Гидравлический расчет трубопроводов насосной станции

Гидравлический расчет трубопроводов насосной станции

Содержание

1. Определение подачи и количества насосов

. Определение емкости приемного резервуара, притока сточных вод и расчетной производительности канализационной насосной станции

. Гидравлический расчет трубопроводов насосной станции

.1 Расчет всасывающего трубопровода

.2 Расчет напорного трубопровода

.3 Аварийный режим

. Определение полного напора насосов, подбор насосов и электродвигателей

. Графоаналитический расчет совместной работы насосов и водоводов. Анализ работы КНС

. Определение размеров машинного зала и здания КНС

. Определение отметки оси насоса

. Подбор вспомогательного оборудования

. Определение экономических показателей КНС

. Требования техники безопасности

Список литературы

1. Определение подачи и количества насосов

гидравлический трубопровод резервуар насосный

В канализационных насосных станциях наиболее целесообразно применять однорядную схему с параллельным расположением агрегатов в ряду и расположением осей насосов перпендикулярно стене, отделяющей приемный резервуар от машинного зала.

В состав помещений насосной станции входят: приемный резервуар с решетками и дробилками, машинное отделение, отделенного от приемного резервуара глухой водонепроницаемой перегородкой, помещения электроподстанции, производственные и бытовые помещения.

Подземная часть насосной станции круглая в плане , запроектирована на глубину подводящего коллектора 3,5м считая от чистого пола подземного сооружения.

Подземная часть насосной части разделена глухой водонепроницаемой перегородкой на два отсека в одном из которых расположен приёмный резервуар и помещение решёток- дробилок, в другой- машинный зал.

В надземной части насосной станции расположены механические мастерские, венткамера, кладовая, санузел, предусмотрено место установки электрощита.

Во избежание затопления насосной станции на подводящем коллекторе должны устанавливаться задвижка с электроприводом, управляемая автоматически от аварийного уровня в приёмном резервуаре.

Рис.1.1. Расчётная схема главной канализационной станции

2. Определение емкости приемного резервуара, притока сточных вод и расчетной производительности канализационной насосной станции

Исходными данными являются коэффициент общей неравномерности и график притока сточных вод.

Суммарный среднесуточный приток сточных вод, поступающий от населения и промпредприятий по подводящему коллектору на станцию, принимается по данным расчета канализационной насосной сети.

Среднесуточная производительность станции принимается равной среднесуточному притоку сточных вод.

По величине среднесуточного притока определяется среднесекундный приток стоков:

ср.с=(Qср.с*1000)/86400, л/с, (2.1)

где qср.с-среднесекундный приток в л/с;

Qср.с-среднесуточный приток в м3/сут.

ср.с=(21564,44 *1000)/86400=249,58 л/с.

Среднесуточный приток от промышленных предприятий составляет 4,2% от общего:

п.п.=0,042∙21564,44 =906,53 м3/сут.

Хозяйственно бытовые стоки:

х.б.= 21564,44 - 906,53 =20657,91 м3/сут.

Приток стоков от населения по часам суток определится в зависимости от величины коэффициента общей неравномерности, который определяется по СНиП 2.04.03-85 в зависимости от среднесуточного притока стоков от населения. Результаты расчета сведены в табл.2.1.

Таблица 2.1 - Сточные воды на насосную станцию

Таблица 2.2 - Приток и откачка по часам суток

Максимальный часовой приток в табл.2.1 является расчетной часовой подачей канализационной насосной станции, Qмах.ч.

мах.ч. =1454,39м3 /ч

По графику притока сточных вод определим сколько часов у вас будет работать два насоса (t1)

два насоса работает 8 часов (0-1, 1-2, 2-3, 3-4, 4-5, 5-6, 22-23, 23-24)

следовательно, три насоса работают 16 часов.

б) Определение подачи одним насосом (Qн), м3/ч

сут. = Qн*t1*2+3*Qн*t2н = Qсут/( 2*t1+3*t2 )н = 336,94 м3/ч

подача двух совместно работающих насосов равна 673,88 м3/ч

3. Гидравлический расчет трубопроводов насосной станции

По условиям надежной эксплуатации схему коммуникаций канализационной насосной станции принимают с учетом возможности выключения любого насоса на ремонт без нарушения работы станции.

Всасывающие трубопроводы выполняют индивидуально для каждого насоса и прокладываются с подъемом не менее 0,005 к насосу. Входная воронка принимается диаметром 1,3…1,5 от диаметра всасывающего трубопровода, а высота до 1,7 диаметра всасывающего трубопровода.

Трубопроводы в пределах насосной станции выполняют стальными на сварке с применением фланцев лишь для присоединения арматуры и насосов.

