Расчет насосной станции

Сравнение средних значений водопотребления с вычесленными фактическими подачами двух, четырех  и шести насосов показывают, что  поача выбранных насосов на каждой ступени превышает водопотребление. На основании этого делаем заключение, что работа насосов на каждой ступени должна быть прерывной (насосы на каждом часовом интервале должны работать неполный час).

Рисунок 2 – График водопотребления  и водоподачи

Рассчитаем необходимое время непрерывной работы насосов для обеспечения подачи, равной среднечасовому водопотреблению в пределах каждой ступени.

На первой ступени  насос за непрерывный час работы подает в сеть объем воды, составляющий 1,8 % от максимального суточного водопотребления, а расчетная подача в течение каждого часа на этой ступени должна составлять 2,05 %. Следовательно, время непрерывной работы насоса в каждом часовом интервале равняется:

Т

= = 68,33 мин.

 

Принимаем Т = 68 мин, что соответствует подаче 2,04 % от максимального суточного водопотребления.

Аналогично находим необходимое  время непрерывной работы в течение  часа насосов на II и III ступенях.

 

Т

= = 93,6 мин.

 

Принимаем Т = 94 мин, что соответствует подаче 4,31 %.

 

Т

= = 116,59 мин.

 

Принимаем Т = 117 мин, что соответствует подаче 6,18 %.

 

Дальнейший расчет суточного баланса водопотребления и подачи воды насосами представлен в таблице 2.

Регулирующая емкость  РЧВ и бака водонапорной башни  определяется суммой абсолютных величин: максимальной отрицательной и максимальной положительной в графах 7 и 10.

Регулирующий объем резервуара будет равен:

 

 м³.

 

Регулирующий объем  бака водонапорной башни:

 

 м³.

 

 

 

Таблица 2 – Расчет суточного  баланса водопотребления и подачи воды

Вариант 1

Часы суток	Пода-ча  НС-I, %	Пода-ча  НС-II, %	Потребление, %	Расход из РЧВ, м3	Остаток  в РЧВ, м3	Остаток  в РЧВ, м3	Поступ. в бак ВБ, м3	Расход из бака, м3/ч	Остаток в баке, м3	Число и время работы насосов  НС-II
0-1	4,17	2,05	1,50	2,12		2,12	0,55		0,55	1Н - 68 мин
1-2	4,17	2,05	1,50	2,12		4,24	0,55		1,10	1Н - 68 мин
2-3	4,17	2,05	1,50	2,12		6,36	0,55		1,65	1Н - 68мин
3-4	4,17	2,05	1,50	2,12		8,48	0,55		2,20	1Н - 68 мин
4-5	4,17	2,05	1,50	2,12		10,60	0,55		2,75	1Н - 68 мин
5-6	4,17	2,05	2,40	2,12		12,72		0,35	2,40	1Н - 68 мин
6-7	4,17	2,05	3,20	2,12		14,84		1,15	1,25	1Н - 68 мин
7-8	4,17	4,29	3,60		0,12	14,72	0,69		1,94	2Н - 94 мин
8-9	4,17	6,16	7,00		1,99	12,73		0,84	1,10	3Н - 117мин
9-10	4,17	6,16	7,00		1,99	10,74		0,84	0,26	3Н - 117 мин
10-11	4,17	6,16	6,90		1,99	8,75		0,74	-0,48	3Н - 117 мин
11-12	4,17	6,16	5,80		1,99	6,76	0,36		-0,12	3Н - 117 мин
12-13	4,17	4,29	5,10		0,12	6,64		0,81	-0,93	2Н - 94 мин
13-14	4,17	4,29	4,90		0,12	6,52		0,61	-1,54	2Н - 94 мин
14-15	4,17	6,16	5,50		1,99	4,53	0,66		-0,88	1Н - 68 мин
15-16	4,17	6,16	5,90		1,99	2,54	0,26		-0,62	1Н - 68 мин
16-17	4,17	6,16	5,60		1,99	0,55	0,56		-0,06	1Н - 68 мин
17-18	4,17	6,16	5,60		1,99	-1,44	0,56		0,50	1Н - 68 мин
18-19	4,17	4,29	5,20		0,12	-1,56		0,91	-0,41	2Н - 94 мин
19-20	4,17	4,29	4,50		0,12	-1,68		0,21	-0,62	2Н - 94 мин
20-21	4,17	4,29	4,00		0,12	-1,80	0,29		-0,33	2Н - 94 мин
21-22	4,17	4,29	3,50		0,12	-1,92	0,79		0,46	2Н - 94 мин
22-23	4,17	4,29	3,50		0,12	-2,04	0,79		1,25	2Н - 94 мин
23-24	4,17	2,05	3,30	2,12		0,08		1,25	0,00	1Н - 68 мин

