1. Определение расчетной подачи насосной станции
В соответствии стребованиями СНиП 2.06.03-85 расчетная подача насосной станции для польдерногоосушения определяется максимальной ординатой графика откачки
Qн.с=qmax, м3/с (1)
где qmax –максимальная ордината графика расходов воды по периодам, м3/с
Qн.с=qmax=4,9 м3/с
2. Выбор схемыгидроузла насосной станции
Под схемой гидроузла НСпонимается последовательное расположение его сооружений от водоисточника доводопотребителя.
В проекте принимаетсясхема НС на тупиковом канале, как наиболее часто используемый в мелиоративномстроительстве. Схема представлена на рис.1.
/>
Рис. 2.1. Схема насоснойстанции на тупиковом канале:
1 – водоподводящий канал;2 – аванкамера; 3 – водоприемные сооружения; 4 – здание насосной станции; 5 –напорные трубопроводы; 6 – водовыпуски; 7 – водоотводящие каналы; 8 –труба-регулятор; 9 – трубопровод для самотечного сброса воды; 10 –водоприемник; 11 – ограждающая дамба.
3. Проектирование игидравлический расчёт водоподводящего канала
Водоподводящий каналосуществляет подвод воды от источника к водозаборному сооружению насоснойстанции.
Исходные данные красчёту:
1./>
2.коэффициент заложенияоткосов />,т.к. супесь;
3.коэффициентшероховатости русла />;
4.допускаемаянеразмываемая скорость воды v=0,67м/с;
5.уклон дна канал i=0,0003
Определяем глубинунаполнения канала hmax:
/>(3.1)
/>
В зависимости от /> и /> принимаем />
Принимаем глубину канала h= 1,5 м, находим отношение
/> (3.2)
По таблицам 1. III находим b методом интерполяции:
/>(3.3)
Находим ширину канала:
/>, (3.4)
принимаем b=2,5 м,
Для построенияграфической связи h=f(Q) выполняем расчёт в табличной форме:
Таблица 1. Параметры дляпостроения графической зависимости Q-H.
b,
м
h,
м
ωк,
м
Χ=b+2h/>,
м R=ωк/Χ, м C=R1/6 ·1/n, м0,5/с
/>
Q=ωкC/>,
м3/с 2,5 0,3 0,89 3,58 0,25 35,21 0,30 0,27 2,5 0,6 2,04 4,66 0,44 38,72 0,44 0,90 2,5 0,9 3,47 5,74 0,60 40,85 0,55 1,90 2,5 1,2 5,16 6,83 0,76 42,42 0,64 3,30 2,5 1,5 7,13 7,91 0,90 43,68 0,72 5,12 2,5 1,6 7,84 8,27 0,95 44,05 0,74 5,82
Чтобы обеспечить заборрасчетного расхода воды в водоподводящий
Проверяем нанеразмываемость:
/>(3.5)
/>(3.6)
/>
Так как расчётнаяскорость меньше исходной, то размыв отсутствует.
Отметка дна канала /> определяется по минимальной отметке уровня воды /> в водохранилище:
/>(3.7)
/>
/>
Рис.3.1 График зависимости h=f(Q) водопроводящего сооружения.
4. Определение расчетного напора насосной станции
Расчетный напор насоснойстанции определяем по формуле:
Hp =Hг.ср + hl+ hм, м (4.1)
где, Hг.ср – средневзвешенная геодезическаявысота подъема воды :
Hг.ср = ΣQi·Hг.i· ti/ΣQi· ti, м (4.2)
hl- потери напора по длине напорноготрубопровода, м
hм – местные потери напора, м
Расчет ведем в табличнойформе.
