Канализационная насосная станция

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра водоснабжения и водоотведения

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

На тему: «Канализационная насосная станция»

КП 08.14.013.02.ВВ

Выполнил ст.группы 08-302

Р.Р.Сагутдинова

Руководитель проекта

А.C. Селюгин

2009



Содержание

Введение

1. Подбор насосов

1.1 Определение режима работы насосной станции

1.2 Определение размеров приемного резервуара

1.3 Расчет всасывающих трубопроводов

1.4 Расчет напорных водоводов

1.5 Определение требуемого напора

1.6 Подбор насосов

2. Подбор электродвигателя двигателя

3. Обточка рабочего колеса

4. Подбор резервных насосов

5. Построение характеристик совместной работы насосов и водоводов

6. Проверка насосов и водоводов на пропуск аварийного расхода

7. Подбор оборудования канализационной станции

7.1 Подбор решеток и дробилок

7.2 Подбор дренажных насосов

7.3 Подбор силовых трансформаторов

7.4 Подбор грузоподъемного оборудования

8. Разработка высотной схемы КНС

8.1 Определение отметки оси насоса

8.2 Определение высоты надземной части насосной станции

8.3 Определение глубины залегания напорных водоводов

9. Определение величины потерь напора во внутренних коммуникациях канализационной насосной станции

10. Основные экономические показатели КНС

Приложение А

Список литературы



Введение

Целью курсового проекта является практическое освоение методики расчета и проектирования насосных станций. Задача проекта состоит в том, что необходимо подобрать насосные агрегаты, электродвигатели и другое оборудование, сделать гидравлический расчет трубопроводов, сделать правильную компоновку оборудования насосной станции и определить ее размеры. Также нужно проанализировать совместную работу насосов и водоводов в различных режимах работы.

В данном курсовом проекте рассчитана и запроектирована канализационной насосной станции производительностью 17600 м3/сут.



1. Подбор насосов

1.1 Определение режима работы насосной станции

Количество рабочих насосов np, шт, определяется по формуле [1]

np= qmax.r /qmin.r , (1)

где qmax.r =6,7% - максимальный приток сточных вод, (из таблицы 1);

qmin.r=1,55% - минимальный приток сточных вод, (из таблицы 1).

np= 6,7/1,55=4 шт

Принимаем четыре рабочих насоса.

Подача насосной станции qН.С, %, составляет [1]

qН.С.=q4н=6,7%= q 4H (2)

Подача одного насоса q1H, %, составляет [1]

q1H=qН.С. К1/np, (3)

где К1=1,25 коэффициент параллельности [1].

q1H=7,51,25/4=2,34, %.

Подача двух насосов

q2H=q1H 2 /K2, (4)

где К2=1,11 коэффициент параллельности [1].

q2H= 2,34 2/1,11=4,22 %.

Подача трех насосов



q3H=q1H 3 /K3, (5)

где К3=1,18 коэффициент параллельности [1].

q3H=2,34*3/1,18=5,94%

q 4H =2,34* 4 /1,25 =7,5%

Подача насосов уточняется по выражению [1]

, (7)

где t1=8ч - время работы одного насоса;

t2=5ч - время работы двух насосов;

t3=2ч-время работы трех насосов.

t4=9ч-время работы четырех насоса.

Приведенное выше выражение может быть представлено в виде [1]

(8)

q1H=2,09%, q2H=3,73%, q3н=5,26%, q 4н=6,62%

Режим работы представлен в таблице 1.

На рисунке 1 представлены ступенчатые графики притока сточных вод и откачки. На рисунке 2 представлены интегральные графики притока сточных вод и откачки.



