колесо из бронзы доступно за дополнительную плату). Серийные моторы с более высоким коэффициентом полезного действия; начиная с номинальной мощности 0,75 кВт, моторы выполнены по технологии IE2.

Корпус : EN-GJL 250

Вал : X 20 Cr 13

Рабочее колесо : EN-GJL 250

Уплотн.вала со стор : EPDM

Bearing bracket : EN-GJL 250

Перекачиваемая среда : Вода, чистая 100 %

Расход : 250,00 m3/h

Напор : 61,00 m

Рабочая температура

(макс. 110/120 °C) : 8 °C

Рабочее давление (макс. 16 bar) :

Входное давление (макс. 10 bar) :

NPSH (насос) : 3,04 m

Вид тока : 3~400V/50Hz

Номинальная мощность мотора : 37 kW

- Частота вращения : 2960 1/min

- Номинальный ток : 64,9 A

- Класс защиты : IP 55

Напорный штуцер : DN 80 / PN 16

Всасывающий патрубок : DN 100 / PN 16



Размеры [mm]

a 125

L 1535

L3 800

L4 1475

h1 200

h2 280

h3 300

h4 580

S1 275

X 140

L1 1460

L2 260

B2 610

B3 550

S4 29

Двигатель:

Производитель: wilo

Motor: wilo 37/2

Требуемая мощность для рабочей точки: 28,67 kW

Для обеспечения надежности и бесперебойности подачи воды на насосной станции предусматриваем установку резервных насосных агрегатов.

Таблица 3

Количество рабочих агрегатов одной группы	Количество резервных агрегатов в насосных станциях для категории
	I	II	III
До 6	2	1	1
Св. 6 до 9	2	1	-
9	2	2	-

Согласно данной таблице принимаем один насос марки К150-125-250.



3. Монтажное пятно устанавливаемых насосов

Насос и электродвигатель будем компоновать в один агрегат. Монтировать их будем на общем фундаменте, толщина которого принята 500мм. Длина фундамента принимается равной длине агрегата насос - электродвигатель, ширина - расстоянию от всасывающего до напорного патрубка.

Поскольку общие размеры агрегата насос - электродвигатель L B составляют 1345 465 мм - размеры фундаментов под оборудование принимаем равными 1500 1500 мм.



4. Проектирование машинного зала насосной станции

4.1 Расположение насосных агрегатов

Расположение насосных агрегатов и трубопроводов в здании насосной станции должно обеспечивать надежность действия основного и вспомогательного оборудования, а также удобство, простоту и безопасность его обслуживания. Оборудование обычно компонуют исходя из минимальной протяженности внутристанционных коммуникаций и с учетом возможности расширения станции в будущем.

Схема расположения агрегатов в здании насосной станции целиком и полностью определяется типом, размерами и числом основных насосов, а также формой машинного здания в плане.

При установке насосных агрегатов типа К наиболее целесообразно принимать однорядное, параллельно продольной оси размещение агрегатов.

4.2 Проектирование трубопроводов внутри насосной станции

Всасывающие трубопроводы, предназначенные для надежного, бесперебойного и с наименьшими потерями энергии подвода воды к насосам, являются одним из наиболее ответственных элементов насосной станции.

Напорные трубопроводы транспортируют воду, находящуюся под давлением (напором), от насосов к очистным сооружениям, технологическим установкам или непосредственно к потребителю.

Трубопроводы внутри насосной станции выполняются из стальных труб и их диаметры назначаются из числа действующих ГОСТов. Соединение трубопроводов сварное, фланцевые соединения применяются только при присоединении трубопроводов к арматуре и насосному оборудованию. Укладка трубопроводов внутри насосной станции производится по полу на опорах.

4.2.1 Проектирование всасывающих трубопроводов

Основными требованиями, предъявляемыми к всасывающим трубам центробежных насосов, с точки зрения обеспечения ими надежного и бесперебойного подвода воды, являются полная их воздухопроницаемость (т.к. попадание воздуха в межлопастные каналы рабочего колеса насоса весьма отрицательно сказывается на его характеристиках) и исключение возможности образования воздушных "мешков". Даже небольшое количество (до 1% по объему) наличие нерастворенного воздуха может уменьшить подачу насоса на 5-10%, а при увеличении содержания воздуха до 10-15% насос теряет всасывающую способность и происходит срыв его работы.

Количество всасывающих линий к насосной станции независимо от числа и групп установленных насосов, должно быть не менее 2-х [1].

Диаметры труб определяются по формуле:

(6.1)

где Q = 350м³/ч = 0,096м³/с = 82л/с

V - экономичная скорость, определяемая по таблице 5.

