Насосная станция второго подъема

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение профессионального

высшего образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

КАФЕДРА «ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

«НАСОСНАЯ СТАНЦИЯ ВТОРОГО ПОДЪЁМА»

по дисциплине «Насосные и воздуходувные станции»

СТУДЕНТ

________________ Т. Б

(Подпись)

РУКОВОДИТЕЛЬ

________________ Любовский З. Е

(Подпись)

Новокузнецк 2010 г.

• Задание на курсовой проект

Вариант

Производительность, м3 /сут, 103

Расход при пожаре, л/с

Коэффициент часовой неравномерности Кч

Длина напорного водовода, км

Потери в сети города при максимальной подаче, м

Отметки уровней, м

максимальный в РЧВ

минимальный в РЧВ

дна РЧВ

в водонапорной башне

в контррезервуаре

в точке схода потоков

в конце водопр. сети

в точке пожара

земли у зданя на-сосной станции

1,30

8,6

15,1

51,5

47,1

45,6

;

89,9

67,2

;

68,1

55,7

• Этажность застройки — 5, длина всасывающих водоводов 0,14 км
• Содержание

1 Гидравлическая схема насосной станции

2 Расчетные подачи насосной станции

3 Напоры насосов

4 Расчёт характеристик водопроводной сети

5 Выбор насосов

6 Проектирование машинного зала

6.1 Расчет машинного зала в плане

6.2 Высотная компоновка машинного зала

6.3 Выбор трансформаторов

6.4 Подбор дренажных насосов

7 Расчет параметров насосной станции

Список использованных источников

Целями данного курсового проекта является: овладение навыками решения задач по гидравлическим расчётам, выбору насосов, анализу совместной работы насосов и водопроводной сети, компоновке оборудования и строительных конструкций, оценке занятости насосных агрегатов, расходу электроэнергии.

1 Гидравлическая схема насосной станции

По данным задания принимается система с контррезервуаром в конце сети (рисунок 1).

Рисунок 1 — Гидравлическая схема насосной станции

2 Расчетные подачи насосной станции

Расчётные подачи станции вычисляются в таблице 1

Таблица 1 — Расчетные подачи станции

Подачи	Расчёт, л/с	Примечание
Максимальная	Qст.макс = 0,9Рмакс Qсут/100 = =0,9*5,6*60 000/(100*3,6) = 840 л/с	Pмакс=5,6, Рмин=2,5;
Минимальная	Qст.мин = 1,1РминQсут/100 = =1,1*2,5*60 000/(100*3,6)=458,3 л/с
При аварии на водоводах	Qав 0,7Qст.макс 0,7*840 =588 л/с
При пожаре	Qстп = Qст.макс + q = 840 +75=915 л/с

3 Напоры насосов

Подбираются трубопроводы для всасывающей и напорной линии. Количество всасывающих линий и напорных линий согласно 2, п. 7.5, 7.6 должно быть не менее двух. Выполняется гидравлический расчет трубопроводов (таблица 2), с учетом того, что всасывающие трубы определяются на расход 840 л/с, а напорные на подачу Q_н=840/2=420 л/с. Подбираются трубы согласно [2], материал — сталь, диаметры определяются по.

Всасывающие водоводы:

Потери во всасывающих водоводах, h_вс, м, вычисляем по формуле

(1)

где — местные сопротивления — плавный вход в трубу, отвод и задвижка,

?_вх=0,2 м,

?_о=0,6 м,

?_з=0,2 м

= 0,2+0,6+0,2=1,0 м;

L_вс — длина всасывающего водовода, L_вс = 0,14 км.

h_вс = 1*1,31²/(2*10)+1,22*0,14=0,256 м.

Напорный водовод:

Потери в напорных водоводах h_н, м, составляют

(2)

где K — коэффициент, учитывающий местные потери, K=1,1;

L_н — длина напорного водовода, L_н = 8,6 км.

