Водопроводная насосная станция второго подъема

СОДЕРЖАНИЕ ЗАДАНИЕ СУММАРНОЕ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ РЕЖИМ РАБОТЫ НАСОСОВ
ВОДОНАПОРНАЯ БАШНЯ РЕЗЕРВУАРЫ ЧИСТОЙ ВОДЫ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ ТРЕБУЕМЫЙ НАПОР НАСОСОВ АНАЛИЗ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ НАСОСОВ И ВОДОВОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТМЕТКИ ОСИ НАСОСА И ПОЛА МАШИННОГО ЗАЛА ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ЗАДАНИЕ на курсовой проект “Водопроводная насосная станция второго подъема” по курсу “Проектирование насосных станций систем водоснабжения и водоотведения” Студент ВВ-31 Фомина Е.А. Разработать проект насосной станции с выбором основного и вспомогательного оборудования с анализом совместной работы насосов. Исходные данные к проекту 1. Водопроводная сеть - объединенная; 2. Максимальное хозпитьевое и технологическое водопотребление* 25511,21 м3/сут; 3. Доля расхода на технологическое водопотребление* 1%; 4. Расчетное число одновременных пожаров* 2 , 5. Расход воды на один пожар* 35 л/с; 6. Допустимое снижение подачи воды во время пожара* %. 7. Отметки уровней воды в резервуаре чистой воды (РЧВ): максимальный* 2,3 м; минимальный пожарного запаса * - 0,98 м; наинизший *-2,5 м; 8. Отметки поверхности земли: у РЧВ *101,3 м; у НС *101,3м; у точки входа в городскую сеть *101,7 м; 9. Свободные напоры у точки входа в городскую сеть: при максимальном водопотреблении 60 м; при максимальном транзите воды в башню* 30 м; при пожаротушении 10 м; 10. Длины водоводов: всасывающих *10 м; напорных*230 м; 11. Состав грунтов* суглинок; 12. Глубина промерзания грунтов* 1,89 м; 13. Глубина залегания грунтовых вод* 1,46 м. * - по данным КП “Водоснабжение, ч. I. Сети водопроводные” СУММАРНОЕ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ График суммарного водопотребления берется из курсового проекта по водоснабжению (часть 1) Таблица 1. Суммарное водопотребление города по часам суток. Часы суток Водопотребление Жилой зоны Пром.предприятия, м3 Базовое, м3 Благо устройство м3 Итого 1 район 2 район 3 район Общ. здание, м3 Общее, м3 Техно логи ческое, м3 Хоз- питьевое м3 Душ, м3 Общее, м3 К ч макс=1,8 К ч макс=1,5 К ч макс=1,45 % м3 % м3 % м3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 0-1 0,9 26,74 1,5 145,8 2 204,12 - 376,66 - - - - 376,66 395,62 772,28 1-2 0,9 26,74 1,5 145,8 2,1 214,33 - 386,87 - - - - 386,87 395,62 782,49 2-3 0,9 26,74 1,5 145,8 1,85 188,81 - 361,35 - - - - 361,35 395,62 756,97 3-4 1,0 29,72 1,5 145,8 1,9 193,91 - 369,43 - - - - 369,43 395,62 765,05 4-5 2,35 69,84 2,5 243 2,85 290,87 - 603,71 - - - - 603,71 - 603,71 5-6 3,85 114,42 3,5 340,2 3,7 377,62 - 832,24 - - - - 832,24 - 832,24 6-7 5,2 154,54 4,5 437,4 4,5 459,27 - 1051,21 - - - - 1051,21 - 1051,21 7-8 6,2 184,26 5,5 534,6 5,3 540,92 - 1259,78 - - - - 1259,78 - 1259,78 8-9 5,5 163,46 6,25 607,5 5,8 591,95 0,281 1363,19 16,05 - - 16,05 1379,24 - 1379,24 9-10 4,85 144,14 6,25 607,5 6,05 617,46 0,281 1369,38 16,05 5,42 - 21,47 1390,85 - 1390,85 10-11 5,0 148,6 6,25 607,5 5,8 591,95 0,281 1348,33 16,05 6,02 - 22,07 1370,40 - 1370,40 11-12 6,5 193,18 6,25 607,5 5,7 581,74 0,281 1382,70 16,05 6,02 - 22,07 1404,77 - 1404,77 12-13 7,5 222,9 5,0 486 4,8 489,89 0,281 1199,07 16,05 6,61 - 22,66 1221,73 - 1221,73 