Канализационная насосная станция

1.Определение числа и подачи насосов

2. Определение требуемого напора насосов

3. Подбор насосов по каталогу

4. Изменение характеристики насосов

5. Построение совмещенных характеристик насосов и водоводов

6. Анализ режимов работы насосной станции

7. Подбор электродвигателей

8. Определение отметки оси насоса

9. Определение емкости приемного резервуара

10. Подбор оборудования приемного резервуара

11. Подбор вспомогательного оборудования

12. Компоновка насосного оборудования, трубопроводов и арматуры

13. Электроснабжение насосной станции

14. Компоновка помещений насосной станции

15. Расчет и подбор оборудования на 1-ю очередь

16. Технико-экономические показатели работы насосной станции Список использованной литературы Приложение насосная станция резервуар

1. Определение числа и подачи насосов При выборе типов насосов и определении количества рабочих агрегатов необходимо руководствоваться следующими рекомендациями:

а) необходимо устанавливать как можно меньше рабочих насосов, принимая во внимание, что установка малого числа насосов приводит к увеличению мощности резерва, снижению маневренности и увеличению числа включений насосов в час;

б) целесообразно устанавливать насосы одного типоразмера, как рабочие так и резервные;

в) насосы должны работать в области наивысших КПД при возможно длительной подаче;

г) количество включений насосов в час не должно превышать трех;

д) подача рабочих насосов должна быть достаточной для обеспечения откачки максимального притока сточных вод.

Принимаем для предварительных расчетов количество насосов равное 3-м, а резервное — равно 3.

Расчет насосной станции начнем с построения графика притока сточных вод в соответствии с часовым распределением притока в процентах от суточного расхода равного 6% (принимаем суточный расход — 15 000м3/сут).

QН.С. = QЧ. МАКС = QСУТ * РЧ. МАКС/100*3,6 (1)

QН.С. = QЧ. МАКС = 20 000 * 5,8/100*3,6 = 322,22л/с Рис. 1.1. Ступенчатые графики притока и откачки для рассматриваемого случая Количество рабочих насосов, ориентируясь на расчетный срок и график притока, принимаем равным 3. Насосы включаются параллельно, каждый насос будет подавать:

Q = QH.C./n = 322,22/3 = 107,4л/с Количество резервных насосов, устанавливаемых на станции, принимается равным 3.

2. Определение требуемого напора насосов Для определения напора насосов вычерчивается расчетная схема водоподъема, на которой проставляются отметки, длины, диаметры труб и расчетные расходы.

Диаметры всасывающих и напорных трубопроводов внутри насосной станции определяют по допустимым скоростям движения воды. Все трубопроводы внутри станции выполняются из стальных труб.

Для напорных трубопроводов рекомендуются неметаллические трубы — железобетонные, асбестоцементные, пластмассовые.

Требуемый напор насосов определяется по формуле (приложение 1):

Н = НГ + hП.В. + hП.Н. + h3 (2)

Где Н = Z0 — ZP — геометрическая высота подъема воды, м;

hП.В. и hП.Н.потери напора во всасывающих и напорных трубопроводах, м;

h3 — запас напора, принимается равным 1 м.

Расчетный уровень воды в приемном резервуаре принимается на половине глубины резервуара, ориентировочно на 1 — 1,5 м ниже лотка подводящего коллектора. Глубина приемного резервуара принимается равной 1,5 — 2,5 м, считая от лотка подводящего коллектора до дна приямка резервуара. При отсутствии приемного резервуара принимается равной отметке минимального уровня воды в подводящем коллекторе.

Потери напора во всасывающих и напорных трубопроводах следует определять по формуле:

h = K * (1000i)l/1000 + hk (3)

где К — коэффициент, учитывающий потери напора на местных сопротивлениях, принимается для всасывающих трубопроводов равным 1,2, напорных — 1,1;

1000 — потери напора на 1000 м длины трубопровода, определяются по таблицам Ф. А. Шевелева [16];

l — длина трубопровода, м;

hK — потери напора в коммуникациях внутри насосной станции, принимаются на всасывающем участке hк. в = 1,5 м, напорном — hк. н = 2 м.