Таблица 5

Диаметр труб, мм	Скорости движения воды в трубопроводах насосных станций, м/с
	всасывающие	напорные
До 250	0,6 - 1	0,8 - 2
Св. 250 до 800	0,8 - 1,5	1 - 3
Св. 800	1,2 - 2	1,5 - 4



Условно принимаем скорость V = 1м/с.

Принимаем трубопровод диаметром 304,4 мм (v=1,0 м/c).

Всасывающий коллектор (2 линии, рассчитанные на пропуск полного расчетного расхода):

Q =325/ч = 0,071м³/с

Принимаем D = 304,4мм. Пересчитываем скорость:

(6.2)

4.2.2 Проектирование напорных трубопроводов

Напорный коллектор, как и всасывающий, проектируется чаще всего в помещении машинного зала. Количество напорных линий от насосных станций I и II категории должно быть не менее 2-х [1]. Для данной насосной станции II подъема принимаем один напорный коллектор с 2 напорными линиями.

К150-125-250. Принимаем скорость V = 1,5м/с.

Принимаем трубопровод диаметром 253 мм (v=1,29 м/c).

Напорный коллектор (2 линии, рассчитанные на пропуск полного расчетного расхода):

Q = 250м³/ч = 0,069м³/с. Принимаем скорость V = 1,5м/с.

Принимаем D = 253мм. Пересчитываем скорость:

4.3 Определение размеров машинного зала

Здания насосных станций 2-го подъема чаще всего бывают наземного или полузаглубленного (до 0,5) типа и реже глубокого (шахтные). Здания заглубленного типа состоят из двух частей: подземной и верхнего строения. Подземную часть выполняют из сборных ж/б блоков и реже в виде монолитных конструкций. Отметку верха подземной части выводят под уровнем поверхности земли на 0,3…0,5 м.

Верхнее строение насосной станции представляет собой одноэтажное строение каркасной или бескаркасной конструкции. Бескаркасная конструкция выполняется чаще всего из кирпичной кладки.

Размеры бескаркасных зданий в плане принимают кратным 1,5 м.

Кровля верхнего строения станции выполняют из сборных ж/б плит толщиной до 300 мм с последующим утолщением и укладкой нескольких слоев (2-3) рубероида на битумной мастике.

В машинном зале необходимо предусмотреть ворота для подвода оборудования на монтажную площадку. Размеры ворот зависят от максимальных габаритов оборудования и транспортных средств, доставляющих это оборудование: 3 х 3; 3,6 х 3,6; 4 х 3; 4 х 4,2; 4,8 х 5,4; 4,7 х 5,6м.

На размеры машинного зала большое влияние оказывает компоновка принятого технологического оборудования.

Размещение запорной арматуры на всасывающих напорных трубопроводах должно обеспечивать возможность замены или ремонта любого из насосов. Задвижки на трубопроводах любого диаметра при дистанционном или автоматическом управлении должна быть с электроприводом.

Напорная линия каждого насоса должна быть оборудована запорной арматурой и обратным клапаном, устанавливаемым между насосом и запорной арматурой.

Всасывающая линия каждого насоса оборудуется запорной арматурой при расположении насосов под заливом или присоединенным к общему всасывающему коллектору. На всасывающем трубопроводе предусматриваем непрерывный клон к насосу не менее 0,005.

Соединение насоса с трубопроводами осуществляется посредством переходов. Длину такого перехода можно определить из выражения:

(6.3)

где D - присоединительный диаметр фланца насоса, мм (принимается по каталогу);

d - условный диаметр трубопровода, мм.

Длины переходов на всасывающих трубопроводов:

Длины переходов на напорных трубопроводов:

,

Принимаем 620мм.

Следует особо отметить, что соединения всасывающих трубопроводов внутри насосной станции производится по верхней образующей, а при изменении диаметров трубопроводов следует применять эксцентрические переходы.

При любой схеме расположения насосных агрегатов в здании насосной станции должно обеспечивать полную их безопасность и удобство обслуживания, а также возможность монтажа и разборки насосов и электродвигателей.

Размеры машинного здания станции в плане определяются после выборы схемы расположения насосных агрегатов и компоновки внутристанционных трубопроводов с учетом рекомендуемых расстояний между стенками зданий и элементами оборудования:

- между насосами или электродвигателями - 1м;

- между насосами или электродвигателями и стеной в заглубленных помещениях - 0,7м;

- между неподвижными выступающими частями оборудования - 0,7 м;

- в прочих - 1м;

- между агрегатами и электрораспределительным щитом - не менее 2м.

