Водопроводная насосная станция второго подъема

Технологическая часть

В обеспечении надёжной работы систем водоснабжения важная роль отводится насосным станциям. В зависимости от места расположения в общей схеме различают водопроводные насосные станции первого и второго подъёма.

Задачей насосной станции второго подъёма является подача воды из резервуаров чистой воды к потребителям и в бак водонапорной башни. Напор насосной станции должен быть достаточен для преодоления всех гидравлических сопротивлений водоводов и распределительной сети, а также для создания некоторых необходимых напоров у потребителей.

Порядок проектирования зависит от условий состава исходных данных. Однако можно рекомендовать некоторую укрупнённую схему расчёта, включающую в себя следующие основные этапы:

1.                 Выбор режима работы насосов и числа насосных агрегатов.

2.                 Определение расчётной подачи насосов.

3.                 Расчёт трубопроводов.

4.                 Определение требуемого напора насосов.

5.                 Выбор насосов.

6.                 Анализ совместной работы насосов и трубопроводов.

7.                 Определение допустимой отметки оси насосов.

8.                 Выбор вспомогательного оборудования.

9.                 Проектирование здания насосной станции.

Режим работы насосов

Требуемая среднечасовая подача насосов в период максимального водопотребления

,

где - общее водопотребление за период максимального водопотребления

Qч.I – часовые расходы воды у потребителей за этот период;

- продолжительность периода максимального водопотребления

 м3/ч

По аналогии требуемая среднечасовая подача насосов в период минимального водопотребления определяется из соотношения

,

где - общее водопотребление за период минимального водопотребления

- продолжительность периода минимального водопотребления

 м3/ч

Рекомендуемое к установке количество рабочих насосов пропорционально отношению найденных максимальной и минимальной подач насосной станции

, (6,3)

где к – коэффициент пропорциональности, принимаемый по возможности наименьшим целым числом.

Исходя из принятого числа рабочих насосов, определяется ориентировочная часовая подача одного насоса

 м3/ч,

В период максимального водопотребления работают все насосы, т.е. число работающих насосов

В период минимального водопотребления число работающих насосов определяется как округленное до целого числа отношение среднечасового водопотребления за этот период к подаче одного насоса

,

Количество насосо – часов работы насосной станции за сутки

 ч

Уточненная подача одного насоса (расчетная)

 м3/ч,

где Qсут. – суточная подача насосной станции, равная суточному водопотреблению.

По результатам расчета определяем расчетные подачи насосной станции в любой час суток

,

где  - расчетная часовая подача одного насоса;

 - число работающих насосов в данный час.

1 насос:  м3/ч;2 насоса:  м3/ч.

Водонапорная башня

Совместный анализ режимов водопотребления и работы насосной станции второго подъема позволяет составить режим работы водонапорной башни, т.е. определить величину поступления или отбора воды из водонапорной башни. При этом определяется величина остатка воды в баке башни, наибольшее значение которого составляет требуемый минимальный регулирующий объем бака.

Таблица 2. Режим работы водонапорной башни

Полная вместимость водонапорной башни WВБ, м3, состоит из регулирующего объема Wp и неприкосновенного десятиминутного противопожарного запаса воды Wп для тушения одного наружного и одного внутреннего пожара:

Регулирующий объем Wp определяют, сопоставляя режимы водопотребления и работы насосной станции второго подъема. Регулирующий объем водонапорной башни Wp, м3, соответствует максимальному остатку воды в баке.

Десятиминутный противопожарный запас воды Wп, м3, определяют по формуле:

, где

qп.н. – расход воды на тушение одного наружного пожара, л/с;

qп.в. – расход воды на тушение одного внутреннего пожара, л/с, определяется по СНиП 2.04.01-85. Wp =1106,194 м3; м3; м3 - 4,43 %

Резервуары чистой воды

Полный объем резервуаров чистой воды Wрчв, м3, должен включать кроме регулирующего объема Wр также запас воды на тушение пожаров Wпож, и запас воды на собственные нужды очистных сооружений Wс.н, т.е.

Wрчв = Wр + Wпож + Wс.н

Противопожарный запас Wпож, м3, определяют, исходя из необходимости тушения расчетных пожаров в течение трех (иногда двух) часов максимального водопотребления с учетом поступления воды в резервуары чистой воды из очистных сооружений на протяжении всего периода тушения пожаров:

Wпож = tпож∙Qпож + ∑Qmax t– tпож∙Qос

где tпож – расчетная продолжительность тушения пожаров, ч; Qпож - расчетный противопожарный расход воды, м3/ч; ∑Qmax·t- максимальная сумма расходов воды в смежные часы принятого периода тушения пожаров, включающая час максимального водопотребления, м3; Qос - расход воды, поступающий в резервуары чистой воды из очистных сооружений в период тушения пожаров, равный среднечасовому расходу воды в сутки максимального водопотребления Qсут max/24, м3/ч.

