Насосы и насосные станции

ВВЕДЕНИЕ

 

Насосные станции систем водоснабжения представляют собой комплекс сооружений и оборудования, обеспечивающий водоподачу в соответствии с нуждами потребителя. Состав сооружений, их конструктивные особенности, тип и число вспомогательного оборудования определяются исходя из принципов комплексного использования водных ресурсов и охраны природы с учетом назначения насосной станции и предъявляемых к ней технологических требований.

Насосные станции I подъема забирают воду из источника водоснабжения и подают ее на очистные сооружения или, если не требуется очистки воды, непосредственно в резервуары, распределительную сеть, водонапорную башню

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ВЫБОР ОСНОВНОГО ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО  ОБОРУДОВАНИЯ

 

 

Основное гидромеханическое оборудование насосной станции обеспечивает бесперебойную подачу воды потребителю или отвод ее с осушаемой территории в соответствии с заданным графиком водоподачи или водоотвода.

Рисунок 1. Схема расположения основного  гидромеханического оборудования

 

1 – водоисточник;

2 – самотечный трубопровод;

3 – водозаборное сооружение;

4 – всасывающий агрегат;

5 – здание насосной станции;

6 – насос;

7 – напорный трубопровод;

8 – водоприемник.

1.  Определение расчетной подачи и числа рабочих насосов

 

 Исходя из имеющегося оборудования, назначаем 2 основных насоса и 1 резервный. Расчетная подача одного насоса определяется по формуле:

                                         Q₁=Q_нК_ф                                                                                   (1.1)

где К_ф – коэффициент форсирования, К_ф=1,0

      Q_н – расчетная максимальная подача одного насоса, м³/с, определяемая по формуле:

                                       Q_н= Q_max/2                                             (1.2)

где Q_max - максимальное суточное водопотребление, 

       Q_max=15000м³/сут.=1,74 м³/с.

                              Q_н=1,74/2=0,87 м³/с.

Расчетная подача одного насоса по формуле (1.1):

                              Q₁=0,87·1,0=0,87 м³/с.

 

2.  Определение расчетного напора насоса

 

Расчет напора насоса определяется по условиям движения воды во внешней сети (всасывающей и напорной линиях):

                            Н_н=Н_г+Σh+Н_св                                               (1.3)

где Н_г – геометрический напор (полная высота подъема жидкости);

      Σh – суммарные потери напора на трассе водоподачи;

      Н_св – свободный напор.

Геометрический напор Н_г вычисляется по формуле:

                             Н_г = h_см - h_min ,                                              (1.4)

где h_см – отметка уровня в сместителе; h_см = 81 м;

         h_min -  минимальная отметка уровня в водоприемном сеточном

                колодце, h_min = 68 м.

                             Н_г = 81 – 68 = 13 м.

Свободный напор определяется по формуле:

                            Н_св = Р/(ρ∙g),                                                 (1.5)

где Р – атмосферное давление, Р =4∙10⁵ Па.

                            Н_св = 4∙10⁵ /(1000∙10) = 40м.

Суммарные потери напора определяются по формуле:

                            Σh = h_встр + h_н.тр + h_дл,                                   (1.6)

где h_встр – местные потери во всасывающем трубопроводе, м;

       h_н.тр – местные потери в напорном трубопроводе, м;

          h_дл  - потери по длине, м.

Местные потери во всасывающем трубопроводе определяются по формуле:

                            h_встр = (υ²_вс.тр/2g) ∙ (ζ_пр.с.+ ζ_к + ζ _суж.),               (1.7)

где υ_вс.тр – скорость воды во всасывающем трубопроводе, равна 1,7 м/с;

      ζ_пр.с. – коэффициент местного сопротивления для приемной сетки с обратным клапаном, равен 2,5 по /4/;

      ζ_к – коэффициент местного сопротивления для колена, равен 1,8;

      ζ _суж – коэффициент местного сопротивления для патрубка,

                 равен  1,2.

                           h_встр = (1,7² /2∙10) ∙ (2,5_.+ 1,8 + 1,2) = 0,8 м.

Местные потери в напорном трубопроводе определим по формуле:

                          h_нтр = (υ²_н.тр/2g) ∙ (2∙ζ_задв.+ 2∙ζ_тр + ζ_к.),                (1.8)

где υ_н.тр – скорость движения воды в напорном трубопроводе,

      равная 2,7м/с;

      ζ – коэффициент  местного сопротивления, 

            для задвижки, равен 6;

            для тройника, равен 1,5.

                          h_нтр = (2,7² /2∙10) ∙ (2∙6_.+ 2∙1,5 + 1,8) = 6,1м.

Гидравлические потери по длине  трубопровода определяются по гидравлическому уклону, с использованием таблиц Ф.А.Шевелева  /10/ и вычисляются по формуле:

                                 h_дл = 1000i ∙ l_тр ,                                        (1.9)

где 1000i = 0,005                                                                     /10/;

      l_тр – длина напорных водоводов; l_тр =1200 м.

                                h_дл = 0,005 ∙ 1200 =6 м.

Суммарные потери напора определим  согласно формуле (1.6):

                                 Σh =  0,8 + 6,1 + 6 = 12,9м.