 

К полученным объемам резервуара и бака добавляется объем на пожаротушение.

Согласно [1], резервуар чистой воды должен содержать трехчасовой запас воды на пожаротушение, а бак водонапорной башни – десятиминутный запас воды на пожаротушение из расчета одного наружного и одного внутреннего пожаров. Расчетный расход на один наружный пожар Расход воды на один пожар q_пож = 35 л/с, количество одновременных пожаров n_пож = 3.

Расход воды на внутренний пожар принимаем равным 10 л/с.

 

 

 

Тогда объем резервуара будет равен:

 

м³.

 

Объем бака:

 

м³.

 

Полученный объем бака соответствует нормам проектирования.

Произведем расчет емкостей РЧВ и бака водонапорной башни  по второму варианту, приняв на I ступени три работающих насоса.

Тогда

 615 м³/ч, 39 м.

 

По [3] подбираем насосы марки 1Д800-56б при n=1450 об/мин.

Проверим возможность  обеспечения выбранными насосами требуемого напора при подаче,равной максимальному  водопотреблению – 7,0 % от Q_НС, что соответствует 1750 л/с.

Расход в трубопроводе всасывающей линии будет равен:

 

875 л/с.

 

Согласно [2] при = 875 л/с и d_вс = 900 мм, определяем = 0,000224 и вычисляем 0,0061 м.

Согласно [2] при = 875 л/с и d_н = 900 мм, определяем = 0,000224 и вычисляем 19,34 м.

Тогда требуемый напор  насосов будет равен:

 

H_I = 0,061 + 30 + 5,8 +19,34 = 63,201 м

 

Насосы марки 1Д800-56б  при  n = 1450 об/мин не обеспечивают требуемого напора  H_I = 63,201 м при максимальном водопотреблении, следовательно такой вариант не приемлем.

Согласно [2] принимаем  к установке насос марки 1Д630-90 при частоте n = 1450 об/мин. Характеристика насоса представлена на рисунке 3.

 

 

Рисунок 3 - Характеристика центробежного насоса Д630-90

 

Определяем фактическую  подачу насосов. По сводному графику  полей выбранной марки насоса [7] берутся значения Н = 95 м,  Н = 84 м; при этом Q = 0,125 м³/с и Q = 0,222 м³/с.

Значения параметров будут равны:

 

 с²/м⁵;

 

м.

 

Определяем подачу двух насосов, работающих на два водовода:

 

0,609 м /с = 2192,4 м³/час.

 

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

 

1,004 м³/с = 3614,4 м³/час.

 

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

 

1,474 м³/с = 5306,4 м³/час.

 

Проведенные выше расчеты  показывают, что при непрерывной  работе один насос в течение часа подают 2192,4 м , что составляет 2,44 % от максимального суточного водопотребления, два насоса – 3614,4 м , или 4,02 %, а три насоса – 4946,4 м или 5,9 %.

Время непрерывной работы насоса в каждом часовом интервале равняется:

Т

= = 50,41 мин.

