Проектирование мелиоративной насосной станции

• Введение
• 1. Общая часть
• 1.1 Целевое назначение станции
• 1.2 Данные, положенные в основу проекта
• 2. Конструктивное описание узла сооружений
• 2.1 Гидравлический расчёт подводящего канала
• 3. Выбор основного и вспомогательного гидромеханического, энергетического оборудования
• 3.1 Определение расчётной подачи основного насоса
• 3.2 Определение расчётного напора основного насоса
• 3.3 Подбор основного насоса
• 3.4 Определение экономически эффективного диаметра напорного трубопровода
• 4. Расчёт и подбор здания насосной станции
• 4.1 Определение глубины здания насосной станции и отметки оси насоса
• 4.2 Определение высоты здания насосной станции
• 4.3 Определение длины здания насосной станции
• Список литературы

Насос — это гидравлическая машина, в которой подводимая извне энергия (механическая, электрическая и др.) преобразуются в энергию потока жидкости. С помощью насоса жидкость можно поднять на определённую высоту или перемещать по какой-либо трубопроводной системе.

Согласно ГОСТ 19 185–73 «Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения», насосной станцией называется комплекс гидротехнических сооружений и оборудования для подачи воды наосами.

При проектировании насосных станций из множества возможных технических решений необходимо выбирать такое, которое сможет обеспечить максимум удобств во время строительства и эксплуатации сооружений при высокой надёжности подачи воды и при минимуме приведенных затрат.

Цель данного проекта — проектирование мелиоративной насосной станции.

мелиоративная насосная оросительная станция

1. Общая часть

1.1 Целевое назначение станции

Мелиоративная станция предназначена для орошения.

Для оросительных насосных станций характерны следующие особенности:

работают в тёплое время года (4−9 мес);

допускают перерывы в работе в зависимости от категории надёжности подачи воды;

не требуют специальной очистки воды от плавающих предметов и наносов (задерживаются только те предметы и наносы, которые могут вызвать поломку рабочего колеса насоса);

большая производительность.

Сезонность работы таких станций позволяет существенно упростить конструкции зданий, снизить требования к оборудованию и теплостойкости ограждающих конструкций.

1.2 Данные, положенные в основу проекта

Источник воды — река;

Стоимость 1 кВт*час электроэнергии — 1.8 руб;

Геологические условия по трассе водовода — песок крупнозернистый;

График водоподачи м. с

1.03−1.05 — 1.6 м3/с;

2.05−1.07 — 4,8 м3/с;

2.07−15.08 — 3.2 м3/с;

16.08−30.08 — 1,6 м3/с.

График колебания воды в водоисточнике:

1.03−16.04 — 88,7

17.04−10.05 — 90

11.05−15.06 — 90,2

16.06−25.06 — 89,5

26.06−25.07 — 89,3

26.07−15.08 — 88,9

16.08−1.09 — 88,2

2. Конструктивное описание узла сооружений

В составе сооружений насосной станции могут присутствовать: водозаборное сооружение, обеспечивающее забор воды из источника; водоподводящее сооружение (подводящий канал), транспортирующее воду от водозабора до здания насосной станции; аванкамера и водоприёмное сооружение, обеспечивающие подвод воды по всасывающим трубопроводам насосов; всасывающие трубопроводы; здание насосной станции со всем необходимым оборудованием; напорные трубопроводы, предназначены для транспортировки воды от здания насосной станции до места её разбора; водовыпускное сооружение, обеспечивающее сопряжение напорного трубопровода и магистрального канала и плавный выпуск воды из напорных трубопроводов в отводящий канал или специальную ёмкость. Предотвращает обратный ток жидкости в случае аварии на трубопроводе.

2.1 Гидравлический расчёт подводящего канала

Для гидравлического расчёта понадобится:

Кф — коэффициент форсировки (1,2),

n — коэффициент шероховатости дна русла (0,02),

Vр — допустимая неразмывающая скорость (1,2)

m — коэффициент заложения откоса (1,5)

поперечное сечение канала принимается трапециидальным, в=2,2, m=1,5.

Расчёт

1. Определяем площадь живого сечения канала:

щ= Qф/ Vр, м2, щ=5,76/1,2=4,8 м².

Qф= Q* Кф, м-с, Qф= 4,8*1,2=5,76 м-с

2. Определяем ширину дна канала:

b= в · h, м,

m= 1,5

b= 2,2 · 0,645=1,41 м.

Ширина канала по дну для удобства выполнения строительных работ принимается равной 1 метр.

3. Определяем глубину воды в канале при новом значении ширины канала по дну:

h= (-b±v (b2+4mщ)) /2m, м

h= (-1 ±v (12 + 4 · 1,5 · 4,8)) /3= 1,41 м.

