Проект мелиоративной насосной станции для целей орошения

Проект мелиоративной насосной станции для целей орошения

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

. Компоновка гидроузла машинного водоподъема

.1 Выбор схемы водоподачи и компоновки гидроузла машинного водоподъема в зависимости от топографических, гидрологических и гидрогеологических условий

.2 Выбор трассы сооружений

.3 Определение производительности насосной станции и числа насосных агрегатов

.4 Проектирование напорного трубопровода

.4.1 Выбор материала и числа напорных трубопроводов

.5 Выбор места расположения насосной станции

. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДОЗАБОРНОГО СООРУЖЕНИЯ

.1 Выбор типа и расчет водозаборного оголовка

.2 Конструкция всасывающих труб

.3 Промывка всасывающего трубопровода

. РАСЧЕТ И ПОДБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ

.1 Определение полного напора насоса и его подбор

.2 Моделирование насоса

.3 Совместные характеристики насосов и трубопроводов

.4 Подбор двигателя

. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗДАНИЯ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ

.1 Определение отметки оси насоса и проверка ее с учетом недопустимости кавитации

.2 Выбор типа насосной станции

.3 Определение основных размеров насосной станции

.4 Расчет и подбор вспомогательного гидромеханического оборудования

. РАСЧЕТ И ПОДБОР ОБОРУДОВАНИЯ НАПОРНОГО ТРУБОПРОВОДА

.1 Расчет трубопровода на гидравлический удар

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В данном курсовом проекте ставится техническая задача - запроектировать мелиоративную насосную станцию для целей орошения.

Надежность работы оросительной системы зависит в первую очередь от надежной работы водозаборного сооружения и насосной станции. Поэтому необходимо стремиться к тому, чтобы водозаборный узел и насосная станция имела высокую надежность подачи воды при минимуме капитальных эксплуатационных и приведенных затрат.

Проект насосной станции выполнен на основе топографических, инженерно-геологических, гидрологических и климатологических материалов изысканий. В курсовом проекте будет выполнена компоновка сооружений гидроузла машинного подъема, выбран тип и проведен расчет водозаборного сооружения, подобрано основное оборудование насосной станции, в итоге будет запроектировано здание насосной станции с расположением оборудования и примыкающих сооружений.

Источником водоснабжения будет являться река Обь. Минимальная глубина у места водозабора доходит до 3,9 м. Площадь орошения составляет 1750 га.

1. КОМПОНОВКА ГИДРОУЗЛА МАШИННОГО ВОДОПОДЪЕМА

.1 Выбор схемы водоподачи и компоновки гидроузла машинного водоподъема в зависимости от топографических, гидрологических и гидрогеологических условий

Состав сооружений, их взаимное расположение приняты в зависимости от рельефа местности, наличия поймы, достаточных глубин в месте водозабора, гидрологической характеристики водоисточника, геологических и гидрогеологических условий, несущей способности грунта основания, устойчивости берегов и русла и т.д. Схема водоподачи в значительной степени зависит от способа поливки и дождевальной техники. В данном курсовом проекте принята схема подачи в один подъем.

На рисунке 1 приведена схема компоновки гидроузла машинного водоподъема. На данной схеме:

1. Водозаборное сооружение

2.      всасывающие водопроводы

.        здание насосной станции с оборудованием

.        камера переключений

.        камера водомеров

.        магистральный напорный трубопровод

.        напорные трубопроводы

.2 Выбор трассы сооружений

Водозабор расположен на прямолинейном участке с достаточными глубинами и устойчивыми берегами. Трасса сооружений от места водозабора до водовыпускного сооружения или до места подключения дождевальных машин прямолинейная и проходит в устойчивых однородных грунтах. Трасса сооружений представлена на рисунке 2.

Выбранная трасса сооружений согласовывала со многими организациями, в чьих ведениях находится данный участок суши и реки (Рыбинспекцией, Росприроднадзором, Комитетом по охране природных ресурсов)

1.3 Определение подачи насосной станции и числа насосных агрегатов

Подача мелиоративной насосной станции определена по заданному укомплектованному графику гидромодуля в табличной форме.

Таблица 1

Ведомость определения производительности насосной станции

Расход воды нетто Qн„ рассчитан как произведение ординаты укомплектованного графика гидромодуля q, л/с га на орошаемую площадь F, га при поверхностном поливе. Расход брутто Q_бр найден как расход нетто, деленный на коэффициент полезного действия системы. Так как система подает воду в открытую оросительную сеть, то согласно СНИП 2.06.03-85 Мелиоративные системы и сооружения, коэффициент полезного действия принят равным 0,9.