Запас воды на собственные нужды очистных сооружений Wс.н определяют в зависимости от технологии обработки воды, типа применяемых сооружений и др. При пользовании на очистных сооружениях скорых фильтров и контактных осветлителей запас воды в резервуарах должен приниматься на одну дополнительную промывку фильтров или осветлителей. Ориентировочно в этом случае запас воды может быть принят в размере 5…8 % от максимального суточного водопотребления Qсут max.

Общее количество резервуаров чистой воды должно быть не менее двух. При отключении одного резервуара в остальных должно храниться не менее 50 % требуемого запаса воды.

Таблица 3. Резервуар чистой воды.

Подача НС-I: 25511,21/24=1062,965 м3/ч.

Wp = 3679,515 м3; tпож·Qпож = 1566 м3;

∑Qmax t= 1390,85+1370,40+1404,77=4166,02 м3;

Qос = 1062,965 м3/ч

Wпож = 1566 + 4166,02 – 3·1062,965=2543,125 м3

Wс.н = 1785,78 м3

Wрчв = 3679,515+2543,125+1785,78=8008,42 м3

Общее количество резервуаров – 2, тогда W1 = Wрчв/2 = 8008,42/2=4004,21 м3

1 резервуар чистой воды:

Wпож=1271,56 м3; Wостал=2732,65 м3;W=l·b·h.

Принимаем Н=5 м, h=4,8 м. Тогда l=34 м, b=24,5 м (34·24,5·4,8=4004,21 м3)

hпож=1271,56/(34·24,5)=1,52 м; hостал=4,8-1,52=3,28 м.

Расчёт трубопроводов

Расчёт внешних и всасывающих трубопроводов выполняется с определения их диаметров и потерь напора в них.

Расчётный расход воды по трубопроводу определяется по формуле:

 (13.1)

где N – количество параллельно работающих трубопроводов;

Qр – расчётная подача насосной станции.

 м3/ч, (6.8)

Qт = 0,18 м3/с

Всасывающие трубопроводы.

Принимаем оптимальную скорость n = 1,5 м/с,

Ориентировочно значение диаметра:

м

По ГОСТ 18599-83 расчетный внутренний диаметр трубы: Dгост = 0,426 м.

м

м

м

Напорные трубопроводы.

Принимаем оптимальную скорость n = 2 м/с.

Ориентировочно значение диаметра

м.

По ГОСТ 18599-83 расчетный внутренний диаметр трубы: Dгост = 0,377 м.

м

м

м

Требуемый напор насосов

При проектировании системы водоснабжения мы определили требуемые напоры: в случае максимального водоразбора Н=40 м, в случае максимального транзита воды в башню Н=50 м. Расчетным выбираем наибольший напор, т.е. Н=50 м.

Выбор типа насоса

Выбор типа насоса производится по сводным графикам полей характеристик. Основой для выбора служат найденные значения расчётной подачи и требуемого напора. При выборе необходимо учитывать следующие рекомендации.

Желательно принимать к установке однотипные насосы. Применение разнотипных насосов допускается лишь в исключительных случаях, когда нельзя подобрать однотипные насосы.

Предпочтение следует отдавать насосам, имеющим более высокие КПД и наибольшую допустимую высоту всасывания.

Желательна установка малого числа насосов большей мощности. Но следует учитывать, что уменьшение числа насосов ведёт к увеличению регулирующего объёма бака водонапорной башни.

На водопроводных насосных станциях наиболее широкое применение нашли насосы типа Д.

При подаче равной 654,13 м³/ч и требуемом напоре 50 м по сводному графику полей Q – H насосов типа Д выбираем насос марки Д 800-57.

Таким образом для нашей насосной станции 1-ой категории надежности выбирается 2 основных и 2 резервных насоса марки Д 800-57.

Анализ совместной работы насосов и водоводов

Анализ совместной работы насосов и водоводов выполняется с целью уточнения рабочих параметров и для проверки аварийных режимов. Анализ выполняется графическим способом с помощью совмещенных характеристик насосов и системы трубопроводов.

На водопроводных насосных станциях обычно применяется параллельная работа насосов. Суммарная характеристика нескольких параллельно работающих насосов строится графическим сложением их характеристик. С этой целью на графике H-Q строятся характеристики всех рабочих насосов, взятые из каталога ли полученные построением при изменении частоты вращения или обрезке рабочего колеса. Т.к. обычно применяются насосы одного типа с одинаковыми характеристиками, то достаточно построить характеристику одного насоса. На этом же графике или совмещенном с ним по оси Q строятся характеристики мощности – N (Q), к.п.д. – η (Q) и допустимой вакуумметрической высоты всасывания насоса – Hвак доп (Q).

На том же графике в координатах H-Q строятся необходимые характеристики системы водоводов, совместно с которыми работает насосная станция. Уравнения водоводов

, м,

где Нст – статический напор в м;

Q – расход воды по водоводам в м3/с;

S – сопротивление системы водоводов в с2/м5;

Статический напор

, м

гдеНг – геодезическая высота подъема воды;

Нсв – свободный напор в точке питания.