Таблица 1 Режим работы КНС

Часы Суток	При- ток сточ- ных вод ,%	Число рабо- таю- щих насо- сов	Откач- ка на- соса- ми, %	Поступ- ление в при- емный резер- вуар, %	Расход из при- емного резер- вуара, %	Оста- ток в прием- ном резер- вуаре, %	Ординаты инте- грального графи- ка, %	Разность Ординат,%
							Приток	Откач- ка насо- сами
0-1	1,55	1	2,09	-	0,54	2,16	1.55	2.09	-0.54
1-2	1,55	1	2,09	-	0,54	1,62	3.1	4.18	-1.08
2-3	1,55	1	2,09	-	0,54	1,08	4.65	6.27	-1.62
3-4	1,55	1	2,09	-	0,54	0.54	6.2	8.36	-2.16
4-5	1,55	1	2,09	-	0,54	0	7.75	10.45	-2.7
5-6	4,35	2	3,73	0,62	-	0.62	12.1	14.18	-2.08
6-7	5,95	3	5,26	0,69	-	1.31	18.05	19.44	-1.39
7-8	5,8	3	5,26	0,54	-	1.85	23.85	24.7	-0.85
8-9	6,7	4	6,62	0,08	-	1.93	30.55	31.32	-0.77
9-10	6,7	4	6,62	0,08	-	2.01	37.25	37.94	-0.69
10-11	6,7	4	6,62	0,08	-	2.09	43.95	44.56	-0.61
11-12	4,8	3	5,26	-	0,46	1.63	48.57	49.82	-1.07
12-13	3,95	2	3,73	0,22	-	1.85	52.7	53.55	-0.85
13-14	5,55	3	5,26	0,29	-	2.14	58.25	58.81	-0.56
14-15	6,05	4	6,62	-	0,57	1.57	64.3	65.43	-1.13
15-16	6,05	4	6,62	-	0,57	1	70.35	72.05	-1.7
16-17	5,6	4	5,26	0,34	-	1.34	75.95	77.31	-1.36
17-18	5,6	3	5,26	0,34	-	1.68	81.55	82.57	-1.02
18-19	4,3	2	3,73	0,57	-	2.25	85.85	86.3	-0.45
19-20	4,35	2	3,73	0,62	-	2.87	90.2	90.03	0.17
20-21	4,35	2	3,73	0,62	-	3.49	94.55	93.76	0.79
21-22	2,35	1	2,09	0,26	-	3.75	96.9	95.85	1.05
22-23	1,55	1	2,09	-	0,54	3.24	98.45	97.94	0.51
23-24	1,55	1	2,06	-	0,51	2.7	100	100	0
	100		100	5,88%	5,88%

1.2 Определение размеров приемного резервуара насосной станции

Минимальный объем приемного резервуара WImin, м3, составляет [1]



м3 (8)

Минимальный объем приемного резервуара при заданном числе включений насосов в час минимального притока WIImin, %, определяется по формуле [1]

м3 (9)

насосный станция водовод трубопровод

Конечный объем резервуара Wпр, м3, определяется по формуле [1]

Wпр=(|a|+|b|) Qсут /100, (10)

где а=1,05% и b=2,7% - максимальная положительная и минимальная отрицательная разность ординат интегральных графиков притока и откачки насосами;

Qсут=17600 м3/сут - максимальная суточная производительность КНС согласно задания.

Тогда Wпр= (|2,7|+|-1,05|)*17600/100=660,4 м3.

Объем приемного резервуара принимается 660 м3.

Диаметр КНС DН.С, м, должен быть не менее [1]

DН.С.=, (11)

где W=970м3 - принятый объем приемного резервуара;

hb=2,5 м - глубина воды в приемном резервуаре КНС.

Тогда DН.С.= м.

Диаметр КНС принимается 30 м.

1.3 Расчет всасывающих трубопроводов

Расход воды во всасывающем трубопроводе qВС, м3/с, определяется по формуле [1]

. (12)

Диаметр всасывающего трубопровода dВС, м, составляет [1]

(13)

где VВ.С. - 1,5 м/с - скорость движения во всасывающем трубопроводе [1].

Принимаются стальные трубы по ГОСТ 10704 - 91 диаметром 300 мм.

1.4 Расчет напорных водоводов

Расход воды в напорных водоводах qнап, м3/с, определяются по формуле [1]



(14)

где nН=2 - число напорных водоводов согласно задания.

.

Диаметр напорных водоводов dнап, м, определяется по формуле [1]

(15)

где Vнап=1,5 м/с - скорость в напорном водоводе [1].

.

Для изготовления напорных водоводов согласно заданию применяются железобетонные трубы, диаметром 400 мм по ГОСТ 26819-86.

