Курсовая работа: Насосная станция второго подъема

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение профессионального

высшего образования

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

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

Содержание

1 Гидравлическая схема насосной станции

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.

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

Рисунок 1 – Гидравлическая схема насосной станции

Расчётные подачи станции вычисляются в таблице 1

Таблица 1 – Расчетные подачи станции

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 Q_н=840/2=420 л/с. Подбираются трубы согласно [2], материал - сталь, диаметры определяются по [3].

Всасывающие водоводы:

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

 ,                                     (1)

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

∑x_вх=0,2 м,

∑x_о=0,6 м,

∑x_з=0,2 м

= 0,2+0,6+0,2=1,0 м;

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

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

Напорный водовод:

Потери в напорных водоводах h_н, м, составляют

,                                                                     (2)

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

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

Таблица 2 – Расчет всасывающих и напорных водоводов

Определение напоров сведено в таблицу 3

Таблица 3 – Расчетные напоры

Сумма потерь,будет равна

                                                 (3)

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

h_с – потери в сети города, h_с=15,1м;

h_вдм – 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

Н_с = Н_ст + Sh = Н_ст + КQ²,                                                             (5)

где Н_ст – 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

Sh^тр = Sh(Q^тр/Q_макс)²,                                                                      (6)

Sh^п = Sh(Q^п/Q_макс)²;                                                                        (7)

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

Q^тр - подачи станции при транзите; Q^тр=0,458 л/с

Q^п - подачи станции при пожаре; Q^п=0,915 л/с;

Sh – потери напора, м.

Коэффициенты сопротивления водопроводной сети будут равны

К_р=40,54/0,840²=57,45 с²/м⁵,

К_тр=12,07/0,458²=57,54 с²/м⁵,

К_пож=48,10/0,915²=57,45 с²/м⁵,

К_ав=68,44/0,588²=197,94с²/м⁵.

Расчёт характеристик водопроводной сети сводят в таблицу 4.

Таблица 4 – Уравнения характеристик водопроводной сети

5 Выбор насосов

Число рабочих насосов подобрано, руководствуясь соотношение

n=Q_макс/Q_мин , n=840/458,3=1,83»2 насоса

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

Правильность выбора насосов проверяется уравнением:

H_н=H_с.

46,1+57,45Q²=121-75Q²/4

Q=991 л/с,

H=102,6 м.

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

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

Так как Q_д превышает Q_р более 10%, то насосы подвергаются обточке рабочих колес.

Диаметр обточенного колеса Д_обт , мм, определяется по формуле

Д_обт = ,                                                                                (8)

где Q_обт – подача насоса с обточенным колесом;

Q – подача насоса с родным колесом;

Д_обт - диаметр обточенного рабочего колеса.

Значение Q_под находят из уравнения

H_н = КQ²,                                                                                        (9)

где Н = КQ² , её постоянная К = .

К = =122,7

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

Д_обт =0,860*855/0,925 =795мм.

В характеристике насоса с Д_обт начальную ординату а_0обт вычисляют из соотношения Н_обт = Н_с, откуда

a_o -75 Q²/4 = 46,1+57,45 Q² Þ a_o = 100 м.

Получим Н=100 - 75.

Мощность электродвигателя находится по формуле

N_дв = KρgQ_1нН_1н/1000η_н ,                                                               (10)

где Q_1н, Н_1н - подача и напор одного насоса;

η_н – КПД насоса при подачи Q_н=420 л/с, η_н = 73%;

K – коэффициент запаса;

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

Таблица 5 – Насосные агрегаты

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

Таблица 7 - Элементы схемы машинного зала

Таблица 8 – Расчётные размеры машинного зала, мм

Для облегчения ремонтных работ принимаются сальниковые компенсаторы.

