Насосная станция второго подъема

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение профессионального
высшего образования
«Сибирский государственный индустриальный университет»
КАФЕДРА «ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

«НАСОСНАЯ СТАНЦИЯ ВТОРОГО ПОДЪЁМА»

по дисциплине «Насосные и воздуходувные станции»

СТУДЕНТ

________________ Т.Б

(Подпись)

РУКОВОДИТЕЛЬ
________________ Любовский З.Е

(Подпись)

Новокузнецк 2010г.

Задание на курсовой проект

Вариант	Производительность, м3 /сут, 103	Расход при пожаре, л/с	Коэффициент часовой неравномерности Кч	Длина напорного водовода, км	Потери в сети города при максимальной подаче, м	Отметки уровней, м
															максимальный в РЧВ	минимальный в РЧВ	дна РЧВ	в водонапорной башне	в контррезервуаре	в точке схода потоков	в конце водопр.сети	в точке пожара	земли у зданя на-сосной станции
						11	60	75	1,30	8,6	15,1	51,5	47,1	45,6										-	89,9	67,2	-	68,1	55,7

Этажность застройки – 5, длина всасывающих водоводов 0,14 км

Содержание

Введение
1 Гидравлическая схема насосной станции
2 Расчетные подачи насосной станции
3 Напоры насосов
4 Расчёт характеристик водопроводной сети
5 Выбор насосов
6 Проектирование машинного зала
6.1 Расчет машинного зала в плане
6.2 Высотная компоновка машинного зала
6.3 Выбор трансформаторов
6.4 Подбор дренажных насосов
7 Расчет параметров насосной станции
Список использованных источников
Введение

Целями данного курсового проекта является: овладение навыками решения задач по гидравлическим расчётам, выбору насосов, анализу совместной работы насосов и водопроводной сети, компоновке оборудования и строительных конструкций, оценке занятости насосных агрегатов, расходу электроэнергии.

1 Гидравлическая схема насосной станции

По данным задания принимается система с контррезервуаром в конце сети (рисунок 1).

Рисунок 1 – Гидравлическая схема насосной станции

2 Расчетные подачи насосной станци
и

Расчётные подачи станции вычисляются в таблице 1

Таблица 1 – Расчетные подачи станции

Подачи	Расчёт, л/с	Примечание
Максимальная	Qст.макс = 0,9Рмакс Qсут /100 = =0,9*5,6*60000/(100*3,6) = 840 л/с	Pмакс =5,6%, Рмин =2,5%;
Минимальная	Qст.мин = 1,1Рмин Qсут /100 = =1,1*2,5*60000/(100*3,6)=458,3 л/с
При аварии на водоводах	Qав ³ 0,7Qст.макс ³ 0,7*840 =588 л/с
При пожаре	Qст п = Qст.макс + q = 840 +75=915 л/с

3 Напоры насосов

Подбираются трубопроводы для всасывающей и напорной линии. Количество всасывающих линий и напорных линий согласно [2, п.7.5, 7.6] должно быть не менее двух. Выполняется гидравлический расчет трубопроводов (таблица 2), с учетом того, что всасывающие трубы определяются на расход 840 л/с, а напорные на подачу Qн
=840/2=420 л/с. Подбираются трубы согласно [2], материал - сталь, диаметры определяются по [3].

Всасывающие водоводы:

Потери во всасывающих водоводах, hвс
, м, вычисляем по формуле

, (1)

где - местные сопротивления – плавный вход в трубу, отвод и задвижка,

∑xвх
=0,2 м,

∑xо
=0,6 м,

∑xз
=0,2 м

= 0,2+0,6+0,2=1,0 м;

Lвс
– длина всасывающего водовода, Lвс
= 0,14 км.

hвс
= 1*1,312
/(2*10)+1,22*0,14=0,256м.

Напорный водовод:

Потери в напорных водоводах hн
, м, составляют

, (2)

где K– коэффициент, учитывающий местные потери, K=1,1;

Lн
– длина напорного водовода, Lн
= 8,6 км.