Геометрическая высота подъема Hг = 40,0 — 25,0 = 15,0 м Учитывая рекомендации п. 5.7 [1], что каждый насос имеет свою, несвязанную с другими насосами всасывающую трубу, а расчетный расход равен 111,11 л/с, принимаем всасывающие трубопроводы из стальных труб диаметром 300 мм.

При d = 300 мм, v = 1,32 м/с, 1000i = 8,46 потери напора по пути всасывания:

hП.В. = 1,2 * 8,46 * 10/1000 + 1,5 = 1,60 м Принимаем два напорных трубопровода от насосной станции до очистных сооружений из пластмассовых труб. Расчет ведем по таблицам Ф. А. Шевелева. При расчетном расходе Q = 107,4 л/с, d = 300 мм, v = 1,68 м/с, 1000i= 8,53 потери по пути нагнетания

hП.Н. = 1,1 * 8,53 * 322,22/1000 + 2 = 5,02 м Учитывая рекомендации п. 5.8 [1], производим расчет напорных трубопроводов на пропуск аварийного расхода, при отключении одного трубопровода на ремонт. Расчетный расход при аварии Qав = QH.C./2 = 107,4 л/с т. е. увеличение расчетного расхода R = 1

HН.П.АВ = (hП.Н. + hЗ — 2) R2 + 2 = 6,36 м Напор насосов:

Н = 15,0 + 1,60 + 4,81 + 1 = 22,41 м;

Нав = 15,0 + 1,60 + 6,36 = 22,96 м.

3. Подбор насосов по каталогу

Предварительный подбор насосов по требуемой подаче и напору Н производится по сводным полям характеристик насосов [13,14]. Сводный график скомпонован из полей, каждое из которых каждое из которых ограничивает область параметров насоса близких к оптимальным и рекомендуемых при длительной эксплуатации насоса.

Верхняя граница поля соответствует рабочей части напорной характеристики насоса с нормальным, а нижняя — с предельно срезанным рабочим колесом. На верхней границе поля показана оптимальная режимная точка соответствующая максимальному значению КПД насоса. Боковые линии ограничивают 5% рабочую часть напорных характеристик насоса.

Положение точки с расчетными параметрами и на сводном графике полей характеристик позволяет определить марку насоса, который обеспечивает требуемую подачу и напор, а также число оборотов рабочего колеса насоса (рис. 1.2).

По подаче Q=107,4 л/с и напору Н = 22,41 м, определенных ранее, подбираем насос марки СЭ 500−70−16 с числом оборотов 500 об/мин, диаметр рабочего колеса 500 мм. Чертеж насоса представлен в приложении.

Рис. 1.3. рабочая характеристика насоса Для решения вопроса подачи воды при аварии на напорном водоводе на поле рабочих характеристик насоса нанесена расчетная точка С и аварийная А.

Поскольку напор насоса превышает требуемый предлагается произвести срезку рабочего колеса насоса так, чтобы характеристика насоса прошла через точку С.

Проведем на поле характеристик кривую равноотстоящую от напорной характеристики насоса — срезанную характеристику (кривая 1). Как видно из построения, аварийная точка, А лежит выше срезанной характеристики.

Воспользуемся рекомендациями п. 5.8.

Если подключить резервный насос, подача каждого работающего насоса будет равна:

(4)

Нанесем эту точку на поле характеристик (точка А1). Точка, А перекрывается срезанной характеристикой, т. е. напора двух насосов достаточно для подачи аварийного расхода.

4. Изменение характеристики насосов Так как напор, развиваемый подобранным насосом, значительно превышает расчетный, целесообразно произвести изменение его рабочей характеристики путем срезки рабочего колеса или уменьшения числа оборотов.

При потребной подаче Q = 107,4 л/с насос развивает напор 70 м против 22,41 по расчету, поэтому целесообразно уменьшить диаметр рабочего колеса насоса путем его срезки так, чтобы характеристика насоса со срезанным колесом прошла через расчетную точку С.

Определяем значение коэффициента быстроходности насоса:

(5)

Т.к. n < 150, производим расчет и построение кривой соответствия

Таблица 1. Расчет кривой соответствия

Точка пересечения кривой 2 и характеристики насоса определяет координаты QБ = 180,3 л/с; НБ = 30,1 м.

Диаметр срезанного колеса:

Д = 500· 100 / 19,8 = 460 мм.