4. Расчёт смоченного периметра:

Ч=b+2h? (1+m2), м,

Ч=1+2· 1,41·v1+32=6,64 м.

5. Определяем гидравлический радиус:

R=щ/ч, м,

R=4,8/6,64=0,72 м.

6. Т. к R<1 то уклон канала определяем по формуле:

У=1,5vn, м, У=1,5v0,02=0,212 132 м

7. Определяем уклон канала по дну:

I=V2/ (C2· R),

С=1/n· Ry,

y=1,5· vn, при R<1,С=1/0,02· 0,70,21=46,53,I=1,44/ (46,532· 0,72) =0,0009.

Задаваясь глубинами, рассчитаем таблицу 1.

h=0,3 м

щ= (b+mh) *h=0,52 м

x=b+2hv1+m=2,2 м

С=1/n*R=9,8 м

R= щ/X=0,23 м

Q= щc? Ri=0,59 м

i=V2/ (C2· R) =0,0006 м

h=0,6 м

щ= (b+mh) *h=0,9 м

x=b+2hv1+m=3,16 м

С=1/n*R=40,44 м

R= щ/X=0,28 м

Q= щcvRi=1,47 м

i=V2/ (C2· R) =0,0031 м

h=0,9 м

щ= (b+mh) *h=2,11 м

x=b+2hv1+m=4,24 м

С=1/n*R=4,4 м

R= щ/X=0,49 м

Q= щc? Ri=2,44 м

i=V2/ (C2· R) =0,15 м

h=1,2 м

щ= (b+mh) *h=3,36 м

x=b+2hv1+m=5,32 м

С=1/n*R=5,25 м

R= щ/X=0,63 м

Q= щc? Ri=3,53 м

i=V2/ (C2· R) =0,08 м

Таблица 1.

Гидравлический расчёт подводящего канала

щ=bh+mh2, Ч=b+2h?1+m2, С=1/n· Ry, R=щ/ч, V=С· vR·I) 0.5, Q=щ· C? R·I.

По данным таблицы 1. строится график гидравлического расчёта подводящего канала (Рис 2.).

Таблица 2.

Результаты расчёта подводящего канала

Все вычисленные отметки отмечаются на продольном профиле канала (Рис 4.).

3. Выбор основного и вспомогательного гидромеханического, энергетического оборудования

Основное гидромеханическое оборудование — оборудование, которое принимает непосредственное участие в технологической схеме забора и транспортировки воды от источника к потребителю по заданному графику водоподачи.

К нему относятся основные насосы, запорная и регулирующая арматура, установленная до и после насоса.

К основному энергетическому оборудованию относят двигатели привода основных насосов, и механизм передачи мощности от двигателя к насосу.

3.1 Определение расчётной подачи основного насоса

Определение расчётной подачи производится путём добавления резервного агрегата.

Количество ниток напорного трубопровода определяется из следующих требований:

1. На одну нитку напорного трубопровода должно работать не более трёх насосов.

2. Количество ниток у НС первой и второй категории надёжности должно быть не меньше двух.

3. При общей длине напорного трубопровода 300 м, количество ниток разрешается размещать равной количеству насосных агрегатов.

Определяем количество насосных агрегатов:

n=Qmax/Qmin,

P — резерв, принимается в зависимости от категории надёжности НС и полученного количества насосных агрегатов (при количестве агрегатов до 6, принимается 1 резерв, более 6 — 2 резерва).

n=4,8/1,6=3 шт

Определяем расчётную подачу:

Qтр=Qmax/nтр, м3/с,

nтр — количество ниток (принимаем 2),

Qтр=3,6/3=1,6 м3/с = 5760 м3/ч

3.2 Определение расчётного напора основного насоса

Расчётный напор основного насоса определяется по формуле:

Н=Нср. г. +?hн+?hв, м,

H=25,41+2,13=27,54 м

Таблица 4.

Определение средней геодезической высоты подъёма

Нср. г. = ?Qi Hгi ti /?Qi ti

Нср. г. = 14 142/ 556,4=2,13 м.

?h=hм +hl

Местные потери: hм = 1,

Потери по длине: hl= i · Lтр, Напорный трубопровод:

d=1100 м,

hl=3· 180=0,630 м,

?h=0,630+1,5=2,13 м.

Расчётный напор:

Нр=25,41+2,13=27,54 м.

3.3 Подбор основного насоса

Основной насос должен:

1. Иметь высокий КПД.

2. Обладать наименьшими габаритными размерами.

3. Иметь хорошую характеристику кавитационной работы.

4. Быть серийно выпускаемым промышленностью.

5. Иметь наименьшую массу.

6. Противостоять действию агрессивных сред.

7. Соответствовать требуемым характеристикам и подавать воду согласно заданному графику водоподачи.

8. Быть удобным в эксплуатации.