Величина SQ2 представляет собой суммарные потери напора в системе водоводов. Поэтому сопротивление S можно определить как сумму

,

гдеSвс – сопротивление всасывающей линии;

Sст – сопротивление внутристанционных коммуникаций;

Sн – сопротивление напорной линии.

В этих формулах

QP – расчетная подача насосной станции в м3/ч;

hвс – суммарные потери напора во всасывающей линии в м;

hст – внутристанционные потери напора во всасывающей линии в м;

hн – суммарные потери напора в напорной линии в м;

При аварии на водоводе с одной перемычкой

, где

SH – сопротивление напорной линии при расчетном режиме;

NП – число перемычек между водоводами;

N – число параллельных водоводов.

Расчетный случай.

Нг=8,2 м; Нсв=30 м; м;

Qр=1308,266 м3/ч=0,36 м3/с

Sвс=0,73/0,362=5,63; Sст=2,14/0,362=16,51; Sн=3,87/0,362=29,86;

S=5,63+16,51+29,86=52

Н=38,2+52·Q2

Случай аварии на водоводе с одной перемычкой

Нг=8,2 м; Нсв=30 м; м;

Qр=0,7· Qр =0,7·1308,266=915,786 м3/ч=0,25 м3/с

Sвс=0,73/0,362=5,63; Sст=2,14/0,362=16,51; Sн=3,87/0,252=61,92;

S=5,63+16,51+123,84=145,98

Н=38,2+145,98·Q2

В случай возникновения пожара необходимая подача обеспечивается двумя насосами (Qp = Qmax+Qпож=1308,266+2·126=1560,266 м3/ч).

Определение отметки оси насоса и пола машинного зала

В НС II 1-ой категории насосы устанавливаются под залив, т.е. ниже уровня противопожарного запаса воды в РЧВ. Т.к. возникают 2 пожара:

, м

где Zрчв – отметка минимального уровня воды в РЧВ (дна резервуара), обычно на 2,5 м ниже отметки поверхности земли у РЧВ;

Sпож – высота слоя воды, соответствующая полному противопожарному запасу;

а – расстояние от оси до верха корпуса насоса.

 м

Вычисленная отметка Zон должна быть проверены на обеспечение допустимой вакуумметрической высоты всасывания  или допустимого кавитационного запаса , приведенных в каталогах или паспортах насосов.

Максимальная геометрическая высота всасывания

Нsmax = Zон - Zмув

За величину Zмув принимают Zрчв.

Максимальная допустимая высота всасывания:

; (),

где hв – максимальные потери во всасывающей трубе.

 м; =10-5=5 м

Отметка пола машинного зала :

, м

Где- отметка оси насоса в м;

 - размер оси насоса от нижней опорной плоскости установочной плиты или рамы до оси;

- высота фундамента над уровнем пола. Обычно =0,15…0,2 м.

 м

Выбор вспомогательного оборудования

Для привода насоса применяют электродвигатели. Выбор двигателя производится по требуемой мощности и частоте вращения.

Мощность насоса:

где ηн – КПД насоса при работе в данном режиме.

кВт

Требуемая мощность двигателя:

где N – мощность на валу насоса;

 - к. п. д. электродвигателя принимаем 0,79;

 - к. п. д. передачи;

k – коэффициент запаса мощности, учитывающий возможные перегрузки двигателя.

 кВт

Выбираем электродвигатель АО 103-4м.

Для монтажа, ремонта и демонтажа оборудования, арматуры и трубопроводов предусматривают подъёмно-транспортное оборудование с ручным приводом, при массе грузов до 3000 кг – подвесную кран-балку. Масса задвижки = 360 кг, масса электродвигателя насоса 3000 кг.

Электропитание насосных станций осуществляется от понижающих трансформаторов, необходимая мощность которых определяется:

 кВтА (18.2)

где ΣN – суммарная мощность электродвигателей насосов в кВт;

 - коэффициент трансформаторного резерва;

 - коэффициент, учитывающий дополнительную мощность на освещение и другие нужды.

Выбираем трансформатор марки ТМ 1000/10.

На насосных станциях предусматривается установка одного рабочего и одного резервного трансформатора.

Библиографический список

1.                 СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. – М.: Стройиздат, 1977.

2.                 В. Я. Карелин, А.В. Минаев. Насосы и насосные станции. – М.: Стройиздат, 1986.

3.                 Оборудование водопроводно-канализационных сооружений. Под ред. А. С. Москвитина. – М.: Стройиздат, 1978.

4.                 Водоснабжение и водоотведение. Наружные сети и сооружения. / под ред. Н.Н. Репина. – М.: Высшая школа, 1995. – 431 с., ил

5.                 Водопроводные насосные станции: Методические указания для курсового и дипломного проектирования. – Иваново, 1986.

6.                 Оборудование водопроводных насосных станций: Методические указания для курсового и дипломного проектирования. – Иваново, 1988.

7.                 Проектирование насосных станций. Компоновка оборудования: Методические указания для курсового и дипломного проектирования. – Иваново, 1989.

Страницы: 1, 2