Канализационная насосная станция

Введение

Канализационные насосы станции (КНС) сооружают в тех случаях, когда рельеф местности не позволяет отводить бытовые и промышленные сточные воды, атмосферные воды и осадки самотеком к месту очистки.

КНС классифицируются по следующим признакам:

1 по надежности действия:

— не допускается перерывов или снижения расчетной подачи сточных вод;

— допускается перерыв подачи сточных вод не более 6 часов;

— допускается перерыв подачи сточных вод не более 1 суток.

2 по расположению в общей системе водоотведения:

— главные, которые размещаются на главных коллекторах систем канализации для перекачивания из них сточных вод на очистные сооружения;

— районные, перекачивающие сточные воды в главный коллектор;

— сетевые, расположенные непосредственно на коллекторе, заглубление которого превышает допустимые по СНиП нормы и предназначенные для подъема сточных вод из нижележащего самотечного коллектора в вышележащий;

— местные, перекачивающие сточные воды от отдельных объектов (зданий, сооружений).

3 по роду перекачиваемой сточной жидкости:

— для хозяйственно бытовых стоков;

— для производственных стоков;

— для перекачки ила.

4 по характеру управления станции подразделяются на автоматические (управление с помощью приборов и средств автоматизации) и с ручным управлением (включение и выключение агрегатов производится обслуживающим персоналом).

5 по конструкции:

— заглубленного типа;

— шахтного типа;

— совмещенные с приемным резервуаром;

— раздельные.

1. Определение подачи насосной станции, подачи насосов и их количества Приток сточных вод и подача насосами по часам суток представлены в таблице 1

Производительность насосной станции:

Qнс=33 000 м3 /сут Принимаем, что в час минимального водоотведения работает один насос

P1 =Pmin

Определяем количество рабочих насосов:

n= Рmах/ Рmin=5,2/3,2=1,63

Принимаем n=2 рабочих насоса. Уточняем подачу одного насоса:

Р1н= Рmах/n+0,1· (Рmах/n)=5,2/2+0,1*(5,2/2)=2,6+0,1· 2,6=2,86

Определим расчетные значения подачи одного насоса:

Q1н=Qнс· P1н/100=51 000*32,86/100=1458,6 м3/ч=0,4 м3/с Подача насосной станции:

Q2н=Qн.с.= Qсут? Pmaxч/100=51 000?5,1/100=2601 м3/ч =0,72 м3/с

2. Определение емкости приемного резервуара

Ёмкость приёмного резервуара определяется по интегральному графику или таблице. Объём резервуара определяется по максимальному проценту сточных вод в нем :

Wр = Qсут? Pост /100 = 51 000?5,85/100 = 2983,5 м³

Pостмаксимальный остаток воды в баке в процентах от Qсут

3. Определение диаметров напорных водоводов Количество напорных водоводов определяется на основе технико-экономического расчета и принимается не менее 2-ух. Принимаем 2 напорных водовода. Расход одного напорного водовода

Qв = Qн. с / n = 0,72 / 2 = 0,36 м³ / с

nколичество напорных водоводов Экономически наивыгоднейший диаметр определяется по формуле:

Дэ =Э0,14 Qв0,42

где Э — экономический фактор;

Э=44d/в

dстоимость 1КВт/ч электроэнергии, d =1 руб;

в — величина, принимаемая в зависимости от материала труб, для стальных труб в = 53;

Э=44?1/53 = 0,83

Принимаем диаметр напорного трубопровода Д равным :

Д= Э0,14 Qв0,42=0,830,14?0,360,42 = 0,63 м .

Принимаем диаметр напорных водоводов по сортаменту равным Дн =600 мм.

Диаметр всасывающих трубопроводов принимается на сортамент больше, т. е. диаметр всасывающего трубопровода Дв =700 мм.

трубопровод насос станция канализационный

4. Определение полного напора насосов. Подбор насосов и электродвигателей При подаче КНС полный напор создаваемый насосами определяется по формуле где — геометрическая высота подъема воды:

м где — отметка уровня воды в приёмной камере очистных сооружений:

м;

— отметка дна приёмного резервуара:

м.

где — отметка лотка подводящего коллектора;

— глубина резервуара.

— суммарные потери:

м

— потери напора во всасывающих и внутристанционных трубопроводах принимаем 2,5 м;

Потери напора в напорных трубопроводах:

При расчёте потерь напора в напорном водоводе потери в местных сопротивлениях принимаем равными 10% от потерь по длине:

м Гдегидравлический уклон;

— длина водовода;

— свободный напор принимаем равный 1,5 м.

Тогда полный напор:

Нн=48,5+9,58+1,5=59,58 м.