Таблица 2 – Расчет всасывающих и напорных водоводов

Всасывающие водоводы					Напорные водоводы
Q, л/с	dу , мм	v, м/с	1000i	Число труб	Q, л/с	dу , мм	v, м/с	1000i	Числотруб
840	1000	1,31	1,22	2	420	800	1,07	1,97	2
Потери напора hвс =0,256					Потери напора hн =18,3

Определение напоров сведено в таблицу 3

Таблица 3 – Расчетные напоры

Напоры	Расчет	Примечание
Статические	max	Нмакс ст =Zдп сп -Zmin +hc в =	26м-свободный напор при max режиме
=67,2-47,1+26=46,1 м
транзит	Нтр ст = Zр -Zmin =
пожар	Нст п = Zдт п -Zд +10=	10м-свободный напор при пожаре
=68,1-45,6+10=32,5 м
авария	Нст =Нст авария =46,1 м
Насосы	max	Нн =Нст +hн +hвс +hмз +hс +hвдм =	hмз =3м, hс =15,1м.
=46,1+18,3+0,3+3+15,1+3,84=86,64 м
пожар	Нн п =Нст п +Σh(Qп /Qmax )2 =
=32,5+40,54(915/840)2 =80,60 м
транзит	Нн тр =Нст тр +Σh(Qтр /Qmax )2 =
=42,8+40,54(458,3/840)2 =54,86 м
авария	Нн ав =Нст ав +(Σh-hн ) +4* hн =
=46,1+(40,54-18,30)+2,5*18,30=114,54 м

Сумма потерь,будет равна

(3)

где hмз
– потери напора в пределах машинного зала, hмз
=3м;

hс
– потери в сети города, hс
=15,1м;

hвдм
– потери в диафрагме, определенные по формуле

(4)

где m– относительное сужение потока диафрагмой, m=0,2.

м.

4 Расчёт характеристик водопроводной сети

Характеристики водопроводной сети имеют вид

Нс
= Нст
+ Sh = Нст
+ КQ2
, (5)

где Нст
– высота подъёма воды, м; Sh – сумма потерь напора, м;

К = Sh/Q2
– коэффициент сопротивления водопроводной сети.

При подаче воды в контррезервуар (транзит) и на тушение пожаров потери напора определяются по формулам

Shтр
= Sh(Qтр
/Qмакс
)2
, (6)

Shп
= Sh(Qп
/Qмакс
)2
; (7)

где Qмакс
- максимальная подачи станции; Qмакс
=0,840 л/с;

Qтр
- подачи станции при транзите; Qтр
=0,458 л/с

Qп
- подачи станции при пожаре; Qп
=0,915 л/с;

Sh – потери напора, м.

Коэффициенты сопротивления водопроводной сети будут равны

Кр
=40,54/0,8402
=57,45 с2
/м5
,

Ктр
=12,07/0,4582
=57,54 с2
/м5
,

Кпож
=48,10/0,9152
=57,45 с2
/м5
,

Кав
=68,44/0,5882
=197,94с2
/м5
.

Расчёт характеристик водопроводной сети сводят в таблицу 4.

Таблица 4 – Уравнения характеристик водопроводной сети

Расчёт характеристики сети, с2 /м5	Примечание
Нс = 46,1+57,45*Q2	Рабочий
Нс = 42,8+57,54*Q2	Транзит
Нс = 35,2+57,45*Q2	Пожар
Нс = 46,1+197,94*Q2	Авария

5 Выбор насосов

Число рабочих насосов подобрано, руководствуясь соотношение

n=Qмакс
/Qмин
, n=840/458,3=1,83»2 насоса

По расчетной подаче Qсут.макс
= 840 л/с и напору Нн
=86,64 м принимаются насосные агрегаты Д2000-100, n = 960 об/мин, D=855 мм, два рабочих с подачей Qн
=840/2=420 л/с и два резервных согласно [2, п.7.3], уравнение напорной характеристики Н=121-75Q2
.

Правильность выбора насосов проверяется уравнением:

Hн
=Hс
.