Срезка колеса составляет 10%, что допустимо для насосов данного типа. КПД насоса изменяется приблизительно на 1%.

Задаваясь рядом подач и соответствующих им напоров производим расчет характеристики насоса со срезанным колесом.

Таблица 2. Расчет характеристики насоса со срезанным колесом

Рис. 1.4. Совмещенные характеристики насосов и водоводов

5. Построение совмещенных характеристик насосов и водоводов Так как каждый насос имеет отдельный всасывающий трубопровод, удобно пользоваться приведенной характеристикой насоса, которая рассчитывается по формуле:

НПР = Н — hПВ (6)

где hпв = SBCQ2 — потери напора во всасывающем трубопроводе;

S — гидравлическое сопротивление всасывающего трубопровода.

Для рассматриваемой ситуации при Q = 107,4 л/с и Н = 1,60м:

SBC = hПВ/Q = 1,60/107,42

Задаваясь рядом значений подачи в пределах характеристики насоса, по формуле (6) рассчитаем (табл. 3) и построим приведенную характеристику насоса (кривая 4, рис. 1.5).

Таблица 3. Расчет приведенной характеристики насоса

Для построения совместных характеристик параллельно работающих насосов необходимо просуммировать подачи при одинаковых произвольно выбранных напорах. По полученным точкам проведены кривые 5 и 6.

Приведенные совместные характеристики получают аналогично. Расчет и построение приведенных характеристик водоводов производится по формуле

H = HГ + hП.Н.(7)

где h = SQ2 — потери напора в водоводе и напорных коммуникациях станции с учетом h3;

Sп.н — гидравлическое сопротивление напорного водовода.

Для рассматриваемого случая, при Q = 107,4 л/с и Н = 4,81 м

SПН = 4,88/107,42

Задаваясь рядом расходов в пределах Qнс, производим расчет ординат приведенных характеристик водоводов, табл. 4

Таблица 4. Расчет приведенных характеристик водоводов

6. Анализ режимов работы насосной станции

Анализ режимов работы насосной станции производится по совместным характеристикам насосов и водоводов. Подача насосов определяется точками пересечения приведенных характеристик насосов и водоводов.

Для анализа работы насосной станции при аварии на напорном водоводе на поле характеристик (рис. 5) нанесена аварийная точка, А и совмещены характеристики 2-х параллельно работающих насосов (кривые 7 и 8). Так как характеристики насосов в критичной ситуации перекрывают точку А, то устройства переключения не требуется.

7. Подбор электродвигателей Мощность электродвигателя насосного агрегата определяется по формуле:

NB = KNB N = QH/102

где К — коэффициент запаса, принимается в зависимости от мощности на валу насоса 1,2;

Q — подача насоса, л/с;

Н — напор, м.

N = 107,4*22,41/102 = 50,4

NB = 1,2*50,4 = 60,48

Примем следующий вид электродвигателя в зависимости от мощности: низковольтные, асинхронные с коротко замкнутым ротором;

При подборе электродвигателей в первую очередь необходимо ориентироваться на электродвигатели, рекомендуемые в каталогах насосов[13,14], или подбирать по справочнику. Количество оборотов вала двигателя должно соответствовать числу оборотов насоса.

Таблица 7. Параметры работы насосов и электродвигателей

Поскольку станция наземная, то принимаем открытые электродвигатели.

Подбор двигателя производится по наибольшей мощности 72,8 кВт и = 800 об/мин на низкое напряжение 380 В. Выбираем двигатель марки 5АИ250S2. КПД = 92%, cos = 0,75

Нагрузка двигателя определяется по формуле:

НАГР = (NB/N) * 100% (8)

НАГР = (85/72,6) * 100% = 117%

8. Определение отметки оси насоса

Насосы в станциях водоотведения, как правило, необходимо устанавливать под залив, п. 5.9. Для этого корпус насоса располагают на 0,3 — 0,4 м ниже минимального уровня включения насосов.