13-14 6,7 199,12 5,0 486 4,7 479,68 0,281 1165,08 16,05 5,42 - 21,47 1186,55 - 1186,55 14-15 5,35 159 5,5 534,6 5,05 515,4 0,281 1209,28 16,05 6,02 - 22,07 1231,35 - 1231,35 15-16 4,65 138,2 6,0 583,2 5,3 540,92 0,281 1262,62 16,05 6,02 - 22,07 1284,69 - 1284,69 16-17 4,5 133,74 6,0 583,2 5,45 556,23 - 1273,17 - 8,05 59,25 67,3 1340,47 - 1340,47 17-18 5,5 163,46 5,5 534,6 5,05 515,4 - 1213,46 - - - - 1213,46 - 1213,46 18-19 6,3 187,24 5,0 486 4,85 494,99 - 1168,23 - - - - 1168,23 - 1168,23 19-20 5,35 159 4,5 437,4 4,5 459,27 - 1055,67 - - - - 1055,67 - 1055,67 20-21 5,0 148,6 4,0 388,8 4,2 428,65 - 966,05 - - - - 966,05 - 966,05 21-22 3,0 89,16 3,0 291,6 3,6 367,42 - 748,18 - - - - 748,18 - 748,18 22-23 2,0 59,44 2,0 194,4 2,85 290,87 - 544,71 - - - - 544,71 395,62 940,33 23-24 1,0 29,72 1,5 145,8 2,1 214,33 - 389,85 - - - - 389,85 395,62 785,47 Итого 100 2972 100 9720 100 10206 2,25 22900,25 128,4 49,58 59,25 237,23 23137,48 2373,73 25511,21 Технологическая часть В обеспечении надёжной работы систем водоснабжения важная роль отводится насосным станциям. В зависимости от места расположения в общей схеме различают водопроводные насосные станции первого и второго подъёма.
Задачей насосной станции второго подъёма является подача воды из резервуаров чистой воды к потребителям и в бак водонапорной башни. Напор насосной станции должен быть достаточен для преодоления всех гидравлических сопротивлений водоводов и распределительной сети, а также для создания некоторых необходимых напоров у потребителей. Порядок проектирования зависит от условий состава исходных данных. Однако можно рекомендовать некоторую укрупнённую схему расчёта, включающую в себя следующие основные этапы: 1. Выбор режима работы насосов и числа насосных агрегатов. 2. Определение расчётной подачи насосов. 3. Расчёт трубопроводов. 4. Определение требуемого напора насосов. 5. Выбор насосов. 6. Анализ совместной работы насосов и трубопроводов. 7. Определение допустимой отметки оси насосов. 8. Выбор вспомогательного оборудования. 9. Проектирование здания насосной станции. Режим работы насосов Требуемая среднечасовая подача насосов в период максимального водопотребления , где - общее водопотребление за период максимального водопотребления Qч.I – часовые расходы воды у потребителей за этот период; - продолжительность периода максимального водопотребления м3/ч По аналогии требуемая среднечасовая подача насосов в период минимального водопотребления определяется из соотношения , где - общее водопотребление за период минимального водопотребления - продолжительность периода минимального водопотребления м3/ч Рекомендуемое к установке количество рабочих насосов пропорционально отношению найденных максимальной и минимальной подач насосной станции , (6,3) где к – коэффициент пропорциональности, принимаемый по возможности наименьшим целым числом. Исходя из принятого числа рабочих насосов, определяется ориентировочная часовая подача одного насоса м3/ч, В период максимального водопотребления работают все насосы, т.