Насос подбираем исходя из значения ожидаемого расхода м3/с и напору м. Насос выбирается по свободным графикам полей Q-Н. Выбираем насос марки СД 2400/75б, с числом оборотов n=750 об./мин., диаметр всасывающего патрубка 450 мм, диаметр напорного патрубка мм.

Выбор марки электродвигателя зависит от мощности насоса, частоты вращения, компоновки агрегата, напряжения питающей сети, особенностей среды производственных помещений КНС.

Мощность приводного двигателя насоса принимают больше мощности, потребляемой насосом, на случай перегрузок от неучтенных условий работы.

NДВ=(r g Qн Hн К)/(1000 hн), кВт

qн — производительность насоса;

Нн — напор насоса;

hн — КПД насоса; (hн=0,6)

К — коэффициент запаса мощности;

Мощность на валу насоса К = 1,1 Nдв=428,65 кВт

Nдв >300 кВт Принимаем асинхронный двигатель: А3−13−52−8, мощность N=500 кВт.

Масса насоса 3500 кг.

Масса агрегата 8460 кг.

5. Гидравлический расчет трубопроводов насосной станции При гидравлическом расчете трубопроводов насосной станции определяют их диаметры, потери напора. Для проведения гидравлического расчета необходимо составить схему обвязки насосов трубопроводами и установленной на них арматурой и фасонными частями. Кроме рабочих насосов принимаются два резервных насоса.

Схема расположения насосов определяется типом, размерами, числом насосов и формой насосного зала. Для КНС целесообразнее применять однородную схему с расположением насосов перпендикулярно стене, отделяющей машинный зал от приемного резервуара. Для каждого агрегата устраивают отдельную всасывающую линию, на которой должна быть установлена задвижка или плоский затвор.

Напорная линия каждого насоса должна быть оборудована запорной арматурой. Число насосов на станции обычно превышает число ниток напорных водоводов, поэтому необходимо устраивать напорный соединительный коллектор. Размещение арматуры на напорных и всасывающих соединительных трубопроводах должно обеспечивать возможность замены или ремонта любого из насосов, а так же основной запорной арматуры при наличии аварийного выпуска, а при его отсутствии — 100% расчетной подачи.

V1=4 Qн/П d2 =(4 *, 04)/(3,14* 0,702)=1,04 м/с

d — диаметр всасывающего трубопровода

V2 =4 Qн/П d2 =(4*0.4)/(3,14*0,452)=2,52 м/с

d — диаметр всасывающего патрубка

V3 =4 Qн/П d2=(4*0,4)/(3,14*0,42)=3,18 м/с

d — диаметр напорного патрубка

V4 =4 Qв/П d2 =(4*0,36)/(3,14*0,62)=1,27 м/с

d — диаметр напорного трубопровода Потери в трубопроводе складываются из местных потерь и потерь по длине.

h=hдл+hм, м Потерями по длине на всасывающем участке можно принебречь.

Потери напора в местных сопротивлениях определяются по формуле

м где x — коэффициент местного сопротивления;

V — скорость движения воды, м/с;

— потери напора по длине трубопровода, м;

1) Потери напора во всасывающем трубопроводе складываются из потерь по длине и в местных сопротивлениях

м где =0,5; =0,5; =0,05; =0,1.

2) Потери напора в напорном соединительном трубопроводе определяется с учетом потерь напора в переходе, обратном клапане, задвижке, тройнике, присоединенным к магистрали, задвижке и тройнике проходном.

где =0,25; ;=0,05; .

3) Потери напора в напорном водоводе определены ранее м.

6. Графо-аналитический расчет совместной работы насосов и водоводов Цель графо-аналитического расчета — установление расчетных значений подачи насоса, его напора, потребляемой мощности и коэффициента полезного действия при различных режимах работы НС. Режим работы насосов определяется точкой пересечения характеристик Q-H насосов с характеристикой трубопроводов.

Для того чтобы построить суммарную характеристику двух насосов при параллельной работе, необходимо удвоить абсциссы кривой Q-H одного насоса при одинаковых ординатах (напорах).

При построении графической характеристики трубопровода удобно пользоваться уравнением:

где Нст — статический напор;

S — коэффициент сопротивления систем трубопроводов.

Сопротивление системы, состоящей из нескольких параллельных трубопроводах, определяется по формуле:

с2/м5

где n — число водоводов.

Сопротивления трубопроводов для всасывающей линии:

с2/м5

Сопротивления трубопроводов для напорной соединительной (внутристанционной) линии:

с2/м5

Сопротивления трубопроводов для напорного водовода:

с2/м5

Возможные режимы работы системы:

1) Подача воды одним насосом по одному напорному водоводу (Q1-H1)

с2/м5

2) Подача воды одним насосом по двум напорным водоводам (Q1-H2)

с2/м5

3) Подача воды двумя насосами по одному напорному водоводу (Q2-H1)

с2/м5

4) Подача воды двумя насосами по двум напорным водоводам (Q2-H2)

с2/м5

5). Подача воды при аварии (Qавар-H2)

Рассчитываем коэффициент сопротивления в сети при одном переключении.

