Проектирование насосной станции первого подъема

Проектирование насосной станции первого подъема

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»

Факультет инженерной экологии и городского хозяйства

Кафедра водопользования и экологии

Дисциплина: Насосы и насосные станции

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовому проекту:

«Проектирование насосной станции первого подъема»

Выполнил:

студент группы В-3

Семенов В.В.

Руководитель:

Д. т. н., проф.

Васильев В. М.

Санкт-Петербург

Содержание

1. Определение расчетного расхода

. Определение противопожарного запаса воды

. Определение диаметров всасывающих и напорных водоводов

. Определение потерь напора во всасывающих и напорных водоводах и внутри насосной станции

. Определение потребного напора насосной станции

. Подбор насосов и уточнение их параметров

. Определение геометрически допустимой высоты всасывания

. Составление предварительной вертикальной схемы насосной станции

. Составление плана насосной станции

. Уточнение потерь напора, создаваемого насосом

. Уточнение потребного напора и геометрической высоты всасывания

. Подбор вакуумных насосов

. График совместной работы насосов и сети

. Подбор дренажного насоса

. Подбор грузоподъемных устройств

. Определение высоты насосной станции(машинного зала)

. Компоновка остальных помещений насосной станции

. Определение удельной нормы расхода электроэнергии для насосных агрегатов и электродвигателей

. Определение суточного и годового расхода электроэнергии насосных агрегатов

. Список использованной литературы

1. Определение расчетного расхода

Определяем расчётный расход, то есть подача, которая должна быть обеспечена насосной станцией первого подъёма:

Где α - коэфф учитывающий расход воды на собственные нужды в водоочистных сооружениях.

При суточном расходе более 20000 м³/сут, α=1,05.

Где Т - время работы очистных сооружений (24часа)

2. Определение противопожарного запаса воды

Где:

Q_ППЗ - пополнение противопожарного запаса

q_П - расход воды на один наружный пожар (определяется из количества жителей по снипу)

При наличии внутреннего пожара q_П +5 л/с - > 2струи по 2,5л/с

m - расчетное число пожаров

Q_{час max} - расход воды за 3 часа смежных с максимальными при коэффициенте k = 1,35

3 - продолжительность пожара (в часах).

Q_{час ср} - средняя часовая подача насосной станцией первого подъема. Т. е. расход, поступающий с насосной станции.

Т₁ - время пополнения противопожарного запаса. По СНиП 2.04.02-84* принимается 24 часа.

Так как k = 7,5 > 7%, то Q_ППЗ необходимо учитывать при подборе насосного оборудования:

3. Определение диаметров всасывающих и напорных водоводов

насосный станция вода напор

Для насосной станции I категории надежности количество напорных водоводов должно быть не менее 2. При подборе диаметров пользуются таблицами Шевелева и рекомендациями СНиП.

Диаметр на всасывающей линии принимаю по половине расхода 705м³/ч = 196л/с и скорости 0,8-1,5м/с по СНиП

d_у = 500мм

i = 2,568

v = 0,979м/с

При поломке 1 водовода и расходе 100%:

i = 9,965

v = 1,957м/с

Диаметр на напорной линии принимаю по половинному расходу 705м³/ч = 196л/с и скорости 1-3м/с по СНиП

d_у = 350мм

i = 14,978

v = 1,926м/с

При поломке 1 водовода и расходе 70%:

i = 29,485

v = 2,702м/с

Также по таблицам Шевелева принимаю водоводы:

На участке насос - напорная линия:

Q = 196л/с

d_у = 350мм

i = 14,978

v = 1,926м/с

На участке всасывающий водовод - насос:

Q = 196л/с

d_у = 400мм

i = 8,236

v = 1,537м /с

4. Определение потерь напора во всасывающих и напорных водоводах и внутри насосной станции

Потери в водоводах:

Где:

β-коэффициент, учитывающий местные потери на водоводах;

i-гидравлический уклон водоводов;

L_н.в. - длина напорной линии;

L_вс.в. - длина всасывающей линии;

.

Потери внутри насосной станции на данном этапе проектирования принимаем h_{н ст} = 2,5м.

Это значение будет уточнено после установки оборудования внутри насосной станции.

5. Определение потребного напора насосной станции

где Н_ст - статический напор.

₁ - отметка уровня воды в смесителе очистных сооружений (резервуаре)

Z₂ - отметка наинизшего уровня воды в водозаборном колодце.

h_вс.вод - потери напора во всасывающем водоводе/

h_вдм - потери напора на водомере (сужающем устройстве); предварительно принимаются равными 0,5-1,5 м;

h_нс - потери внутри насосной станции; предварительно принимаются равными 2,0-2,5 м;

h_{нап.вод} - гидравлические потери в напорном водоводе;_из - запас напора на излив, учитывающий потери при выходе из трубы в резервуар;

принимается h_из = 0,5 м.

6. Подбор насосов и уточнение их параметров

При определении количества резервных агрегатов руководствуются рекомендациями СНиП, в зависимости от категории надежности станции и количества рабочих насосов.

