Повысительная насосная станция

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ивановский государственный политехнический университет»

Кафедра «Гидравлики, теплотехники и инженерных сетей»

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

на тему: «Повысительная насосная станция»

Выполнил: ст. гр. бТГВ-41

Мерзляков А.А.

Проверил: к.т.н., доцент

Ометова М.Ю

Иваново 2017



Реферат

Пояснительная записка содержит: 22 страницы, 3 таблицы, 28 формул, 2 графика, 3 рисунка, 4 использованных источника.

Ключевые слова: насосная станция, водопотребление, подача, напор, резервуар чистой воды, водоводы, высота всасывания, выбор насоса.

Цель работы: Разработать проект насосной станции с выбором основного и вспомогательного оборудования, с анализом совместной работы насосов.

В ходе данного курсового проекта была определена расчётная схема водопроводной насосной станции. Разработан режим работы станции с определённым количеством насосов. Выбраны насосы и вспомогательное оборудование. Определён объем РЧВ. Произведен анализ совместной работы насосов и водоводов.



Содержание

насос оборудование водоснабжение машинный

Задание

Нормы и объемы водопотребления

Режимы водопотребления и работы систем водоснабжения

Технологическая часть

Расчётная схема подачи воды

Режим работы насосов

Расчёт трубопроводов

Выбор типа насосов

Расчётная схема насосной станции

Определение отметки оси насоса и пола машинного зала

Выбор вспомогательного оборудования

Построение графика совместной работы насосов и водоводов

Расчет резервуара чистой воды

Заключение

Библиографический список



Нормы и объемы водопотребления

Основными видами потребления воды являются: хозяйственно-питьевое водопотребление жителей населенных пунктов; водопотребление промышленных предприятий; водопотребление, связанное с благоустройством территорий (поливка улиц, зеленых насаждений и пр.); использование воды для пожаротушения; собственные нужды системы водоснабжения.

Среднесуточный (за год) объем водопотребления, м³/сут, на хозяйственно-питьевые нужды определяют по формуле:

(1)

где q_жi - норма удельного водопотребления, л/(сут·чел), соответствующая i-й степени санитарно-технического благоустройства жилых зданий и принимаемая по табл. 1.1;

N_i - расчетное число жителей, проживающих в районах жилой застройки с i-й степенью благоустройства, на конец рассматриваемой очереди строительства.

Потребление воды на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта неравномерно в течение года. Наблюдаются колебания суточного расхода: сезонные, связанные с изменением температуры и влажности в отдельные времена года, а также недельные и суточные, обусловленные особенностями водопотребления в различные дни недели (будни, выходные, предпраздничные и праздничные дни). Системы водоснабжения должны быть запроектированы на пропуск максимального суточного расхода воды, м³/сут, равного:



(2)

где K_{cут max} = 1,1 1,3 - максимальный коэффициент суточной неравномерности водопотребления, учитывающий уклад жизни населения, режим работы предприятий, степень благоустройства зданий, изменение водопотребления по сезонам года и дням недели;

Q_{cут m} - расчетный (средний за год) суточный расход воды, м³/сут, определяемый по формуле (1.1).

В отдельных случаях требуется проверка работы системы водоснабжения при минимальном суточном расходе воды, м³/сут, определяемом по формуле

(3)

где K_{cут min} = 0,70,9 минимальный коэффициент суточной неравномерности водопотребления.

Режимы водопотребления и работы систем водоснабжения

При расчете систем водоснабжения необходимо учитывать не только изменения расходования воды потребителями по дням в течение года, но и изменения, происходящие в отдельные периоды суток.

Существуют различные методы описания процессов водопотребления в течение суток. В современной практике проектирования, данные о режиме водопотребления представляют в табличной, интегральной, аналитической или графической форме. Во всех случаях для этого используют коэффициенты часовой неравномерности водопотребления:

· максимальный - отношение максимального часового расхода воды к среднему часовому в сутки максимального водопотребления:

(4)

· минимальный - отношение минимального часового расхода воды к среднему часовому в сутки минимального водопотребления:

(5)

Коэффициент б учитывает степень санитарно-технического благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные условия. Его принимают равным б_max = 1,2 1,4; б_min = 0,4 0,6;

Коэффициент в учитывает влияние числа жителей в населенном пункте.