Теперь, по формуле (1.3) определим требуемый  напор насоса:

                               Н₁=13+12,9+40=65,9 м

 

Диаметр всасывающего трубопровода d определяется расчетом из уравнения расхода:

                                        Q=Sυ,                                              (1.10)

 где   υ – скорость движения воды в трубопроводе, υ=1,7 м/с – для                         

               всасывающего трубопровода; υ=2,7м/с –для напорного

               трубопровода;

         S – площадь сечения трубопровода, определяемая по формуле:

                                       S=πd²/4,                                            (1.11)

Отсюда,

                                      d= √4Q/πυ,                                        (1.12)

По формуле (1.12) определим аналогично диаметр всасывающего напорного трубопроводов:

d_вс=√4∙0,87/ 3,14∙1,7=0,65 м=650 мм;

d_н.=√4∙0,87/ 3,14∙2,7=0,41 м=410 мм;

 

 

 

 

 

 

 

3.  Выбор типа и марки насоса

 

      Насосы выбирают по каталогам насосного оборудования

Выбор типа и марки насоса осуществляется в зависимости от его назначений, рода протекающей жидкости, на основании требуемых подачи и напора, установленных гидравлическим расчетом в разделе 1.2 и 1.3.

Q₁ = 0,87 м³/с = 87 л/с; Н₁ = 65,9 м = 66 м.

По графику сводных полей  Q – Н насосов типа Д /3/ выбираем насос марки Д 320 - 50, с частотой вращения 1450 об./мин. Характеристика насоса представлена на графике (рисунок 2). Определяем требуемую расчетную точку А, через которую стоим график Н=Н_А∙(Q_Х/ Q_А)², где Н_А =66 м,

Q_А= 87л/с; 0≤ Q_Х ≤1,2Q_А

Таблица 1.1 Координаты для построения кривой Н=Н_А∙(Q_Х/ Q_А)²

Qx, л/с	H, м
0	0
25	38
50	76
75	114
100	152
125	190

 

Пересечение графика Н=Н_А∙(Q_Х/ Q_А)²

и характеристики D=405 мм нормального диаметра колеса дает нам точку В. Координаты точки В:

Q_B=37,5 л/с; Н_В=60 м.

Так как напор подобранного насоса не соответствует расчетному напору (расчетная точка А приходится выше кривой Н), то необходима точка рабочего колеса.

                       Диаметр срезанного рабочего колеса определим по формуле:

                                     D_срез.= Q_АD_норм /Q_В. ,                           (1.12)  

где Q_А =87 л/с;

      D_норм. – нормальный диаметр колеса, D_норм=405 мм;

      Q_В – подача насоса, соответствующая нормальному диаметру колеса,

      Q_В=37,5 л/с;

D_срез.87∙405/37,5=940 мм.

Определим координаты характеристики, которая должна пройти через точку  А. Для этого найдем несколько  точек, используя зависимость:

                                  Q₁/D_В = Q_X ^ۥ/D_срез.;    

                                    Н₁/D_В = (Н_X ^ۥ/D_срез.)²,                                       (1.13)

где Q_X ^ۥ - абсцисса точки Xۥ

       Н_X´  - ордината точки Xۥ.

Отсюда:                     Q_X´=Q_i∙ D_срез/D_В;                                    (1.14)

                               Н_X´=Н_i∙( D_срез/D_В)²,

где  Q_i и Н_i - координаты точек характеристики D=410мм, возьмем из таблицы 1.2:

 

Таблица 1.2 Координаты точек характеристики D=410мм.

 

Q₁´=0∙482/510=0 л/с;

Н₁´=97∙(482/510)²=86,6 м;

Q₂´=165∙482/510=155,9 л/с;

Н₂´=93∙(482/510)²=83 м;

Q₃´=330∙482/510=311,9 л/с;

Н₃´=86∙(482/510)²=76,8 м;

Q₄´=440∙482/510=415,8 л/с;

Н₄´=78∙(482/510)²=69,7 м.

Q₅´=495∙482/510=467,8 л/с;

Н₅´=70∙(482/510)²=62,5 м.

 

 

1.4 Определение мощности на привод  насоса.

Мощность на валу насоса:

                                       N= γQH/η,                                           (1.15)

где γ – удельный вес воды, γ=ρg=10⁴;

       η – полный  к.п.д. насоса, η=0,87

       Q – подача 1 насоса, Q=0,87 м³/с;

       H – напор насоса, соответствующий нормальному диаметру колеса, 

              H=66 м.

 

N=10000∙0,87∙66/0,87=660 кВт;

Мощность на валу приведенного двигателя:

  N_дв.= kH/η_пер.,              (1.16)

где k – коэффициент запаса мощности (на перегрузку), при N=660 кВт      

          k=1,15;

       η_пер – к.п.д. передачи, для механической муфты по /2/ η_пер=0,98.

 

N_дв.= 1,15∙66/0,98=77,45  кВт.   

По найденной величине N_дв из /4/ выбираем синхронный электродвигатель высокого напряжения типа А2-450М-4.

2 АНАЛИЗ РАБОТЫ НАСОСОВ НА  ВНЕШНЮЮ СЕТЬ

 

Анализ проводится с целью определения рабочих параметров насосов.

Применяется графо-аналитический  способ. На миллиметровой бумаге в принятом масштабе в координатах Н–Q выполняем построение характеристики насоса (индивидуальной и суммарных) и внешней сети (рисунок 3).

                              

2.1 Определение режимной точки

Для построения суммарных характеристик  насосов требуется определить положение  режимной точки Р. Положение этой точки определяется пересечением графиков Н=Н_А∙(Q_Х/ n ∙Q_А)²и Н=f(Н_обт.–2Q_обт.), где n – количество насосов, n=3; 0≤ Q_Х ≤1,5 Q_А.