По данным таблицы 1. построен график водоподачи насосной станции, который представлен на рисунке 3. Далее число насосных агрегатов, необходимых для обеспечения графика водоподачи, определено по формуле:

, (1)

где Qмах, Qmin- соответственно максимальный и минимальный расход графика водоподачи насосной станции;

R- число резервных агрегатов

Число резервных агрегатов принято при категории надежности насосной станции согласно СНиП 2.06.03-85.

Так как мелиоративная насосная станция допускает остановку на период более двух суток, то она отнесены к 3-й категории надежности. При данной категории резервный агрегат не предусматривается.

Для обеспечения графика водоподачи необходимо два насосных агрегата.

Расход одного насоса:

л/с (2)

1.4 Проектирование напорного трубопровода

.4.1 Выбор материала и числа напорных трубопроводов

Напорные трубопроводы предназначены для подачи воды от насосной станции до водовыпускных сооружений или до места отбора воды. Напорные трубопроводы могут быть изготовлены из асбестоцементных, пластмассовых, чугунных, стальных труб.

В данном курсовом проекте принимаем напорный трубопровод из стальных труб, т.к. эти трубы обладают хорошей сопротивляемостью ударам, большой механической прочностью, гибкостью и характеризуются простотой соединения.

Для мелиоративных насосных станций с подачей менее 2...3 м³/с и при числе установленных насосов не более трех может быть принята 1 нить трубопровода. При подаче более 2 м³ сек и большем числе установленных насосов, проектируют трубопровод не менее чем в две нитки. Так как максимальный расход - 0,972 м³/с, то принята 1 нитка напорного трубопровода.

Максимальный расход напорного трубопровода определен по формуле:

(3)

где n-количество ниток трубопровода

Диаметр напорного трубопровода определяется по таблицам Шевелева.

Так как трубопровод выполнен из стальных труб, диаметр=900 мм, то скорость - 1,53 м/с, потери напора на 1000 м - 2,84

1,42+7,1=8,52 (4)

(5)

 (6)

.5 Выбор места расположения насосной станции

На рисунке 4. построен продольный профиль по трассе сооружения от водоисточника до командной точки. Выбор места расположения насосной станции сводится к рассмотрению вариантов наиболее выгодного способа транспортирования воды с помощью трубопровода.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДОЗАБОРНОГО СООРУЖЕНИЯ

.1 Выбор типа и расчет водозаборного сооружения

Водозаборное сооружение служит для забора воды из водоисточника в соответствии с графиком водопотребления и представляет собой наиболее важную часть гидроузла машинного водоподъема

Водозаборное сооружение может быть русловым, береговым или ковшовым. В свою очередь русловые водозаборы бывают затопляемые, незатопляемые и временно затопляемые

Русловые затопляемые водозаборы для насосных станций оросительных систем применяются двух схем:

упрощенной, когда всасывающие трубы от насосов идут непосредственно к оголовку, расположенному в русле реки;

- раздельной с оголовками, самотечными трубами и береговым колодцем.

В данном курсовом проекте выбрано русловое затопляемое водозаборное сооружение по упрощенной схеме.

Основные требования к водозаборным сооружениям:

1. водозаборное сооружение должно обеспечить забор воды в соответствии с графиком потребления

2.      водозаборное сооружение не должно мешать комплексному использованию водоисточника

.        водозаборное сооружение не должно способствовать переформированию русла и т.д.

Далее представлен расчет водозаборного оголовка типа «зонтик» с водновоздушной пузырьковой завесой. Схема водозаборного оголовка типа «зонтик» представлена на рисунке 5

Площадь входных водоприёмных отверстий найдена по следующей формуле:

, м² (7)

,25 - коэффициент, учитывающий засорение отверстий;

q_р.вод. - расчётный расход водозабора, м³/с;

n - количество самотечных линий, n = 2 ;

V_вх - скорость втекания воды в водоприёмные отверстия 0,1 м/с;

К - коэффициент, учитывающий стеснение входа стержнями решётки,

К = (а+с)/а = (30+6)/30 = 1,2

а для решеток = 30 мм, с=6 мм

 м²

В здании насосной станции для создания пузырьковой завесы в оголовках предусмотрены 2 компрессора (1 рабочий, 1 резервный) марки ВК-6, габаритные размеры 400*400*600

.2 Конструкция всасывающих труб

Всасывающие трубы могут быть самотечные и сифонные. В данном курсовом проекте приняты самотечные всасывающие трубопроводы, которые имеют постоянный подъем воды от оголовка к насосу, для того чтобы в верхней части трубы не скапливался воздух. На каждый насос принят свой всасывающий трубопровод. Материалом для трубопровода принята сталь.

