Расчет насосной станции

Введение

 

Насосные станции представляют собой сложный комплекс сооружений и оборудования, обеспечивающих подачу воды и водоотведение в соответствии с нуждами водопотребителей.

По своему назначению и расположению в общей схеме  водоснабжения насосные станции подразделяются на насосные станции первого подъема, второго подъема, повысительные и циркуляционные.

В данной работе мы рассчитываем и проектируем насосную станцию  второго подъема в системе  с водонапорной башней в начале сети.

НС-II служат для подачи очищенной воды потребителям, обычно из РЧВ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Исходные данные и задания для расчетов

 

 

 

Максимальная производительность насосной станции Q_НС = 90000 м³/сут.

Коэффициент часовой неравномерности  подачи воды = 1,56.

Длина всасывающих водоводов l_вс= 21 м.

Длина напорных водоводов l_н=4850 м.

Высота водонапорной башни  H_ВБ = 30 м.

Отметка земли в месте расположения насосной станции z_нс = 116,0 м.

Отметка расчетного уровня воды в  РЧВ z_рчв = 117,2 м.

Отметка дна РЧВ = 114,4 м.

Отметка земли в месте  расположения водонапорной башни z_вб = 120,2 м.

Отметка уровня грунтовых  вод z_гв = 109,6 м.

Отметка земли в точке  пожара = 123,1 м.

Расход воды на один пожар q_пож = 35 л/с.

Количество одновременных пожаров n_пож = 3.

Водопотребление по часам  суток принимаем согласно таблице 1.

 

Таблица 1 – Водопотребление  по часам суток

 

Часы	% от	Часы	% от
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12	1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 2,4 3,2 3,6 7,0 7,0 6,9 5,8	12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-24	5,1 4,9 5,5 5,9 5,6 5,6 5,2 4,5 4,0 3,5 3,5 3,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Определение диаметров всасывающих линий и напорных

водоводов

 

 

 

Принимаем, независимо от количества насосов, две всасывающие  линии, подключенные к коллектору, объединяющему всасывающие патрубки насосов.

Диаметр всасывающих  линий определяем по формуле:

 

;

 

где  Q - расчетная производительность насосной станции, м /с;

V - рекомендуемая скорость движения воды, м/с (принимаем в зависи-мости от диаметра: 1,2-2,0 м /с  для диаметров свыше 800 мм);

n - количество всасывающих линий.

Расчетная производительность насосной станции II подъема (НС-2) представляет собой секундный расход  в час максимального водопотребления и определяется по формуле:

;

 

где - коэффициент часовой неравномерности;

Т - продолжительность работы НС-II, Т=24 ч.

Тогда

м³/с.

 

Ориентировочно назначив V = 1,3 м/с, определяем диаметр всасывающих линий:

м.

 

Округляем полученную величину диаметра до ближайшего стандартного размера d_вс = 0,900 м.

Определяем фактическую  скорость движения:

 

 м/с.

 

 

 

 

Расчетный расход воды для  одной линии водовода:

 

 м³/с.

 

Принимаем напорный водовод из стальных труб. Диаметр напорного водовода определяем по предельным экономическим расходам [7], при экономическом факторе Э = 1.

При расходе Q_1В = 813 л/с, принимаем диаметр напорного водовода d=900мм (округлив до ближайшего стандартного значения).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Расчет режима работы насосной станции

 

 

 

Насосы II подъема подают очищенную воду из резервуара непосредственно в сеть потребителя, и поэтому подачу насосов насосной станции II подъема определяют в зависимости от режима водопотребления населенного пункта.

Режим водопотребления изменяется во времени. Неравномерность режима водопотребления в течении суток зависит от величины населенного пункта и характеризуется коэффициентом часовой неравномерности , равным отношению максимального часового расхода в сутки наибольшего водопотребления к среднему часовому расходу за эти сутки. Чем крупнее населенный пункт, тем меньше неравномерность водопотребления и наоборот. График подачи насосов должен быть максимально приближен к режиму водопотребления. Его обычно принимают ступенчатым (две-три ступени), т.е. в различные часы суток работает разное число насосов в зависимости от водопотребления.

Количество подаваемой НС-2 воды за сутки должно равняться  суммарному количеству воды, расходуемому потребителями.

В отдельные часы суток подача воды насосами II подъема может быть больше или меньше водопотребления. В первом случае избыток поданной в сеть воды автоматически поступает в бак водонапорной башни; во втором случае отбор воды из сети равен сумме подач в нее воды от НС-2 и из башни. Таким образом, водонапорная башня компенсирует несовпадение режимов подачи и потребления воды в отдельные часы суток, аккумулируя избыток подаваемой воды в одни часы и восполняя недостачу воды в другие часы. Чем больше разность между подачей и потреблением воды, тем больше должна быть аккумулирующая емкость.

В настоящее время по типовым  проектам предусматриваются баки водонапорных башен емкостью от 15 до 800 м .

Руководствуясь заданным режимом  водопотребления (таблица 1), принимаем в первом варианте трехступенчатый график работы НС-2. Интервал от 23 до 7 часов по своему значению расходов принимаем за первую ступень НС с подачей, равной 2,05 %, что составляет среднеарифметическое значение расходов в процентах выбранного интервала времени.

 

 

3.1 Определение требуемого  напора и подачи насоса

 

 

Для выбора насоса необходимо знать  требуемые подачу и напор.