Таблица 2 — Расчет всасывающих и напорных водоводов

Всасывающие водоводы	Напорные водоводы
Q, л/с	dу, мм	v, м/с	1000i	Число труб	Q, л/с	dу, мм	v, м/с	1000i	Число труб
		1,31	1,22				1,07	1,97
Потери напора hвс =0,256	Потери напора hн=18,3

Определение напоров сведено в таблицу 3

Таблица 3 — Расчетные напоры

Напоры		Расчет	Примечание
Статические	max	Нмакс ст =Zдпсп-Zmin+hcв =	26м-свободный напор при max режиме
		=67,2−47,1+26=46,1 м
	транзит	Нтр ст = Zр-Zmin =
	пожар	Нстп = Zдтп-Zд+10=	10м-свободный напор при пожаре
		=68,1−45,6+10=32,5 м
	авария	Нст =Нставария=46,1 м
Насосы	max	Нн=Нст+hн+hвс+hмз+hс+hвдм =	hмз=3м, hс=15,1 м.
		=46,1+18,3+0,3+3+15,1+3,84=86,64 м
	пожар	Ннп=Нстп+Уh (Qп/Qmax)2 =
		=32,5+40,54(915/840)2 =80,60 м
	транзит	Ннтр=Нсттр+Уh (Qтр/Qmax)2 =
		=42,8+40,54(458,3/840)2 =54,86 м
	авария	Ннав=Нстав+(Уh-hн) +4* hн =
		=46,1+(40,54−18,30)+2,5*18,30=114,54 м

Сумма потерь, будет равна

(3)

где h_мз — потери напора в пределах машинного зала, h_мз=3м;

h_с — потери в сети города, h_с=15,1 м;

h_вдм — потери в диафрагме, определенные по формуле

(4)

где m — относительное сужение потока диафрагмой, m=0,2.

м.

4 Расчёт характеристик водопроводной сети

Характеристики водопроводной сети имеют вид Н_с = Н_ст + h = Н_ст + КQ², (5)

где Н_ст — высота подъёма воды, м; h — сумма потерь напора, м;

К = h/Q² — коэффициент сопротивления водопроводной сети.

При подаче воды в контррезервуар (транзит) и на тушение пожаров потери напора определяются по формулам

h^тр = h (Q^тр/Q_макс)², (6)

h^п = h (Q^п/Q_макс)²; (7)

где Q_макс — максимальная подачи станции; Q_макс=0,840 л/с;

Q^тр — подачи станции при транзите; Q^тр=0,458 л/с

Q^п — подачи станции при пожаре; Q^п=0,915 л/с;

h — потери напора, м.

Коэффициенты сопротивления водопроводной сети будут равны К_р=40,54/0,840²=57,45 с²/м⁵,

К_тр=12,07/0,458²=57,54 с²/м⁵,

К_пож=48,10/0,915²=57,45 с²/м⁵,

К_ав=68,44/0,588²=197,94с²/м⁵.

Расчёт характеристик водопроводной сети сводят в таблицу 4.

Таблица 4 — Уравнения характеристик водопроводной сети

Расчёт характеристики сети, с2/м5	Примечание
Нс = 46,1+57,45*Q2	Рабочий
Нс = 42,8+57,54*Q2	Транзит
Нс = 35,2+57,45*Q2	Пожар
Нс = 46,1+197,94*Q2	Авария

5 Выбор насосов

Число рабочих насосов подобрано, руководствуясь соотношение

n=Q_макс/Q_мин, n=840/458,3=1,832 насоса

• По расчетной подаче Q_{сут.макс} = 840 л/с и напору Н_н=86,64 м принимаются насосные агрегаты Д2000;100, n = 960 об/мин, D=855 мм, два рабочих с подачей Q_н=840/2=420 л/с и два резервных согласно 2, п. 7.3, уравнение напорной характеристики Н=121−75Q².
• Правильность выбора насосов проверяется уравнением:
• H_н=H_с.
• 46,1+57,45Q²=121−75Q²/4
• Q=991 л/с,
• H=102,6 м.
• ?Q=(Q_д-Q_р)/Q_р*100=(991−840)/840*100=17,9 .
• ?H=(H_д-H_р)/H_р*100=(102,6−86,6)/86,6*100=18,5.
• Так как Q_д превышает Q_р более 10, то насосы подвергаются обточке рабочих колес.