Так как скорость течения воды во всасывающем трубопроводе больше, чем скорость течения воды в водоисточнике, то заиление происходить не будет, и диаметр трубопровода подходит для передачи расхода.

.3 Промывка всасывающего трубопровода

Промывка всасывающего трубопровода производится в период неработающих всасывающих линий трубопроводов насосных станций или работающих с небольшими расходами, когда возможно заиление.

В данном курсовом проекте промывка всасывающих трубопроводов проведена способом обратного тока воды. Вода, подается к всасывающим трубам специальной промывной трубой от напорных водоводов насосных станций. При этом скорости во всасывающей трубе в период промывки в 2...3 раза больше скоростей течения воды в реке.

Далее рассчитан диаметр промывной трубы:

, м(8)

Uпром=2,5 м/с

Q =0.486 м³/с - расход одного насоса;

Принят стандартный диаметр промывной трубы = 500 м

насосный мелиоративный водозаборный гидроузел

3. РАСЧЕТ И ПОДБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ

.1 Определение полного напора насоса и его подбор

Выбор насоса производится по расчетному напору Нр и расходу Qр

В соответствии с п. 1.3 принято два рабочих насоса.

В качестве расчётной схемы принята схема, изображённая на рис.6.

Полный напор насоса определяется по формуле:

, м (9)

где: Н _г.п. - геометрическая высота всасывания, м;

h _т.н. - потери напора в нагнетательном трубопроводе, м;

h _т.в. - потери напора во всасывающем трубопроводе, м;

h _изл - свободный излив, м;

Геометрическая высота всасывания находится по формуле:

, м (10)

 130-73,4=56,6 м

Согласно схеме обвязки трубопроводов (см. рис.6) определены потери напора (местные и путевые) по участкам.

Участок 1 (всасывающий трубопровод), длина участка 20 м:

Предварительно установим диаметр всасывающего трубопровода:

, м (11)

где: Q =0.486 м³/с - расход одного насоса;_вс=0,8 м/с - предварительно принятая скорость движения воды в трубопроводе.

 м

Принят стандартный диаметр по таблицам Шевелева 800 мм.

Пересчитана скорость движения воды:

 м/с

Скорость движения воды находится в пределах от 0.7 ¸1.5 м/с.

Произведём подсчет путевых и местных потерь на участке:

, м (12)

, м (13)

где: А - коэффициент удельного гидравлического сопротивления трубопровода, для диаметра 800 м=0,005514

К- поправочный коэффициент к расчетным значениям А, зависит от скорости движения воды в трубопроводе, т.к. U=0,97, К=1,033

Q - расход одного насоса, м³/с.=0,486 м³/с

 м

, м (14)

где: x - сумма местных сопротивлений (см. рис. 6)

 (15)

 м

, м

Участок 2 (длина участка 15 м):

Принята скорость движения воды на данном участке трубопровода равной V_нт=2 м/с.

Определим диаметр трубопровода:

, м

Принимаем стандартный диаметр d = 600 мм.

Пересчитаем скорость:

 м/с

Произведём подсчет путевых и местных потерь на участке:

, м

, м

 (16)

 м

, м

Участок 3 (длина участка 10 м):

Принята скорость движения воды на данном участке трубопровода равной V_нт=2 м/с.

Определим диаметр трубопровода:

, м

Принимаем стандартный диаметр d = 800 мм.

Пересчитаем скорость:

 м/с

Произведём подсчет путевых и местных потерь на участке:

, м

, м

 (17)

 м

 м

Участок 4 (длина участка -2500 м) :

Далее определены потери напора в магистральном напорном трубопроводе:

1,42+7,1=8,52 м

м

 м

Полный напор насоса равен:

, м

Расчётный расход насоса равен Q = 1750 м³/ч = 486,11 л/с

Из справочника по курсу "Насосы и насосные станции" подобран насос

Д 1600/90 с числом оборотов колеса n = 1450 об/мин. и стандартным диаметром колеса D=515 мм.

