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
Наименование
|
Обозначение
|
Ед.
измерения
|
Количество
|
Численность
населения
|
N
|
чел.
|
10500
|
Норма
водопотребления
|
q0
|
л/чел.
сутки
|
300
|
Отметка
земли в месте резервуара чистой воды
|
zРЧВ
|
м
|
58
|
Отметка
диктующей точки
|
zДИК
|
м
|
128
|
Длина
водовода (нагнетательного)
|
l
|
км
|
2,5
|
Категория
насосной станции
|
-
|
-
|
1
|
Назначение
насосной станции
|
Хозяйственно-питьевое
и пожарное водоснабжение
|
Этажность
застройки
|
-
|
-
|
9
|
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
Степень
благоустройства зданий
|
Нормы
на одного жителя среднесуточная (за год), л/сут
|
Застройка
зданиями, оборудованными внутренним водопроводом и канализацией: - без ванн; - с ваннами и местными водонагревателями;
- с
централизованным горячим водоснабжением.
|
125-160 160-230 230-350
|
Расчетный (средний за год) суточный расход воды
на хозяйственно-питьевые нужды в населенном пункте определяют по формуле:
Qсуm m, м3/сут;
где qж - удельное
водопотребление на одного жителя, принимаем
qж=300 л/с;ж
- расчетное число жителей.
Qсуm 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.
Qсут max=
Kсут max´Qсут
m;
Qсут min=
Kсут min´Qсут
m.
Коэффициент суточной неравномерности водопотребления
Kсут 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:
Kсут max=1,1 - 1,3сут min=0,7
- 0,9
Большие значения Kсут max принимают
для городов с большим населением, меньшие - для городов с малым населением. Для
Kсут min - наоборот.
Qсут max=1,2´3150=3780
м3/сут;
Qсут min=0,8´3150=2520м3/сут.
Расчетные часовые расходы воды, м3/ч,
qч max =,ч min =,
кч
max = amax´bmax
кч
min = amin´bmin
где a - коэффициент,
учитывающий степень благоустройства зданий: amax
= 1,2-1,4; amin
= 0,4-0,6 (меньшие значения для amax
и большие для amin
принимают для более высокой степени благоустройства зданий);
b - коэффициент, учитывающий число
жителей в населенном пункте.
кч max
I
район =1,3´1,3=1,69
кч min
I
район =0,4´1,4=0,70
qч max=1,69*3780/24=266,18
м3/час
qmax=266,18/3,6=73,94
л/с
qч min
=0,7*2520/24=73,5
м3/сут
qmin=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
d=200мм.
|
|
20%
|
30%
|
40%
|
50%
|
60%
|
70%
|
80%
|
90%
|
100%
|
Q
|
9,00
|
13,50
|
18,00
|
22,50
|
27,00
|
31,50
|
36,00
|
40,50
|
45,00
|
i
|
0,00074
|
0,00153
|
0,00257
|
0,00386
|
0,0054
|
0,00718
|
0,0092
|
0,0117
|
0,0141
|
V
|
0,394
|
0,52
|
0,66
|
0,79
|
0,92
|
1,05
|
1,20
|
1,31
|
Рассчитаем потери напора при пропуске расходов
через одну ветку трубопровода указанных в таблице №3.
Таблица 4
d=200мм.
|
|
20%
|
30%
|
40%
|
50%
|
60%
|
70%
|
80%
|
90%
|
100%
|
НГ
|
70
|
hl
|
1,11
|
2,30
|
3,86
|
5,79
|
8,10
|
10,77
|
13,80
|
17,55
|
21,15
|
hНС
|
2,50
|
Нсв
|
38
|
åН
|
83,61
|
84,80
|
86,36
|
88,29
|
90,60
|
93,27
|
96,30
|
100,05
|
103,65
|
.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.