Диаметр обточенного колеса Д_обт, мм, определяется по формуле Д_обт =, (8)

где Q_обт — подача насоса с обточенным колесом;

Q — подача насоса с родным колесом;

Д_обт — диаметр обточенного рабочего колеса.

Значение Q_под находят из уравнения

H_н = КQ², (9)

где Н = КQ², её постоянная К = .

К = =122,7

121−75Q²/4=122,7 Q² Q_под = 0,925 м³/с.

Д_обт =0,860*855/0,925 =795мм.

В характеристике насоса с Д_обт начальную ординату а_0обт вычисляют из соотношения Н_обт = Н_с, откуда

a_o -75 Q²/4 = 46,1+57,45 Q² a_o = 100 м.

Получим Н=100 — 75.

Мощность электродвигателя находится по формуле

N_дв = KсgQ_1нН_1н/1000з_н, (10)

где Q_1н, Н_1н — подача и напор одного насоса;

з_н — КПД насоса при подачи Q_н=420 л/с, з_н = 73%;

K — коэффициент запаса;

N_дв = 1,1*1000*9,8*420*86,6/1000*0,73=537 квт.

Таблица 5 — Насосные агрегаты

Параметры	Наименование, величина	Примечание
Расчётные подача и напор	Qсут.макс =840 л/с; Нн=86,6 м
Марка и масса агрегата	Д2000;100, 8310 кг
Диаметр рабочего колеса	795 мм
Скорость вращения	960 об/мин
Мощность электродвигателя	537 кВт
Число рабочих агрегатов
Число резервных агрегатов
Характеристика насоса	Н=100−75Q2	Рисунок 3
Габариты агрегата		Рисунок 4
Размер монтажного пятна		Рисунок 5

Рисунок 2 — Первоначальная характеристика насоса Д2000;100 n=960 об/мин, Д=795мм Рисунок 3 — Характеристика насоса после обточки рабочего колеса Рисунок 4 — Габариты агрегата К размерам рамы добавлено по 100 мм на каждую сторону — это монтажное пятно 3272 Ч1600 мм (рисунок 4).

Рисунок 5 — Размеры монтажного пятна Рисунок 6 — Присоединительные размеры

6 Проектирование машинного зала

6.1 Расчет машинного зала в плане Арматура машинного зала (рисунок 7) позволяет ремонтировать любой участок трубопровода, клапан или задвижку при работе насосов Спецификация труб приведена в таблице 6, арматура и фасонные части — в таблице 7, расчетные размеры машинного зала — в таблице 8.

Рисунок 7 — Схема машинного зала Таблица 6 — Спецификация труб

Трубопроводы	Позиция	Число труб	dу, мм	Q, л/с	V, м/с
Всасывающий					1,31
Вс. коллектор					1,31
Вс. соединит. тр.					1,07
Нап.соединит.тр.					1,07
Нап. коллектор					1,07
Напорный тр.					1,07

Таблица 7 — Элементы схемы машинного зала

Наименование	Позиция	Марка, тип	Количество	dу, мм	L, мм	L1, мм	h, мм	Масса, кг
Задвижка		30ч964нж
Задвижка		30ч915бр
Обратный поворотный клапан		ИА44 078
Тройник				1000×800
Тройник						670
Сальниковый компенсатор
Сальниковый компенсатор
Переход				800×500		650
Переход				450×800		635
Водомер
Отвод
Вход в трубу
Вставка
Вставка
Вставка

Таблица 8 — Расчётные размеры машинного зала, мм

Вдоль оси труб насоса № 1	Перпенд. оси труб насоса № 1	Вдоль всас. коллектора	Вдоль напорн. коллектора
От стены до задвижки 2315	От стены до оси насоса 1000	Тройник 750	Тройник 670
Задвижка 1900	Насос 1 — 3600	Задвижка 1900	Сальниковый компенсатор 650
Тройник 2100	Между агрегатами 1 и 2−1200	Сальниковый компенсатор 650	Задвижка 1000
Сальниковый компесатор 650	Насос 2 — 3600	Вставка 450	Вставка 1630
Задвижка 1000	Между агрегатами 2 и 3−1200	Тройник 2100	Тройник 1700
Переход 685	Насос 3 — 3600	Задвижка 1900	Задвижка 1000
Насосный агрегат 1550	Между агрегатами 3 и 4−1200	Вставка 800	Вставка 2102
Переход 800	Насос 4 — 3600	Тройник 2100	Тройник 1700
Обрат.клапан 350	от насоса до стены — 1000	Вставка 450	Вставка 1630
Задвижка 1000		Сальниковый компенсатор 650	Задвижка 1000
Сальниковый компенсатор 650		Задвижка 1900	Сальниковый компенсатор 650
Тройник 1700		Тройник 750	Тройник 670
Задвижка 1000
От задвижки до стены-2300