46,1+57,45Q2
=121-75Q2
/4

Q=991 л/с,

H=102,6 м.

∆Q=(Qд
-Qр
)/Qр
*100%=(991-840)/840*100%=17,9% .

∆H=(Hд
-Hр
)/Hр
*100%=(102,6-86,6)/86,6*100%=18,5%.

Так как Qд
превышает Qр
более 10%, то насосы подвергаются обточке рабочих колес.

Диаметр обточенного колеса Добт
, мм, определяется по формуле

Добт
= , (8)

где Qобт
– подача насоса с обточенным колесом;

Q – подача насоса с родным колесом;

Добт
- диаметр обточенного рабочего колеса.

Значение Qпод
находят из уравнения

Hн
= КQ2
, (9)

где Н = КQ2
, её постоянная К =.

К ==122,7

121-75Q2
/4=122,7 Q2
ÞQпод
= 0,925 м3
/с.

Добт
=0,860*855/0,925 =795мм.

В характеристике насоса с Добт
начальную ординату а0обт
вычисляют из соотношения Нобт
= Нс
, откуда

ao
-75 Q2
/4 = 46,1+57,45 Q2
Þao
= 100 м.

Получим Н=100 - 75.

Мощность электродвигателя находится по формуле

Nдв
= KρgQ1н
Н1н
/1000ηн
, (10)

где Q1н
, Н1н
- подача и напор одного насоса;

ηн
– КПД насоса при подачи Qн
=420 л/с, ηн
= 73%;

K – коэффициент запаса;

Nдв
= 1,1*1000*9,8*420*86,6/1000*0,73=537 квт.

Таблица 5 – Насосные агрегаты

Параметры	Наименование, величина	Примечание
Расчётные подача и напор	Qсут.макс =840 л/с; Нн =86,6 м
Марка и масса агрегата	Д2000-100, 8310 кг
Диаметр рабочего колеса	795 мм
Скорость вращения	960 об/мин
Мощность электродвигателя	537 кВт
Число рабочих агрегатов	2
Число резервных агрегатов	2
Характеристика насоса	Н=100-75Q2	Рисунок 3
Габариты агрегата	35751550	Рисунок 4
Размер монтажного пятна	32721600	Рисунок 5

Рисунок 2 – Первоначальная характеристика насоса

Д2000-100 n=960 об/мин, Д=795мм

Рисунок 3 – Характеристика насоса после обточки рабочего колеса

Рисунок 4 – Габариты агрегата

К размерам рамы добавлено по 100 мм на каждую сторону – это монтажное пятно 3272 ×1600 мм (рисунок 4).

Рисунок 5 – Размеры монтажного пятна

Рисунок 6 – Присоединительные размеры

6 Проектирование машинного зала

6.1 Расчет машинного зала в плане

Арматура машинного зала (рисунок 7) позволяет ремонтировать любой участок трубопровода, клапан или задвижку при работе насосов Спецификация труб приведена в таблице 6, арматура и фасонные части - в таблице 7, расчетные размеры машинного зала - в таблице 8.

Рисунок 7 – Схема машинного зала

Таблица 6 - Спецификация труб

Трубопроводы	Позиция	Число труб	dу , мм	Q, л/с	V, м/с
Всасывающий	1	2	1000	840	1,31
Вс. коллектор	2	1	1000	840	1,31
Вс. соединит. тр.	3	4	800	420	1,07
Нап.соединит.тр.	4	4	800	420	1,07
Нап. коллектор	5	1	800	420	1,07
Напорный тр.	6	2	800	420	1,07

Таблица 7 - Элементы схемы машинного зала

Наименование	Позиция	Марка, тип	Количество	dу , мм	L, мм	L1 , мм	h, мм	Масса, кг
									Задвижка	7	30ч964нж	5	1000	1900	3835	5060
Задвижка	8	30ч915бр	13	800	1000	2215	2880
Обратный поворотный клапан	9	ИА44078	4	800	350	805
Тройник	10	4	1000x800	2100	750	546
Тройник	11	4	800	1700	670	354
Сальниковый компенсатор	12	2	1000	650	650
Сальниковый компенсатор	13	10	800	650	496
Переход	14	4	800x500	685	650
Переход	15	4	450x800	800	635
Водомер	16	2
Отвод	17	2	1000
Вход в трубу	18	2
Вставка	19	2	1000	450
Вставка	20	1	1000	800
Вставка	21	2	800	1630