Потери напора в напорных трубопроводах hH, м, определяется по формуле[1]

(16)

где lH=1440м - длина напорных водоводов согласно задания;

iH=0,007 - гидравлический уклон напорных водоводов [2].

.

1.5 Определение требуемого напора

Требуемый напор КНС Нтр, м, определяется по формуле [1]

, (17)

где = 162 м - отметка поверхности воды в приемной камере очистных сооружении согласно задания;

Ннс=2,5 м - потери напора в коммуникациях насосной станции [1];

hизл=1,5м - запас на излив жидкости из трубопровода [1];

- средний уровень воды в приемном резервуаре, м .

Средний уровень воды в приемном резервуаре КНС Zпр, м, определяется по формуле [1]

м. (18)

Следовательно, Нтр=162-1414+6+2,5+1,5=31 м.

1.6 Подбор насосов

Данные для подбора насоса представлены в таблице 2.

В насосной станции устанавливаются рабочие насосы марки СД 450/56б [3].

Таблица 2

Наименование параметра	Величина
Производительность Н.С. м3/ч л/с	1165 323,6
Производительность одного насоса
При отдельной работе м3/ч л/с	367 101,94
При параллельной работе (q1Н:ki) м3/ч л/с	294,4 81,78
Нтр, м	31

Рабочие характеристики подобранного насоса из каталога [6] заносятся в таблицу 3.

Таблица 3

Марка насоса	Мощность насоса	Оптимальный КПД, %	Допустимый кавитационный запас, м	Диаметр рабочего колеса, мм	Диаметры патрубков, мм
					всасы- ваю- щего	напор- ного
СД 450/56б	68	58	9	376	200	150

На рисунке 2представлена характеристика насоса. На рисунке 3 представлены габаритные размеры насоса.



2. Подбор электродвигателя

Мощность электродвигателя Nдв, кВт, определяется по формуле [1]

кВт (19)

где NH - требуемая мощность насоса на валу, кВт;

К - коэффициент запаса мощности.

Требуемая мощность насоса Nн, кВт, определяется по формуле [1]

где =1000 кг/м3 - плотность воды.

кВт.

Согласно [1], К=1,15.

Следовательно кВт.

Для насоса СД 450/56б примем электродвигатель марки 4А250М4 с мощностью 90 кВт. [3]. Масса насосного агрегата составляет 700кг [3].



3. Обточка рабочего колеса насоса

Для определения размера обточенного колеса, соответствующего требуемым параметрам насоса, вначале строится парабола режимных точек по формуле [1]

м (20)

Значения Q принимаются в пределах рабочей части характеристики выбранного насоса. Результаты расчета представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Q,м3/ч	200	250	300	350	400
H,м	42	41,3	40	39	38,6

На рисунке 4 представлен график параболы режимных точек совместно с Q-H характеристикой насоса. Точка пересечения параболы с Q-H характеристикой насоса (точка А) имеет координаты QА=373, HА=38.

Диаметр обточенного колеса определяется по формуле [1]

мм (21)

где D =376мм- диаметр рабочего колеса насоса, мм

мм

Процент срезки рабочего колеса определяется по формуле [1]

%= (22)

Коэффициент быстроходности принятого насоса определяется по формуле [1]

= (23)

где n =1455 об/мин - частота вращения, об/мин [1] .

Максимальная срезка рабочего колеса насоса марки 450/56б составляет 15-20%. Q-H характеристика насоса марки 450/56б со срезанным рабочим колесом строится по формулам [1]

(24)

Результаты расчетов представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Qср,м3/ч	183,08	228,85	273	318,5	364
Hср,м	34,78	34,2	33,12	32,3	31,96



4. Подбор резервных насосов

Количество резервных насосов принимается в зависимости от количества рабочих насосов и категории надежности насосной станции. КНС относится ко второй категории надежности. Принимаем на насосной станции 2 резервных насоса марки СД 450/56б [1].



5. Построение характеристик совместной работы насосов и водоводов

Q-H характеристика пяти параллельно работающих насосов строится на основе Q-H характеристики насоса марки СД 450/56б. Q-H характеристика представлена на рисунке 5.