На отметке пола надземной части машинного зала насосной станции необходимо предусмотреть монтажную площадку. Размеры этой площадки должны быть такими, чтобы на ней разместился наибольший насосный агрегат с учетом проходов по периметру площадки не менее 1м, перилами высотой 1м.

Учитывая размеры агрегатов и рекомендуемые расстояния между стенками зданий и элементами оборудования общую длину принимаем равной 18м, а ширину - 9м.

4.4 Проектирование подземной части здания насосной станции

В заглубленных и полузаглубленных насосных станциях должны быть предусмотрены мероприятия против возможного затопления агрегатов при аварии в пределах машинного зала путем расположения электродвигателей насосов на высоте не менее 0,5 м от пола машинного зала.

Уровень пола машинного зала устанавливается в зависимости от расчетной отметки уровня воды в резервуарах чистой воды, от расположения оси насоса относительно расчетного уровня в резервуарах чистой воды(определяется далее) и от конструкции всасывающей линии.



5. Определение отметки оси насосной станции

Отметку оси насосов следует определять, как правило, из условия установки корпуса насосов под заливом.

При определении отметки оси насосов следует учитывать допустимый кавитационный запас насосов, потери напора во всасывающем трубопроводе и температурные условия.

Кавитация представляет собой нарушение сплошности жидкости, которое происходит в тех участках потока, где давление, понижаясь, достигает некоторого критического значения. Этот процесс сопровождается образованием большого числа пузырьков, наполненных преимущественно парами жидкости, а также газами, выделившимися из раствора. Находясь в области пониженного давления, пузырьки увеличиваются и превращаются в большие пузыри = каверны. Затем эти пузыри уносятся потоком в область с давлением выше критического, где разрушаются практически бесследно вследствие конденсации заполняющего их пара. Таким образом, в потоке создается довольно четко ограниченная кавитационная зона, заполненная движущимися пузырьками.

Качественное изменение структуры потока, вызванное кавитацией, приводит к изменениям режима работы гидравлической машины. Эти изменения принято называть последствиями кавитации.

Разрушение, или, как принято говорить «захлопывание» кавитационных пузырей при переносе их потоком в область с давлением выше критического происходит чрезвычайно быстро и сопровождается своего рода гидравлическими ударами.

В большинстве случаев кавитация сопровождается разрушением поверхности, на которой возникают и некоторое время существуют кавитационные пузыри. Это разрушение, являющееся одним из самых опасных последствий кавитации, называют кавитационной эрозией. Механические повреждения рабочих органов гидравлических машин в результате кавитационной эрозии могут за относительно короткий срок достигнуть размеров, затрудняющих нормальную эксплуатацию машин и даже делающих ее практически невозможной.

Для того, чтобы отметка уровня пола машинного зала была наименьшей следует отметку оси насоса принять равной отметке воды в резервуаре и проверить насос на бескавитационную работу. Проверка насосного оборудования на бескавитационную работу производится по формуле:

(7.1)

где Р_а - атмосферное давление, (Р_а = 10м).;

Р_н.п. - давление насыщенных напоров, (для t = 20^оС - Р_н.п. = 0,24);

- суммарные потери напора на всасывающем трубопроводе, м, которые складываются из потерь напора по длине на преодоление местных сопротивлений.:

, (7.2)

Потер напора по длине h_дл можно определить по известным формулам гидравлики или по табл. Шевелева.

(7.3)

где 1000i - гидравлический уклон в м/км,

1000i = 4,8 (по таблице Шевелева)

l - длина трубопровода в км (l = 60м = 0,06км).

Потери напора на преодоление местных сопротивлений h_м определяются, исходя из наличия различных фасонных частей и арматуры по формуле:

, (7.4)

где - коэффициент местных сопротивлений на трубопроводе (принимается по табл. приложение 9);

V_вс - скорость движения жидкости во всасывающем трубопроводе, м/с;

Z - расстояние по вертикали между отметкой оси насоса и отметкой воды в резервуаре ( при расположении оси насоса ниже уровня воды в резервуаре).

При этом должно соблюдаться условие:

(7.5)

где - допустимый кавитационный запас насоса, определяется по каталогу насоса для его рабочей точки (3м).

При применении к установке разных типоразмеров насосов необходимо определяется с отметкой оси каждого насоса, увязав все отметки трубопроводов.

Если для насоса не выполняется требование (7.5), необходимо отпустить ось насоса на величину Z, определив его из выражения (7.1).