Таблица 8 – Расчётные размеры машинного зала, мм

Вдоль оси труб насоса № 1	Перпенд. оси труб насоса № 1	Вдоль всас. коллектора	Вдоль напорн. коллектора
				От стены до задвижки 2315	От стены до оси насоса 1000	Тройник 750	Тройник 670
Задвижка 1900	Насос 1 – 3600	Задвижка 1900	Сальниковый компенсатор 650
Тройник 2100	Между агрегатами 1 и 2-1200	Сальниковый компенсатор 650	Задвижка 1000
Сальниковый компесатор 650	Насос 2 – 3600	Вставка 450	Вставка 1630
Задвижка 1000	Между агрегатами 2 и 3-1200	Тройник 2100	Тройник 1700
Переход 685	Насос 3 – 3600	Задвижка 1900	Задвижка 1000
Насосный агрегат 1550	Между агрегатами 3 и 4-1200	Вставка 800	Вставка 2102
Переход 800	Насос 4 - 3600	Тройник 2100	Тройник 1700
Обрат.клапан 350	от насоса до стены - 1000	Вставка 450	Вставка 1630
Задвижка 1000	Сальниковый компенсатор 650	Задвижка 1000
Сальниковый компенсатор 650	Задвижка 1900	Сальниковый компенсатор 650
Тройник 1700	Тройник 750	Тройник 670
Задвижка 1000
От задвижки до стены-2300

Грузоподъёмность, т	Про -	Размеры, мм			Э. дв., квт	Масса, т
	лёт, L, м	H	h	L1
10	10,5-34,5	1900	500	1200	7,5	17 – 34,9

Рисунок 9 – Мостовой кран

Принимается высотная схема насосной станции – полузаглубленный машинный зал. Высота надземной части строения определяется по формуле

Нстр
= hп
+ hгр
+ hс
+ hз
+ hгм
+ hкр
+ hзаз
; (11)

где hп
– высота грузовой платформы транспорта, 1,5 м;

hгр
– высота транспортируемого груза, здесь максимальная высота – высота задвижки 4,3м;

hс
– высота строп, hс
=0,5 м;

hгм
– высота механизма мостового крана в стянутом состоянии, hгм
=h= 0,5м;

hкр
– высота кранового оборудования, hкр
= H= 1,9 м;

hзаз
– величина зазора, hзаз
= 0,2 м;

Нстр
= 1,5+4,3+0,5+0,5+0,5+1,9 + 0,2 = 9,4м.

Принимается стандартная высота верхнего строения 9,6м (рисунок 10).

Рисунок 10 – Высотная схема машинного зала

Для того, чтобы машинный зал имел хорошее естественное освещение, общая площадь оконных проемов Q принимается не менее 12,5% площади пола q, т.е

Q=0,125q=0,125*(30*18)=67,5м2
.

На основании этого принимается 8 окон для заглубленной части машинного зала и 4 окна во вспомогательном помещении шириной каждого окна 3м и высотой 1,8м. В машинном зале также принимаются двери высотой 2,4м при их ширине 1м. Пол машинного зала выполняется с уклоном в сторону колодца для сбора дренажных вод.

6.3 Выбор трансформаторов

Мощность силовых трансформаторов S, кВ·А, определяется по формуле

, (12)

где - коэффициент спроса, =1,1 (при мощности более 300квт);

- мощность двигателей основных насосов (без резервных), кВт;

- коэффициент полезного действия (КПД) двигателя, =0,9-0,95, =0,95;

cosφ – коэффициент мощности электродвигателя, cosφ =0,85-0,9; cosφ =0,9;

10…50 – нагрузка от вспомогательного оборудования и освещения

кВ·А.