ZВКЛ = ZЛ — 200(n — 1) = 216,4 — 200 = 16,4 м Предварительно рекомендуется проверить геометрическую допустимую высоту всасывания насоса:

НГВ.ДОП= 10 — hП.В. — ht — hдоп = 10 — 1,60 — 2,3 — 3,9 =2,20 м где hПВ — потери напора во всасывающем трубопроводе при наибольшей подаче насоса, м;

ht — напор, соответствующий давлению насыщенных паров перекачиваемой жидкости, м;

hдоп — допустимый кавитационный запас, м, определяется по кавитационной характеристике насоса для наибольшей подачи.

9. Определение емкости приемного резервуара

При определении емкости резервуара следует учитывать следующие рекомендации:

а) при производительности насосной станции до 5000 м3/сут емкость резервуара рассчитывается примерно на 20 минут максимального притока; до 15 000 м3/сут — на 10 минут; более 15 000 м3/сут — на 5 минуты;

б) во избежание загнивания воды и выпадения из нее осадка емкость приемного резервуара должна быть по возможности меньшей, но не менее 5 минутной максимальной производительности одного из насосов (наибольшего по параметрам) [1];

в) максимальное число включений насосов в час принимается равным трем.

Так как подача насосной станции равна 25 000 м3/сут, то емкость приемного резервуара рассчитывается на 5 минут наибольшего притока:

WP = 5,8 * 5/60 = 0,48% WP = 20 000*0,48/100 = 96 м³

Полученной емкости достаточно для 15 минут работы одного насоса с максимальной подачей 186 л/с.

Исходя из полученной емкости и графика притока сточных вод рассчитывается график работы насосов и продолжительность работы насосных агрегатов в каждом режиме. При расчете графика необходимо учитывать следующее:

а) приток в течение часа принимается равномерным;

б) включение насосов происходит только при заполнении резервуара в последовательности, соответствующей увеличению подачи, т. е. АIII, АII, АI, АIV;

в) выключение насосов происходит только при сработке емкости до нуля в последовательности, соответствующей уменьшению подачи, т. е. АIII, АII, АI, АIV.

Таблица 8. Расчет графика работы насосов

10. Подбор оборудования приемного резервуара

Для защиты насосов от засорения приемный резервуар следует оборудовать решетками с механизированными граблями типа РМВ и МГТ или решетками дробилками типа РД или КРД.

Ширину прозоров решеток необходимо принимать на 10 мм менее диаметров проходных сечений устанавливаемых насосов.

Подбор решеток производится по расчетной площади живого сечения рабочей части решетки:

Fp = QМАКС/VNP (9)

где QМАКС — максимальный расход, м/с;

V — скорость жидкости в прозорах решетки 0,8 м/с, для решеток-дробилок — 1,2 м/с;

N — количество рабочих решеток, принимается минимальным, с учетом, что одна из решеток может находиться в ремонте, а на другой — авария.

Fp = 322,2/0,8*5 = 80,55 м²

Количество резервных решеток следует определить в соответствии с рекомендациями п. 5.12.

11. Подбор вспомогательного оборудования

Для измерения подачи насосной станции необходимо запроектировать расходомеры. Наибольшее распространение нашли расходомеры переменного перепада давления (сужающее устройство и дифманометры индукционные расходомеры.

Сужающее устройство расходомера (сопло или труба Вентури) устанавливается на прямолинейном участке напорного трубопровода длиной 20+50 Д трубы до водомера и не менее 5 Д трубы за водомером в специальном колодце или камере. Дифманометры устанавливаются в камере или машинном заде, а вторичный прибор, самопишущий или показывающий, в щитовой или диспетчерской.

Сужающие устройства расходомеров подбираются по допустимым потерям напора, которые принимаются в соплах и трубах Вентури 0,7−1,5 м.

Расходы до 2500 м/ч могут измеряться с помощью индукционных расходомеров, состоящих из преобразователя расхода (датчика) и измерительного блока. Датчик индукционного расходомера устанавливается на прямолинейном участке напорного трубопровода, а измерительный блок в диспетчерской.

Для подачи воды на охлаждение и гидроуплотнение сальников основных насосов к дробилкам для смыва осадка в машинном зале устанавливаются насосы технического водоснабжения: один рабочий и один резервный. Насосы забирают воду из бака «разрыва струи». Подача насосов определяется суммированием расходов: на охлаждение и уплотнение сальников основных насосов 0,3 — 0,5л/с, на дробилки 6−8л отбросов; на периодическую промывку импульсных трубок дифманметров.