Таблица 2. К расчётусредневзвешенной геодезической высоты подъема водыпериод работы насосной станции
число суток в периоде
ti подача насосной станции Qi, м3/с отметка уровня воды, м геодези-ческая высота подъема, м Qi Hг.i ti Qi ti в верхнем бьефе в нижнем бьефе 01.01…31.01 31 2,0 149,4 149,02 0,38 23,56 62 01.02…15.03 43 2,2 150,5 149,15 1,35 127,71 94,6 16.03…31.05 76 4,9 152,0 149,58 2,42 901,21 372,2 01.06…15.08 76 3,2 149,2 150,42 - - - 16.08…31.10 76 3,9 149,6 150,95 - - - 01.11…31.12 61 2,1 149,8 150,73 - - - Сумма Σti = 363 Σti =1052,48 Σti =528,8
Hг.ср=/>=/>=1,99 м;
hl =iхlтр= 3,5/>0,043 =0,15 м
Тогда расчетный напорбудет равен:
Hp =Hг.ср + hl+ hм = 1,99+0,15+0,9=3,04 м.
5. Подбор основныхнасосов
В состав основных насосов входят рабочие насосы ирезервные.
Рабочий насос подбирают по расчетному напору, которыйравняется напору насосной станции (параллельное включение насосов) и расчетнойподаче />.
Расчетная подача насоса определяется из выражения
/>, (12)
где /> – количество рабочих насосов.
/>
Количество рабочих насосов определяем из условиялучшего покрытия графиков водопотребления (откачки) с учетом получения при этоммаксимальной экономической эффективности.
При этом необходимо учитывать следующее:
– увеличение количества насосов приводит к возрастаниюстроительного объема здания насосной станции;
– при совместной работе на общий напорный трубопроводподача насоса уменьшается по сравнению с подачей при индивидуальной его работе,и чем больше насосов работают вместе, тем больше снижение их подачи;
– чем менее мощный насос, тем ниже его КПД.
Предварительный подбор насоса выполняется по своднымграфикам полей
Q-H [2], а затем, установив тип и марку насоса, порабочим характеристикам, находим более подробные сведения о насосе и егопараметрах.
При этом рабочая точкадолжна находиться в области максимального К.П.Д. (рабочая область насоса).Допускается отклонение величины расчетного напора насоса от напорнойхарактеристики 3%.
Исходя из вышеперечисленных условий выбираем насос ОП6-87.
/>
Рис.5.1 Характеристики насоса ОП6-87
6. Проектирование и расчет подводящих трубопроводов
Подводящие трубопроводы предназначены длятранспортирования воды от водозаборного сооружения к насосам.
При проектировании подводящих трубопроводов необходимособлюдать следующие требования:
– число всасывающих трубопроводов должно быть равночислу насосов, при необходимости допускается устройство общего всасывающегоколлектора;
– трубопроводы следует устраивать стальными;соединения труб вне здания станции устраиваются сварными, а в пределах зданиястанции на фланцах или сварными;
– всасывающие трубопроводы прокладывают с непрерывнымподъемом не менее 0,005 в сторону насоса;
– соединение всасывающего трубопровода и всасывающегопарубка насоса осуществляется с помощью ассиметричного перехода сгоризонтальной верхней образующей;
/>
Рис. 6.1. Схемавсасывающего трубопровода
7. Проектированиеводозаборных сооружений
Водозаборное сооружение насосной станции предназначенодля приема воды из источника и подачи ее к всасывающим трубопроводам основныхнасосов. В состав водозаборного сооружения входят аванкамера и водоприемник.
Поскольку подача насоса 4,9 м3/с и высотавсасывания положительная – применяют камерный тип водозаборного сооружения, (рис.2).
Всасывающие трубопроводы насосов располагаются наторцевом откосе ковша. Расстояние между осями всасывающих трубопроводов (3…4) Двх(диаметра входного отверстия приемного конуса); />.
Заглубление верхней кромки входного отверстияприемного конуса под минимальный уровень принимают />, но не менее 0,5м. Входное отверстиецелесообразно устраивать в вертикальной плоскости.
Сороудерживающую решетку предпочтительнее делатьвыносной и располагать ее вначале аванкамеры. На входных отверстиях всасывающихтрубопроводов также должны быть предусмотрены решетки.
Прямой уклон дна аванкамеры рекомендуется приниматьi=0,2. Аванкамеру следует устраивать с центральным углом конусности 40…45о.