Принимается два силовых маслонаполненных трансформаторов ТСМ 1000/6-10 с массой каждого 3300кг, длиной 1660мм, шириной 2570мм и высотой 2570мм.

6.4 Подбор дренажных насосов

Подача дренажных насосов определяется по формуле

, (13)

где - суммарные утечки через сальники, q1
=0,1 на один сальник, сальников 12;

=0,1*12=1,2л/с;

q2
– фильтрация через стены и пол, определяется

q2
= 1,5+0,001W, (14)

где W - объем заглубленной части МЗ = 18*20*12=4320м3
;

q2
= 1,5+0,001*4320=5,82л/с,

л/с.

Принимается два дренажных насоса, марки ВКС 10/45, характеристики насоса приведены в таблице 9.

Таблица 9 – Дренажный насос

Марка	Подача, л/с	Напор, м	Мощность, квт	Габариты в плане	Нвак доп , м	Масса, кг
ВКС 10/45	5,0-11,1	85-30	30	1200´430	3	315

7 Расчет параметров насосной станции

Потери напора на участках сети в машинном зале сведены в таблицу 10.

Таблица 10 – Потери напора на участках

Участок сети	Поз. На рис. 5	Q, л/с	dу , мм	V, м/с	x	hуч , м
AB	1	840	1000	1,31	0,13
172	-	-	-	1,2
7	-	-	-	0,2
10	-	-	1,5
BC	10	840	1000	1,31	1,5	0,22
72	-	-	-	0,2
12	-	-	-	0,2
2	-	-	-	-
20	-	-	-	-
102	-	-	-	1,5
CD	13	420	800	1,07	0,2	0,2
8	-	-	-	0,2	0,2
14	-	-	-	0,1	0,09	0,1
3	-	-	-	-
EF	15	420	800	1,07	0,25	0,24
9	-	-	-	1,7
8	-	-	-	0,2
4	-	-	-	1,5
11	-	-	-	1,5
FM	112	420	800	1,07	3	0,18
82	-	-	-	0,4
5	-	-	-	-
21	-	-	-	-
13	-	-	-	0,2
MN	8	420	800	1,07	0,2	-
18	-	-	-	0,5
16	-	-	-	-

Σhуч
=0,86м это значительно больше hмз
=3м, поэтому данные таблиц требуется пересчитать.

Уравнение характеристик водопроводной сети при максимальном водопотреблении, работы станции на один или полтора водовода:

=18,3+0,3+0,86+15,1+3,84=38,4 м,

Shп
= Sh(Qп
/Qмакс
)2
= 38,4*(915/840)² = 45,5 м,

Shтр
= Sh(Qтр
/Qмакс
)2
= 38,4*(458/840)² = 11,4 м,

Shав
1
= (Sh-hн
)+4*hн
= (38,4-18,3)+4*18,3 = 73,3 м,

Shав
1,5
=(Sh-hн
)+2,5*hн
=(38,4-18,3)+2,5*18,3 = 64,15 м.

Кр
=38,4/0,8402
= 54,4л/с,

Кпож
=45,5/0,9152
=54,4 с2
/м5
,

Ктр
=11,4/0,4582
=54,3 с2
/м5
,

Кав 1
=73,3/0,5882
=212,1с2
/м5
.

Кав 1,5
=64,15/0,5882
=194,5 с2
/м5
.

Hр
=46,1+54,4Q2
м,

Hп
=32,5+54,4Q2
м,

Hтр
=42,8+54,3Q2
м,

Hав 1
=46,1+212,1Q2
м,

Hав 1,5
=46,1+194,5Q2
м.