3.2    Моделирование насоса

Моделирование насоса осуществляется при несоответствии точки с расчётными параметрами «Н» и «Q» рабочей характеристике выбранного насоса. Характеристика насоса Д 1600-90 представлена на рисунке 7.

В данном курсовом проекте моделирование насоса не требуется, так как точка с напором 67,88 м и расходом 1750 м³/ч или 486,11 л/с практически точно соответствует кривой Q = f(Н) насоса Д 1600-90 с числом оборотов колеса n = 1450 об/мин. и стандартным диаметром колеса D=515 мм.

.3 Совместные характеристики насосов и трубопроводов

Для установления эксплуатационных режимов работы насосов и двигателей построены совместные характеристики насосов и водоводов. В соответствии с расчётной схемой (рис.6) определим потери во всасывающем и нагнетательном трубопроводе по участкам при работе насосов на одну и две нитки трубопроводов. Расчёт сведён в таблицу 2.

Таблица 2

Ведомость определения путевых и местных потерь напора

В соответствии с результатами расчётов построены кривые совместной работы насосов и трубопроводов в зависимости от максимальной и минимальной геометрической высоты.

, м (18)

, м (19)

, м

, м

График совместной характеристики работы насосов и трубопроводов представлен на рисунке 8.

Выполняем проверку:

Расход, соответствующий точке пересечения характеристики всех насосов с характеристикой трубопровода в 1 нитку, должен быть не менее 70 % от максимального расхода

Условия проверки выполняется, следовательно, насос выбран правильно.

Ведомость эксплуатационных режимов насосных станций

.4 Подбор двигателя

Для мелиоративной насосной станции двигатели выбираются в зависимости от вида энергии, максимальной расчетной мощности, числа оборотов в минуту, способа соединения с насосом.

Расчетная мощность двигателя находится по формуле:

, кВт (20)

где: g - удельный вес воды, т/м³;

Q_н - подача насоса при Nмах; л/с

Н_н - напор насоса при N_max, м;

h - коэффициент полезного действия для Qн и Нн

К_з - коэффициент запаса, К_з = 1,05

ηпер-КПД передачи=1

  кВт

По справочным материалам для насоса Д 1600-90 с числом оборотов 1450 об/мин подбираем электродвигатель асинхронный АТД4 с мощностью 1000 кВт, массой 3030 кг

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗДАНИЯ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ

.1 Определение отметки оси наоса и проверка ее с учетом недопустимости кавитации

Отметка оси насоса, исходя из наихудших условий его эксплуатации, не допускающей работы в кавитационном режиме, определена по формуле

, м (21)

где: ÑУНВ - отметка уровня нижних вод в водоисточнике или водозаборном сооружении

, м (22)

где: Н_а - атмосферное давление, м;=10

h_t - давление насыщенных паров воды, принято 0,24 т.к. температура жидкости=0,24 град.

h_ТВ - потери напора во всасывающем трубопроводе при пропуске невыгодного расхода, м =0,082 м

Dh_доп - допустимый кавитационный запас=12 м

 м

 м

4.2 Выбор типа насосной станции

Здание насосной станции служит для размещения основного и вспомогательного оборудования: гидромеханического, механического и электротехнического, трубопроводной арматуры и служебных помещений. Тип насосной станции определен в результате сравнения отметки пола машинного отделения ÑМО и УВВ

, м (23)

где: ÑОН - отметка оси насоса, м;

А - размер по справочнику [7], А = 0,3 м;

h_ф - высота фундамента, м.; по СНиП принимается не менее 0,5 м.

, м

(24)

Принимаем заглубленную насосную станцию

.3 Определение основных размеров насосной станции

Определяя размеры насосной станции, необходимо стремиться к тому, чтобы эти размеры были минимальными. Схемы для определения длины и ширины насосной станции приведены на рисунке 9,10

На всасывающем трубопроводе размещена следующая арматура:

·  Задвижка параллельная с ручным приводом , L = 1000 мм, Н = 2250 мм, масса 2650 кг;

·        Переходник П - 800с - 400с, L = 1700мм, масса 317 кг.