/>
/>
/>
Определяем длину аванкамеры:
/>
Определяем ширину водозаборного сооружения в плане:
B=b/>n+tb/>(n-1)=3/>3+0,7(3-1)=10,4м
b- ширина пролёта водозаборного сооружения,м;
n-количество подводящих трубопроводов равная числу основныхнасосов;
tb=(0,6-0,8);
b=3,23Д=2,81=3м.
Назначаем длину камеры водозаборного Lk=3м;
Окончательные размеры водозаборного сооружения будутустановлены процессе проектирования здания насосной станции.
8. Проектирование и расчет напорных трубопроводов
Подача воды от насосов осуществляется квнутристанционным напорным трубопроводам, а от них к напорным трубопроводам.Внутристанционные трубопроводы с трубопроводной арматурой, полностьюрасполагаются в здании насосной станции. В общем случае подача мелиоративныхстанций значительна, поэтому особенно необходимо, чтобы потери напора вовнутристанционных трубопроводах были минимальными. Практически это достигаетсяотсутствием в трубопроводах резких поворотов.
8.1 Проектирование внутристанционных трубопроводов
Внутристанционные трубопроводы устраиваются изстальных труб. Диаметр внутристанционных напорных трубопроводов определяют по расчетномурасходу, величина которого равна расчетной подаче насоса, и экономичнымскоростям, которые принимают:
/> м/с для труб диаметром до 1010мм;
При этом диаметр внутристанционного напорноготрубопровода должен быть не меньше диаметра нагнетательного патрубка насоса.Переход от нагнетательного патрубка насоса к внутристанционному напорномутрубопроводу осуществляется с помощью прямого диффузора, длина которогопринимается от 6 до 7 разности диаметров трубопроводов и патрубка.
На внутристанционных напорных трубопроводах можетустанавливаться обратный клапан, монтажная вставка, задвижка (дисковый затвор)и контрольно-измерительная арматура. Масса трубопроводов и арматуры предаетсяна бетонные фундаменты.
/>
Рисунок 8.1 График водоподачи насосной станции
Qн.т.=Q/>, м3/с (8.1)
/>м3/с
где Q — подача насоса (Q=2,45 м3/с);
t1..t6– число суток в n-ом периоде, сут;
n1..n6– определяется по графику для каждого периода;
n – мах из n1..n6;
Т – общая продолжительность периодов, сут.
/>(8.1)
Принимаем />=880 мм;
8.2 Проектирование напорного трубопровода
Напорные трубопроводы предназначены для подачи воды отвнутристанционных напорных трубопроводов до водовыпуска или водопотребителя.
Напорные трубопроводы проектируют в соответствии соСНиП 2.04.02-84.
Количество напорныхтрубопроводов принимаем равным количеству основных насосов – 3 нитки (длинанапорного трубопровода до 100 м). Напорные трубопроводы проектируем из стали.
Принимаем />=1202мм;
9. Электрооборудованиенасосной станции
9.1 Подборэлектродвигателей к основным насосам
В качестве привода к основным насосам на мелиоративныхнасосных станциях применяем электродвигатели трехфазного переменного тока,синхронные и асинхронные, горизонтального и вертикального исполнения.
Для насосов мощностью более 250 кВт рекомендуетсяприменять высоковольтные синхронные электродвигатели.
При подборе электродвигателя необходимо обеспечиватьзаданную для вала насоса частоту вращения и мощность, которая рассчитывается поформуле:
/>, Вт (9.1.1)
где/>– плотность перекачиваемой жидкойсреды, кг/м3, />;
/> – максимально возможная подачаодного насоса по схеме проектируемой насосной станции, м3/с, />;
/> – напор, соответствующий />, м, />;
/> – КПД насоса, соответствующий />, />;
/> – КПД передачи (при соединениинасоса с электродвигателем жесткой муфтой />);
/> – коэффициент запаса мощности (при/>60…300 кВт/>1,15;).