Абсолютное значение расхода воды Q_i-j, м³/ч, определяют по формуле:

(6)

где a_i-j - водопотребление в час i - j, %, при соответствующем значении К_{ч max};

Q _сутmах - максимальный суточный расход воды, м³/сут.

Расчет расхода воды за период 0-1 час:

Расчет максимального расхода воды за период 0-1 час:

По СНиП 2.04.85 - на 1ученика, 1 преподавателя в смену;

Школа - 550уч., следовательно ;

Результаты расчетов сводятся в Табл. 2.1.

Табл. 1

Расчет часовых расходов воды

Часы суток	Водопотребление ai-j, %	Расход воды, Qi-j, м3/ч	Водопотребление школой ai-j, %	Расход воды школой, Qi-j, м3/ч	Максимальный расход, Qi-jmax, м3/ч
1	2	3	4	5	6
0-1	1,5	234	0,15	0,010	234,010
1-2	1,5	234	0,15	0,010	234,010
2-3	1,5	234	0,15	0,010	234,010
3-4	1,5	234	0,15	0,010	234,010
4-5	2,5	390	0,15	0,010	390,010
5-6	3,5	546	0,25	0,014	546,014
6-7	4,5	702	0,30	0,019	702,019
7-8	5,5	858	23,50	1,486	859,486
8-9	6,25	975	6,80	0,430	975,430
9-10	6,25	975	4,60	0,291	975,291
10-11	6,25	975	3,60	0228	975,228
11-12	6,25	975	2,00	0,127	975,127
12-13	5	780	3,00	0,190	780,190
13-14	5	780	6,25	0,395	780,395
14-15	5,5	858	6,25	0,395	858,395
15-16	6	936	3,00	0,190	936,190
16-17	6	936	4,00	0253	936,253
17-18	5,5	858	3,60	0,228	858,228
18-19	5	780	3,30	0,209	780,209
19-20	4,5	702	5,00	20,316	702,316
20-21	4	624	2,60	0,164	624,164
21-22	3	468	18,60	1,176	469,176
22-23	2	312	1,60	0,101	312,101
23-24	1,5	234	1,00	0,063	234,063
Всего:	100	15600	100	6,325	15606,325

По результатам расчета строится график водопотребления городом по часам суток (Граф.1)

Граф. 1 Водопотребление городом по часам суток

Технологическая часть

Задачей насосной станции второго подъёма является подача воды из резервуаров чистой воды к потребителям и в бак водонапорной башни. Напор насосной станции должен быть достаточен для преодоления всех гидравлических сопротивлений водоводов и распределительной сети, а также для создания некоторых необходимых напоров у потребителей.

Порядок проектирования зависит от условий состава исходных данных. Однако можно рекомендовать некоторую укрупнённую схему расчёта, включающую в себя следующие основные этапы:

ь Составление расчётной схемы.

ь Выбор режима работы насосов и числа насосных агрегатов.

ь Определение расчётной подачи насосов.

ь Расчёт трубопроводов.

ь Определение требуемого напора насосов.

ь Выбор насосов.

ь Анализ совместной работы насосов и трубопроводов.

ь Определение допустимой отметки оси насосов.

ь Выбор вспомогательного оборудования.

ь Проектирование здания насосной станции.

Расчетная схема подачи воды

Проектирование насосной станции целесообразно начинать с расчетной схемы подачи воды. На схеме наносятся все основные элементы проектируемой системы. Схему можно выполнять без масштаба, но на ней необходимо указать все необходимые расстояния и геодезические отметки.



Рис. 1 Расчетная схема подачи воды 1 - резервуар чистой воды (в качестве РЧВ используется источник питания - река); 2 - всасывающие линии; 3 - насосная станция; 4 - водоводы; 5 - точка питания городской сети; 6 - пьезометрический график для режима пропуска расчётного х/п расхода; 7 - пьезометрический график для режима пропуска пожарного расхода; 8 - пьезометрический график для режима максимального транзита воды в башню



Режим работы насосов

Требуемая среднечасовая подача насосов в период максимального водопотребления:

(7)

где - общее водопотребление за период максимального водопотребления;

- часовой расход воды у потребителей за этот период;

- продолжительность периода максимального водопотребления.