Местные сопротивления: задвижка, тройник, тройник, задвижка, тройник, задвижка, сужение.

(>3м)

Все насосы будут работать в бескавитационном режиме, поэтому оси насосов располагаем на одном уровне с отметкой воды в резервуаре.

6. Вспомогательное оборудование насосной станции

Дренажное устройство

Дренажный колодец в комплексе с насосной установкой представляет собой дренажное устройство. Оно предназначено для сбора воды, которая просачивается через сальниковые устройства и откачки ее на дневную поверхность, или в ближайший канализационный колодец. Дренажный колодец, как правило, устраивается в торце машинного зала насосной станции под монтажной площадкой. Объем колодца принимают равным 10-15-минутной подаче дренажного насоса. К дренажному колодцу воду подводят лотками, а пол машинного отделения устраивается в сторону лотков с уклоном не менее 0,005.

Для откачки воды из колодца предусматривается дренажный насос ВК-1/16, производительностью 1,1-3,7м³/час. К установке принимается два насоса (рабочий и резервный).

Грузоподъемное устройство

Подъемно-транспортные механизмы на водопроводных насосных станциях служат в основном для монтажа и демонтажа оборудования, трубопроводов и фасонных частей, для произведения погрузки и разгрузки их с автотранспорта на монтажную площадку, а также для производства ремонтных работ.

Максимальная масса агрегата равна 420 кг. Поэтому применяем кран-балку с грузоподъемностью 1,0т.

Арматура

На напорных станциях используется следующая арматура: запорно-регулирующая (задвижки, вентили, затворы), предохранительная (клапаны, гасители энергии гидравлического удара), контрольно-измерительная (водомеры, манометры, вакуумметры).

Напорная линия каждого насоса должна быть оборудована запорной арматурой и обратным клапаном, устанавливаемым между насосом и запорной арматурой. На всасывающих линиях запорную арматуру следует устанавливать у насосов, расположенных под залив, или в месте присоединения насосов к общей всасывающей линии.

Вывод в резерв любого насоса для его ремонта должен осуществляться без снижения расчетной подачи насосной станции.

На насосной станции II категории при ремонте любой задвижки или затвора, обратного клапана или трубопровода должно обеспечиваться 70 % расчетной подачи на хозяйственно-питьевые нужды.

На данной насосной станции применяем параллельны задвижки с выдвижным шпинделем с электрическим приводом 30ч90ббр диаметром 250 и 300мм.

Обратные клапаны используем для того, чтобы при аварийной остановке насоса воспрепятствовать обратному через насос течению воды из напорного трубопровода. Обратное течение может привести к опорожнению напорных водоводов и опасному обратному вращению насоса и электродвигателя.

В данном проекте предусмотрены обратные поворотные фланцевые клапаны 19ч16р диаметром 250мм.



Заключение

В данном курсовом проекте запроектирована водопроводная насосная станция второй категории надежности с общей производительностью насосных агрегатов Q = 305м³/ч.

Заданная производительность насосной станции обеспечивается совместной работой двух насосов К150-125-250 с электродвигателем 4АМ160М2У3 мощностью 18,5 кВт. Согласно нормам СНиПа предусмотрена установка одного резервного насоса той же марки. Поскольку предположительно планируется расширение населенного пункта, с последующим ростом водопотребления, предусматриваем место для дополнительного насосного агрегата.

В подземной части насосной станции, выполненной из монолитного железобетона, предусмотрена обмазочная битумная гидроизоляция. Размеры насосной 9 18м, толщина наружных стен 400мм. Верхнее строение здания насосной представляет собой сооружение промышленного типа, выполненное из стеновых панелей. На кровле здания укладывается гидроизоляция на битумной основе из рулонного рубероида (2-3) слоя. В здании насосной предусмотрены: диспетчерская, мастерская и санузел.

Согласно ГОСТам осуществлен подбор всей необходимой арматуры (обратные клапаны, задвижки).

Для осуществления подъемно-транспортных работ выбрано подъемное устройство грузоподъемностью 1,0т.



Литература

1. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Нормы проектирования.-М.: Стройиздат, 1985. - 136с;

2. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. Нормы проектирования. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 72 с.;

3. Залуцкий Э.В. Насосные станции. Курсовое проектирование / Э.в. Залуцкий, А.И. Петрухно. - Киев: Вища шк.Головное изд-во, 1987. - 167 с.;

4. Насосные и воздуходувные станции: учеб.-метод. Комплекс / сост. И общ. Ред. Т.В. Козицина. - Новополоцк: ПГУ, 2007. - 176 с.

Размещено на Allbest.ru

...