Водоснабжение в наших городах и подход к потребителю

ЗАДАЧА № 10

Центробежный  насос, характеристика которого задана, подаёт воду на геометрическую высоту Н_Г (рис. 8). Трубы всасывания и нагнетания имеют диаметры d_в и d_н, длины l_в и l_н соответственно. Температура подаваемой воды и соответствующие значения удельного веса воды q кг/м³ заданы.

Найти рабочую  точку при работе насоса на сеть.

Определить, как изменяются напор и мощность насоса, если задвижка частично прикрыта и полностью открыта (учтено коэффициентом  местного сопротивления).

При построении характеристики насосной установки  учесть нижеприведённые  местные гидравлические сопротивления.

 

Вид местного сопротивления	x
Плавный поворот трубы R=d	1
Вход в трубопровод	0,5
Выход из трубопровода	1
Задвижка: - частично прикрытая*; - открытая	20 0,8
* Степень прикрытия задвижки здесь  не уточняется

 

Материал  и характеристика труб учитывается  величиной эквивалентной шероховатости Dэ=К_э (дано).

 

x_вых=1

x_з.отк.=0,8

x_{з.прикр.}=20

x_пов=1

x_пов=1

x_вх=0,5

Рис. 8.

 

Характеристика  центробежного насоса.

 

Q, л/с	0	0,3	0,5	0,7	0,9	1,1	1,3	1,5	1,7	1,9
Н, м	12	11,7	11,5	11,2	10,8	10,2	9,3	8,1	6	1,8
h ,%	0	34	50	60	65	69	70	68	62	51

 

Величина и размерн.	Исходные данные к вариантам
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Нг, м	2,5	7	6,5	6	5,5	5	5,5	4	3,5	6
lв, м	3,8	4	5	6	5	4	3	2	4	5,5
lн, м	9,5	9	8	17	16	15	26	27	28	18
dв, мм	32	50	40	32	40	32	40	32	25	40
dн, мм	25	25	32	25	25	20	32	32	25	32
Т, оС	55	55	50	45	40	35	30	25	20	45
Dэ, мм	0,06	0,06	0,06	0,06	0,075	0,075	0,075	0,075	0,06	0,05
q, кг/м3	985	985	988	990	992	994	996	997	998	990
Величина и размерн.	Исходные данные к вариантам
	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Нг, м	2,3	3,8	4,5	5,6	6,5	7,5	2,5	3,4	4,5
lв, м	2,8	3,4	4,5	3,6	4,5	2,4	3,3	4,2	1,4
lн, м	9,5	9	8	17	16	15	26	27	28
dв, мм	32	50	40	32	40	32	40	32	25
dн, мм	25	25	32	25	25	20	32	32	25
Т, оС	55	55	50	45	40	35	30	25	20
Dэ, мм	0,06	0,06	0,06	0,06	0,075	0,075	0,075	0,075	0,06
q, кг/м3	985	985	988	990	992	994	996	997	998

 

Решение. Центробежный насос, характеристика которого задана, подаёт воду на геометрическую высоту Н_Г=1,5 м (рис. 8). Трубы всасывания и нагнетания имеют диаметры d_в=40 мм и d_н=20 мм, длины l_в=3 м и l_н=10,5 м соответственно. Температура подаваемой воды и соответствующие значения удельного веса воды q=983 кг/м³ заданы.

 

Общие потери напора в трубопроводе определяются по формуле:

 

,м,

 

где h_н и h_в – соответственно потери напора в напорном и всасывающем трубопроводе, которые определяются по аналогичным формулам.

 

, м,

где h_lн(в) – потери по длине на трение;

- потери на местные сопротивления.

,  

где - коэффициент гидравлического трения.

Таким образом получим, что

,

 

 

где К_э – величина эквивалентной шероховатости (из задания)

Для определения  скорости необходимо найти площадь  сечения:

, м²;  , м/с

 

Для построения графика для случая с прикрытой  задвижкой результаты сведём в таблицу.