В нашем случае, для 2 рабочих агрегатов будет предусмотрено 2 резервных насоса.

Выбор насоса осуществляется при следующих параметрах:

Расход:

Напор:

На станции будут использоваться насосы фирмы Grundfos HS 250-200-381/357

Характеристики:

Расход:

Напор:

Доп. кав. запас NPSH:

КПД составляет 83,4%

Мощность на валу: P2 = 87,8 кВт

(полная характеристика находится в приложении)

Рабочее колесо стачивается с 226мм до 223мм

7. Определение геометрически допустимой высоты всасывания

Где:

Допустимый кавитационный запас

Потери во всасывающем трубопроводе:

Атмосферное давление P_а/ρg = 10,33м.

Парциальное давление P_парц/ρg = 0,24м.

,5 - запас, который рекомендует учитывать Grundfos.

Насосы устанавливаю не под залив, так как разница отметок земли и воды в колодце велика. В связи с этим придется подобрать вакуум-насосы для залива насосов.

Допустимая положительная высота всасывания составляет 4,5м. Устанавливать ось насоса выше этой высоты запрещается, так как это ведёт к разрыву сплошности потока и появлению пузырей, следовательно, к кавитации, что категорически недопустимо.

Ось насоса проходит на отметке 32,7м.

8. Составление предварительной вертикальной схемы насосной станции

·        Напорный трубопровод прокладывается ниже глубины промерзания (для Ленинградской обл. 1,4м) на величину 0,5d.

·        Отметка оси насоса должна быть выше отметки пола на 0,5 - 0,7м.

·        Уровень пола должен превышать на 0,1-0,3м отметку земли, чтобы исключить попадание дождевой воды.

Расчет основания под насосы.

Масса насоса Grundfos HS 250-200-381/357 по паспорту составляет 2070кг. Если масса фундамента m составляет 2-3 массы насоса то, зная габариты опорной плиты насоса, мы можем определить объем и глубину заложения фундамента.

Масса фундамента принимаю порядка 5000кг. Значит, объем бетонной смеси:

Высота фундамента:

Учитывая то, что высота фундамента от пола должна составлять около 0,3м. заглубление фундамента составит 0,90м.

9. Составление плана насосной станции

Рассмотрены 2 варианта плана станции: А, В.

Вариант А.

Компоновка насосов типа Д в один ряд и установка напорной флейты выше оси насоса.

Крупных недостатков не имеет. Длина машинного зала больше, чем в варианте В.

Вариант В.

Компоновка насосов типа Д в два ряда и установка напорной флейты на определенной отметке. Тяжело организовать обслуживание насосов и запорной арматуры. Но более компактна, чем вариант А.

Из них наиболее рациональным представляется вариант А.

Все планы представлены в приложении

Размер монтажной площадки определяем исходя из размеров транспортного средства, заводящего оборудование внутрь станции +0,7 м вокруг него.

Размер монтажной площадки принимаем: 9,0x3,6м.

10. Уточнение потерь напора, создаваемого насосом

Схема к определению потерь напора

Сводная таблица потерь напора

Определение потерь в водомере.

Чаще всего на насосных станциях в качестве водомеров ставятся сужающие устройства.

Для заданного расхода 707м³/ч находим подходящий диафрагменный водомер с соотношением диаметров d/d_y = 0,67. (водомер ставится на напорном трубопроводе).

Относительное сужение потока:

Перепад напора в сужающем устройстве составляет:

Потери напора в диафрагменном водомере составят:

11. Уточнение потребного напора и геометрической высоты всасывания

Таким образом, разница в потребном напоре составляет 0,82м. Можно сделать вывод, что подобранный насос нам подходит с незначительным запасом, не превышающем 1м.

Уточним геометрически допустимую высоту всасывания насоса.

Из за того, что высота изменилась, требуется уточнить отметку оси насоса и пола насосной станции:

12. Подбор вакуумных насосов

Производительность вакуумных насосов:

где k - коэффициент запаса, принимается k=1,05 - 1,1;_тр - объем всасывающего трубопровода от всасывающего патрубка насоса до зеркала воды

_н - объем всасывающей полости насоса, принимается W_н = 0,4 м³;- Время заливки насоса водой, принимается 4 мин;

Р_а - атмосферное давление, 10,33 м.

Устанавливается один рабочий и один запасной насос фирмы Sigma Zavadka 80-SZO-244-125-LC-00.

13. График совместной работы насосов и сети

При нормальном режиме (работе одного всасывающего и двух напорных водоводов):

Где:

Статический напор -

Потери напора в системе -

 - суммарный коэффициент удельного сопротивления.

Статический напор H_ст равен:

Отметка подачи воды на очистные сооружения Z_ОС = 45,5м.

Принимаем по таблицам Шевелева [табл.2] удельное сопротивление единицы длины А в зависимости от диаметров:

Коэффициенты удельного сопротивления:

Где:

β - коэффициент, учитывающий местные потери на водоводах;

l_вс.в. - длина всасывающей линии;

Проверка:

(разница в 0,8м объясняется тем, что при расчете не были учтены потери в водомере и запас на излив 0,5м.)

