«Насосы и насосные станции»

Министерство образования и науки РФ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Камская государственная инженерно-экономическая академия» филиал г.ЧистопольМетодические указания к курсовой работепо дисциплине «Насосы и насосные станции» по специальности: 28030165—«Инженеры системы сельскохозяйственного водоснабжения, обводнения и водоотведения»для очной и заочной формы обученияг.Чистополь 2009УДКМетодические указания к курсовой работе по дисциплине «Насосы и насосные станции» по специальности: 28030165—«Инженеры системы сельскохозяйственного водоснабжения, обводнения и водоотведения», для очной и заочной формы обучения / Составитель: Славнин С.В.—г.Набережные Челны, филиал ИНЭКА 2009. Методические указания предназначены в помощь студентам при выполнении курсовой работы. В них изложены все необходимые сведения для выполнения курсовой работы. Подробно рассматривается вся методика расчетов и вычислений. Приводится список рекомендуемой литературы.Рецензент: к.п.н. доцент Долматов Олег АлександровичПечатается по решению научно-методического совета ИНЭКА от «___»_______________2009 года@ Камская Государственная Инженерно-экономическая академия^ ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Целью курсовой работы является закрепление теоретических знаний, полученных в курсе «Насосы и насосные станции», приобретение необходимых практических навыков в решении многих технических вопросов, а также научиться правильно пользоваться нормами проектирования, ГОСТами и другой технической литературой. Насосные станции являются важным элементом систем водоснабжения и водоотведения. Они представляют собой сложный комплекс сооружений и оборудования. Правильный выбор технико-экономических параметров этого комплекса во многом определяет надежность и экономическую эффективность подачи или отведения воды. Расчетную схему насосной установки принять в соответствии своего варианта одну из изображенных на рис.1.1. Исходные данные для расчетов приведены в таб.1., вариант выбираются по последней цифре номера зачетной книжки.^ ПЕРЕЧЕНЬ РАЗДЕЛОВ И ПОДРАЗДЕЛОВ КОТОРЫЕ ДОЛЖНЫ СОДЕРЖАТЬСЯ В КУРСОВОЙ РАБОТЕ Расчет насосной установки. Введение 1.Общая часть. Общие сведения о насосах и насосных станциях. Характеристика насосной станции. Теоретические основы расчета насосной установки. 2.Расчетная часть. 2.1 Схема насосной установки. 2.2 Исходные данные. 2.3 Определение напора насоса. 2.4 Потребляемая мощность насоса и приводного электродвигателя, стоимость электроэнергии. 2.5 Подача насоса при прикрытой задвижке. 2.6 Потери напора во всасывающей и напорной линиях. 2.7 Потери напора в прикрытой задвижке. 2.8 Обоснование и выбор насоса и электродвигателя по каталогам. 3. Заключение. Список использованной литературыГрафическая часть Схема насосной установки или выбранного насоса. (на ватмане в масштабе)Введение Во «Введении» дается оценка современного состояния рассматриваемой темы и решаемой научно-технической проблемы, показывается актуальность. Приводятся результаты анализа новейших достижений техники исследуемой области. Излагается цель задачи курсовой работы.^ Общая часть Общие сведения о насосах применяемые в мелиорации и сельскохозяйственном водоснабжении. Типы насосных станций систем водоснабжения и канализации. Основное и вспомогательное оборудование насосных станций. Дать характеристику любой имеющейся насосной станции вашего района, краткое её описание и место расположения. Теоретические основы расчета насосной установки в зависимости от поставленной задачи.^ Расчётная часть курсовой работы Три наиболее типичные схемы насосных установок для подъема воды из нижнего бьефа (НБ) в верхний (ВБ) показаны на рисунке 1.1.На схеме № 1 показана насосная установка, у которой отметка уровня воды в источнике (НБ) ниже отметки установки насоса (оси насоса), а уровня воды в водоприемнике (ВБ) выше. В этом случае насос имеет положительные высоты всасывания (hв) и нагнетания (hн).