Для облегчения ремонтных работ принимаются сальниковые компенсаторы.

При проектировании машинного зала в плане соблюдаются необходимые размеры: между насосными агрегатами — 1200 мм, между агрегатом и стеной 1000 мм. Для выполнения всех расчетных размеров принимаются трубные вставки. Вдоль всасывающего и напорного коллектора сумма длин всех элементов составляет 18 000 мм, вдоль осей агрегатов сумма элементов составляет 20 000 мм. Учитывая унифицированные строительные конструкции (кратность 6м), монтажную площадку 6×4 для въезда автомобиля типа КРАЗ, а также замену насосных агрегатов более мощными, принимается здание машинного зала 18×30м. Колонны располагают через 6 м. Вспомогательная часть располагается в пристройке к зданию машинного зала длиной 10 м.

6.2 Высотная компоновка машинного зала Заглубление машинного зала.

Отметки в подземной части машинного зала (рисунок 8):

верх корпуса насоса 47,1−0,5=46,6 м;

верх фундамента 46,6−1,660=44,94 м;

ось насоса 44,94+1,045=45,985 м;

чистый пол 44,94−0,5=44,44 м;

заглубление 55,7−44,44=11,26 м.

Стандартная высота заглубленной части (кратная 1,5м) принимается равной 12 м.

Рисунок 8 — Схема заглубления машинного зала Для обеспечения свободного доступа к задвижкам и другой арматуре применяются площадки обслуживания. Их располагают вдоль коллекторов, на 0,6 м ниже самой низкой задвижки: 48,3−0,6=47,7 м.

Принимаются лестницы:

для доступа к заглубленной части — ширина лестницы 0,9 м, угол наклона 45⁰;

для доступа к площадке обслуживания — ширина 0,7 м, угол наклона 60⁰.

для доступа к отдельным задвижкам и переходов через трубы — ширина 0,6 м, угол наклона 60⁰.

Принимаются стандартные ворота 4,8 м5,4 м.

В качестве грузоподъемного механизма принимается мостовой кран, грузоподъемностью 10 тонн (рисунок 9).

Таблица 9 — Мостовой кран

Грузоподъёмность, т	Про ;	Размеры, мм	Э. дв., квт	Масса, т
	лёт, L, м	H	h	L1
	10,5−34,5				7,5	17 — 34,9

Рисунок 9 — Мостовой кран Принимается высотная схема насосной станции — полузаглубленный машинный зал. Высота надземной части строения определяется по формуле Н_стр = h_п + h_гр + h_с + h_з + h_гм + h_кр + h_заз; (11)

где h_п — высота грузовой платформы транспорта, 1,5 м;

h_гр — высота транспортируемого груза, здесь максимальная высота — высота задвижки 4,3 м;

h_с — высота строп, h_с=0,5 м;

h_гм — высота механизма мостового крана в стянутом состоянии, h_гм=h= 0,5 м;

h_кр — высота кранового оборудования, h_кр = H= 1,9 м;

h_заз — величина зазора, h_заз = 0,2 м;

Н_стр = 1,5+4,3+0,5+0,5+0,5+1,9 + 0,2 = 9,4 м.

Принимается стандартная высота верхнего строения 9,6 м (рисунок 10).

Рисунок 10 — Высотная схема машинного зала Для того, чтобы машинный зал имел хорошее естественное освещение, общая площадь оконных проемов Q принимается не менее 12,5% площади пола q, т. е

Q=0,125q=0,125*(30*18)=67,5 м².