/>
Подбираемэлектродвигатель синхронный высоковольтный АВ14-31-12 />, />
9.2 Определение мощности силовых трансформаторов
Электроснабжение насосных станций осуществляется отвысоковольтных линий электропередач (ЛЭП). Напряжение тока ЛЭП выше, чемнапряжение электрооборудования насосных станций, определяемое рабочимнапряжением электродвигателей основных агрегатов.
Для получения электрического тока необходимогонапряжения на насосных станциях предусматривают, понижающие трансформаторныеподстанции.
В состав трансформаторной подстанции входят силовыетрансформаторы и распределительное устройство (высоковольтное и низковольтное).Электрическое оборудование трансформаторной подстанции размещается чаще всего вспециальных помещениях наземной пристройки здания насосной станций.
Необходимую мощность трансформаторной подстанцииопределяют из формулы:/>
/>,(9.2.1)
где: kс – коэффициент спроса; при трехэлектродвигателях, исключая резервные, kс – 1;
Pgi – номинальная мощность электродвигателей (безрезерва), кВ,
Pgi=320 кВт;
hgi – КПД электродвигателя, принимаемый по мощности: до 50 кВт – 0,92;
cosj –коэффициент мощности электродвигателя (cosj = (0,9¸0,93);
10 ¸ 50 – нагрузка от вспомогательного оборудования, кВА.
Учитывая возможность выхода из строя одного трансформатора,допускается временная перегрузка оставшегося до 40% его номинальной мощности.
/>
Принимаем 2трансформатора мощности которого равны 630 кВа;
Проверка на перегрузкутрансформатора:
/> (9.2.1)
z- количество рабочих насосов;
St-мощность трансформатора;
П- перегрузка;
Для размещениятрансформаторов принимаем помещение в блоке со зданием насосной станции.Размеры камеры трансформаторов принимаем в зависимости от мощноститрансформатора на основании приложения 7 методических указаний. Принимаемкатание узкой стороны. Глубина камеры 3,5м; ширина 2,9м; высота 3,6м.
10. Проектированиездания насосной станции
Здание насосной станции должно обеспечивать оптимальный режимработы оборудования, защиту обслуживающего персонала и оборудования отатмосферных воздействий.
Широкое применение внастоящее время получили три типа зданий станций: наземный, камерный и блочный.
10.1 Размещение основных насосов в вертикальной плоскости ивыбор типа здания насосной станции
Отправной отметкой при вертикальной компоновке основныхнасосов является отметка минимального уровня воды в источнике. Допустимаяотметка установки насосов Ñ УНдоп рассчитывается по формуле:
/>(10.1.1)
где: /> – минимальный уровень воды висточнике, м, />;
/> – предельно допустимаягеометрическая высота всасывания насоса, определяемая по формуле:
/>/>= /> , м, (10.1.2)
где: /> – атмосферное давление, Па;
/> – давление насыщенных паровжидкости, />=2354 Па для воды при
Т= 200С;
Ñh – кавитационный запас, м (определяется по характеристикамнасоса), />;
Допустимая отметка установки основных насосов оказалась вышеотметки минимальных уровней воды на водозаборном сооружении (положительнаявысота всасывания). Так как в проекте приняты осевые насосы вертикальногоисполнения, их установка в вертикальной плоскости определяется из следующеговыражения:
/> (10.1.3)
где: hВЭ – высотавала электродвигателя;
hВН – высота вала насоса;
10.2 Подборвспомогательных насосов
Если работа насоса характеризуется положительнойгеометрической высотой всасывания, перед запуском его корпус и всасывающийтрубопровод должны быть залиты перекачиваемой средой. На насосных станциях,здания которых камерного и блочного типов, когда уровень грунтовыхрасполагается выше поверхности пола машинного зала, устанавливаются дренажныенасосные установки. Они служат для удаления воды, которая фильтруется черезстроительные конструкции подземной части здания станции и вытекает черезнеплотности сальников насосов.
Для дренажной насосной установки используются самовсасывающиевихревые насосы (один рабочий и один резервный), а также погружные насосы ГНОМ.