На напорном трубопроводе:

·  Переходник расширение П - 350с - 600с, L = 614 мм, масса 74,7 кг;

·        Обратный клапан с эксцентричной подвеской дисков D_у = 600 мм, L = 240 мм, масса 237 кг. Длина монтажной вставки конструктивно принята 300 мм;

·        Задвижка параллельная с ручным приводом, L = 800 мм, Н = 1695 мм, масса 237 кг;

·        Отвод круглоизогнутый, бесшовный, приварной из углеродистой стали, L=600,масса=325,8 кг

·        Тройник из углеродистой стали на Ру=10 мПа, L=555 мм, масса=213 кг, Переходник расширение, L=456 мм, масса=80,4 кг

·        Задвижка параллельная с ручным приводом L=1000 мм, Н=2250 мм, масса=2650

Насос имеет всасывающий патрубок с D_у = 400 мм, и напорный патрубок с D_у = 350 мм.

Суммируя длины арматуры получаем ширину здания насосной станции В =11 м, принимаем стандартную ширину L = 12 м. Длина здания зависит от размера монтажной площадки, длины насоса, размера прохода между насосами. Учитывая все эти величины стандартная длина машинного зала = 15 м. Высота здания насосной станции складывается из суммы высоты насоса, высоты строп, крана, монорельса. Таким образом, высота верхней части здания = 5.4 м, высота заглубленной части = 10,4 м

4.4    Расчет и подбор вспомогательного гидромеханического оборудования

Тип подъёмно-транспортного оборудования выбран с учётом максимальной массы поднимаемого оборудования и габаритов сооружения. Таким образом, выбрано следующее грузоподъемное оборудование:

·  Кран подвесной ручной однобалочный, грузоподъёмность 5 т., Н = 1095 мм, масса крана 633 кг, 1 шт.

5. РАСЧЁТ И ПОДБОР ОБОРУДОВАНИЯ НАПОРНОГО ТРУБОПРОВОДА

Для заливки основных насосов, имеющих положительную высоту всасывания используются вакуум- насосы. Так как в данной курсовой работе насосная станция заглубленного типа, то нет необходимости в использовании вакуум- насоса.

Для откачки фильтрационных вод принимаем дренажные насосы.

Подача дренажного насоса определена по формуле:

=0,001*900= 0,9 м³/мин (25)

где: W - объём дренажного приямка, м³;

t - время работы дренажного насоса=900 сек

По СНиП [4] принимаем q_др = 1 л/с.

Напор дренажного насоса определен по формуле:

, м (26)

, (27)

 м

Принимаем дренажный насос типа ВКСд/н.

.1 Расчет трубопровода на гидравлический удар

Для расчета была найдена разность начальной и конечной точек трубопровода, т.к. разность более 8 м, то гидравлический удар с разрывом сплошности потока

Давление при гидравлическом ударе находится как:

, м (28)

, м (29)

где: Н_ст. - статический напор 56,6 м;

а - скорость распространения ударной волны = 1000м/с;

V₀ - скорость воды в трубопроводе=1,53м/с;

Р_раб. - рабочее давление 68 м;

Р_исп. - испытательное давление, в зависимости от материала труб, т.к. трубы стальные = 10 м.

 м

Следовательно, необходимо устройство гасителя гидравлических ударов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте было запроектировано здание насосной станции, основное и вспомогательное оборудование для обслуживания станции. Определен тип насосной станции - заглубленное. Насосная станция включает в себя два водозаборных оголовка типа «зонтик» с водно- воздушной завесой, 2 рабочих агрегата - насосы марки Д 1600-90, водомер, 2 дренажных насоса, для обслуживания насоса выбран кран - балка ручная подвесная. Всасывающий и напорные трубопроводы выполнены из стали. Диаметр труб всасывающего трубопровода = 800 мм, напорного = 600 мм, 800 мм, 900 мм. Запроектированная насосная станция подает воду из водоисточника - река Обь для целей мелиорации на данной территории.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.  Дикаревский В.С. Устройство закрытых оросительных систем: трубы, арматура, оборудование.- М.: Агропромиздат, 1986.

2.  Лоскутов В.В. Проектирование мелиоративной насосной станции: учеб. пособие - Омск: Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2005.

3.  Чебаевский В.Ф. Проектирование насосных станций и испытание насосных установок / В.Ф. Чебаевский, К.П. Вишневский, Н.Н. Накладов.- М.: Колос, 2000.

4.  Шевелев Ф.А. таблицы для гидравлического расчета стальных, чугунных, асбестоцементных, пластмассовых и стеклянных труб / Ф.А. Шевелев. - М.: Стройиздат, 1973.