Q-H характеристика двух параллельно работающих водоводов представлена на рисунке 5. Q-H характеристика водовода строится по формуле [1]

H=Hг+SQ2 (25)

где Hг - геометрическая высота подъема, м;

S - приведенное сопротивление водоводов, м*с2/л2.

Геометрическая высота подъема Hг, м, определяется по формуле [1]

Hг=Zо.с - Zп.р. + hизл=162-141+1,5=22,5 м, (26)

Приведенное сопротивление водоводов S, м*с2/л2, определяется по формуле [1]

м с2/л2 . (27)

Результаты вычислений представлены в таблице 5.

Таблица 5

Q, л/с	0	50	70	90	200
SQ2	0	0,799	1,57	2,6	12,8
Н, м	22,5	22,58	24,07	25,1	35,3

Режимная точка А имеет характеристики: QА= 334 л/с и НА=34,8 м

6. Проверка насосов и водоводов на пропуск аварийного расхода

Расход КНС при аварии Qав, л/с, составляет [1]

. (28)

Потери напора в напорном водоводе при аварии hавн, м, составляют [1]

(29)

где iнав=0,025 - гидравлический уклон при аварии [2].

Тогда .

Требуемый напор насосов КНС при аварии Hавтр, м, определяется по формуле [1]

Hтрав =Zo.c. -Zпр +ННС +hизл=162-141 +32,45+2,5+1,5=32,45 (30)

При аварии на КНС обязательно включается резервный насос. Кроме того число переключений определяется расчетно-графическим методом. При включении резервного насоса обеспечивается напор НавН (точка В).

Разница между требуемым и обеспечиваемым напором Дhав, м, составляет [1]

h ав =Нтрав-Ннав. (31)

где Ннав=38 м -напор КНС при включении резервного насоса (см рисунок 6).

h ав=57,45-34,8=22,65

Потери напора при устройстве переключений h1н, м, определяются по формуле [1]

м (32)

Расстояние между двумя переключениями lав, м, составляет [1]

(33)

Количество переключений m, шт, определяется по формуле [1]

8 шт. (34)

Фактическая длина аварийного участка lав, м, составляет [1]

(35)



7. Подбор оборудования КНС

7.1 Подбор решеток и дробилок

Для улавливания крупных плавающих отбросов на КНС в подводящем канале устанавливаются решетки.

Объем снимаемых отбросов Wотб, м3/сут, определяется по формуле [1]

(36)

где a = 8 л/год - количество отбросов, снимаемых с решеток [1]

- расчетное население, чел.

Расчетное население , чел, определяется по формуле:

(37)

где q = 200 л/сут - удельное водоотведение [1].

чел.

м3/сут .

Принимаются решетки механические РМВ 600х800.

Расчетный расход сточных вод qmax.c, м3/с, определяется по формуле [1]

м3/с (38)

Число прозоров в решетке n, шт., определяется по формуле [1]



(39)

где m = 1,05 - коэффициент, учитывающий стеснение прозоров задержанными отбросами [1];

h = 1 м - глубина воды в канале перед решеткой [1];

Vр= I м/с - скорость движения воды а решетке [1].

Тогда

Ширина решетки В, м, определяется по формуле [1]

(40)

где S=0,008 м - толщина стержней решётки.

Тогда .

По ширине решетки и ее пропускной способности согласно рекомендациям [4] принимается решетка типа РМВ шириной 800 мм, с шириной прозоров 0,016 м и массой 610 кг.

Принимается одна рабочая и одна резервная решетки.[5]

Масса удаляемых отбросов М, кг/ч, определяется по формуле [1]

(41)

где =750 кг/м3 - плотность отбросов [1].

Тогда кг/ч.

По [4] принимаем молотовую дробилку Д-3 массой 437 кг, (одну рабочую и одну резервную). Решетки и дробилки устанавливаются в грабельном отделении КНС.

7.2 Подбор дренажных насосов

Дренажные стоки, образующиеся на КНС, собираются в дренажном приямке размерами 1000x1000x1000 мм и дренажным насосом перекачиваются в приемный резервуар насосной станции.

В качестве дренажного насоса применяется насос марки ГНОМ 25-20 с номинальной подачей 25 м3/ч и напором 20 м [1]. Мощность насоса 4 кВт, масса насосного агрегата составляет 50 кг [1].

7.3 Подбор силовых трансформаторов

Для электроснабжения КНС используются понижающие трансформаторы. Расчетная мощность силовых трансформаторов Nтр, кВА определяется по формуле [1]

(42)

где =0,9 коэффициент спроса, принимается в зависимости от числа рабочих агрегатов и режима работы [1];

= 90 кВт - номинальная мощность двигателя;

з =0,85 - КПД электродвигателя [1];

= 0,85 - коэффициент мощности электродвигателя [1].

Тогда .

Принимаем трансформатор типа ТМ 750/10. На КНС устанавливаются 1 рабочий и 1 резервный трансформаторы массой 2470 [1].

7.4 Подбор грузоподъемного оборудования

Для монтажа, демонтажа и ремонта насосных агрегатов и другого оборудования в машинном зале КНС, помещении решеток, а также надземной части станции устанавливается грузоподъёмное оборудование, рассчитанное на подъем и транспортирование груза с наибольшей массой и габаритными размерами.

На КНС в грабельном отделении установлена решётка типа РМВ массой 610 кг, электродвигатель массой 700 кг и трансформатор массой 2470 кг. Поэтому в помещении решеток шестеренчатая таль с ручным приводом грузоподъемностью 2т. В надземной части КНС над машинным залом устанавливается кран

подвесной, одноблочный, грузоподъёмностью 5 т и пролетом длиной 8,4 м .



8. Разработка высотной схемы КНС

8.1 Определение отметки оси насоса

Определение оси насоса КНС ZО.Н., м, определяется по формуле [1]

, (43)

где hв=2,5м - глубина воды в приемном резервуаре [1];

H = (H1-H2)=0,502м - расстояние от подошвы насоса до его оси принимается по каталогу [3].

м.

8.2 Определение высоты надземной части насосной станции

Высота надземной части КНС Н, м, определяется по формуле [1]

(44)

где h1 = 033м - высота рельса кран-балки с учетом подвески его к перекры т тию [1];

h2 = 1м - расстояние от низа монорельса до зева крюка [1];

h3 = 1 м - высота строповки груза [1];

h4=2,47м - высота трансформатора [1];

h5 = 0,5м - запас высоты до пола или оборудования [1].

.

Высоту надземной части КНС принимаем равной 6 м.



8.3 Определение глубины заложения напорных водоводов

Глубина заложения (расстояние от поверхности земли до низа трубопровода) напорных водоводов КНС Нз, м, определяется по формуле [1]

Нз = hпр - 0,5, (45)

где hпр=1,4м - глубина промерзания согласно задания.

Нз = 1,85 - 0,5=1,35 м.

Отметка низа напорного водовода Zпр, м, определяется по формуле [1]

Zпр = ZН.С. - Нз , (46)

где ZН.С.=177,17 м - отметка поверхности земли у насосной станции согласно задания.

Zпр = 145-1,35=144,65 м.



9. Определение величины потерь насоса во внутренних коммуникациях КНС

Величина потерь напора во всасывающем трубопроводе h В.С., м, определяется по формуле [1]

, (47)

где iВС=0,005 - гидравлический уклон [2].

l ВС=6,85м - длина всасывающего трубопровода диаметром.

Потери напора на местные сопротивления hвсм, м [1]

, (48)

где =0,5 - коэффициент местного сопротивления для колена с углом 90 [1];

=0,1 - коэффициент местного сопротивления для задвижки полностью о открытой [1];

=0,1 - коэффициент местного сопротивления для перехода суживаю щ шегося [1].

Vвс - скорость движения воды во всасывающем трубопроводе, м/с.

Скорость движения воды во всасывающем трубопроводе Vвс, м/с, определяется по формуле [1]

. (49)

hМвс= (0,3+0,1+0,1) 1,122/ 2*9,81=0,032м.

hВ.С.= 0,005 6,85+0,08=0,11м.

Потери напора в напорном трубопроводе внутри КНС hH, м, [1]

hH=hHдл+hHм, (50)

где hHдл - путевые потери в напорном трубопроводе,м.

