Оформление расчетно-пояснительной записки

Татура А.Е.

НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ В СИСТЕМАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине "Насосные и воздуходувные станции" для студентов специальности 270112 "Водоснабжение и водоотведение"

(всех форм обучения)

 

 

г. Ижевск, 2007

УДК 628.12

 

Автор – канд. техн. наук, доцент А.Е. Татура

 

Рецензент – докт. техн. наук, профессор В.Г.Исаков

 

 

Татура А.Е. Методические указания и задания на курсовой проект по дисциплине «Насосные и воздуходувные станции» для студентов специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение» всех форм обучения. – Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2007. –52с.

 

Методические указания составлены на основе рабочей программы дисциплины «Насосные и воздуходувные станции» по специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение». В методических указаниях предложены варианты заданий для курсового проектирования.

А.Е. Татура, 2007

Издательство ИжГТУ,2007

ВВЕДЕНИЕ

 

Курсовой проект по разделу "Насосные станции в системах водоснабжения" разрабатывается с целью закрепления теоретических знаний студентов и приобретения навыков проектирования водопроводных насосных станций первого, второго и последующих подъемов.

Содержание и объем проекта определены в соответствии с программой курса "Насосные и воздуходувные станции" для специальности 270112 и отражают требования квалификационной характеристики инженера-строителя по этой специальности.

Выполняя курсовой проект, студент должен проявить возможно большую самостоятельность в решении общих и частных задач, в выборе методик расчета и проектирования, основываясь на современных научно-технических достижениях в данной области. Все решения, принятые в курсовом проекте, должны быть хорошо обоснованы и в полной мере должны соответствовать действующим нормативным документам.

Студенты выполняют курсовой проект в соответствии с индивидуальным заданием на проектирование по одному из двух вариантов:

1. Водопроводная насосная станция I подъема (НС–I);

2. Водопроводная насосная станция II подъема (НС–II).

Вариант исходных данных выбирается по последней цифре номера зачетной книжки по приложению 1.

Объем курсового проекта – два листа чертежей (формат А1 и А3) с пояснительной запиской на 20-25 листах.

Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения по специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение».


УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ ЧЕРТЕЖЕЙ И ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ

 

Оформление чертежей

На стандартном листе (формат А1) вычерчивается:

1. План и поперечные разрезы здания насосной станции с на­несением всех основных размеров частей здания и оборудования в масштабе 1:50 (трубы должны быть показаны в две линии, арматура – условными обозначениями);

2. Генеральный план местности с указанием расположения здания насосной станции, резервуаров чистой воды, очистных сооружений, трубопроводов, камер переключения, колодцев для водоизмерительных устройств и задвижек, размеров зон санитарной охраны.

На листе (формат А3) приводятся общие данные проекта.

Все чертежи выполняются вручную или на ЭВМ с соблюдением масштабов и условных обозначений в соответствии с требованиями ГОСТ Единой Системы Конструкторской Документа­ции (ЕСКД) и Системы проектной документации для строительства (СПДС). Образец выполненного проекта находится в методичес­ком кабинете кафедры "Водоснабжение и водоподготовка".

Оформление расчетно-пояснительной записки

Расчетно-пояснительная записка должна быть написана рукописно (возможен набор на ЭВМ) на одной стороне листа стандартного формата, быть краткой и не содержать общих положений и описаний. Листы записки должны быть пронумерованы и скреп­лены. На обложке указывается название университета и кафедры; тема проекта; факультет; фамилия и инициалы исполнителя; должность, фамилия и инициалы руководителя курсового проекта.

За обложкой следует задание на проектирование, оглавление, введение, основная часть записки. В пояснительную записку рекомендуется включать следующие разделы:

1. Общее описание условий работы насосной станции (назначе­ние, производительность, классность, расположение в общей схеме водоснабжения);

2. Гидравлические расчеты всех элементов станции и трубопроводов;

3. Подбор насосов и построение совмещенных графиков харак­теристик насосов и трубопроводов;

4. Подбор электродвигателей для насосов;

5. Расчет гидравлического удара и проектирование противоударной защиты

6. Расчет и подбор вспомогательного оборудования (вакуум-насосов, дренажных насосов, грузоподъемных устройств, защит­ных и контрольно-измерительных приборов, трансформаторов);

7. Описание строительной части насосной станции;

8. Определение технико-экономических показателей насосной станции.