е. число работающих насосов В период минимального водопотребления число работающих насосов определяется как округленное до целого числа отношение среднечасового водопотребления за этот период к подаче одного насоса , Количество насосо – часов работы насосной станции за сутки ч Уточненная подача одного насоса (расчетная) м3/ч, где Qсут. – суточная подача насосной станции, равная суточному водопотреблению. По результатам расчета определяем расчетные подачи насосной станции в любой час суток , где - расчетная часовая подача одного насоса; - число работающих насосов в данный час. 1 насос: м3/ч;2 насоса: м3/ч. Водонапорная башня Совместный анализ режимов водопотребления и работы насосной станции второго подъема позволяет составить режим работы водонапорной башни, т.е. определить величину поступления или отбора воды из водонапорной башни. При этом определяется величина остатка воды в баке башни, наибольшее значение которого составляет требуемый минимальный регулирующий объем бака. Таблица 2. Режим работы водонапорной башни Часы суток Водопотребление, м3/ч Подача НС-II, м3/ч В бак Из бака, м3/ч Остаток воды в баке, м3/ч 1 2 3 4 5 0-1 772,28 654,13 -118,15 476,464 1-2 782,49 654,13 -128,36 348,104 2-3 756,97 654,13 -102,84 245,264 3-4 765,05 654,13 -110,92 134,344 4-5 603,71 654,13 50,42 184,764 5-6 832,24 654,13 -178,11 6,654 6-7 1051,21 1308,266 257,056 263,71 7-8 1259,78 1308,266 48,486 312,196 8-9 1379,24 1308,266 -70,974 241,222 9-10 1390,85 1308,266 -82,584 158,638 10-11 1370,40 1308,266 -62,134 96,504 11-12 1404,77 1308,266 -96,504 0 12-13 1221,73 1308,266 86,536 86,536 13-14 1186,55 1308,266 121,716 208,252 14-15 1231,35 1308,266 76,916 285,168 15-16 1284,69 1308,266 23,576 308,744 16-17 1340,47 1308,266 -32,204 276,54 17-18 1213,46 1308,266 94,806 371,346 18-19 1168,23 1308,266 140,036 511,382 19-20 1055,67 1308,266 252,596 763,978 20-21 966,05 1308,266 342,216 1106,194 21-22 748,18 654,13 -94,05 1012,144 22-23 940,33 654,13 -286,2 752,954 23-24 785,47 654,13 -131,34 594,614 Итого 25511,21 25511,21 0 Полная вместимость водонапорной башни WВБ, м3, состоит из регулирующего объема Wp и неприкосновенного десятиминутного противопожарного запаса воды Wп для тушения одного наружного и одного внутреннего пожара:
Регулирующий объем Wp определяют, сопоставляя режимы водопотребления и работы насосной станции второго подъема. Регулирующий объем водонапорной башни Wp, м3, соответствует максимальному остатку воды в баке. Десятиминутный противопожарный запас воды Wп, м3, определяют по формуле: , где qп.н. – расход воды на тушение одного наружного пожара, л/с; qп.в. – расход воды на тушение одного внутреннего пожара, л/с, определяется по СНиП 2.04.01-85. Wp =1106,194 м3; м3; м3 - 4,43 % Резервуары чистой воды Полный объем резервуаров чистой воды Wрчв, м3, должен включать кроме регулирующего объема Wр также запас воды на тушение пожаров Wпож, и запас воды на собственные нужды очистных сооружений Wс.н, т.е. Wрчв = Wр + Wпож + Wс.н Противопожарный запас Wпож, м3, определяют, исходя из необходимости тушения расчетных пожаров в течение трех (иногда двух) часов максимального водопотребления с учетом поступления воды в резервуары чистой воды из очистных сооружений на протяжении всего периода тушения пожаров: Wпож = tпож∙Qпож + ∑Qmax t– tпож∙Qос где tпож – расчетная продолжительность тушения пожаров, ч; Qпож - расчетный противопожарный расход воды, м3/ч; ∑Qmax·t- максимальная сумма расходов воды в смежные часы принятого периода тушения пожаров, включающая час максимального водопотребления, м3; Qос - расход воды, поступающий в резервуары чистой воды из очистных сооружений в период тушения пожаров, равный среднечасовому расходу воды в сутки максимального водопотребления Qсут max/24, м3/ч. Запас воды на собственные нужды очистных сооружений Wс.