Требуемый напор определяем для первой ступени подачи насосной станции Н при расположении водонапорной башни в начале сети:

 

H_I

;

 

где H_z - разность отметок поверхности земли у водонапорной башни и дна резервуара чистой воды;

H₀ - высота бака водонапорной башни (до уточнения объема бака ориентировочно можно принять =8 м);

h_всI и h_нI - потери напора соответственно во всасывающей и напорной линиях при расходе , соответствующем подаче НС-II на I ступени работы.

 

1845 м/ч = 513 л/с;

 

Расход в трубопроводе всасывающей линии:

 

256,5 л/с = 923,4 м³/ч.

 

Потери напора во всасывающей  линии определяем по формуле:

 

;

 

где - удельные потери напора (гидравлический уклон) по длине всасывающего трубопровода;

- длина всасывающего трубопровода;

- коэффициент, учитывающий потери  напора в местных сопротивлениях всасывающего трубопровода, = 1,2-1,3.

Принимаем всасывающий  трубопровод из стальных труб. Согласно , при = 256,5 л/с и d_вс = 900 мм, гидравлический уклон = 0,000234.

Тогда

0,00639 м.

 

Определяем потери напора в напорном водоводе:

 

.

 

Согласно  , при =256,5 л/с и d_н = 900 мм, гидравлический уклон =0,00234.

Тогда

1,25 м.

 

Требуемый напор для  первой ступени подачи будет равен:

 

Н

= 0,00639+(120,2-114,4)+30+8+1,25=39,25 м.

 

Подача одного насоса определяется по формуле:

 

,

 

где  m – количество принятых насосов на I ступени.

Принимаем в первом варианте один работающий насос, тогда:

 

1845 м³/ч = 512,5 л/c.

 

 

3.2 Выбор марки насоса

 

 

На водопроводных станциях обычно применяют насосы общего назначения, допускающие перекачивание воды с температурой до  85 С  и с содержанием твердых включений до 3 г/л, размером не более 0,1-0,2 мм.

На водопроводных насосных станциях чаще всего устанавливаются горизонтальные насосы двустороннего входа типа Д, а при подачах до 0,08 м /с – консольные насосы типа К. При больших подачах (выше 1 м /с) и при напорах от 4 до 25 м могут применяться осевые насосы.

Определив требуемые (номинальные) расчетные  напор и подачу насоса, обращаются к сводным графикам полей насосов соответствующего типа. Рабочие зоны каждого типоразмера насосов представлены на этих графиках в виде криволинейных параллелограммов. Верхняя линия каждого поля - характеристика насоса с наибольшим, а нижняя – с наименьшим заводским диаметром рабочего колеса.

Определив марку насоса, более подробные сведения о нем и его характеристиках отыскивают в приложениях к настоящей работе, в каталогах, в справочной литературе.

Напор подобранного насоса при требуемой  подаче должен быть равен требуемому расчетному напору или превосходить его не более, чем на 10 %. Если это условие не обеспечивается, то прибегают к обточке рабочего колеса.

Ни один насос не удовлетворяет  определенным выше значениям требуемой  подачи и напора. Поэтому увеличиваем  количество насосов на первой ступени.

922,5 м³/ч = 256,3 л/c.

 

С учетом значений требуемых  подачи и напора насос по подбираем насос марки Д1600-90 при частоте n=980 об/мин. Характеристика насоса представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Характеристика центробежного насоса Д320-50

 

 

3.3 Определение фактической  подачи насосов

 

 

Окончательное назначение количества работающих на каждой ступени  насосов производиться после  определения фактической подачи насосов.

 

 

 

 

Фактическая подача определяется по формуле:

 

;

 

где - геометрическая высота подачи насосов, равная: 

 

H_Г = H_z + H_ВБ + H₀ = 5,8 +30 +8 = 43,8 м;

 

S - сопротивление водовода, определяемое с учетом удельного сопротивления  (приложение Б) по формуле:

 

с²/м⁵;

 

a и b - параметры определяемые соответственно по формулам:

 

,  .

 

По сводному графику  полей выбранной марки насоса [7] берутся значения Н = 45 м,  Н = 36 м; при этом

 Q = 0,206 м³/с и Q = 0,347 м³/с.

Значения параметров будут равны:

 

 с /м ;

 

 

м.

 

Определяем подачу двух насосов, работающих на два водовода:

 

0,449 м /с = 1616,2 м³/ч.

 

Четыре насоса, работающие на две линии водовода, обеспечат подачу:

 

0,687 м³/с = 2474,32 м³/ч.

 

Шесть насосов, работающие на две линии водовода, обеспечат  подачу:

 

0,793 м³/с = 2856,1 м³/ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Выбор оптимального  режима работы насосов и определение требуемых емкостей РЧВ и бака водонапорной башни

 

 

 

Проведенные выше расчеты показывают, что при непрерывной работе два насоса в течение часа подают 1616,2 м , что составляет 1,8 % от максимального суточного водопотребления, четыре насоса – 2474,32 м , или 2,75 %, а шесть насосов – 2856,1 м или 3,17 %.

Руководствуясь режимом водопотребления, принимаем трехступенчатую работу насосов:

I ступень – с 23 до 7 часов при среднем водопотреблении 2,05 %;

II ступень – с 7 до 8, с 12 до 14 и с 18 до 23 часов при среднем водопотреблении 4,29 %;

III ступень – с 8 до 12 и с 14 до 18 при среднем водопотреблении 6,16 %;

Принимаем на I ступень два насоса, на II ступени четыре насоса и на III ступени шесть насосов. Ступенчатый график водопотребления и водоподачи представлен на рисунке 2.