Проектирование насосной станции водоснабжения

Проектирование насосной станции водоснабжения

Введение

Водоснабжение объектов надлежит проектировать на основе утвержденных схем развития, размещения производительных сил, а также генеральных, бассейновых и территориальных схем комплексного использования и охраны вод, генеральных планов городов и сельских населенных пунктов, генеральных планов промышленных узлов.

При проектировании необходимо рассматривать целесообразность кооперирования систем водоснабжения объекта независимо от их ведомственной принадлежности.

В проектах хозяйственно-питьевых и объединенных производственно-бытовых водопроводов необходимо предусматривать зоны санитарной охраны источника водоснабжения, водопроводных сооружений и водоводов.

Основные технические решения, принимаемые в проектах и очередность их осуществления должен обосновываться сравнением показателей возможных вариантов. Технико-экономические расчеты следует выполнять по тем вариантам достоинства и недостатки, которых нельзя установить без расчетов.

Оптимальный вариант определяется наименьшей величиной приведенных затрат с учетом сокращения расходов, материальных ресурсов, трудозатрат, электроэнергии и топлива.

При проектировании насосных станций водоснабжения должна предусматриваться прогрессивные технические решения, механизация трудоемких работ, автоматизация технологических процессов и максимальная индустриализация строительно-монтажных работ за счет применения сборных конструкций, стандартных и типовых изделий и деталей и заготовительных мастерских.

Расчетные данные

Таблица 1

План населенного пункта М 1:20000

1. Определение расчетных параметров рабочей группы наосов для обеспечения необходимых режимов их работы

.1 Определение расчетных расходов

Расчетные расходы воды определяют с учетом числа жителей населенного места и норм водопотребления.

Нормой хозяйственно-питьевого водопотребления в населенных местах называют количество воды в литрах, потребляемой в сутки одним жителем на хозяйственно-питьевые нужды. Норма водопотребления зависит от степени благоустройства зданий и климатических условий.

Таблица 2. Нормы водопотребления

Расчетный (средний за год) суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды в населенном пункте определяют по формуле:

Q_{суm m}, м³/сут;

где q_ж - удельное водопотребление на одного жителя, принимаем

q_ж=300 л/с;_ж - расчетное число жителей.

Q_{суm m=300*10500/1000=3150} м³/сут;

Полученный среднесуточный расход воды объектом может служить только в качестве общего показателя, его потребителей в воде. В действительности суточный расход воды в городских водопроводах существенно изменяется в отдельные сутки в зависимости от периода года, дней недели, погоды и т.д. Система городского водоснабжения должна удовлетворять потребности населения в воде в любые сутки, включая сутки наибольшего вероятного водопотребления.

Расчетные расходы воды в сутки наибольшего и наименьшего водопотребления, м³/сут.

Q_{сут max}= K_{сут max}´Q_{сут m};

Q_{сут min}= K_{сут min}´Q_{сут m.}

Коэффициент суточной неравномерности водопотребления K_сут учитывающий уклад жизни населения, режим работы предприятий, степень благоустройства зданий, изменения водопотребления по сезонам года и дням недели, следует принимать по СНиП 2.04.02-84* равным:

K_{сут max}=1,1 - 1,3_{сут min}=0,7 - 0,9

Большие значения K_{сут max} принимают для городов с большим населением, меньшие - для городов с малым населением. Для K_{сут min} - наоборот.

Q_{сут max}=1,2´3150=3780 м³/сут;

Q_{сут min}=0,8´3150=2520м³/сут.

Расчетные часовые расходы воды, м³/ч,

q_{ч max} =,_{ч min} =,

к_{ч max} = a_max´b_max

к_{ч min} = a_min´b_min

где a - коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий: a_max = 1,2-1,4; a_min = 0,4-0,6 (меньшие значения для a_max и большие для a_min принимают для более высокой степени благоустройства зданий);

b - коэффициент, учитывающий число жителей в населенном пункте.

к_{ч max I район} =1,3´1,3=1,69

к_{ч min I район} =0,4´1,4=0,70

q_{ч max}=1,69*3780/24=266,18 м³/час

q_max=266,18/3,6=73,94 л/с

q_{ч min} =0,7*2520/24=73,5 м³/сут

q_min=73,5/3,6=20,42 л/с

По СНиПу 2.04.02-84* «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» таб.5 расчетное количество пожаров для города с численностью населения 10500 человек и этажностью застройки 9 этажей, принимаем 2 пожара по 35 л/с.

 л/с.