с2/м5

Рассчитываем коэффициент сопротивления в сети при двух переключениях.

с2/м

По результатам таблиц строятся графики совместной работы насосов и водоводов.

Анализ работы насосной станции.

В первую очередь анализ работы насосной станции должен включать определение подачи насосов при различных вариантах их совместной работы с трубопроводами по результатам графо-аналитического расчета. Подача станции при включении всех рабочих агрегатов должна быть равной или большей (до 10%) расчетной максимальной подачи, если это условие не выполнится, то будем предусматривать обточку рабочего колеса насоса.

требуется обточка рабочего колеса.

В случае аварии на одном из напорных водоводов, НС должна обеспечивать не менее 70% Qрасч., при невыполнении этих условий на напорных водоводах устанавливают дополнительные переключения.

Qавар>0,7 Qнс Qавар/Qнс=0,605/0,72=0,84>0,7

Таким образом, достаточно лишь одного переключения.

Обточка колеса.

1. Определяем коэффициент быстроходности насоса

об/мин < 150 об/мин.

2. Пересчёт характеристики насоса при обточке рабочего колеса ведется по формулам пропорциональности при in=1

При ns<150 наилучшее соответствие наблюдается при зависимостях Н=кQ2 следовательно, к=Н/Q2=59,58/0,42=372,38

Строим параболу подобных режимов проходящих через рабочую точку А.

QE=0,405 м3/с НЕ=61 м координаты точки Е, точки пересечения параболы подобных режимов с характеристикой одного насоса.

3. Определяем диаметр обточенного колеса

Dоб= QA*Dрк/QE=0,4*780/0,405=770 мм.

В случае аварии на одном из напорных водоводов, НС должна обеспечивать не менее 70% Qрасч., при невыполнении этих условий на напорных водоводах устанавливают дополнительные переключения.

; не требуется второе переключение.

7. Определение размеров машинного зала и здания насосной станции

1. Определение отметки оси насоса На КНС рекомендуется устанавливать насосы под залив. На КНС заглубленного типа отметка пола машинного зала принимают равной отметке дна приёмного резервуара. Отметка оси насоса определяется с учётом высоты насоса от основания до его оси (hнас.):

ОН=+hф+hнас.=143,5+0,3+0,755=144,555 м где hфвысота фундамента.

2. Определение высоты здания насосной станции Высота здания насосной станции слагается из суммы высот подземной части и верхнего строения. Высота подземной части здания насосной станции заглубленного типа определяется как разница отметки поверхности земли у здания станции и отметки пола машинного зала:

=м Высота верхнего строения, оборудованного подвесной кран-балкой имеет высоту:

м где: высота монорельса кран-балки с учётом конструкции и крепления его к перекрытию, м;

минимальная высота от крюка до низа монорельса, м; м длина строп, м;

высота груза, м;

м

3. Определение размеров машинного зала в плане Размеры машинного зала станции в плане зависят от схемы расположения насосных агрегатов. Ширина машинного зала слагается из суммы длин участков трубопроводов, фасонных частей и арматуры, а так же самих насосов.

Трубопроводы в насосных станциях, а так же всасывающие линии за ее пределами, выполняют из стальных труб на сварке с применением фланцевых соединений для присоединения к арматуре и насосам. Трубопроводы и арматура в здании насосной станции должны располагаться на опорах.

В насосных станциях надлежит предусматривать монтажную площадку, размеры которой должны обеспечивать проход шириной не менее 0,8 м вокруг установленного оборудования.

Диаметр равен 600 мм, длина насоса 3820 мм, ширина насоса 1715 мм.

м м

м.

8. Подбор вспомогательного оборудования Для обеспечения нормальных условий эксплуатации основного оборудования насосной станции необходимо устройство различных вспомогательных систем, состав и характеристики которых определяется типом и технологической схемой установки основного оборудования, компоновкой сооружений станции и особенностями местных условий.

1. Подбор дренажного насоса Для удаления воды, которая фильтруется через ограждающие конструкции и вытекает через не плотности сальников насосов и арматуры, применяются дренажные системы, которые включают насосную установку, водоотводящий лоток с уклоном в сторону дренажного колодца, откуда вода по мере накопления отводится за пределы насосной станции.

Дренажный насос подбирают в зависимости от объёма дренажного колодца. Этот объём принимается равным 10 мин. подаче самого большого насоса.

м3

Принимаем дренажный насос ГНОМ с подачей

2. Грузоподъемное оборудование Подъёмно-транспортное оборудование на водопроводных насосных станциях служит для монтажа и демонтажа насосов, электродвигателей, задвижек, трубопроводов и фасонных частей. Грузоподъемное оборудование выбирается в зависимости от максимальной массы поднимаемой детали. (mд=4960кг). Принимаем подвесную кран-балку грузоподъемностью 5 т.