По аналогии требуемая среднечасовая подача насосов в период минимального водопотребления определяется из соотношения:

(8)

где - общее водопотребление за период минимального водопотребления;

- продолжительность периода минимального водопотребления.

Рекомендуемое к установке количество рабочих насосов пропорционально отношению найденных максимальной и минимальной подач насосной станции:



(9)

где к- коэффициент пропорциональности, принимаемый по возможности нименьшим целым числом

В период максимального водопотребления работают все насосы, т.е. число работающих насосов.

В период минимального водопотребления число работающих насосов определяется по формуле:

(10)

Количество насосо-часов работы насосной станции за сутки:

(11)

Расчетная подача одного насоса определяется по формуле:

(12)

где - суточная подача насосной станции, равная суточному водопотреблению.

По результатам расчета определяем расчетные подачи насосной станции в любой час суток:

(13)

2 насоса:

3 насоса:

По результатам расчета строится совмещенный график водопотребления городом по часам суток и работы насосной станции (Граф.2)

Граф. 2 Совмещенный график водопотребления городом и работы насосной станции



Расчет трубопроводов

Расчет внешних и всасывающих трубопроводов выполняется с определения их диаметров и потерь напора в них.

Расчетный расход воды по трубопроводу определяется по формуле:

(14)

где N - количество параллельно работающих трубопроводов;

Q_р - расчетная подача насосной станции.

Всасывающие трубопроводы

Принимаем оптимальную скорость V=1,5м/с;

Ориентировочное значение диаметра:

По ГОСТ 18599-83 расчетный внутренний диаметр трубы: D_ГОСТ=0,280м;

Для диаметра (ГОСТ) находим гидравлический уклон i и уточненное значение скорости V по таблицам Шевелева:

i =0,00403; V = 1,17 м/с; lвс=10 м (длина всасывающего трубопровода).

Потери напора по длине:

0,0403 м

Местные потери напора:

где -сумма местных сопротивлений, установленных на расчетном участке трубопровода.2,5+0,5 Суммарные потери напора:

Напорные трубопроводы

Принимаем оптимальную скорость V=2м/с;

Ориентировочное значение диаметра:

По ГОСТ 18599-83 расчетный внутренний диаметр трубы: D_ГОСТ=0,250м;

Для диаметра (ГОСТ) находим гидравлический уклон i и уточненное значение скорости V по таблицам Шевелева:

i = 0,00263; V =1,47 м/с;l_нап =600 м (длина напорного трубопровода).

Потери напора по длине:

Местные потери напора:

где -сумма местных сопротивлений, установленных на расчетном участке трубопровода.0,1)

Суммарные потери напора:

Выбор насосов

Минимальный свободный напор Н_{св min}, м, в сети водопровода населенного пункта при максимальном хозяйственно-питьевом водопотреблении на вводе в здание над поверхностью земли должен приниматься исходя из расчета 10 м для одноэтажной застройки плюс 4 м на каждый последующий этаж:

Н_{св min} = 10+ 4(n--1), (15)

Н_{св min} = 10+ 4(5--1)=26м;

Расчетный напор:

H=H_г+h_нап+h_вс+H_св (16)

H=5+1,427+0,25+26=32,68м.

По расчетному напору и расходу выбираем насосы: Grundfos NB 100-250/274 EUP с Q=252 м³/ч и H=32,69 м; КПД_нас=82,7%; КПД_общ.=72,1%.

Рис. 2 Насос Grundfos NB 100-250/274

Расчетная схема насосной станции

На станциях II подъёма количество резервных насосов принимается в зависимости от класса надёжности станции. При установке противопожарных насосов следует предусматривать один резервный агрегат.

Насосные станции противопожарных и объединенных хозяйственно-противопожарных или производственно-противопожарных водопроводов следует относить к I классу по надёжности действия. Если схемой водоснабжения предусмотрено устройство противопожарных ёмкостей, обеспечивающих необходимый напор, то насосную станцию следует относить к II классу.