На схеме № 2 насосная установка имеет сифонный тип. Здесь от­метка установки насоса выше отметок уровней воды как нижнего, так и верхнего бьефов. Высота всасывания hB будет положительная, а высота нагнетания hH — отрицательная.На схеме N3 характерно расположение оси насоса ниже уровней воды как нижнего, так и верхнего бьефов. В этом случае высота вса­сывания hB будет отрицательная, а высота нагнетания hH — положи­тельная. Напоры насосов насосных установок, изображенных на ри­сунке 1.1., можно определить по показаниям вакуумметров и манометров (приборы № 1 и № 2) и по заданной подаче насоса Q. При этом предполагается, что подводящие трубки к вакуум­метрам «продуты» воздухом, а к манометрам «пролиты» водой. Следовательно, показания вакуумметра будут соответствовать давлению жидкости в начале подводящей трубки, соединяю­щей всасывающий трубопровод с прибором, а манометра — в конце подводящей трубки, то есть у штуцера прибора. Рис. 1.1 Типовые схемы насосных установок: а - схема № 1; б- схема № 2;. - схема № 3; 1 - ось насоса; 2- задвижка; 3- насос С учетом приведенных выше соображений напор насоса, м, H= (pн + pв) / ρg + (v2н – v2в) / 2g +Zизм (1.1) где pн и pв – абсолютные давления в трубопроводах после и до насоса, Н/м2; vн и vв – скорости воды в тех же сечениях трубопровода, где измеряют давление pн и pв, м/с; Zизм – расстояние по вертикали между точками жидкости, в которых давление соответствует значениям pн и pв, м. Напор насоса можно определить через показания манометров и вакуумметров, если иметь в виду, что абсолютные давления на основе показаний приборов находят по формуле р = рман + ра и р = ра – рвак, (1.2) где рман и рвак — показания манометра и вакуумметра, Н/м2; pа — атмосферное дав­ление, Н/м2.Например, для схемы № 1, где прибор №1 – вакуумметр, а при­бор № 2 – манометр,H = [(рман+ра) – ( ра–рвак)]/ρg+(v2н–v2в)/2g+[(–1,5dн + 0,5dн + 0,5) – (–0,95dв + 0,25 dв)] = =(рман + рвак)/ρg + (v2н – v2в)/2g– dн+0,7 dв+0,5.^ Задание расчетной части. Определить: напор насоса Н; показания приборов № 1 и № 2; напор насоса по показаниям приборов; стоимость электро­энергии, требуемой для подъема воды в заданный промежуток вре­мени с заданной подачей Q; подачу насоса при прикрытой задвиж­ке; потери напора в прикрытой задвижке и коэффициент ее сопро­тивления; изменение показаний прибора № 2 при прикрытой зад­вижке. Исходные данные выбираются по таблице 1 относительно своего варианта: схема насосной установки — № … (см. рис.1.1); расчетная подача насоса — Q ,м3/с; приборы для из­мерения давлений рн и рв — вакуумметры; размеры стальных трубо­проводов: D1 м, L1 м, dв м, dн м, D2 м, L2 м; уровни воды: в нижнем бьефе НБ м, в верхнем ВБ м; геометрическая высота всасывания насоса hв м; коэффициент сопротивлений открытой задвижки ( см.приложение 1); время работы насосной установки Т= 100 сут. при 16-часовой рабо­те в сутки; коэффициенты полезного действия насоса η = 0,82, дви­гателя ηдв = 0,92.При работе установки во втором режиме — с прикрытой задвиж­кой — потребляемая мощность насоса увеличивается на 12 %, αN = 1,12; напор –на 22% αн=1,22, а КПД насоса снижается до 83 %, αη = 0,83 от исходного значения. Таблица №1 Исходные данные Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Исходные данные № схемы 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 Q, м3/с 0,5 0,4 0,3 0,6 0,4 0,7 0,1 0,2 0,5 0,4 D1, м. 0.6 0,5 0,7 0,8 0,6 0,9 0,6 0,8 0,6 0,9 L1, м. 20 22 24 26 18 20 22 24 20 22 dв, м. 0.5 0,4 0,6 0,7 0,5 0,8 0,5 0,7 0,5 0,8 dн, м. 0,4 0,3 0,5 0,6 0,4 0,7 0,4 0,6 0,4 0,7 D2, м. 0.5 0,4 0,6 0,7 0,5 0,8 0,5 0,7 0,5 0,8 L2, м. 210 240 240 200 280 210 220 230 220 200 НБ, м. 20 23 21 26 19 24 21 24 21 22 ВБ, м. 25 26 28 29 24 29 24 26 27 28 Примерный порядок расчета. (схема №2) 1. Вычисляют напор насоса, м, Н = Нг + + (v2вб– v2н б) / 2g, где Нг — геодезическая высота подъема воды, Нг = ВБ – НБ м; vвб, vнб — скорость воды в верхнем и нижнем бьефах, м/с;=+–сумма потерь напора в местных сопротивлениях, м; Потери напора при прохождении жидкости через местные сопро­тивления определяются по формуле Вейсбаха в долях скоростного на­пора, где – безразмерный коэффициент местного сопротивления; v – средняя скорость потока. где – коэффициент местного сопротивления в квадратичной области сопротивления, в которой потери удельной энергии (напора) пропорциональны квадрату средней скорости;А – коэффициент. Значения и А для различных конструктивных элементов приведены в приложении 1.—сумма по­терь напора на трение жидкости о стенки трубопроводов, = hl.в + hl.н = A1Q2L 1 + A2Q2L2. Здесь A1 и А2 — коэффициенты удельных сопротивлений, зависящие от диаметров трубопроводов и степени шероховатости их стенок; могут быть взяты из справочни­ков или вычислены по приближенным формулам: для стальных труб А = 0,00148(1 + 0,867/v)0,3/d5,3 при v и А = 0,001735/d5,3 при v> 1,2 м/с. Средняя скорость потока v= 4Q / πD2 2. Определяют показание прибора № 1. Записывают уравнение Бернулли для сечений 1 – 1 и В – В, приняв, что плоскость сравне­ния проходит через ось насоса О – О (рис. 1.1), ра/ρg+ v2нб/2g+Z1= рв/ρg+ v2в/2g+Zв++ hl, преобразуя которое получают (ра –рв)/ ρg= рвак/ρg=Нвак1= v2в/2g –v2нб/2g+ Zв– Z1 ++ hl.в , где Zв — расстояние по вертикали от плоскости сравнения О – О до начала подводя­щей трубки, где вакуум соответствует показанию прибора № 1*, Zв =0,25 dв м , vв =4Q/ πd2в м/с; Z1 — расстояние по вертикали от плоскости сравнения О – О до уровня воды в нижнем бьефе, Z1 = –hв . Нвак1=…м.*Если плоскость сравнения О – О ниже точки замера давления р, то значение Z – положительно, выше – отрицательно.Рис. 1.2 Всасывающая линия для Рис. 1.3 Напорная линия для определения показаний прибора №1 определения показаний прибора №2 3. Определяют показание прибора № 2. Записывают уравнение Бернулли для сечений H–H и 2–2при той же плоскости сравнения О – О (рис.1.3) рн/ρg+ v2н/2g+Zн= ра/ρg+ v2вб/2g+Z2++ hl.н , преобразуя которое получают (ра – рн)/ ρg= рвак/ρg=Нвак2= v2н/2g– v2вб/2g+ Zн – Z2 –– hl.н , где Zн — расстояние по вертикали от плоскости сравнения О – О до начала подводящей трубки, где вакуум соответствует показанию прибора №2, Zн=0,5dH м; Z2 — расстояние по вертикали от плоскости сравнения О – О до уровня воды в верхнем бьефе, Z2 = –hH = – (hв –Нг) . Нвак.2 = … м. Если Нвак.2 будет иметь отрицательное значение, то прибором № 2 должен быть манометр, а рн =ра+рман. Расчет следует повто­рить, принимая рман / ρg = Нман. 2. 4. Определяют напор насоса по показаниям приборов № 1 и № 2, м, H = (рн–рв)/ ρg + (v2н – v2в)/2g+ Zизм=(ра–рвак2 –ра+рвак1)/ ρg + (v2н – v2в)/2g+ Zизм= =(рвак1 –рвак2) / ρg + (v2н – v2в)/2g+ Zизм= Нвак1 – Нвак2 + (v2н – v2в)/2g+ Zизмгде Zизм = dн/2 – dв/4 м. Тогда Н=… м. Напор насоса, полученный по показаниям измерительных при­боров, сопоставляют напору насоса, определенному ранее по сумме геодезической высоты подъема, потерь напора в трубопро­водной системе и разности скоростных напоров в верхнем и ниж­нем бьефах. Если они совпадают то это свидетельствует о правильности проведенных рас­четов. 5. Вычисляют потребляемую мощность насоса N = (9,81 QH)/η кВт. 6. Находят стоимость электроэнергии, требуемой для подъема воды в заданный промежуток времени, Р = (NТ0а)/( ηдв ηпер) руб.,где Т0 – суммарное время работы насосной установки, ч; ηпер – коэффициент по­лезного действия узла передачи мощности от вала двигателя к валу насоса при пря­мой передаче (муфте) ηпер= 1. Подбираем насос по приложению 2 или используя другую справочную литературу. 