н определяют в зависимости от технологии обработки воды, типа применяемых сооружений и др. При пользовании на очистных сооружениях скорых фильтров и контактных осветлителей запас воды в резервуарах должен приниматься на одну дополнительную промывку фильтров или осветлителей. Ориентировочно в этом случае запас воды может быть принят в размере 5…8 % от максимального суточного водопотребления Qсут max. Общее количество резервуаров чистой воды должно быть не менее двух. При отключении одного резервуара в остальных должно храниться не менее 50 % требуемого запаса воды. Таблица 3. Резервуар чистой воды. Часы суток Подача НС-I, м3/ч Подача НС-II, м3/ч В РЧВ, Из РЧВ, м3/ч Остаток в РЧВ, м3/ч 1 2 3 4 5 0-1 1062,965 654,13 408,835 1635,34 1-2 1062,965 654,13 408,835 2044,175 2-3 1062,965 654,13 408,835 2453,01 3-4 1062,965 654,13 408,835 2861,845 4-5 1062,965 654,13 408,835 3270,68 5-6 1062,965 654,13 408,835 3679,515 6-7 1062,965 1308,266 -245,301 3434,214 7-8 1062,965 1308,266 -245,301 3188,913 8-9 1062,965 1308,266 -245,301 2943,612 9-10 1062,965 1308,266 -245,301 2697,311 10-11 1062,965 1308,266 -245,301 2453,01 11-12 1062,965 1308,266 -245,301 2207,709 12-13 1062,965 1308,266 -245,301 1962,408 13-14 1062,965 1308,266 -245,301 1717,107 14-15 1062,965 1308,266 -245,301 1471,806 15-16 1062,965 1308,266 -245,301 1226,505 16-17 1062,965 1308,266 -245,301 981,204 17-18 1062,965 1308,266 -245,301 735,903 18-19 1062,965 1308,266 -245,301 490,602 19-20 1062,965 1308,266 -245,301 245,301 20-21 1062,965 1308,266 -245,301 0 21-22 1062,965 654,13 408,835 408,835 22-23 1062,965 654,13 408,835 817,67 23-24 1062,965 654,13 408,835 1226,505 Итого 25511,21 25511,21 0 Подача НС-I: 25511,21/24=1062,965 м3/ч. Wp = 3679,515 м3; tпож·Qпож = 1566 м3; ∑Qmax t= 1390,85+1370,40+1404,77=4166,02 м3; Qос = 1062,965 м3/ч Wпож = 1566 + 4166,02 – 3·1062,965=2543,125 м3
Wс.н = 1785,78 м3 Wрчв = 3679,515+2543,125+1785,78=8008,42 м3 Общее количество резервуаров – 2, тогда W1 = Wрчв/2 = 8008,42/2=4004,21 м3 1 резервуар чистой воды: Wпож=1271,56 м3; Wостал=2732,65 м3;W=l·b·h. Принимаем Н=5 м, h=4,8 м. Тогда l=34 м, b=24,5 м (34·24,5·4,8=4004,21 м3) hпож=1271,56/(34·24,5)=1,52 м; hостал=4,8-1,52=3,28 м. Расчёт трубопроводов Расчёт внешних и всасывающих трубопроводов выполняется с определения их диаметров и потерь напора в них. Расчётный расход воды по трубопроводу определяется по формуле: (13.1) где N – количество параллельно работающих трубопроводов; Qр– расчётная подача насосной станции. м3/ч, (6.8) Qт = 0,18 м3/с Всасывающие трубопроводы. Принимаем оптимальную скорость n = 1,5 м/с, Ориентировочно значение диаметра: м По ГОСТ 18599-83 расчетный внутренний диаметр трубы: Dгост = 0,426 м. м м м Напорные трубопроводы. Принимаем оптимальную скорость n = 2 м/с. Ориентировочно значение диаметра м. По ГОСТ 18599-83 расчетный внутренний диаметр трубы: Dгост = 0,377 м. м м м Требуемый напор насосов При проектировании системы водоснабжения мы определили требуемые напоры: в случае максимального водоразбора Н=40 м, в случае максимального транзита воды в башню Н=50 м. Расчетным выбираем наибольший напор, т.