Насосная станция второго подъема

Введение

 

          Задача данного курсового проекта – составление и расчетное обоснование проекта машинного зала здания насосной станции.

          Насосными станциями называют комплексы гидротехнических сооружений и оборудования, обеспечивающие забор воды из источника, транспортировку и подъем ее к месту потребления.

          Состав сооружений насосных станций, их взаимное расположение и конструктивное исполнение зависят от множества факторов: назначения, подачи и напоров, природных условий (рельеф местности, колебание уровней воды в верхнем и в нижнем бьефах, объем твердого стока, инженерно-геологические и гидрогеологические условия), наличия местных строительных материалов, технического оснащения строительной организации и др.

          В зависимости от места расположения в общей схеме различают водопроводные насосные станции первого и второго подъёма.

          Станции первого подъема предназначены для подачи воды из источника на очистные сооружения. Если водоподготовка не требуется, то насосная стация первого подает воду в накопительный резервуар.

          Задачей насосной станции второго подъёма является подача воды из резервуаров чистой воды к потребителям. Напор насосной станции должен быть достаточен для преодоления всех гидравлических сопротивлений водоводов и распределительной сети, а также для создания некоторых необходимых напоров у потребителей.

 

 

 

 

 

 

 

Раздел 1. Подбор насосного оборудования

 

1. . Определение расчетных расходов водопотребления населенного пункта и диапазона подач насосной станции

 

          Потребление воды населенного пункта неравномерно как в течение года, так и в течение суток.

          Среднегодовой суточный расход воды определяется как сумма среднегодовых суточных расходов воды на нужды различных потребителей (м3/сут):

,

где Qсут.ср.н и Qсут.ср.п – среднесуточное потребление на хозяйственно-питьевые нужды населения и производства соответственно.

Qсут.ср. = 3000 (м3/сут) + 300 (м3/сут) = 33000 (м3/сут)

          Расчетные расходы воды в сутки наибольшего и наименьшего водопотребления определяются по формуле (м3/сут):

,

где коэффициенты суточной неравномерности, учитывающие уклад жизни населения, режим работы предприятий, степень благоустройства зданий, изменения водопотребления по сезонам года и дням недели, надлежит принимать Kсут.max=1,1–1,3; Kсут.min=0,7–0,9.

   Qсут.max = 1,3 . 3300 (м3/сут) = 4290 (м3/сут)

Qсут.min = 0,7 . 3300 (м3/сут) = 2310 (м3/сут)

          Расчетные часовые расходы воды определяются по формуле (м3/ч):

          Коэффициенты часовой неравномерности водопотребления Kч определяется по формуле:

где α – коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные условия, принимаемый αmax=1,2–1,4; αmin=0,4–0,6; βmin, βmax – коэффициенты, учитывающие число жителей в населенном пункте и принимаются по таблице:

 

 

 

 

 

         Оценить число жителей Nж можно, пользуясь формулой:

,

где qж – удельное водопотребление (принимаем qж=230 л/сут).

 

         Находим по таблице, что при числе жителей 13044 человек  βmin=0,5; βmax=1,2.

         Определим коэффициенты часовой неравномерности водопотребления Kч и расчетные часовые расходы воды:

  Кч.max = 1,4 . 1,2 = 1,68

Кч.min = 0,4 . 0,5 = 0,2

 qч.max = 1,68 . 4290 (м3/сут) / 24 = 300 (м3/ч)

qч.min = 0,2 . 2310 (м3/сут) / 24 = 19,3 (м3/ч)

         Насосная станция должна обеспечить подачу воду в диапазоне от qч.min до qч.max. Тогда Qн.с.min = qч.min = 19,3 (м3/ч).

         Кроме того должен обеспечиваться расчетный противопожарный расход, т.е.

,

где Qп – расход воды на наружное пожаротушение (л/с), определяемый в соответствии с нижеприведенной таблицей в зависимости от количества жителей в населенном пункте и типа зданий (предполагаем застройку населенного пункта зданиями высотой три этажа и выше).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         Находим по таблице, что при числе жителей 13044 человек расход воды на наружное пожаротушение Qп = 2 * 15 = 30 (л/с).

         Тогда  Qн.с.max = 300 (м3/ч) + 3,6 . 30 (л/с) = 408 (м3/ч).

         Результаты расчетов сводим в таблицу:

Qсут.ср., м3/сут	Qсут.ср.п, м3/сут	Qсут.ср, м3/сут	Qсут.ma, м3/сут	Qсут.min, м3/сут	Nж, тыс.чел	qч.max, м3/ч	qч.min, м3/ч	Qн.с.min, м3/ч	Qн.с.max, м3/ч
3000	300	3300	4290	2310	13,044	300	19,3	19,3	408

 

 

 

 

 

1.2. Построение  характеристики водопроводной сети  и определение диапазонов напоров  насосной станции

 

          Требуемый напор насосной станции связан с характеристикой водопроводной сети, которая представляет собой зависимость Hв.с = f(Q) и определяется уравнением:

,

где Hг – геометрический напор;

hн.с. = 2…2,5 м – потери напора в коммуникациях насосной станции;

B – гидравлическое сопротивление водопроводной сети;

Q – расход воды в сети.