9. Спецификация основного оборудования.

В расчетно-пояснительной записке приводятся обоснования принятых решений и все необходимые расчеты с соответствующими пояснениями и ссылками на литературные источники. Таблицы и схемы должны иметь номера и названия.

В конце записки приводится список литературы (библиография), на которую были сделаны ссылки в тексте записки.

Расчетные формулы даются с расшифровкой обозначений и указанием размерностей всех входящих в формулу параметров. Чис­ленные значения величин проставляют в формулу в той последова­тельности, в какой написаны буквенные обозначения. Сокращения чисел и промежуточные вычисления не допускаются.

Записывается только конечный результат с обязательным ука­занием размерности полученной величины.

Пояснительная записка оформляется в соответствии с требованиями ГОСТ 2.105-95.

 

2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА ВОДОПРОВОДНОЙ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ ПЕРВОГО ПОДЪЕМА (НС–I)

 

Насосная станция I-ого подъема подает воду из источника водос­набжения, как правило, на очистные сооружения и работает равно­мерно либо круглосуточно, либо одну - две смены в сутки.

Последовательность расчета НС–I.

1. Прежде всего на основании данных задания и указаний [1, п.4.4; 2, стр. 7] определяется категория проектируемой насосной станции по необходимой степени обеспеченности подачи воды. К первой категории относятся насосные станции объединенных хозяйственно-питьевых и производственных водопроводов населенных пунк­тов при числе жителей в них более 50000 человек (ориентировоч­но, максимальное суточное водопотребление свыше 40000 м3); ко второй категории - при числе жителей от 5000 до 50000 человек (ориентировочно максимальное суточное водопотребление более 3000 м3); к третьей категории – при числе жителей менее 5000 человек.

2. На основании данных задания определяется часовая произ­водительность насосов Qч и расчетный секундный расход q, необхо­димый для гидравлического расчета самотечных, всасывающих и на­порных трубопроводов.

Станцию I-ого подъема рассчитывают на подачу среднего часового расхода воды в сутки максимального водопотребления с учетом рас­хода воды на собственный нужды очистных сооружений

, м3/ч (2.1)

, л/с (2.2)

где: Qмакс.сут. – максимальная суточная производительность НС–I, м3/сут;

– коэффициент, учитывающий расход воды на соб­ственные нужды очистных сооружений, принимается 1,04-1,1;

Т – продолжительность работы НС, обычно Т = 24 ч.

3. По величине расчетного расхода q и значениям экономичных скоростей определяется количество и диаметры самотечных, всасывающих и напорных трубопроводов. Согласно [1], количество трубопроводов всех назначений на насосных станциях первой и второй категории надежности независимо от числа групп насосов должно быть не менее двух. Трубопроводы в насосных станциях, а также всасывающие линии за пределами машинного зала, как правило, следует выполнять из стальных труб на сварке с применением фланцев для присоединения к арматуре и насосам. Самотечные водоводы, как правило, следует принимать из стальных труб. Допускается применение пластмассовых и железобетонных труб.

Для напорных водоводов, как правило, следует применять неметаллические трубы (железобетонные напорные, асбестоцементные напорные, пластмассовые и др.). Отказ от применения неметаллических труб должен быть обоснован. Применение чугунных напорных труб допускается для водоводов в пределах населенных пунктов, территорий предприятий. Применение стальных труб допускается на участках с расчетным внутренним давлением более 1,5 МПа; для переходов под железными и автомобильными дорогами, через водные преграды и овраги; в местах пересечения хозяйственно-питьевого водопровода с сетями канализации; в особых условиях (сейсмические районы, подрабатываемые территории, вечномерзлые грунты, просадочные грунты).

Для выбора диаметра труб следует принимать скорости движения воды в пределах, указанных в табл. 2.1.

Таблица 2.1.

Рекомендуемые скорости движения воды в трубопроводах

Диаметр труб, мм Скорости движения воды в трубопроводах насосных станций, м/с
самотечных всасывающих напорных
До 250 От 300 до 800 Более 800 0,7-0,9 1,0-1,2 1,2-1,5 0,6-1,0 0,8-1,5 1,2-2,0 0,8-2,0 1,0-3,0 1,5-4,0  

Для выбора диаметров труб и при их гидравлическом расчете рекомендуется использовать таблицы Ф.А. Шевелева [3].