На напорном трубопроводе каждого насоса необходима установка задвижки и обратного клапана, а на всасывающем трубопроводе насоса, работающего под заливом - задвижки.

Количество напорных трубопроводов от насосной станции принимают не менее двух и при протяженности более 2 км устраивают переключатели. При этом диаметр трубопроводов должен обеспечивать при аварии на одном из них: не менее 70% расчетной подачи при наличии аварийного выпуска и 100% при его отсутствии. Это может быть обеспечено включением резервных насосов и переключений между трубопроводами.

.1 Расчет всасывающего трубопровода

1)  Расчетная подача насосной станции:

Qр = Qмак.ч/3,6 , л/с, (3.1)

где Qмак.ч - максимальный часовой приток в м3/ч.

р = 1454,39/3,6 =403,99л/с.

2)  Расчетный расход:

q = Qр/n , л/с, (3.2)

где q - расчетный расход в л/с;р - расчетная подача станции в л/с;- число водоводов.

= 403,99/ 2=201,99 л/с.

) Диаметр трубопровода находим по формуле:

, м, (3.3)

где q - расчетный расход по одному трубопроводу, л/с;- рекомендуемая скорость, м/с.

СНиП 2.04.03- 85 рекомендует принимать )

Принимаем тубы стальные электросварные прямошовные ГОСТ 10704-76*вс наружн.=530 мм, 7 мм.вс гост.=530-2*7= 516 мм

) Определяем действительную скорость воды:

, м/с, (3.4)

где dвн - внутренний диаметр трубопровода, м.

 м/с

) Определяем число Рейнольдса:

, (3.5)

) Коэффициент сопротивления трения по длине определяем по формуле:

вс= 0,11*(68/Re + Kэ/dвн)0,25 (3.6)

где  -кинематический коэффициент вязкости сточной воды, м/с.

Можно принимать  м2/с, что соответствует температуре 10С.

) Определяем эквивалентные длины местных сопротивлений

= 54,68 мм

) Определяем приведенную длину трубопровода= l + l =56,68 мм

) Потери напора в трубопроводе определяются:=0,074 м

.2 Расчет напорного трубопровода

) Расчетный расход:

= 403,99/2 = 201,99 л/с

) Диаметр трубопровода находим по формуле:

(м)<dав=0,438м

СНиП 2.04.03- 85 рекомендует принимать

Для расчетов принимаем диаметр трубопровода при аварийном режиме.

По ГОСТ 10704-76 наружный диаметр принимаем :нап. наружн.=426 мм, 7мм.нап. гост.=426-2*7= 412 мм

) Действительная скорость воды:

, м

 м/с,

) Число Рейнольдса:

,

) Коэффициент сопротивления трения по длине:

) Определяем эквивалентные длины местных сопротивлений:=102,95 м

) Находим приведенную длину трубопровода:

= l + l = 132,95 м

) Потери напора в трубопроводе:=0,529м.

.3 Аварийный режим

) Расчетный расход:

= 21564,44*0,7*1000/86400 = 174,71 л/с

) Диаметр трубопровода находим по формуле:

 м,

3)  Действительная скорость воды:

 м/с,

) Число Рейнольдса:

) Коэффициент сопротивления трения по длине:

) Определяем эквивалентные длины местных сопротивлений:= 100,89 м

) Находим приведенную длину трубопровода:

= l + l = 130,89 м

) Потери напора в трубопроводе:= 0,397м.

4. Определение полного напора насосов, подбор насосов и электродвигателей

Напор, развиваемый насосами канализационной насосной станции, может быть определен по формуле:

Н = Нг + hвс + hн + hз , м, (4.1)

где Нг - геометрическая высота подъема жидкости, м;

Нг = Zп - Zр , м, (4.2)

п - максимальная отметка уровня воды в приемной камере очистных сооружений, или отметка уровня воды в выше расположенном коллекторе при расчете районной насосной станции в м;р - отметка расчетного уровня воды в приемном резервуаре в м;

Нг = 11 м,вс - потери напора во всасывающем трубопроводе, м;н - потери напора в напорном трубопроводе, м;з - запас на излив жидкости из трубопровода (принимается 1 м).

Глубина приемного отделения принимается 1,5…2 м, считая от отметки лотка подводящего коллектора.

Н = 11 + 0,074+ 0,529 + 1 = 12,603 м.