Общий расход воды идущий от насосной станции второго подъема в населенный пункт, принимаем равным:

 л/с.

 л/с.

Расчет ведем далее по общему расходу . Так как напорный водовод состоит из двух одинаковых ветвей, то расход в каждой из ветвей будет:

 л/с.

.2 Определение необходимых напоров

Для построения напорной характеристики трубопровода необходимо знать требуемый напор насоса (насосной станции). Напор насоса определяется как сумма геометрического напора (данный напор совпадает с геометрической высотой и определяется исходя из отметок земли в диктующей точке и резервуаре чистой воды)., потерь напора внутри станции , потерь напора по длине водоводов и свободного напора. Свободный напор принимаем равным - 38 м.

Исходя из секундного расхода, на первом этапе необходимо выбрать диаметр водоводов.

По таблице Шевелева подбираем диаметр:

d=200 мм.

V=1,31 м/с.

i=0,0141.

Геометрический напор:

м.

Потери напора по длине вычисляют на основе подобранного диаметра водовода.

м.

Требуемый напор равен:

, м.

где  - геометрический напор, =46 м.

 - потери напора по длине, =21 м.

 - потери внутри насосной станции, =2,5 м.

 - свободный напор, =38 м.

 м.

.3 Построение характеристик трубопровода

Построим характеристику трубопровода, которая показывает изменение потерь напора в водоводах с учетом геометрического напора. Для этого воспользуемся таблицами Шевелева. При построении характеристики будем менять расход трубопровода на 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% и 100%.

Расчеты сведем в таблицу №3.

Таблица 3

Рассчитаем потери напора при пропуске расходов через одну ветку трубопровода указанных в таблице №3.

Таблица 4

.4 Подбор насосного агрегата

По каталогам, зная необходимый напор и расход, мы подбираем насос марки 4НДв с подачей 42 л/с. и напором 145,8 м. Построим совместный график характеристик насоса и трубопровода для нахождения рабочей точки насоса.

1.5 Резервные насосы

Кроме рабочих насосов, на насосной станции устанавливаются резервные насосы. Исходя из категории насосной станции - I и числа рабочих агрегатов - 2 в соответствии с СНиП 2.04.02-84*, число резервных насосов принимаем равным - 2.

К первой категории относятся насосные станции хозяйственно-пожарных или производственно-противопожарных водопроводов.

Центробежные насосы комплектуются с электродвигателями в электронасосные агрегаты, в каталогах насосов приведены основные размеры фундаментного блока и агрегата.

Схема расположения электронасосных агрегатов в машинном зале должна быть обоснована, обычно при небольшом числе насосов типа Д принимается размещение в ряд по одной оси, при числе четыре или более в шахматном порядке. Для насосов марок К и КМ рекомендуется однорядное расположение агрегатов параллельно продольной оси станции. Расстояние между фундаментом от стен, колонн и т.п. следует принимать в соответствии с п.12.2 СНиП 2.04.02-84*.

.6 Расчет напорной и всасывающей линии

В машинном зале обвязка выполняется стальными трубами по ГОСТ 10704-2001. Всасывающие линии предпочтительно монтировать на сварке. В заглубленных НС трубы прокладываются на опорах по полу. Трубопроводы с задвижками переключения допускается выносить за пределы машинного зала.

Число всасывающих линий вне насосной станции должно быть не менее двух. Каждая рассчитывается на пропуск полного расхода на хозяйственно-питьевые нужды и проверяется на пропуск воды при пожаре.

Диаметры подводок принимаются в зависимости от максимальной производительности насоса. Скорости движения воды во всасывающих трубопроводах следует принимать по таб.33 СНиП 2.04.02-84*. Зная расчетный расход и допустимую скорость движения жидкости, по таблицам Шевелева подбирают диаметр трубопровода и гидравлический уклон.

Число внешних напорных трубопроводов должно быть не менее двух, а также напорный коллектор рассчитывается на пропуск не менее 70% расчетного расхода станции в соответствии с п.8.2 СНиП 2.04.02-84*.

На напорных патрубках каждого насоса устанавливают концентрические переходы, обратные клапаны и задвижки; на всасывающих трубах -эксцентрические (косые) переходы. Схема установки задвижек должна обеспечивать переключение насосов, клапанов и задвижек на ремонт с обеспечением потребителей 70% расхода. Длины фасонных частей, задвижек и обратных клапанов, используемых при обвязке насосов, показаны на чертеже.