Общее количество устанавливаемых насосов определяется суммой рабочих и резервных агрегатов. На его основе может быть составлена расчётная схема насосной станции.

Обычно все насосы работают на один напорный коллектор, от которого вода отводится по напорным трубопроводам. Количество напорных водоводов рекомендуется принимать не менее двух.

Определение отметки оси насоса и пола машинного зала

В НС-II 1-ой категории насосы устанавливаются под залив, т.е. ниже уровня противопожарного запаса воды в источнике.

(17)

Z_и - отметка минимального уровня воды в РЧВ (дна резервуара), м;

а - расстояние от оси насоса до верха корпуса насоса, м

Отметка пола машинного зала:

, м (18)

- отметка оси насоса в м;

- высота фундамента над уровнем пола. Обычно =0,15…0,2 м. В нашем случае принимаем =0,2 м;

- размер оси насоса от нижней опорной плоскости установочной плиты или рамы до оси. В данном случае: = 0,225 м.

Выбор вспомогательного оборудования

Для привода насоса применяют электродвигатели. Выбор двигателя производится по требуемой мощности и частоте вращения.

Требуемая мощность двигателя:



(19)

N - мощность на валу насоса ();

- к. п. д. электродвигателя, ориентировочно принимаемый в диапазоне 0,85…0,95 и уточняемый при выборе двигателя;

- к. п. д. передачи. Обычно применяется непосредственное соединение валов двигателя и насосов с помощью муфты. В этом случае ;

k - коэффициент запаса мощности, учитывающий возможные перегрузки двигателя равен k =1,15.

Выбираем тип электродвигателя - MMG250MA, КПД_двиг=93,1%.

В результате утечек через сальники насосов, при выполнении аварийных и ремонтных работ, в машинном зале может скапливаться вода. Для её удаления устанавливаются дренажные насосы (один рабочий и один резервный). Подача дренажного насоса принимается в пределах 10…30 л/с. Напор зависит от подземной части здания и обычно составляет 10…20 м.

Для монтажа, ремонта и демонтажа оборудования, арматуры и трубопроводов предусматривают подъёмно-транспортное оборудование с ручным приводом, при массе грузов до 3000 кг - подвесную кран-балку.

Электропитание насосных станций осуществляется от понижающих трансформаторов, необходимая мощность которых определяется:

(20)

УN - суммарная мощность электродвигателей насосов (без учета резервных) в кВт;

- коэффициент трансформаторного резерва ( =1,5);

- коэффициент, учитывающий дополнительную мощность на освещение и другие нужды ( =1,05);

Выбираем трансформатор марки ТМ 400/10-04.

На насосных станциях предусматривается установка одного рабочего и одного резервного трансформатора.

Построение графика совместной работы насосов и водоводов

Анализ совместной работы насосов и водоводов выполняется с целью уточнения рабочих параметров и для проверки аварийных и пожарного режимов. Анализ выполняется графическим способом с помощью совместных характеристик насосов и системы трубопроводов.

На насосных станциях обычно применяется параллельная работа насосов. Суммарная характеристика нескольких параллельно работающих насосов строится графическим сложением их характеристик. С этой целью на графике Н - Q строятся характеристики всех рабочих насосов, взятые из каталога.

Далее на том же графике в координатах Н - Q строятся необходимые характеристики системы водоводов, совместно с которыми работает насосная станция. Уравнение характеристики водоводов:

Н = Н_ст +SQ², м (21)

где Н_ст - статический напор в м;

Q - расход воды по водоводам в м³/с;

S - сопротивление системы водоводов в с²/м⁵.

Статический напор:

Н_ст = Н_г + Н_св, м (22)

где Н_г - геометрическая высота подъема жидкости в м;

Н_св - свободный напор в точке питания в м.

Величина SQ² представляет собой суммарные потери напора в системе водоводов, поэтому сопротивление S можно определить как сумму:

S = S_вс + S_ст + S_н, с²/м⁵ (23)

где S_вс - сопротивление всасывающей линии, с²/м⁵;

S_ст - сопротивление внутристанционных коммуникаций, с²/м⁵;

S_н - сопротивление напорной линии, с²/м⁵.