Путевые потери в напорном трубопроводе hHдл, м, определяются по формуле [1]

hHдл=iH lH (51)

где lH=21,9м - длина напорного трубопровода по чертежам насосной станции;

hHдл=0,005*21,9=0,11м.

Местные потери hHм , м, определяются по формуле [1]

hHм = (n1о1+n2о2+n3о3+n4о4) (хфН)2/2*g+n5о5 х2вых/2 g (52)

где хвых - скорость движения воды в выходном патрубке насоса, м/с;

хфН - скорость движения воды в напорном трубопроводе, м/с.

Скорость движения воды в выходном патрубке насоса хвых, м/с, определяется по формуле [1]

хвых=4 q1H/рdвых2, (53)

где dвых=0,15 м - диаметр выходного патрубка насоса (см таблицу 3);

хвых=4 0,1/3,14 0,152=5,66м/с.

Скорость движения воды в напорном трубопроводе хфН, м/с, определяется по формуле [1]



хфН =4 qнап/рdнап2, (54)

хфН =4 0,16/3,14 0,42=1,27м/с

Местные сопротивления в напорном трубопроводе и их коэффициенты представлены в таблице 5

Таблица 5

Наименование местного сопротивления	Коэффициент местного сопротивления о	Количество
Обратный клапан	1,7	1
Задвижка полностью открытая	0,1	4
Тройник в направлении соединения	1,5	3
Колено с углом 90	0,5	4
Переход расширяющийся	0,25	1

hHм=(1 1,7+4 0,1+3 1,5+4 0,5) 1,272/2 9,81+1 0,25 5,662/2 9,81=1,11м.

Следовательно, hH=0,11+1,11=1,22 м.

Потери напора во внутренних коммуникациях насосной станции HН.С.ф, м, определяются по формуле [1]

HН.С.ф= hВ.С+ hH=0,11+1,22=1,33м (55)

HН.С.ф=1,33м<ННС=1,5м, значит, перерасчета насосной станции не требуется.



10. Основные экономические показатели КНС

КПД насосной станции зн.с.,%, определяется по формуле [1]

, (51)

где Нтр= 33,5 м=335 кПа

- значения КПД первого, второго, третьего и четвертого насосного агрегата при их параллельной работе;

, =0,102 м3/с, = 0,18 м3/с.

=0,26 м3/с, = 0,32 м3/с.

КПД насосных агрегатов ,, %, определяется по следующим формулам [1]

,

(52)

где = 58% - КПД насоса при подаче q1Н (см рисунок 4);

=53% - КПД второго насоса при параллельной работе (см рисунок 4);

=48% - КПД третьего насоса при параллельной работе;

=45% - КПД четвертого насоса при параллельной работе.

= 0,85 КПД электродвигателя [1].

Удельный расход электроэнергии б определяется по формуле [1]

(52)

Удельный расход энергии на 1000 тонно-метров перекачиваемой воды Nуд, кВт*ч/1000т*м, составляет[1]:

т м (53)

Фактический расход электроэнергии за год Аф, кВт*ч, определяется по формуле [1]

,(54)

где 0,85 - коэффициент, учитывающий неравномерность водоотведения в т течение года [1];

365 - число дней в году.

=1210327.51 кВт ч



Список литературы

1. Канализационные насосные станции. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 290800/ А.Б. Адельшин [и др].- К.: КГАСУ,2006.-46 с.

2. Лукиных А.А.Таблицы гидравлического расчета канализационных сетей дюкеров по формуле акад. Н.Н. Павловского/ А.А. Лукиных, Н.А.Лукиных.- М.: Стройиздат, 1987.-152с.

3. Динамические насосы для сточных жидкостей : Каталог/Центр. ин-т науч.-техн. информ. и техн-эконом. исслед. по хим.и нефт. машиностроению. (ЦИНТИхимнефтемаш). -М.: 1986.-32с.

4. Оборудование водопроводно-канализационных сооружений: Справочник монтажника /под ред. А.С. Москвитина - М.: Стройиздат, 1979. - 430с.

5. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. Введ.01.01.86 - М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 72с.

6. Перешивкин А.К.Монтаж систем водоснабжения и канализации: Справочник строителя/А.К.Перешивкин [и др.] - М.: Стройиздат, 1988.-666с.

Размещено на Allbest.ru

...