При проектировании машинного зала в плане соблюдаются необходимые размеры: между насосными агрегатами – 1200 мм, между агрегатом и стеной 1000мм. Для выполнения всех расчетных размеров принимаются трубные вставки. Вдоль всасывающего и напорного коллектора сумма длин всех элементов составляет 18000 мм, вдоль осей агрегатов сумма элементов составляет 20000 мм. Учитывая унифицированные строительные конструкции (кратность 6м), монтажную площадку 6x4 для въезда автомобиля типа КРАЗ, а также замену насосных агрегатов более мощными, принимается здание машинного зала 18x30м. Колонны располагают через 6м. Вспомогательная часть располагается в пристройке к зданию машинного зала длиной 10м.

6.2 Высотная компоновка машинного зала

Заглубление машинного зала.

Отметки в подземной части машинного зала (рисунок 8):

верх корпуса насоса 47,1-0,5=46,6 м;

верх фундамента 46,6-1,660=44,94 м;

ось насоса 44,94+1,045=45,985м;

чистый пол 44,94-0,5=44,44м;

заглубление 55,7-44,44=11,26м.

Стандартная высота заглубленной части (кратная 1,5м) принимается равной 12м.

Рисунок 8 – Схема заглубления машинного зала

Для обеспечения свободного доступа к задвижкам и другой арматуре применяются площадки обслуживания. Их располагают вдоль коллекторов, на 0,6м ниже самой низкой задвижки: 48,3-0,6=47,7м.

Принимаются лестницы:

для доступа к заглубленной части - ширина лестницы 0,9м, угол наклона 45⁰;

для доступа к площадке обслуживания – ширина 0,7м, угол наклона 60⁰.

для доступа к отдельным задвижкам и переходов через трубы – ширина 0,6м, угол наклона 60⁰.

Принимаются стандартные ворота 4,8 м5,4 м.

В качестве грузоподъемного механизма принимается мостовой кран, грузоподъемностью 10 тонн (рисунок 9).

Таблица 9 – Мостовой кран

Рисунок 9 – Мостовой кран

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

Н_стр = h_п + h_гр + h_с + h_з + h_гм + h_кр + h_заз ;                                            (11)

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

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

h_с – высота строп, h_с=0,5 м;

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

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

h_заз – величина зазора, h_заз = 0,2 м;

Н_стр = 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;

cos φ – коэффициент мощности электродвигателя, cos φ =0,85-0,9; cos φ =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

7 Расчет параметров насосной станции

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

Таблица 10 – Потери напора на участках

Σh_уч=0,86м это значительно больше h_мз=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,

Sh^п = Sh(Q_п/Q_макс)² = 38,4*(915/840)² = 45,5 м,

Sh^тр = Sh(Q_тр/Q_макс)² = 38,4*(458/840)² = 11,4 м,

Sh^ав₁ = (Sh-h_н)+4*h_н = (38,4-18,3)+4*18,3 = 73,3 м,

Sh^ав_1,5 =(Sh-h_н)+2,5*h_н =(38,4-18,3)+2,5*18,3 = 64,15 м.

К_р=38,4/0,840²= 54,4л/с,

К_пож=45,5/0,915²=54,4 с²/м⁵ ,

К_тр=11,4/0,458²=54,3 с²/м⁵,

К_{ав 1}=73,3/0,588²=212,1с²/м⁵.

К_{ав 1,5}=64,15/0,588²=194,5 с²/м⁵.

H_р =46,1+54,4Q² м,

H_п =32,5+54,4Q² м,

H_тр =42,8+54,3Q² м,

H_{ав 1} =46,1+212,1Q² м,

H_{ав 1,5} =46,1+194,5Q² м.

Таблица 11 – Работа насосной станции

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

График водопотребления (рисунок 12) выражает зависимость

Q_расч = Q_сутP_t,                                                                                  (15)

где Q_расч – расчётное водопотребление в разные часы суток; P_t – доля водопотребления в каждый час от Q_сут

Рисунок 12 - Графика водопотребления

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

Таблица 13 – Данные проекта насосной станции

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;

ŋ_дв – КПД двигателя, принимается ŋ_дв=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.