Значения этих сопротивлений могут быть найдены по формулам:

, с²/м⁵; , с²/м⁵; , с²/м⁵. (24)

где Q_р - расчетная подача насосной станции, м³/с;

h_вс - суммарные потери напора во всасывающей линии в м;

h_ст - внутристанционные потери напора в м (потери напора в коммуникациях составляют 1,5…2,0 м, в нашем случае принимаем h_ст = 1,5 м);

h_н - суммарные потери напора в напорной линии в м.

h = h_вс + h_н, м (25)

Задаваясь различными Q в формуле Н = Н_ст +SQ² определяют соответствующие напоры Н и по результатам расчета строят графическую характеристику системы водоводов.

Для дальнейшего анализа режимов работы насосов в аварийных ситуациях потребуется характеристика системы водоводов с одной отключенной ниткой на напорной линии (авария на водоводе). Для ее построения необходимо найти сопротивление напорной линии в аварийной ситуации, которое с достаточной для практики точностью определяется выражением:

, с²/м⁵ (26)

где S_н - сопротивление напорной линии в расчетном режиме, с²/м⁵;

N - число параллельных ниток напорных водоводов (N =2).

Построение характеристики ведется тем же способом, что и для расчетного режима, только вместо S_н принимается .

Результаты расчетов для построения характеристики совместной работы насосов и водоводов

Совместный график работы:

Н_ст = 5 + 26=31м;

с²/м⁵;

с²/м⁵;

с²/м⁵

S = 5,7+34,1+38,14=77,94 с²/м⁵;

Н = 31 +77,94•Q²;

Авария на водоводе:

Сопротивление напорной линии:

с²/м⁵;

Сопротивление системы водоводов в аварийной ситуации:

S = 5,7+34,1+152,56=192,36 с²/м⁵;

Н = 31+192,36•Q²;

Пожар:

Н = Н_ст +S•Q²;

Н_ст =10 м;

Н = 10 +77,94•Q²;

Табл. 2

Результаты расчетов для построения характеристики совместной работы насосов и водоводов

Q, м3/с	0	200	400	600	800	1000
1	2	3	4	5	6	7
Два водовода
Н, м	31	31,24	31,96	33,17	34,85	37,01
Один водовод. Авария
Н, м	31	31,60	33,38	36,34	40,50	45,84
Пожар
Н, м	10	10,24	10,96	12,17	13,85	16,01

Резервуары чистой воды

Полный объем резервуаров чистой воды W_рчв м³, должен включать кроме регулирующего объёма W_р, запас воды на тушение пожаров W_пож и запас воды на собственные нужды очистных сооружений W_с.н.:

W_рчв = W_р+W_пож+W_с.н. (27)

Противопожарный запас W_пож м³, определяют, исходя из необходимости тушения расчетных пожаров в течении трех (иногда двух) часов максимального водопотребления с учетом поступления воды в РЧВ из очистных сооружений на протяжении всего периода тушения пожаров:

W_пож=t_пож•Q_пож+?Q_max•t-t_пож•Q_ос (28)

где t_пож - расчетная продолжительность тушения пожаров, ч; Q_пож - расчетный противопожарный расход воды, м /ч; ?Q_max•t - максимальная сумма расходов воды в смежные часы принятого периода тушения пожаров, включающая час максимального водопотребления, м³; Q_ос - расход воды, поступающий в резервуары чистой воды из очистных сооружений в период тушения пожаров, равный среднечасовому расходу воды в сутки максимального водопотребления Q_{сут max} /24, м /ч.

Запас воды на собственные нужды очистных сооружений W_с.н. определяют в зависимости от технологии обработки воды, типа применяемых сооружений и др. При пользовании на очистных сооружениях скорых фильтров и контактных осветлителей запас воды в резервуарах должен приниматься на одну дополнительную промывку фильтров или осветлителей. Ориентировочно в этом случае запас воды может быть принят в размере 5...8 % от максимального суточного водопотребления Q_{сут max.}

Общее количество резервуаров чистой воды должно быть не менее двух. При отключении одного резервуара в остальных должно храниться и менее 50 % требуемого запаса воды.