 

Принимаем Т = 50 мин, что соответствует подаче 2,03 % от максимального суточного водопотребления.

Аналогично находим  необходимое время непрерывной  работы в течение часа насосов  на II и III ступенях.

 

Т

= = 64,03 мин.

 

Принимаем Т = 64 мин, что соответствует подаче 4,29 %.

 

Т

= = 62,64 мин.

 

Принимаем Т = 63 мин, что соответствует подаче 6,2 %.

 

Дальнейший расчет суточного баланса водопотребления и подачи воды насосами представлен в таблице 3.

 

 

 

 

Таблица 3 – Расчет суточного  баланса водопотребления и подачи воды

Вариант 2

Часы суток	Пода-ча  НС-I, %	Пода-ча НС-II, %	Потребление, %	Расход из РЧВ, м3	Остаток  в РЧВ, м3	Остаток  в РЧВ, м3	Поступ. в бак ВБ, м3	Расход из бака, м3/ч	Остаток в баке, м3	Число и время работы насосов  НС-II
0-1	4,17	2,03	1,50	2,14		2,14	0,53		0,53	1Н - 57 мин
1-2	4,17	2,03	1,50	2,14		4,28	0,53		1,06	1Н – 57 мин
2-3	4,17	2,03	1,50	2,14		6,42	0,53		1,59	1Н – 57 мин
3-4	4,17	2,03	1,50	2,14		8,56	0,53		2,12	1Н – 57 мин
4-5	4,17	2,03	1,50	2,14		10,70	0,53		2,65	1Н – 57 мин
5-6	4,17	2,03	2,40	2,14		12,84		0,37	2,28	1Н – 57 мин
6-7	4,17	2,03	3,20	2,14		14,98		1,17	1,11	1Н – 57 мин
7-8	4,17	4,29	3,60		0,12	14,86	0,69		1,80	2Н – 60 мин
8-9	4,17	6,20	7,00		2,03	12,83		0,8	1,00	3Н – 60 мин
9-10	4,17	6,20	7,00		2,03	10,80		0,84	0,16	3Н – 60 мин
10-11	4,17	6,20	6,90		2,03	8,77		0,7	-0,54	3Н – 60 мин
11-12	4,17	6,20	5,80		2,03	6,74	0,40		-0,14	3Н – 60 мин
12-13	4,17	4,29	5,10		0,12	6,62		0,81	-0,95	2Н – 60 мин
13-14	4,17	4,29	4,90		0,12	6,50		0,61	-1,56	2Н – 60 мин
14-15	4,17	6,20	5,50		2,03	4,47	0,70		-0,86	1Н – 60 мин
15-16	4,17	6,20	5,90		2,03	2,44	0,30		-0,56	1Н – 60 мин
16-17	4,17	6,20	5,60		2,03	0,41	0,60		0,04	1Н – 60 мин
17-18	4,17	6,20	5,60		2,03	-1,62	0,60		0,64	1Н – 60 мин
18-19	4,17	4,29	5,20		0,12	-1,74		0,91	-0,27	2Н – 60 мин
19-20	4,17	4,29	4,50		0,12	-1,86		0,21	-0,48	2Н – 60 мин
20-21	4,17	4,29	4,00		0,12	-1,98	0,29		-0,19	2Н – 60 мин
21-22	4,17	4,29	3,50		0,12	-2,10	0,79		0,60	2Н – 60 мин
22-23	4,17	4,29	3,50		0,12	-2,22	0,79		1,39	2Н – 60 мин
23-24	4,17	2,03	3,30	2,14		-0,08		1,27	0,12	1Н – 57 мин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Определение затрат  электроэнергии  на подачу воды

 

 

 

Расход электроэнергии, кВт∙ч, за один часовой интервал составит:

 

,

 

где n – количество работающих в данном часовом интервале насосов;

N - мощность, потребляемая электродвигателем из сети;

t – время, в мин, работы насосов в данном часовом интервале.