е. Н=50 м. Выбор типа насоса Выбор типа насоса производится по сводным графикам полей характеристик. Основой для выбора служат найденные значения расчётной подачи и требуемого напора. При выборе необходимо учитывать следующие рекомендации. Желательно принимать к установке однотипные насосы. Применение разнотипных насосов допускается лишь в исключительных случаях, когда нельзя подобрать однотипные насосы. Предпочтение следует отдавать насосам, имеющим более высокие КПД и наибольшую допустимую высоту всасывания. Желательна установка малого числа насосов большей мощности. Но следует учитывать, что уменьшение числа насосов ведёт к увеличению регулирующего объёма бака водонапорной башни. На водопроводных насосных станциях наиболее широкое применение нашли насосы типа Д. При подаче равной 654,13 м³/ч и требуемом напоре 50 м по сводному графику полей Q – H насосов типа Д выбираем насос марки Д 800-57. Таким образом для нашей насосной станции 1-ой категории надежности выбирается 2 основных и 2 резервных насоса марки Д 800-57. Анализ совместной работы насосов и водоводов Анализ совместной работы насосов и водоводов выполняется с целью уточнения рабочих параметров и для проверки аварийных режимов. Анализ выполняется графическим способом с помощью совмещенных характеристик насосов и системы трубопроводов. На водопроводных насосных станциях обычно применяется параллельная работа насосов. Суммарная характеристика нескольких параллельно работающих насосов строится графическим сложением их характеристик. С этой целью на графике H-Q строятся характеристики всех рабочих насосов, взятые из каталога ли полученные построением при изменении частоты вращения или обрезке рабочего колеса. Т.к. обычно применяются насосы одного типа с одинаковыми характеристиками, то достаточно построить характеристику одного насоса. На этом же графике или совмещенном с ним по оси Q строятся характеристики мощности – N (Q), к.п.д. – η (Q) и допустимой вакуумметрической высоты всасывания насоса – Hвак доп (Q). На том же графике в координатах H-Q строятся необходимые характеристики системы водоводов, совместно с которыми работает насосная станция. Уравнения водоводов , м, где Нст – статический напор в м; Q – расход воды по водоводам в м3/с; S – сопротивление системы водоводов в с2/м5; Статический напор , м гдеНг – геодезическая высота подъема воды; Нсв – свободный напор в точке питания. Величина SQ2 представляет собой суммарные потери напора в системе водоводов. Поэтому сопротивление S можно определить как сумму , гдеSвс – сопротивление всасывающей линии; Sст – сопротивление внутристанционных коммуникаций; Sн – сопротивление напорной линии. В этих формулах QP – расчетная подача насосной станции в м3/ч; hвс – суммарные потери напора во всасывающей линии в м; hст – внутристанционные потери напора во всасывающей линии в м; hн – суммарные потери напора в напорной линии в м; При аварии на водоводе с одной перемычкой , где SH – сопротивление напорной линии при расчетном режиме; NП – число перемычек между водоводами; N – число параллельных водоводов. Расчетный случай. Нг=8,2 м; Нсв=30 м; м; Qр=1308,266 м3/ч=0,36 м3/с Sвс=0,73/0,362=5,63; Sст=2,14/0,362=16,51; Sн=3,87/0,362=29,86; S=5,63+16,51+29,86=52 Н=38,2+52·Q2 Случай аварии на водоводе с одной перемычкой Нг=8,2 м; Нсв=30 м; м; Qр=0,7· Qр =0,7·1308,266=915,786 м3/ч=0,25 м3/с Sвс=0,73/0,362=5,63; Sст=2,14/0,362=16,51; Sн=3,87/0,252=61,92; S=5,63+16,51+123,84=145,98 Н=38,2+145,98·Q2 В случай возникновения пожара необходимая подача обеспечивается двумя насосами (Qp = Qmax+Qпож=1308,266+2·126=1560,266 м3/ч). Определение отметки оси насоса и пола машинного зала В НС II 1-ой категории насосы устанавливаются под залив, т.е. ниже уровня противопожарного запаса воды в РЧВ. Т.к. возникают 2 пожара: , м