Подача дренажного насоса Qg (л/с) определяется по формуле:
Qg = (1,5……2) Sq=2×3,35=6,7 л/с, (10.2.1)
где: Sq – суммарный фильтрационный расход воды через сальники насосов q1 и через стены и фундамент здания q2:
q1 = qс × n=0,5×2=1 л/с, (10.2.2)
где: qс– фильтрационныйрасход через сальник насоса, л/с; для насосов типа О, ОП и В принимают равнымрасходу воды, подаваемому на смазку подшипников согласно данным каталога нанасос, в нашем случае 0,5л/с; n –количество сальников.
q2 = 1,5 + 0,001 W=1,5+0,001×849,52=2,35 л/с, (10.2.3)
где: W –объем подземной части здания станции ( по наружным размерам), расположеннойниже уровня грунтовых вод, м3.
Принимаем насос типа ГНОМ 25-20.
Рабочий объем дренажного колодца Vg определяется из формулы:
Vg = S q × T= 0,00335×1200=4,02 м3, (10.2.4)
Где: T – времянаполнения колодца ( не менее 600 с для камерных зданий и 1200 с для блочныхзданий).
10.3 Размещение основного и вспомогательного оборудования вплане, определение основных размеров здания станции
Размещение насосных агрегатов в плане определяется формоймашинного зала, типом насосов и способом подвода к ним воды.
Очертание машинного зала в плане следует приниматьпрямоугольное. При небольшом количестве насосов типа Д и К (4-5) целесообразнопринимать однорядное их размещение. При относительно большом числе агрегатов(более 5) принимается двухрядное, шахматное или симметричное размещениенасосов, что позволяет сократить длину здания.
Определение основных размеров здания станции в плане сводим кустановлению ширины и длины наземной и подземной (при наличии) частей.
Ширина здания станции (расчетный пролет) определяется исходяиз габарита насоса, строительной длины арматуры и фасонных частей.
Стандартный пролет здания равен 6,9,12,15 м. Длина зданияопределяется исходя из количества основных и вспомогательных насосов, ихгабаритов, а также размеров монтажной площадки.
Проход между насосными агрегатами, а также между агрегатами истроительными конструкциями, должен быть не менее 1 м при напряжении электродвигателей до 1000 В и 1,2 м при напряжении более 1000 В.
Длина верхнего строения здания насосной станции должна бытькратной 6 м при наличии каркаса и кратной 1,5 м для бескаркасных зданий, в которых плиты покрытий опираются на продольные несущие стены.
Следует отметить, что длина верхнего строения может несовпадать с длиной подземной части здания насосной станции. Кроме машинногозала здание насосной станции должно включать диспетчерскую, бытовую комнату,санузел, трансформаторную подстанцию. Все эти помещения располагают в торцевойчасти здания .
10.4 Подборподъемно-транспортного оборудования
Подъемно-транспортноеоборудование машинного зала насосной станции выбирают в зависимости от габаритовздания и массы монтируемого оборудования.
Грузоподъемностьподъемно-транспортного оборудования следует принимать по массе наиболее тяжелоймонтажной единицы с учетом 10% надбавки. За монтажную единицу может бытьпринято: горизонтальный насосный агрегат в сборе при наличии заводскойфундаментальной плиты, насос, электродвигатель, задвижку.
При массе груза до 1 трекомендуется устанавливать неподвижные балки с талями. При массе груза до 5 трекомендуется устанавливать подвесные краны, а при массе груза более 5 т –мостовые краны. Технические характеристики подъемно-транспортного оборудованияпредставлены в литературе [1] таблица №25 на странице 107.
В курсовом проектеиспользуем подвесной кран длиной 5,1 м и грузоподъёмностью 5 тонн сэлектроприводом.
Грузоподъемность кранапринимаем с учетом коэффициента запаса:
P = 1.1G = 1.1*5 = 5.5 т
Основные параметры крана:
-Длина крана 5,1 м
-Масса 1,7 т
-Пролет 4,5 м
-h =2,01 м
-швеллер №30
10.5 Определениеосновных размеров здания станции в вертикальной плоскости
Высотная компоновка здания станции зависит от его типа.