Табл. 3

Определение регултрующей емкости РЧВ

Часы суток	Подача НС-I, м3/ч	Подача НС-II, м3/ч	+ В РЧВ - Из РЧВ, м3/ч	Остаток в РЧВ, м3/ч
0-1	650,26	503,43	146,83	734,24
1-2	650,26	503,43	146,83	881,08
2-3	650,26	503,43	146,83	1027,91
3-4	650,26	503,43	146,83	1174,74
4-5	650,26	503,43	146,83	1321,58
5-6	650,26	503,43	146,83	1468,41
6-7	650,26	755,15	-104,89	1363,52
7-8	650,26	755,15	-104,89	1258,64
8-9	650,26	755,15	-104,89	1153,75
9-10	650,26	755,15	-104,89	1048,86
10-11	650,26	755,15	-104,89	943,98
11-12	650,26	755,15	-104,89	839,09
12-13	650,26	755,15	-104,89	734,21
13-14	650,26	755,15	-104,89	629,32
14-15	650,26	755,15	-104,89	524,43
15-16	650,26	755,15	-104,89	419,55
16-17	650,26	755,15	-104,89	314,66
17-18	650,26	755,15	-104,89	209,77
18-19	650,26	755,15	-104,89	104,89
19-20	650,26	755,15	-104,89	0
20-21	650,26	503,43	146,83	146,83
21-22	650,26	503,43	146,83	293,67
22-23	650,26	503,43	146,83	440,50
23-24	650,26	503,43	146,83	587,33
Всего:	15606,325	15606,400	0,000	-

Подача НС-I:

15606,325/24=650,26 м³/ч;

Наибольшая цифра остатка воды в баке дает Wр=1468,41 м³;

t_пож•Q_пож=958,4 м³;

?Q_max•t=975,430+975,291+975,228=2925,95 м³;

Q_ос=650,26 м³/ч;

W_пож=958,4+2925,95-3•650,26=1933,75 м³;

W_с.н.=1092,44 м³ (7% от Q_{сут max});

W_рчв=1468,41+1933,75+1092,44=4494,6м³;

Общее количество резервуаров - 2, тогда W₁= W₂= W_рчв/2=4494,6/2=2247,3 м³.

1 Резервуар чистой воды:

W_пож1=966,86 м³;

W_остал=2247,3-966,86=1280,43 м³;

Принимаем H=5м, h=4,8м. Тогда l=24м, b=19,5м,

W=l•b•h=24•19,5•4,8=2247,3 м³;

h_пож= W_пож1/(l•b)=966,86/(24•19.5)=2,07 м;

h_остал= h -h_пож=4,8-2.07=2,73 м.

Рис. 3 Резервуар чистой воды



Заключение

В ходе данного курсового проекта была определена расчётная схема водопроводной насосной станции. Разработан режим работы станции с определённым количеством насосов их подачи и напора. Приняли 5 насосов - из них 3 рабочих, 2 резервных. Марка насосов Grundfos NB 100-250/274 EUP.

Определена ёмкость двух РЧВ - W_вб = 2247,3 мі.

Рассчитаны наружные водоводы. Их диаметры: всасывающие - 280 мм; напорные -250 мм.

Проведён совместный анализ работы насосов и водоводов.

Определены отметки оси насоса и пола машинного зала.

Выбрано вспомогательное оборудование. В качестве грузоподъёмного оборудования применяем кран-балку подвесную с грузоподъёмностью 2 т.

Выполнена графическая часть.



Библиографический список

1. СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М.: Стройиздат, 1977.

2. В. Я. Карелин, А.В. Минаев. Насосы и насосные станции. М.: Стройиздат, 1986.

3. Оборудование водопроводно-канализационных сооружений. Под ред. А. С. Москвитина. М.: Стройиздат, 1978.

4. Ф. А. Шевелёв. Таблицы для гидравлического расчёта водопроводных труб. М.: Стройиздат, 1978.

Размещено на Allbest.ru

...