Q, л/с	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1	1,2	1,4	1,6	1,8	2
Q, м3/с	0	0,0002	0,0004	0,0006	0,0008	0,001	0,0012	0,0014	0,0016	0,0018	0,002
Vн=4Q/(pdн2), м/с	0,000	0,637	1,273	1,910	2,546	3,183	3,820	4,456	5,093	5,730	6,366
	0,000	1,165	4,658	10,481	18,634	29,115	41,926	57,065	74,534	94,333	116,460
Vв=4Q/(pdв2), м/с	0,000	0,159	0,318	0,477	0,637	0,796	0,955	1,114	1,273	1,432	1,592
	0,000	0,007	0,027	0,060	0,107	0,167	0,241	0,328	0,429	0,542	0,670
hобщ=hв+hн	0,000	1,171	4,685	10,542	18,741	29,282	42,167	57,394	74,963	94,875	117,130
hобщ+геом=hв+hн+Нг	1,500	2,671	6,185	12,042	20,241	30,782	43,667	58,894	76,463	96,375	118,630

 

Строим  график для случая с прикрытой  задвижкой (x_{з.прикр.}=20)

 

рабочая точка 

Q = 0,00057;

Н = 11,019;

КПД = 54%

Рис. 9.

 

Для построения графика для случая с открытой задвижкой результаты сведём в таблицу.

Q, л/с	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1	1,2	1,4	1,6	1,8	2
Q, м3/с	0	0,0002	0,0004	0,0006	0,0008	0,001	0,0012	0,0014	0,0016	0,0018	0,002
Vн=4Q/(pdн2), м/с	0,000	0,637	1,273	1,910	2,546	3,183	3,820	4,456	5,093	5,730	6,366
	0,000	0,768	3,072	6,912	12,288	19,200	27,648	37,632	49,151	62,207	76,799
Vв=4Q/(pdв2), м/с	0,000	0,159	0,318	0,477	0,637	0,796	0,955	1,114	1,273	1,432	1,592
	0,000	0,007	0,027	0,060	0,107	0,167	0,241	0,328	0,429	0,542	0,670
hобщ=hв+hн	0,000	0,775	3,099	6,972	12,395	19,367	27,889	37,960	49,580	62,750	77,469
hобщ+геом=hв+hн+Нг	1,500	2,275	4,599	8,472	13,895	20,867	29,389	39,460	51,080	64,250	78,969

 

Строим  график для случая с открытой задвижкой (x_з.отк.=0,8)

 

рабочая точка 

Q = 0,0007;

Н = 11,02;

КПД = 60%

Рис. 10.

 

Таким образом, при постепенном закрытии задвижки рабочая точка (пересечение характеристики H-Q насоса с характеристикой трубопровода) стремится влево.

 

Мощность  насоса определяется по формуле:

 

, кВт,

где - КПД в долях.

 

Для случая с прикрытой задвижкой:

 кВт

Для случая с открытой задвижкой

  кВт

Таким образом, прикрытие задвижки на напорном трубопроводе ведёт к некоторому снижению мощности насоса, однако снижение КПД ограничивает широкое применение данного вида регулирования.

Биологическая очистка

Биологическая очистка основана на жизнедеятельности микроорганизмов, которые способствуют окислению  или восстановлению органических веществ, находящихся в сточных водах  в виде тонких суспензий, коллоидов, в растворе и являются для микроорганизмов  источником питания, в результате чего и происходит очистка сточных  вод от загрязнения.

Очистные сооружения биологической  очистки можно разделить на два  основных типа:

• сооружения, в которых очистка происходит в условиях, близких к естественным;
• сооружения, в которых очистка происходит в искусственно созданных условиях.

К первому типу относятся сооружения, в которых происходит фильтрование очищаемых сточных вод через  почву (поля орошения и поля фильтрации) и сооружения, представляющие собой водоемы (биологические пруды) с проточной водой. В таких сооружениях дыхание микроорганизмов кислородом происходит за счет непосредственного поглощения его из воздуха. В сооружениях второго типа микроорганизмы дышат кислородом главным образом за счет диффундирования его через поверхность воды (реаэрация) или за счет механической аэрации.

В искусственных условиях биологическую  очистку применяют в аэротанках, биофильтрах и аэрофильтрах. В этих условиях процесс очистки происходит более интенсивно, так как создаются лучшие условия для развития активной жизнедеятельности микроорганизмов.

При повышенных требованиях к очистке  биологически очищенную воду очищают  дополнительно. Наиболее широкое распространение  в качестве сооружений для дополнительной очистки получили песчаные фильтры, главным образом двух- и многослойные, а также контактные осветлители (микрофильтры применяют реже).