Расчетная высота верхнего строения здания станции блочноготипа (рис.6.) может быть определена из выражения:
Нстр = hэл + а + hв + hст + (h + НN)+ 0,1, м (10.5.1)
где hэл – высота корпуса электродвигателя, м,hэл=2100 мм;
а – запас по высоте при демонтаже вала насоса, а=0,3 м;
hв – высота вала насоса, без рабочего колеса, м, hв=3860 мм;
hст – высота жесткого крепления при демонтаже вала, м, hст=0,3 м;
(h +НN) – размеры подъемно-транспортногооборудования при полном втягивании грузового троса, м,:
/>
0,1 – конструктивный запас, м.
/>
По стандарту />.
/>
Рисунок 6. К определению высоты верхнего строения и глубиныподземной части здания насосной станции блочного типа.
Глубина подземной части здания равна:
Нзагл = hвэ + hн + hвс + hпл, м (10.5.2)
где hвэ – высота вала электродвигателя, м, hтр=0,6 м;
hн – высота насоса, м, hн=3,86 м;
hвс – расстояние от оси рабочего колеса до низа всасывающей трубы,м, hст=1,89 м;
hпл – толщина плиты, м, hпл= 0,7 м;
Нзагл = 0,6 + 3,86 + 1,89 + 0,7 = 7,2 м.
11. Проектирование ирасчет водовыпуска
Водовыпускное сооружениеобеспечивает плавное сопряжение напорных трубопроводов с отводящим каналом ипрепятствовать обратному току воды при остановке насоса.
Исходные данные красчёту:
1) Расчётный расход напорноготрубопровода Qр. = Qн =2,45м3/с
2) Определяем площадь поперечногосечения диффузора:
/>м2
3) Принимаем ширину канала по дну B=1100 мм, а высоту H=1400 мм.
4) Диаметр напорного трубопровода dн.т. = 1202 мм
5) Длина диффузора равна:
/>
6) Заглубление верхней кромки диффузорапод min уровень:
/>
7) Длина водобойного колодца равна: Lвк=(2-3) ·Н=2·1,4=2,8 м.
8) Отметка дна:/>2=/>minУВ –а-Н=149,02-0,43-1,4=147,19 м
9) Длина крепленияканала: Lкр=(4-5) ·Нк=4· 5,37=21,48м,
где, Нк — max возможная глубина в канале: />maxУВ-/>дк=153,47-148,1=5, 37 м
10) Длина переходногоучастка: Lп=3 м,
11) Ширинаводовыпуска на выходе: Lв=В· n+tб · (n-1),
где n- число напорных трубопроводов (ниток):3
tб — толщина быка, равна 0,8 м
получаем, Lв =1,1· 3+0,8· (3-1)=4,9 м
В проекте принимаемводовыпускное сооружение с механическим запорным водоустройством. В качествемеханического запорного устройства принимаем обратный клапан.
Список используемой литературы
1. Рычагов В.В., Чебаевский В.Ф.,Вишневский К.П. и др. “Проектирование насосных станций и испытание насосныхустановок”, М., «Колос», 1982.
2. Методические указания и задания к выполнению курсовогопроекта по насосным станциям для студентов специальности 74 05 01 – “Мелиорацияи водное хозяйство”.
3. СниП 2.06.03-85. Мелиоративныесистемы и сооружения. М., 1985.
4. Рычагов В.В., Флоринский М.М. “Насосыи насосные станции”, М., «Колос», 1975.
Заключение
В данном курсовом проектемы определили расчетную подачу Q = 4,9м³/с и расчетный напор Н = 3,04 м.Выбрали схему гидроузла для насосной станции. Запроектировали и рассчиталиводоподводящий канал, подобрали основные марки ОП6-87 и вспомогательные насосы,запроектировали и рассчитали всасывающий и напорный трубопроводы,запроектировали водозаборное сооружение, подобрали электрооборудование:электродвигатель типа АВ14-31-12 мощностью Р=320 кВт, два трансформатора состандартной мощностью Sт =630 кВА каждый, по ГОСТ 11.920 – 73, запроектировали здание насосной станции.