Напор насосов определяется по формуле:

НТВ = Н — (ZБ — Zоси) + Н = 4,56 м

12. Компоновка насосного оборудования, трубопроводов и арматуры

Выбирается принципиальная схема расположения насосных агрегатов, всасывающих и напорных трубопроводов и арматуры.

Обычно в насосных станциях устраиваются сборные коллекторы на всасывающих и напорных трубопроводах. На сборных коллекторах и трубопроводах устанавливаются задвижки для переключения подачи воды в

разные водоводы, а также для отключения любого насоса для ремонта.

Количество и место расположения арматуры должны обеспечивать требуемую надежность работы насосной станции, п. 5.1. Из каталогов [13, 14] или справочника выписываются размеры и вычерчивается «монтажное пятно» насосного агрегата — план фундамента с нанесенным на него контуром фундаментной плиты, вы ступающими патрубками и габаритами насосов и электродвигателя.

Фундаменты под насосные агрегаты устраиваются в виде подушек из бетона марки не менее 90. Размеры фундамента в плане принимаются из расчета, что расстояние от края фундаментной плиты или рамы агрегата до края фундамента было не менее 50 мм. Фундамент должен возвышаться над уровнем чистого пола машинного зала на высоту не менее 200 мм. Глубина заложения подошвы фундамента за висит от мощности агрегата и принимается не менее 500 мм.

Намечаются места расположения насосных агрегатов на плане машинного зала с учетом минимальных допустимых расстояний между агрегатами, трубопроводами, арматурой и строительными конструкциями.

При этом можно руководствоваться рекомендациями раздела.

Определяются диаметры всасывающих и напорных трубопроводов внутри станции в соответствии с рекомендациями п. 7.9. Трубопроводы внутри насосной станции выполняются из стальных труб.

Производится компоновка всасывающих и напорных трубопроводов. Размеры стандартных монтажных патрубков, переходов, труб, задвижек, клапанов определяются по справочнику. Расстояние от стенок труб до фундаментов под агрегаты при диаметре труб до 400 мм 0,7 м, при диаметре от 450 до 800 мм. Расстояние от плоскости фланцевого соединения до стен при диаметре труб до 500 мм 0,3 м, .

Напорная линия каждого насоса должна быть оборудована запорной арматурой и обратным клапаном. Обратный клапан устанавливается между насосом и задвижкой.

Запорная арматура диаметром более 400 мм, а также арматура всех диаметров при дистанционном или автоматическом управлении должна иметь механизированный привод.

В пояснительной записке приведено «монтажное пятно» насосного агрегата и компоновочные схемы (план и поперечный разрез) насосной станции. На компоновочной схеме плане машинного зала должны быть проставлены основные размеры с привязкой к внутренним поверхностям капитальных стен:

а) между осями насосных агрегатов в продольном и поперечном направлениях;

б) между осями всасывающих и напорных коллекторов.

На компоновочной схеме разрезе проставляются основные абсолютные отметки:

а) осей насосов;

б) осей всасывающих и напорных трубопроводов и коллекторов;

в) фундамента под насосный агрегат;

г) пола машинного зала;

д) монтажной площадки;

е) пола помещения решеток.

13. Электроснабжение насосной станции

Электроснабжение насосной станции обычно осуществляется от кольцевой энергосистемы или двух независимых источников.

В разделе электроснабжения решаются следующие задачи:

а) определяется электрическая нагрузка по методу коэффициента спроса;

б) составляется однолинейная схема электроснабжения;

в) подбирается тип силовых трансформаторов;

г) подбирается аппаратура высоковольтного и низковольтного распределительных устройств и станции автоматического управления;

д) определяются размеры камер трансформаторов, помещений высоковольтных и низковольтных распределительных устройств, помещений диспетчерской службы.

Таблица 9. Расчет электрической нагрузки

Силовые трансформаторы устанавливаются для преобразования высокого напряжения в рабочее. Потребная мощность силовых трансформаторов должна быть достаточной для обеспечения максимальной нагрузки.

На насосных станциях 1-й и 2-й категорий надежности устанавливается два рабочих трансформатора такой мощности, чтобы при выходе из строя одного из них перегрузка работающего не превышала 40% номинальной мощности. Принимаем трансформатор ТМ40.