2. Строительные решения насосной станции

.1 Расчет фундаментов под насосный агрегат

Насосный агрегат состоит из насоса и двигателя, установленных на общей раме. Рама монтируется на фундаменте. На раме есть специальные отверстия под крепежные болты. Экономичнее и выгоднее использовать фундамент в плане в виде прямоугольника. Фундамент устанавливается на пол машинного зала.

Размеры фундамента определяется его шириной, высотой и длиной. Высота фундамента определяется в зависимости от диаметра трубопровода. Всасывающие и напорные трубопроводы должны быть уложены таким образом, чтобы низ трубы возвышался над чистым полом не менее чем на 0,15 м при диаметре трубы до 400 мм.

Мною были приняты следующие фундаменты удовлетворяющие нормам и позволяющие разместить насос и электродвигатель с шириной 650 мм. и длиной 1200 мм.

2.2 Определение высоты наземной части машинного зала

Высота верхнего строения машинного зала определяется типом грузоподъемного оборудования (таль ручная, кран-балка подвесная, краг мостовой или электрическое крановое оборудование), который определяется весом и размерами перемещаемого оборудования.

Помещение, оборудованное кран-балкой должно иметь высоту:

 м.

 - минимальная высота от крюка до низа монорельса (при максимально допустимом подъеме) =1,545 м.;

 - высота груза, =0,75 м.

,5 - минимальная высота от груза до пола или установленного оборудования.

м.

2.3 Определение основных размеров здания НС

Здание насосной станции в плане имеет вид прямоугольника. Размеры здания определяются в зависимости от типа электронасосного агрегата и размещения насосов. Глубину заложения фундаментов агрегатов принимают в зависимости от физико-механических свойств грунтов, для пучинистых грунтов не менее 1250 мм., в песчаных грунтах значительно меньше, но не менее 500-700 мм. Для определения площади производственных помещений руководствуемся СНиПом 2.04.02-84*.

Ширину проходов принимаем не менее:

между насосами или электродвигателями - 1м,

между насосами или электродвигателями и стеной в заглубленных помещениях - 0,7 м, в прочих - 1м, при этом ширина прохода со стороны электродвигателя должна быть достаточной для демонтажа ротора,

между неподвижными и выступающими частями оборудования-0,7 м,

перед распределительным электрическим щитом - 2 м.

Необходимо учитывать размеры монтажной площадки и площадок обслуживания. Монтажная площадка служит для размещения на ней оборудования при разгрузке и погрузке в транспорт. Монтажная площадка располагается на одной отметке с порогом в здание. Размеры монтажной площадки принимаем по п.12.4 СНиП 2.04.02-84*. Она должна быть такой, чтобы на ней разместился наибольший агрегат, при этом около него должен быть проход шириной не менее 0,7 м. Размеры ворот определяются из габаритов транспортного средства с оборудованием и возможностей транспортного оборудования.

Трубопроводы в зданиях и сооружениях, как правило, укладываются над поверхностью пола.

Исходя из полученных габаритных размеров насосов, электродвигателей, транспортного средства и др. оборудования мною была принята насосная станция 12х12.

3. Оборудование насосной станции

.1 Подбор электродвигателей

К насосам, принятым к установке, подбирают электродвигатели по необходимой мощности и частоте вращения ротора, которая соответствует частоте вращения рабочего колеса.

Для обеспечения электроэнергией приводных электродвигателей насосов, электрифицированных задвижек и другого вспомогательного оборудования на насосных станциях устанавливают трансформаторы, масляные выключатели, разъединители, изоляторы, токоведущие части, силовые кабели, измерительные трансформаторы и предохранители.

.2 Расчет фундаментов под насосный агрегат

Фасонные части на трубах внутри насосных станций, как правило, стальные сварные. Стандартные размеры и вес фасонных частей для спецификации следует подбирать по справочникам, ГОСТам и т.д.

Фланцевые соединения применяются при соединении трубопроводов с насосами и в местах установки арматуры.

Задвижки применяются для полного или частичного перекрытия трубопроводов. В зависимости от конструкции запирающего устройства задвижки бывают двух типов: клиновые и параллельные. Задвижки могут быть с выдвижным и невыдвижным шпинделями.

На насосных станциях применяются задвижки с ручным или электрическим приводом. Для облегчения управления в насосных станциях все задвижки диаметром 400 мм. и более следует проектировать с электроприводом.

Обратные клапаны применяются на насосных станциях, для того чтобы при аварийной остановке наоса воспрепятствовать обратному току воды через насос из напорного трубопровода.