Полный расход электроэнергии при подаче суточного объема воды, кВт∙ч, составит:

.

 

По варианту 1 на различных ступенях работают два, четыре и шесть насосов марки 1Д1600-90 с электродвигателем мощностью 155 кВт.

Для 1го варианта получим:

 

 кВт∙ч.

 

По варианту 2  на различных  ступенях работают один, два и три  насоса марки 1Д630-90 с электродвигателем мощностью 230 кВт.

Для 2го варианта получим:

 

 кВт∙ч.

 

Окончательно принимаем вариант 2 как более экономичный.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Расчет на тушение пожара

 

 

Подача полного расчетного расхода воды на тушение пожара должна быть обеспечена в час максимального  водоразбора, т.е. в момент возникновения пожара насосы II подъема должны подать расход воды, равный сумме полного расчетного расхода на тушение пожара и расхода воды в час максимального водоразбора, т.е. подача НС-II на пожаротушение будет равна:

 

Q_пож = n_пож ∙ q_пож +

= 3 ∙ 0,0035 + 1,625 = 1,73 м³/с.

 

Требуемый напор в  момент пожара определяется по формуле:

 

,

 

где h - потери напора во всасывающих линиях при расчетной подаче Q ;

h - потери напора в водоводе при той же подаче;

Н - свободный напор в расчетной точке пожара, принимаемый согласно равным 10 м для системы пожаротушения низкого давления;

Н - приведенная геометрическая высота подъема воды.

Приведенная геометрическая высота подъема воды определяется по формуле:

 м;

 

где Н - статический напор, равный разности отметок в расчетной точке пожара и отметки дна резервуара чистой воды, т.е 123,1 – 114,4 = 8,7 м;

7,5 – коэффициент запаса  потерь во всасывающих и напорных  коммуникациях насосной станции.

По  при л/с  и  d = 900 мм  гидравлический уклон i_вс = 0,00224.

Тогда

м.

 

 

По  при л/с и d = 900 мм  гидравлический уклон

 i_н = 0,00224.

Тогда

м.

 

 

Необходимый пожарный напор  будет равен:

 

 м.

 

Значение необходимого пожарного напора выходит за пределы рабочей части характеристики насоса Д500-65, однако, ввиду кратковременности пожаротушения, допускается работа насосов в пожарном режиме вне рекомендуемой рабочей части характеристики с некоторым снижением коэффициента полезного действия.

Определим необходимое  число насосов при их работе в пожарном режиме:

 

.

 

В выбранном варианте для обеспечения водопотребления  на хозяйственные нужды на станции устанавливаются три рабочих и два резервных насоса марки 1Д630-90. Согласно произведенному расчету для работы в пожарном режиме требуется шесть насосов. Учитывая, что в кратковременном режиме пожаротушения могут быть использованы резервные насосы, дополнительно требуется установка одного противопожарного насоса такого же типоразмера.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 Определение отметки оси насосов и заглубления НС-II

 

 

Геодезическая отметка  расположения оси рабочего колеса насоса определяется исходя из условий обеспечения  быстрого, надежного пуска насоса и безкавитационной его работы во всех режимах эксплуатации насосной станции.

Поэтому насосы на НС-II, как правило, устанавливаются под заливом. Исключение составляют станции, располагаемые на песчаных и супесчаных  грунтах, при высоком уровне грунтовых вод и т.д. В этих условиях возможна установка насосов, работающих со всасыванием, что позволяет уменьшить заглубление и снизить строительную стоимость насосной станции.

Отметка расположения оси  насоса  z , м, определяется по формуле:

 

;

 

где z - отметка дна резервуара чистой воды, z =98,25;

Н - допустимая геометрическая высота всасывания насоса, определяемая по формуле:

.

 

При неточном определении величины Н , т.е. завышении отметки оси насоса, может возникнуть кавитационный режим работы его, что приведет к снижению подачи и КПД насоса.