где Zрчв – отметка минимального уровня воды в РЧВ (дна резервуара), обычно на 2,5 м ниже отметки поверхности земли у РЧВ; Sпож – высота слоя воды, соответствующая полному противопожарному запасу; а – расстояние от оси до верха корпуса насоса. м
Вычисленная отметка Zон должна быть проверены на обеспечение допустимой вакуумметрической высоты всасывания или допустимого кавитационного запаса , приведенных в каталогах или паспортах насосов. Максимальная геометрическая высота всасывания Нsmax = Zон - Zмув За величину Zмув принимают Zрчв. Максимальная допустимая высота всасывания: ; (), где hв – максимальные потери во всасывающей трубе. м; =10-5=5 м Отметка пола машинного зала : , м Где- отметка оси насоса в м; - размер оси насоса от нижней опорной плоскости установочной плиты или рамы до оси; - высота фундамента над уровнем пола. Обычно =0,15…0,2 м. м Выбор вспомогательного оборудования Для привода насоса применяют электродвигатели. Выбор двигателя производится по требуемой мощности и частоте вращения. Мощность насоса: где ηн – КПД насоса при работе в данном режиме. кВт Требуемая мощность двигателя: где N – мощность на валу насоса; - к. п. д. электродвигателя принимаем 0,79; - к. п. д. передачи; k – коэффициент запаса мощности, учитывающий возможные перегрузки двигателя. кВт Выбираем электродвигатель АО 103-4м. Для монтажа, ремонта и демонтажа оборудования, арматуры и трубопроводов предусматривают подъёмно-транспортное оборудование с ручным приводом, при массе грузов до 3000 кг – подвесную кран-балку. Масса задвижки = 360 кг, масса электродвигателя насоса 3000 кг. Электропитание насосных станций осуществляется от понижающих трансформаторов, необходимая мощность которых определяется: кВтА (18.2) где ΣN – суммарная мощность электродвигателей насосов в кВт; - коэффициент трансформаторного резерва; - коэффициент, учитывающий дополнительную мощность на освещение и другие нужды. Выбираем трансформатор марки ТМ 1000/10. На насосных станциях предусматривается установка одного рабочего и одного резервного трансформатора. Библиографический список 1. СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. – М.: Стройиздат, 1977. 2. В. Я. Карелин, А.В. Минаев. Насосы и насосные станции. – М.: Стройиздат, 1986. 3. Оборудование водопроводно-канализационных сооружений. Под ред. А. С. Москвитина. – М.: Стройиздат, 1978. 4. Водоснабжение и водоотведение. Наружные сети и сооружения. / под ред. Н.Н. Репина. – М.: Высшая школа, 1995. – 431 с., ил 5. Водопроводные насосные станции: Методические указания для курсового и дипломного проектирования. – Иваново, 1986. 6. Оборудование водопроводных насосных станций: Методические указания для курсового и дипломного проектирования. – Иваново, 1988. 7. Проектирование насосных станций. Компоновка оборудования: Методические указания для курсового и дипломного проектирования. – Иваново, 1989.