3. Подбор дренажных решёток Определяем суммарную площадь живого сечения решёток:

м2

где: нс — максимальный приток жидкости, м3/с;

V — скорость движения жидкости среды в прозорах решетки, м/с Площадь живого сечения прозоров рабочей части решетки равна:

м2

где: n-число рабочих решеток (принимаем две рабочих решетки).

Принимаем решётки-дробилки марки РД-400.

9. Технико-экономические расчеты Сравнение вариантов проектных решений осуществляется по приведенной стоимости, определяемой по формуле:

П= К•Е + С, руб где П — приведенная стоимость;

К — капитальные затраты;

Е — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, зависит от отрасли. Для строительства Е=0,12;

С — эксплуатационные затраты.

Полные капитальные вложения складываются из К=К1+К2+К3

К1- стоимость здания станции, определяется по укрупнённым показателям

К2- стоимость установленной мощности

К3- стоимость прокладки напорных водоводов. Зависит от глубины заложения, диаметров водоводов и их длины.

Диаметр напорного водовода — 600 м, длина — 1,84 км., отсюда:

К3=С1км*L*2=28,66*1,84*2=105,47 руб.

где С1км — стоимость прокладки 1 км. трубопровода

2- количество водоводов.

Эксплуатационные затраты определяются по формуле:

где — расходы на содержание штата обслуживающего и административно-управленческого персонала. Они определяются по средним месячным тарифным ставкам (рабочий-100 руб., цеховой мастер-130руб, администратор-120 руб.).

С1=(120+130+2*100)*12=5400 руб. в год

— годовая стоимость электроэнергии:

руб где 2,72 — удельный расход энергии, кВт· ч, затрачиваемой на подъем 1000 м³ на 1 м при КПД=1%;

— объем воды, перекачиваемой за 1 год, м3 ,

тыс. м3;

Н= 48 м, высота подъема воды (геометрическая);

hн — средний КПД насоса (по каталогу), hн =0,6;

hд — средний КПД электродвигателя, hд =0,8;

S=0,01 руб.- стоимость 1 кВт/ ч, руб,

руб.

— амортизационные отчисления, предназначенные для капитального ремонта здания. Принимаются 3,5% от капитальных вложений т. е. =3,5% от,

руб;

— амортизационные отчисления на ремонт оборудования составляет 12% от капитальных вложений. =12% от,

руб;

— затраты на текущий ремонт здания, принимается 2,2% от капитальных вложений. = 2,2% от ,

руб;

— затраты на текущий ремонт оборудования составляет 3,8% от капитальных вложений. = 3,8% от ,

руб;

b — коэффициент, учитывающий неучтенные расходы, составляет 3%. b= 3% от ,

С=(5400+51 160,23+2191,95+7515,25+1377,8+2379,83)*1,03=72 125,81 руб.

Приведенная стоимость строительства составит:

руб.

Себестоимость 1 м³ поданной воды определяется по формуле:

руб.

Стоимость 1 м³ поднятой воды на 1 метр определяется по формуле:

где Нср — средний напор в течение года, м; (48,5 м)

.руб.

10. Требования техники безопасности В разрабатываемом проекте предусматривается решение комплекса вопросов, связанных с выполнением основных требований техники безопасности и охраны труда при строительстве насосной станции, монтаже, эксплуатации оборудования. К ним относятся:

1. Соблюдение допустимых расстояний между установленным оборудованием и конструктивными элементами здания;

2. Размещение задвижек, обратных клапанов, водомеров, измерительных приборов и другого оборудования так, чтобы они не затрудняли работу;

3. Расположение фланцев трубопроводов на расстояниях от пола и стен, обеспечивающих возможность и безопасность работы по их монтажу;

4. Устройство ограждений, упругих муфт насосов, лестниц, площадок, проемов в палу и т. д.;

5. Механизация процесса сборки, разборки, транспортировки и установки оборудования НС;

6. Устройство переходных мостиков через трубопроводы, уложенные на полу машинного зала,

7. Обеспечение требуемых по санитарным нормам температуры и чистоты воздуха в помещении станции;

8. Разработка мероприятий по защите обслуживающего персонала от поражения током (заземление корпусов двигателей и пусковых устройств, использование защитных средств и др.).

1. Б. В. Карасев «Насосы и насосные станции».

2. А. А. Лукиных «Таблицы для гидравлического расчета канализационных сетей и дюкеров по формуле акад. И.И.Павловского».

3. СНиП 2.04.03−85 «Канализация. Наружные сети».

4. Методические указания к курсовому проекту «Насосные и воздуходувные станции» Часть1.