Подбор трансформаторов следует производился по каталогам электрооборудования. Размеры кабин и дверей для размещения трансформаторов мощностью не более 1000 кВА принимаются с учетом минимально допустимых расстояний от них до стен и дверей.

Кабины встраиваются в здание насосной станции и имеют двери наружу. При мощности трансформатора 630 кВА и более в кабине в полу устраивается приямок для аварийного слива масла.

Однолинейная схема электроснабжения дает представление о соединении электрических аппаратов, обозначенных условными символами, начиная от питающих фидеров до токоприемников. Схема сопровождается надписями напряжения на шинах, указанием типа, мощности и величины понижения силового трансформатора, указанием, но мера насосных агрегатов, мощности установленных эл. двигателей. На шинах высокого напряжения пунктирными прямоугольниками указывается, какое электрооборудование размещается в камерах. По числу этих прямоугольников определяется необходимое количество камер в высоковольтном устройстве РУ. Обычно на каждый ввод предусматривается четыре камеры плюс по одной камере для каждого высоковольтного потребителя, кроме силовых трансформаторов.

14. Компоновка помещений насосной станции Насосные станции водоотведения, как правило, устраивают заглубленными (>4 м). Приемный резервуар и машинный зал устраиваются совмещенного типа круглой формы в плане. Размеры подземной части диктуются емкостью резервуара и компоновкой оборудования.

15. Расчет и подбор оборудования на 1-ю очередь

Исходя из минимальных параметров подобранной станции принимается, что модернизировать станцию на понижение характеристик — нельзя

16. Технико-экономические показатели работы насосной станции

Таблица 10. Технико-экономические показатели работы станции

Список использованной литературы Карелин В. Я., Минаев А. В. Насосы и насосные станции. — М.: Строииздат, 1986. — 320с.

Залуцкий Э. В., Петрухно А. И. Насосные станции. Курсовое проектирование. — Киев: Вища шк, 1987. — 167с.

Карасев Б. В. Насосные и воздуходувные станции. — Минск: Вышейшая шк., 1990. — 326с.

Конструкции водопроводно-канализационных сооружений /Под ред. Б. Ф. Белецкого. — М.: Строииздат, 1989. — 448с.

Лукиных А. А., Лукиных Н. А. Таблицы для гидравлического расчета канализационных сетей и дюкеров по формуле академика Н. Н. Павловского. — М.: Строииздат, 1978. — 156с.

Монтаж систем внешнего водоснабжения и канализации /Под ред. А. К. Перешивкина. — М.: Строииздат, 1988. — 653с.

Насосные станции водоотведения: методические указания к курсовому проектированию / Попов В. С. — Хабаровск: изд-во Хабар. Гос. Техн. Ун-та, 1997. — 40с.

Водопроводные насосные станции: методические указания к курсовому проектированию / В. С. Попов, С. Д. Ганичев — Хабаровск: Хабар. Изд-во гос. Техн. ун-та, 1998. — 48с.

Николадзе Г. И. Сомов М. А. Водоснабжение. — М.: Стройиздат, 1995. — 688с.

Оборудование водопроводно-канализационных сооружений (справочник) / Под ред. А. С. Москвитина. — М.: Стройиздат, 1979. — 430с.

СНИП 2.04.02. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения / Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. — 136с.

СНИП 2.04.03. Канализация. Наружные сети и сооружения / Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. — 72с.

Справочник проектировщика. Канализация населенных мест и промышленных предприятий / Под ред. В. И. Самохина. — М.: Строй

издат, 1981. — 639с.

Динамические насосы для сточных жидкостей: Каталог. — М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1986 — 32с.

Насосы динамические сточномассные: Каталог. — М: Сантехпроект, 1991. — 90с.

Шаповалов Б. Т. Электрооборудование насосных станций. — М: Агропромиздат, 1986. — 223с.

Шевелев Ф. А., Шевелев А. Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб: Справочное пособие. — М.: Стройиздат, 1984. — 116с.

Приложение 1

Рис. 1. Сводные поля работы насосов Рис. 2. Параметры насосного оборудования Приложение 2

4А250S2 У3

4А250S2 У3

Рис. 2. Параметры выбранного электродвигателя