При подборе насосов необходимо руководствоваться следующими положениями:

общая подача рабочих насосов должна равняться максимальному притоку сточных вод или несколько превышать его;

число и подача насосов должны обеспечивать устойчивый режим работы станции при периодических колебаниях притока воды;

насосы целесообразно принимать однотипные;

необходимо обеспечить работу насосов с высоким к.п.д. не только при максимальном притоке, но и при средних и минимальных притоках;

за производительность насоса может быть принят минимальный часовой приток.

В насосной станции, кроме рабочих, необходимо предусмотреть установку резервных насосов: одного - при количестве рабочих насосов до двух; двух - при количестве рабочих насосов три и более.

По полученным потребным (номинальным) расчетным напору и подаче

Нн = 12,603 м и Q = 336,9 м3/ч определяем марку насоса. Для этого обращаемся к сводным графикам полей насосов соответствующего типа.

Выбираем насос типа СД 450/42а

Необходимая мощность двигателя определяется по формуле:

, (5.1)

где Nдв - мощность двигателя в кВт;

Nн - мощность насоса в кВт;

 - к.п.д. электродвигателя принимается по каталогу двигателей (ориентировочно может быть принят 0,85 - 0,95);

 - к.п.д. передачи: при непосредственном соединении двигателя и насоса = 1,0.

К - коэффициент запаса мощности на возможные перегрузки.

 кВт.

При необходимости производится обточка рабочего колеса и пересчет характеристик насоса.

После того как насос подобран, проводится графический анализ работы насосов и системы водоводов.

Рис.5.1. Насос типа СД

Технические характеристики насоса СД 450/22,5 б.

Подача Q = 360 м3/ч

Напор Н=16 м

Частота вращения n=960 об/мин

КПД η = 59 %

Допускаемый кавитационный запас 4,5 м

Мощность насоса N= 26 кВт

Размер проходного сечения 118 мм

Диаметр рабочего колеса D = 390 мм

Двигатель: 4А250 6

Мощность Nдв = 45 кВт

Частота вращения n=1500 об/мин

Напряжение 220/380 В

Масса насоса 520 кг

Масса агрегата 1140кг

5. Графоаналитический расчет совместной работы насосов и водоводов. Анализ работы КНС

Анализ совместной работы насосов и водоводов выполняется с целью уточнения рабочих параметров и для проверки аварийных режимов. Анализ выполняется графическим способом с помощью совместных характеристик насосов и системы трубопроводов.

На насосных станциях обычно применяется параллельная работа насосов. Суммарная характеристика нескольких параллельно работающих насосов строится графическим сложением их характеристик. С этой целью на графике Н - Q строятся характеристики всех рабочих насосов, взятые из каталога.

Далее на том же графике в координатах Н - Q строятся необходимые характеристики системы водоводов, совместно с которыми работает насосная станция.

Уравнение характеристики водоводов:

Н = Нст +SQ2 , м, (6.1)

где Нст - статический напор в м;

Q - расход воды по водоводам в м3/с;

S - сопротивление системы водоводов в с2/м5.

Статический напор:

Нст = Нг + Нз , м, (6.2)

где Нг - геометрическая высота подъема жидкости в м;

Нз - запас на излив жидкости из трубопровода (принимается равным 1 м).

Величина SQ2 в (6.1) представляет собой суммарные потери напора в системе водоводов, поэтому сопротивление S можно определить как сумму:

= Sвс + Sст + Sн , с2/м5, (6.3)

где Sвс - сопротивление всасывающей линии;

Sст - сопротивление внутристанционных коммуникаций;

Sн - сопротивление напорной линии.

Значения этих сопротивлений могут быть найдены на основании выполненных ранее гидравлических расчетов трубопроводов по формулам:

, (6.4)

, (6.5)

, (6.6)

где Qр - расчетная подача насосной станции, м3/с;

hвс - суммарные потери напора во всасывающей линии в м;

hст - внутристанционные потери напора в м;

hн - суммарные потери напора в напорной линии в м.

ст = hвс + hн , м, (6.7)

Задаваясь различными Q по (6.1) определяют соответствующие напоры Н и по результатам расчета строят графическую характеристику системы водоводов.

Для дальнейшего анализа режимов работы насосов в аварийных ситуациях потребуется характеристика системы водоводов с одной отключенной ниткой на напорной линии (авария на водоводе). Для ее построения необходимо найти сопротивление напорной линии в аварийной ситуации, которое с достаточной для практики точностью определяется выражением:

, (6.8)

где Sн - сопротивление напорной линии в расчетном режиме;

N - число параллельных ниток напорных водоводов.

Сопротивление системы водоводов в аварийной ситуации S| определяется по формуле (6.3), где вместо Sн берется Sн|. Построение характеристики ведется тем же способом, что и для расчетного режима, но в (6.1) вместо S принимается S|.