7. Определяют подачу насоса при прикрытой задвижке Qx с уче­том заданного изменения параметров насоса αNN = 9,81Qx αHH / αhη. Откуда Qx =(1,12N•0,83η)/(9,81•1,22H) м3/с Все скорости в насосной установке при прикрытой задвижке уменьшатся пропорционально изменению расхода Q, то естьv'нб= vнбQx/Q; v'вб=vвбQx/Q; v'1=v1Qx/Q; v'2=v2Qx/Q и т. д. 8. Находят потери напора во всасывающей и напорной линиях насосной установки при прикрытой задвижке. С достаточной для практики точностью потери напора можно найти, используя квад­ратичный закон гидравлических сопротивлений h'/ h= (Qx/Q)2*. Поскольку в дальнейшем потери напора в прикрытой задвижке будут рассчитывать, то исходные потери в открытой задвижке вычитают из потерь напора в напорной линяй насосной ус­тановки. Потери напора, м, в открытой "задвижке' при подаче Q м3/с. hзадв = … м. Тогда=(+ hl..в)(Qx/Q)2 и=(+ hl.н– hзадв)(Qx/Q)2 9. Вычисляют потери напора в прикрытой задвижке, используя соотношение, приведенное в п.1, для изменившихся условий рабо­ты насосной установки αHH = Нг + + + hзадв + (v'2вб – v'2нб) / 2g. Отсюдаh'задв = αHH –Нг ––– (v'2вб – v'2нб) / 2g Коэффициент сопротивления задвижки= h'задв. 2g/v'2н Пользуясь справочными данными (приложение 1)по величине , определите степень прикрытия задвижки. * Из-за снижения скоростей во всасывающей линии могут изменяться коэффи­циенты сопротивлений (например, А — см. п. 1) при новой подаче. Однако, во-пер­вых, эти изменения незначительны, во-вторых, сами потери напора во всасываю­щей линии относительно малы. Поэтому использование квадратичного закона в данном случае вполне правомерно. При значительном изменении подачи насосной установки все потери напора при новой подаче Qx рассчитывают по методике, приведенной выше, начиная с п. 1 10. Для определения показаний прибора № 2 при подаче насоса Qx используем выведенное в п. 3 расчета уравнение Нвак2' = v'2H /2g –v'2вб /2g + ZH –Z2 ––– Выводы по расчету насосной установки.Заключение Заключение должно содержать краткие и четкие выводы по всем разделам выполненной курсовой работе, рекомендации и предложения. Список рекомендуемой литературы1.СНиП 2.04.03 – 85. Канализация. Наружные сети и сооружения/ Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 72с. 2.Турк В.И., Минаев А.В., Карелин В.Я. Насосы и насосные станции. Учебник для вузов. М.: Стройиздат, 1976. – 304с 3.Шевелев Ф. А., Шевелев А. Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб,— М.: Стройиздат, 1984.— 116 с. 4.Справочник проектировщика. Канализация населенных мест и промышленных предприятий / Под ред. В. Н. Самохина.— М. : Стройиздат, 1981.— 639 с. 5.ГОСТ 21.601 – 79. Система проектной документации для строительства. Водопровод и канализация. 6. В.Н.Смагин, К.А. Небольсина, В.М. Беляков., Курсовое и дипломное проектирование по сельскохозяйственному водоснабжению . М.; ВО “Агропромиздат”, 1990, 336 с. 7. А.С.Москвитин, Справочник по специальным работам. Трубы, арматура и оборудование водопроводно-канализационным сооружениям. 2-е издание переработанное. М.; 1970. 8. В.С. Оводов. Сельскохозяйственное водоснабжение и обводнение. 3-е издание переработанное и дополненное. -М; Колос, 1984. 9. В.Я. Карелин. Насосные станции с центробежными насосами. М.; Стройиздат, 1983.--204 с.Приложение 1 Коэффициенты местного сопротивления Устройство А Устройство А Пробочный кран 150 0,4 Тройник 150 0,3 Вентиль: Задвижка полностью открытая: 75 0,15 обыкновенный 3000 6 п =0,75 350 0,2 «Косва» 900 2,5 п = 0,5 1300 2 угловой 400 0,8 п = 0,25 3000 20 шаровой клапан 5000 45 Диафрагма: Угольник: п = 0,64 70 1 90° 400 1,4 п = 0,4 120 7 135° 600 0,4 п = 0 16 500 70 Колено 90° 130 0,2 п = 0,05 3200 800 Выход из трубы в бак 30 1 Вход из бака в трубу 30 0,5 Приложение 2Центробежные насосы типов К и КМ. Это горизонтальные, одно­ступенчатые центробежные насосы с рабочим колесом односто­роннего входа, консольно расположенным на конце вала насоса. Напорный патрубок насоса может быть повернут на 90,180 или 270° в зависимости от условий компоновки. Моноблочные насосы типа КМ в отличие от насосов типа К не имеют опорной стойки и отдельного вала, поскольку рабочее колесо насажено непосредственно на вал электродвигатедя.Сводные характеристики насосов типа К и КМ