Основной насос подбирается по каталогам насосного оборудования, согласно вышеперечисленным требованиям предъявляемым к насосному оборудованию.

Обратясь к сводному графику насосов с двусторонним входом, по подаче и напору подобрали марку Д 12 500−24; n= 485 об/мин; Q = 1800; з = 88%

3.4 Определение экономически эффективного диаметра напорного трубопровода

Один и тот же расход жидкости можно пропустить по трубам различного диаметра, изменяться будут только скорости. Капитальные затраты на строительство будут меньше при проектировании трубопровода малых диаметров. Однако эксплуатационные затраты будут больше при эксплуатации трубопроводов меньших диаметров. В результате этого определяем диаметр, удовлетворяющий и тем и другим требованиям.

Определение экономически эффективного диаметра удобно выполнять по приведённым затратам:

П= КЕ+S, руб,

К — кап. затраты на строительство трубопровода,

Е — коэффициент экономической эффективности (0,12),

S — ежегодные эксплуатационные затраты,

S= рК+bЭ, руб,

р — доля ежегодных амортизационных отчислений на ремонт и восстановление трубопровода (5% -10% от К),

b — стоимость 1 кВт/ч для района строительства (1),

Э — затраты электроэнергии на эксплуатацию трубопровода в год, кВт/ч,

Э= (9,81· Q·H·T·t) /зн. у.,

Н=?h=А· К·Q2·l.

Т — период работы НС в году,

t — количество часов в году.

Диаметр напорного трубопровода:

d=1,13vQтр/V, м,

V=1,5 м/с,

d=1,13v1,2/3=0,714 м=714мм.

Все расчёты удобно выполнять в табличной форме (Таблица 3.)

Таблица 3.

Ведомость определения приведённых и эксплуатационных затрат на 1 п. м. трубопровода

V=4Qтр/рd2, ?h=А· К·Q2·l, Э= (9,81· Qтр? h·183·8) /0,8.

По результатам таблицы строим график приведённых и эксплуатационных затрат (Рис 5.).

При выборе экономически выгодного диаметра следует отдавать предпочтение приведённым затратам. Так как приведённые затраты ниже при эксплуатации диаметра 800 мм, то его и принимаем как экономически эффективный.

4. Расчёт и подбор здания насосной станции

Тип, конструктивное исполнение и область применения зданий насосных станций зависят от многих факторов: подачи и напора, назначения, типоразмера основного оборудования, колебания уровней воды в источнике, инженерной геологии и др.

Исходя из проведённых расчётов, принимаем камерный тип насосной станции, в которой отметка пола машинного отделения находится ниже отметки пристанционной площадки.

4.1 Определение глубины здания насосной станции и отметки оси насоса

1. Определение отметки оси насоса

Для обеспечения бескавитационной работы насоса в любой период времени определяется отметка оси насоса.

ОН= УВВ+Нгв,

Нгв=На-?hдоп-hпож-?hв,

hпож=0,24 м, при 200С,

На — атмосферное давление (10 м. вод. ст.),

?hдоп=7 м,

Нгв=10−7-0,56−0,24=2,2 м,

УВВmin=88,2,ОН=88,2+2,2=90,4.

2. Определяем высоту подземной части здания:

Нп. ч. =h0+?h-Hг. в. +h+h1, м,

h0=1 м, h=1,5 м, h1=0,5 м,

?h= УВmах — УВmin=2,2 м,

Нп. ч. =1+2,2+2,2+1,5+1=7,9=8 м.

4.2 Определение высоты здания насосной станции

Определяем высоту наземной части здания:

Нн. ч. = h1+ hкр + hcт + hд + hз + hм + hф, м

h1 — запас высоты над грузоподъёмным оборудованием (0,2 м),

hкр — высота кранового оборудования (2,04 м),

hcт — длина строп (0,5 м),

hд — длина самой большой детали (2,75 м — высота электродвигателя),

hз — запас высоты между установленным оборудование и деталью (1 м),

hм — высота автомашины (1,5 м), hф — высота фундамента (0,5 м).

Нн. ч. =1,5+1+2,75+0,5+2,04+0,2=8 м

4.3 Определение длины здания насосной станции

Учитывая небольшое количество насосных агрегатов, принимаем их линейное расположение в здании насосной станции.

Длину здания рассчитываем по ширине насосных агрегатов (3,71 м каждый), по расстоянию между ними (0,8 м), по расстоянию от насоса до стены (0,7 м) и по расстоянию от электродвигателя до стены (1,5 м):

Lзд=1+2*0,7+1+2*05+3,9+1+1,25=9,5 м.

Принимаем длину здания равной 12 м.

1. Чебаевский В. Ф. Насосы и насосные станции. М. «Агропромиздат», 1989.

2. Чебаевский В. Ф. Проектирование насосных станций и испытание насосных установок" .М. «Агропромиздат», 1989.