При недопустимо большом снижении подачи насосной станции часто имеется возможность увеличить подачу за счет секционирования водоводов. Секционирование осуществляется с помощью задвижек в начале и в конце каждой секции.

В результате такого секционирования при аварии выключается не вся нитка водовода, а только одна секция. Поэтому на длине аварийной секции вода идет по N-1 нитке, а на остальной длине - по всем N ниткам.

Перемычки устанавливаются вдоль водовода таким образом, чтобы разделить всю его длину на секции равной длины. Если число перемычек Nп, то секций Nп+1.

При аварийном отключении одной секции на одной нитке водовода сопротивление напорной линии определяется по формуле:

, (6.9)

Подставляя Sн|| вместо Sн в (6.3), получим аварийное сопротивление системы водоводов S||. Используя S|| вместо S в (6.1), можно найти характеристику системы водоводов для случая аварии при использовании любого числа перемычек.

Результаты расчетов для построения характеристики совместной работы насосов и водоводов.

Совместный график работы:

Н = Нст +SQ2 , Нст = Нг + Нз

Нст = 11 + 1 = 12 м= Sвс + Sст + Sн

  с2/м5

  с2/м5

  с2/м5= 0,65+4,64+3,48=8,77 с2/м5

Сопротивление напорной линии

  с2/м5

Сопротивление системы водоводов в аварийной ситуации:

= 0,65+4,64+13,92=19,21 с2/м5

При аварийном отключении одной секции на одной нитке водовода сопротивление напорной линии:

  с2/м5

Число перемычек равно 1.

Аварийное сопротивление системы водоводов:

= 0,65+4,64+8,7=13,99 с2/м5

Уравнение характеристики водоводов: Н = 12 +13,99Q2

6.Определение размеров машинного зала и здания КНС

Рекомендуется приемным резервуарам придавать форму распределительного канала, имеющего достаточную глубину и длину для размещения в нем всасывающих труб от всех насосных агрегатов.

В данном курсовом проекте приемный резервуар совмещен с машинным отделением и имеет в плане круглую форму.

Радиус определяем по формуле:

, м, (7.2)

 м.

Радиус насосной станции 12м.

Дно приёмного резервуара имеет уклон i=0,1 к приёмнику в котором расположены воронки всасывающих трубопроводов.

Приёмный резервуар оборудуется устройством для взмучивания осадка. Подача воды на взмучивание регулируется задвижкой с ручным приводом. Для смыва осадка со стен и днища резервуара предусмотрен поливочный кран, оборудованный резиновым шлангом с брандспойтом. Техническая вода к поливочному крану подаётся дренажным насосом.

Спуск в приёмный резервуар осуществляется через специальные люки по ходовым скобам.

В приемных резервуарах устанавливаются механизированные решетки, решетки-дробилки и щитовые затворы. Отбросы задерживаются на решетках, измельчаются в дробилках, разбавляются технической водой и сбрасываются обратно в приемный резервуар. Ширина прозоров решетки зависит от типа и марки насосов. В данном случае для насоса СД450/22б ширина прозоров решетки 60 мм.

Скорость движения воды в прозорах решетки допускается 0,8-1,0 л/с при максимальном притоке, ширина канала лотка по дну принимается в пределах 0,8-1,0 м.

Принимаем 2 рабочих решетки и 1 резервную.

В приёмном резервуаре располагается 3 подводящих каналаов перекрытых рифлёным железом в которых устанавливаются решётки- дробилки (РД 600).

Технические характеристики решёток- дробилок РД 600

. Пропускная способность тыс. м3/сут (40)

. Скорость движения сточной жидкости в прозорах решётки, м/с (1,2)

. Ширина прозоров, мм (60)

. Привод установки

Электродвигатель: типа (ВА 022-4)

мощность кВт (1,5)

частота вращения об/мин. (1500)

. Масса, кг (1800)

Решётка работает непрерывно.

Количество отбросов, снимаемых с решеток в час:

, кг/ч, (7.3)

где P - количество отбросов на одного человека в л/год;

N - число жителей;

 - удельный вес отбросов, принимаемый 750 кг/м3.

 кг/ч.

Для определения размеров машинного зала необходимо установить:

размеры насосного агрегата с фундаментной плитой или рамой;

диаметры трубопроводов;

размеры арматуры (задвижек, обратных клапанов);

размеры фасонных частей для соединения арматуры, насосов с трубопроводами (отводов, тройников, переходов, крестовин).

Компоновку насосных агрегатов, трубопроводов и арматуры рекомендуется проводить в следующем порядке:

.Определяются размеры фундамента под агрегаты.

.Выбирается схема размещения агрегатов.

.