          Зная из предыдущих расчетов значение подачи насосной станции при максимальном водопотреблении (Qн.с.max = 408 м3/ч), значение требуемого напора при максимальном водопотреблении (Hн.с = 60 м) и геометрический напор (Hг = 37 м), можно определить гидравлическое сопротивление водопроводной сети:

          Зная гидравлическое сопротивление В, рассчитываем характеристику водопроводной сети. Расчет характеристики водопроводной сети Hв.с = f(Q) удобно вести в табличной форме. Причем значения расходов Q должны охватывать весь диапазон подач насосной станции от Qн.с.min = 19,3 м3/ч до Qн.с.max = 408 м3/ч.

          Таблица зависимости Q от Н

Q, м3/ч	0	50	100	150	200	250	300	350	400	450
Hв.с, м	39,0	39,3	40,3	41,8	44,0	46,9	50,3	54,4	59,2	64,5

          На основании этой таблицы строим графическую характеристику водопроводной сети Hв.с.= f(Q):

          По характеристике сети определяем напоры насосной станции при Qн.с.min = 19,3 м3/ч и Qн.с.max = 408 м3/ч, которые соответственно равны Hн.с.min = 39,2 м и Hн.с.max = 60 м.

 

1.3. Вариантный  подбор насосов

 

          Предварительно подбираем несколько вариантов насосов для обеспечения подач в диапазоне от Qн.с.min = 19,3 м3/ч до Qн.с.max = 408 м3/ч и, соответственно, напоров от Hн.с.min = 39,2 м до Hн.с.max = 60 м:

        - для минимального диапазона насос К45/55

         - для максимального диапазона насос К90/85

          Насосная станция системы водоснабжения характеризуются большим диапазоном подачи от Qн.с.min = 19,3 м3/ч до Qн.с.max = 408 м3/ч, который невозможно обеспечить одним насосом. Поэтому насосная станция комплектуется группой насосов, соединенных параллельно. При этом производительность одного насоса определяется приблизительным равенством:

,

где n –количество однотипных рабочих насосов.

Вариант I

          Можем укомплектовать насосную станцию однотипными насосами, которые подбираются по параметру Hн.с.max = 60 м. Следовательно мы будим использовать насосы типа К90/85. Определим их количество:

n = Qн.с.max / Qнасоса = 408 (м3/ч) / 90 (м3/ч) = 4,43 ≈ 4 насоса К90/85

          Этот вариант проще в отношении эксплуатации и технического обслуживания насосов. Однако такой вариант может приводить к необходимости гашения больших избыточных напоров в области минимальных подач, так как насосы подбираются по параметру Hн.с.max = 60 м.

Вариант II

          Другим вариантом подбора насосного оборудования является выбор группы насосов одного типоразмера для обеспечения подач в области средних и максимальных значений, и использования насосов другого типа размера с меньшей производительностью для обеспечения подач в области Qн.с.min = 19,3 м3/ч и соответствующего напора Hн.с.min = 39,2 м. Соответ- ственно:

1 насос К45/55 (минимальные подачи)

4 насоса  К90/85 (средние и максимальные подачи)

          Для каждого выбранного варианта определим табличные и построим графические характеристики H = f(Q), η = f(Q), N = f(Q), которые отражают одиночную и групповую работу насосов. Характеристики насосных агрегатов совмещаются с характеристикой водопроводной сети Hв.с.

          При параллельном соединении насосов их характеристики определяются формулами:

         

        

где Qi, Hi, Ni и ηi – параметры, характеризующие работу одного насоса; Qn, Hn, Nn и ηn – параметры, характеризующие работу группы насосов; 
n – количество рабочих насосов.

Табличные характеристики:

Вариант I

Технические данные насосов К 90/85, соединенных параллельно (n=2900 мин-1, Dв.п.=100 мм)
Кол-во насосов	Q, м3/ч	H, м	N, кВт	η, %
1	0	97,9	10	0
	28,8	100	19	36
	57,6	99	25	55
	86,4	90	31	65
	115	73	38	66
	144	64	37	62
2	0	97,9	20	0
	57,6	100	38	36
	115,2	99	50	55
	172,8	90	62	65
	230	73	76	66
	288	64	74	62
3	0	97,9	30	0
	86,4	100	57	36
	172,8	99	75	55
	259,2	90	93	65
	345	73	114	66
	432	64	111	62
4	0	97,9	40	0
	115,2	100	76	36
	230,4	99	100	55
	345,6	90	124	65
	460	73	152	66
	576	64	148	62

 

 

 

Вариант II

Технические данные насоса К 45/55 (n=2900 мин-1, Dв.п.=75 мм)
Q, м3/ч	H, м	N, кВт	η, %
0	60	4,2	0
14,4	62	7	35
21,6	60	8	44
36	56	10,1	60
50,4	52	11,9	64
64,8	40	13	60

 

Технические данные насосов К 90/85, соединенных параллельно (n=2900 мин-1, Dв.п.=100 мм)
Кол-во насосов	Q, м3/ч	H, м	N, кВт	η, %
1	0	97,9	10	0
	28,8	100	19	36
	57,6	99	25	55
	86,4	90	31	65
	115	73	38	66
	144	64	37	62
2	0	97,9	20	0
	57,6	100	38	36
	115,2	99	50	55
	172,8	90	62	65
	230	73	76	66
	288	64	74	62
3	0	97,9	30	0
	86,4	100	57	36
	172,8	99	75	55
	259,2	90	93	65
	345	73	114	66
	432	64	111	62
4	0	97,9	40	0
	115,2	100	76	36
	230,4	99	100	55
	345,6	90	124	65
	460	73	152	66
	576	64	148	62