Таблица для построения линии сети при нормальном режиме.

При аварийном режиме (работе одного всасывающего и одного напорного водовода):

При выходе из строя одного водовода насосная станция должна обеспечивать не менее 70% расчетного расхода (не менее 275л/с).

Статический напор H_ст равен:

Удельные сопротивления единицы длины:

Коэффициенты удельного сопротивления:

Проверка:

Выходит, при аварии станция не будет обеспечивать потребный напор. Для устранения подобной проблемы следует сделать перемычку.

Разделим напорный водовод на 4 равных участка по 275м.

В случае аварии на каком либо участке:

Проверка:

Потребный напор обеспечен.

Таблица для построения линии сети при аварийном режиме.

На основании строим график характеристики сети.

- характеристика (H-Q) работы 1 насоса Grundfos HS 250-200-381/357

- характеристика (H-Q) работы совместно 2 насосов Grundfos HS 250-200-381/357

- характеристика (H-Q) сети при работе одного всасывающего водовода и двух напорных (нормальная работа)

- характеристика (H-Q) сети при работе одного всасывающего водовода и одного напорного (авария на участке)

14. Подбор дренажного насоса

В подземную часть насосной станции вода поступает из грунтовых вод, фильтрующих через стены здания, через сальники насосов и при ремонте оборудования, изливом. Для ее удаления предусматривается установка дренажного насоса.

Насос подбираем по следующим параметрам:

Расход:

Напор:

Принимаем к установке

насоса Unilift KP 350

Один рабочий, другой резервный

Расположим дренажный колодец под лестницей, ведущей в машинный зал. Вода к колодцу будет подводиться по лотку, расположенному у стены. Пол делается с уклоном 0,002 в сторону лотка.

15. Подбор грузоподъемных устройств

Для транспортировки и монтажа оборудования насосной станции используем грузоподъёмное устройство в зависимости от веса самого тяжёлого элемента оборудования, расположенного внутри насосной станции (М_агр = 2070 кг - насос с электродвигателем), умноженного на поправочный коэффициент 1,1, т.е. 2070- 1,1 = 2277 кг.

Характеристики:

Пролет крана Lk……..….7,5m

База крана Bk…………..…1,7m

Полная длинна крана L….8,3m

Масса…………………….1684kg

Базовый телфер МТ410Н...V12/1EN20

Высота на подъем телфера Н……9m

16. Определение высоты насосной станции (машинного зала)

Высота станции определяется по формуле:

Где:

 - погрузочная высота платформы;

0,5 - высота от груза до т/с;

 - высота наиболее высокого груза;

 - высота строповки;

 - высота крана от крюка до верха.

Таким образом,

минимальная высота станции:

Принимаю высоту станции:

17. Компоновка остальных помещений насосной станции

Монтажная площадка:

Размер монтажной площадки определяем исходя из размеров транспортного средства, +0,7м. вокруг.

Габариты площадки 3,6х9,0м

Размеры ворот 3,0х3,0м

Для определения габаритов трансформаторной требуется определить мощность трансформаторов.

Где:

 - коэффициент спроса по мощности, при 2 работающих двигателях равен 1

 - паспортная мощность электродвигателей основных насосов.

 - КПД электродвигателя.

 - коэффициент мощности электродвигателя.

Предусматриваем 2 трансформатора мощностью 250кВА(понижение с 10 до 6,3кВ) и один трансформатор для нужд станции мощностью 160кВА(понижение с 6,3 до 0,4кВ)

При выходе из строя одного трансформатора перегрузка другого составит

Допустимое время 64% перегрузки для масляного трансформатора составляет порядка 40 минут.

Таблица размеров помещений насосной станции:

18. Определение удельной нормы расхода электроэнергии для насосных агрегатов и электродвигателей

Анализируя полученный результат можно сказать, что насос и электродвигатель к нему подобраны экономично.

19. Определение суточного и годового расхода электроэнергии насосных агрегатов

Где:

 - плотность воды

 - КПД электродвигателя

 - КПД насосов при i-й ступени.

 - время работы в течение суток в режиме i-й ступени (в часах).

 и  - соответственно, суммарная подача м³/с и напор, м.

n - число ступеней.

Годовой расход электроэнергии с учетом того, что насосная станция не каждый день работает с максимальной подачей, определяют по формуле:

20. Список использованной литературы

1. Залуцкий Э.В., Петрухно А.И. Насосные станции. Курсовое проектирование. - К. Вища шк. Головное изд-во, 1987. - 167 с.

. Кораблев А.И., Черкасов Г.Н., Учебное пособие к выполнению курсового проекта: Проектирование водопроводных и канализационных насосных станций. Ленинград, 1985г.

. Карелин В.Я., Минаев А.В. Насосы и насосные станции. Учебник для вызов - 2-е издание, переработано и дополнено - М.: Стройиздат, 1986.

. Шевелев Ф. А., Шевелев А. Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб. М.: Стройиздат, 1984. 116 с.

. Справочник монтажника: Оборудование водопроводно-канализационных сооружений, М.: Стройиздат, 1979 . 430 с.