На основании этого принимается 8 окон для заглубленной части машинного зала и 4 окна во вспомогательном помещении шириной каждого окна 3 м и высотой 1,8 м. В машинном зале также принимаются двери высотой 2,4 м при их ширине 1 м. Пол машинного зала выполняется с уклоном в сторону колодца для сбора дренажных вод.

6.3 Выбор трансформаторов Мощность силовых трансформаторов S, кВ· А, определяется по формуле

(12)

где — коэффициент спроса, =1,1 (при мощности более 300квт);

— мощность двигателей основных насосов (без резервных), кВт;

— коэффициент полезного действия (КПД) двигателя, =0,9−0,95, =0,95;

cos ц — коэффициент мощности электродвигателя, cos ц =0,85−0,9; cos ц =0,9;

10…50 — нагрузка от вспомогательного оборудования и освещения

кВ· А.

Принимается два силовых маслонаполненных трансформаторов ТСМ 1000/6−10 с массой каждого 3300 кг, длиной 1660 мм, шириной 2570 мм и высотой 2570 мм.

6.4 Подбор дренажных насосов Подача дренажных насосов определяется по формуле

(13)

где — суммарные утечки через сальники, q₁=0,1 на один сальник, сальников 12;

=0,1*12=1,2л/с;

q₂ — фильтрация через стены и пол, определяется

q₂= 1,5+0,001W, (14)

где W — объем заглубленной части МЗ = 18*20*12=4320м³;

q₂= 1,5+0,001*4320=5,82л/с,

л/с.

Принимается два дренажных насоса, марки ВКС 10/45, характеристики насоса приведены в таблице 9.

Таблица 9 — Дренажный насос

Марка	Подача, л/с	Напор, м	Мощность, квт	Габариты в плане	Нвакдоп, м	Масса, кг
ВКС 10/45	5,0−11,1	85−30

7 Расчет параметров насосной станции Потери напора на участках сети в машинном зале сведены в таблицу 10.

Таблица 10 — Потери напора на участках

Участок сети	Поз. На рис. 5	Q, л/с	dу, мм	V, м/с		hуч, м
AB				1,31		0,13
		;	;	;	1,2
		;	;	;	0,2
			;	;	1,5
BC				1,31	1,5	0,22
		;	;	;	0,2
		;	;	;	0,2
		;	;	;	;
		;	;	;	;
		;	;	;	1,5
CD				1,07	0,2					0,2
		;	;	;	0,2					0,2
		;	;	;	0,1	0,09				0,1
		;	;	;	;
EF				1,07	0,25	0,24
		;	;	;	1,7
		;	;	;	0,2
		;	;	;	1,5
		;	;	;	1,5
FM				1,07		0,18
		;	;	;	0,4
		;	;	;	;
		;	;	;	;
		;	;	;	0,2
MN				1,07	0,2	;
		;	;	;	0,5
		;	;	;	;

Уh_уч=0,86 м это значительно больше h_мз=3м, поэтому данные таблиц требуется пересчитать.

Уравнение характеристик водопроводной сети при максимальном водопотреблении, работы станции на один или полтора водовода:

=18,3+0,3+0,86+15,1+3,84=38,4 м,

h^п = h (Q_п/Q_макс)² = 38,4*(915/840)І = 45,5 м,

h^тр = h (Q_тр/Q_макс)² = 38,4*(458/840)І = 11,4 м,

h^ав₁ = (h-h_н)+4*h_н = (38,4−18,3)+4*18,3 = 73,3 м,

h^ав_1,5 =(h-h_н)+2,5*h_н =(38,4−18,3)+2,5*18,3 = 64,15 м.

К_р=38,4/0,840²= 54,4л/с,

К_пож=45,5/0,915²=54,4 с²/м⁵ ,

К_тр=11,4/0,458²=54,3 с²/м⁵,

К_{ав 1}=73,3/0,588²=212,1с²/м⁵.

К_ав 1,5=64,15/0,588²=194,5 с²/м⁵.

H_р =46,1+54,4Q² м,

H_п =32,5+54,4Q² м,

H_тр =42,8+54,3Q² м,

H_ав 1 =46,1+212,1Q² м,

H_ав 1,5 =46,1+194,5Q² м.