Таблица 11 – Работа насосной станции

Q, л/с	HН, м	КПД,%	HН(1+2) м	HС.ДП м	HС.ТР м	HС.П м	HС.АВ1 м	HС.АВ1,5 м
0	100,0	100,0	46,1	42,8	32,5	46,1	46,1
50	99,8	19	100,0	46,2	42,9	32,6	46,5	46,4
150	98,3	43	99,6	47,3	44,0	33,7	49,7	49,2
250	95,3	60	98,8	49,5	46,2	35,9	56,2	54,7
350	90,8	70	97,7	52,8	49,5	39,2	65,9	63,0
450	84,8	75	96,2	57,1	53,8	43,5	78,9	74,0
550	77,3	73	94,3	62,6	59,3	49,0	95,1	87,8
650	68,3	68	92,1	69,1	65,8	55,5	114,5	104,4
750	57,8	-	89,4	76,7	73,4	63,1	137,2	123,7
850	45,8	-	86,4	85,4	82,1	71,8	163,1	145,8
950	32,3	-	83,1	95,2	91,9	81,6	192,3	170,6
1050	17,3	-	79,4	106,1	102,8	92,5	224,7	198,2

Рисунок 11 - График работы насосной станции

График работы насосной станции (рисунок 11) выражает зависимость напоров, подач и КПД от характеристик водопроводной сети.

Таблица 12 -Расчёт графика водопотребления, л/с

Часы суток		Qрасч	Qн1		Qн2		К
0 - 1		500,01	420		840		3
1 – 2		533,344					3,2
2 – 3		416,675					2,5
3 – 4		433,342					2,6
4 – 5		583,345					3,5
5 – 6		683,347					4,1
6 – 7		733,348					4,4
7 – 8		816,683					4,9
8 – 9		816,683					4,9
9 – 10		933,352					5,6
10 – 11		816,683					4,9
11 – 12		783,349					4,7
12 – 13		733,348					4,4
13 – 14	683,347			420		840		4,1
14 – 15	683,347							4,1
15 – 16	733,348							4,4
16 – 17	716,681							4,3
17 – 18	683,347							4,1
18 – 19	750,015							4,5
19 – 20	750,015							4,5
20 – 21	750,015							4,5
21 – 22	800,016							4,8
22 – 23	800,016							4,8
23 – 24	533,344							3,2

График водопотребления (рисунок 12) выражает зависимость

Qрасч
= Qсут
Pt
, (15)

где Qрасч
– расчётное водопотребление в разные часы суток; Pt
– доля водопотребления в каждый час от Qсут

Рисунок 12 - Графика водопотребления

По рабочим точкам рисунка 11 определяются подачи Qн
i
, напоры Hн
i
и hн
i
при работе одного, и двух насосов в рабочих режимах, а по графику рисунка 12 – сколько часов в сутки ti
заняты эти насосы. По этим значениям вычисляются удельный расход электроэнергии, квт-ч/м3
.

Таблица 13 – Данные проекта насосной станции

Параметры	Рабочие режимы						авария (одна перемычка)		пожар
	Q максимальный				Q минимальной
	расчет		график		расчет	график	расчет	график	расчет	график
Число рабочих насосов	1	2	1	2	2	2	2	2	2	2
Q, л/с	420	840	630	850	458	870	588	550	915	950
H, м	56	86	69	87	84	85	114	96	78	82
η, %	73	-	64	73	-	73	-	60	-	75
t, ч/сут	1	23

Действительная подача станции составляет

Q=(1*0,63+23*0,85)*3600=72650 м3
/сут.

Расход электроэнергии определяется по формуле

, (16)

где Н1
, Н2
, – напоры, создаваемые при работе 1-го, 2-х насосов, м3
;

ŋ1
, ŋ2
– КПД при работе 1-го, 2-х насосов;

ŋдв
– КПД двигателя, принимается ŋдв
=0,95.

кВт-ч.

Удельный расход электроэнергии, кВт-ч/м3
определяется

, (17)

кВт-ч/м3
.

Список использованных источников

1 Любовский З.Е. Гидравлика и насосы. Новокузнецк, 2005.

2 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Нормы проектирования: СНиП 2.04.02-84*
. М.: Стройиздат, 1985.

3 Шевелёв Ф. А., Шевелёв А. Ф. Таблицы для гидравлического расчёта водопроводных труб. М.: Стройиздат, 1984.

4 Карасёв Б. В. Насосные и воздуходувные станции.- Минск. «Высшая школа», 1990.