Таблица 11 — Работа насосной станции

Q, л/с	HН, м	КПД,%	HН (1+2) м	HС.ДП м	HС.ТР м	HС.П м	HС.АВ1 м	HС.АВ1,5 м
	100,0		100,0	46,1	42,8	32,5	46,1	46,1
	99,8		100,0	46,2	42,9	32,6	46,5	46,4
	98,3		99,6	47,3	44,0	33,7	49,7	49,2
	95,3		98,8	49,5	46,2	35,9	56,2	54,7
	90,8		97,7	52,8	49,5	39,2	65,9	63,0
	84,8		96,2	57,1	53,8	43,5	78,9	74,0
	77,3		94,3	62,6	59,3	49,0	95,1	87,8
	68,3		92,1	69,1	65,8	55,5	114,5	104,4
	57,8	;	89,4	76,7	73,4	63,1	137,2	123,7
	45,8	;	86,4	85,4	82,1	71,8	163,1	145,8
	32,3	;	83,1	95,2	91,9	81,6	192,3	170,6
	17,3	;	79,4	106,1	102,8	92,5	224,7	198,2

Рисунок 11 — График работы насосной станции График работы насосной станции (рисунок 11) выражает зависимость напоров, подач и КПД от характеристик водопроводной сети.

Таблица 12 -Расчёт графика водопотребления, л/с

Часы суток	Qрасч	Qн1	Qн2	К
0 — 1	500,01
1 — 2	533,344			3,2
2 — 3	416,675			2,5
3 — 4	433,342			2,6
4 — 5	583,345			3,5
5 — 6	683,347			4,1
6 — 7	733,348			4,4
7 — 8	816,683			4,9
8 — 9	816,683			4,9
9 — 10	933,352			5,6
10 — 11	816,683			4,9
11 — 12	783,349			4,7
12 — 13	733,348			4,4
13 — 14	683,347			4,1
14 — 15	683,347			4,1
15 — 16	733,348			4,4
16 — 17	716,681			4,3
17 — 18	683,347			4,1
18 — 19	750,015			4,5
19 — 20	750,015			4,5
20 — 21	750,015			4,5
21 — 22	800,016			4,8
22 — 23	800,016			4,8
23 — 24	533,344			3,2

График водопотребления (рисунок 12) выражает зависимость

Q_расч = Q_сутP_t, (15)

где Q_расч — расчётное водопотребление в разные часы суток; P_t — доля водопотребления в каждый час от Q_сут

Рисунок 12 — Графика водопотребления По рабочим точкам рисунка 11 определяются подачи Q_нi, напоры H_нi и _нi при работе одного, и двух насосов в рабочих режимах, а по графику рисунка 12 — сколько часов в сутки t_i заняты эти насосы. По этим значениям вычисляются удельный расход электроэнергии, квт-ч/м³.

Таблица 13 — Данные проекта насосной станции

Параметры	Рабочие режимы	авария (одна перемычка)	пожар
	Q максимальный	Q минимальной
	расчет	график	расчет	график	расчет	график	расчет	график
Число рабочих насосов
Q, л/с
H, м
з, %		;			;		;		;
t, ч/сут			1

Действительная подача станции составляет

Q=(1*0,63+23*0,85)*3600=72 650 м³/сут.

Расход электроэнергии определяется по формуле

(16)

где Н₁, Н₂, — напоры, создаваемые при работе 1-го, 2-х насосов, м³;

?₁, ?₂ — КПД при работе 1-го, 2-х насосов;

?_дв — КПД двигателя, принимается ?_дв=0,95.

кВт-ч.

Удельный расход электроэнергии, кВт-ч/м³ определяется

(17)

кВт-ч/м³.

Список использованных источников

1 Любовский З. Е. Гидравлика и насосы. Новокузнецк, 2005.

2 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Нормы проектирования: СНиП 2.04.02−84^*. М.: Стройиздат, 1985.

3 Шевелёв Ф. А., Шевелёв А. Ф. Таблицы для гидравлического расчёта водопроводных труб. М.: Стройиздат, 1984.

4 Карасёв Б. В. Насосные и воздуходувные станции.- Минск. «Высшая школа», 1990.