В самотечных, всасывающих и напорных трубопроводах потери напора определяются по формуле

(2.3)

где: – коэффициент местных сопротивлений, имеющихся на трубопроводе (значения коэффициентов местных сопротивлений, наиболее часто встречающихся на трубопроводах насосных стаций, приведены в
прил. 2);

V – скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с;

g – ускорение силы тяжести, м/с2;

i – гидравлический уклон, определяемый по [3];

l – длина трубопровода, м.

4. Потери напора в местных сопротивлениях, имеющихся на на­порных водоводах, могут быть приняты равными 5-10% от потерь на­пора по длине. В этом случае для определения потерь напора в на­порных водоводах следует пользоваться формулой

, м (2.4)

Потери напора вычисляются только при нормальных условиях работы станции, так как при прокладке трубопроводов в две и бо­лее линии, в случае отключения одной из них, должна быть обеспе­чена подача воды на хозяйственно-питьевые нужды в объеме не ме­нее 70% расчетной потребности. При этом необходимо учитывать возможность использования запасных емкостей и резервных насосных агрегатов.

При расположении насосной станции в непосредственной бли­зости от очистных сооружений, при аварии на напорных водоводах из работы выключается полностью одна линия. Если же напорные во­доводы имеют длину 1,5 км и более, то они разбиваются на отдель­ные участки одинаковой длины, соединяемые перемычками. Расстоя­ние между перемычками принимается, обычно, в пределах 0,8 - 1,2 км. В случае аварии отключается один такой участок.

5. По данным задания и вычисленной величине потерь напора в самотечных линиях устанавливается отметка наинизшего уровня воды в береговом водозаборном колодце (Zбк)

(2.5)

где: Zгнв – отметка минимального уровня воды в источнике, м;

hp – потери напора в решетке при заборе воды, hp=0,05–0,1 м;

hс – потери напора в самотечных линиях, м;

hсет – потери напора в сетках, установленных в месте поступления воды из приемного отделения во всасывающее отделение водозаборного колодца; hсет =0,1-0,15м;

6. Определяется значение потребного напора насосов. Напор насосов на НС–I Н при подаче воды на очистные сооружения определяется по формуле

(2.6)

где: Zо.с - отметка подачи воды насосами на очистные соору­жения, м;

Zбк – отметка наинизшего уровня воды в береговом ко­лодце, м;

hвс – потери напора во всасывающем трубопроводе, м;

hн – потери напора в напорном водоводе, м;

1,5 – запас напора на излив воды из трубопровода, м.

7. По Q и Н производится выбор марки насоса по каталогу или с использованием специальных программ на ЭВМ. При выборе количества рабочих насосов для проектируемой станции можно придерживаться следующих правил: Количество рабочих насосов одной группы должно быть не менее двух. В насосных станциях II и III категорий при обосновании допускается установка одного рабочего агрегата. На НС–I, работающей равномерно в течение суток, целесообразно устанавливать следующее количество рабочих агрегатов: 2 – при производительности станции до 20000 м3/сут; 3 – при производительности станции 20000 - 40000 м3/сут; 3, 4 – при производительности станции более 40000 м3/сут.

Для подбора насосов по расчетным параметрам используются сводные графики характеристик центробежных насосов (прил. 3) и каталоги насосов [4, 5, 6]. На насосных станциях чаще всего устанавливаются горизонтальные насосы двухстороннего входа типа Д, а при подачах до 250 м3/ч – консольные насосы типа К. При обосновании можно устанавливать насосы зарубежных фирм [7]. Рекомендуется использовать программы подбора насосов с помощью ЭВМ.

Для выбранного насоса в пояснительной записке необходимо привести схематический чертеж насоса с указанием основных размеров, веса, а также привести на миллиметровке его полную графическую рабочую характеристику.

Действительные параметры работы насосных агрегатов опреде­ляют по общему графику характеристик совместно работающих насо­сов и трубопроводов (методика построения совмещенных графиков приведена в разделе 3).

8. Подбирается электродвигатель к насосу. Подбор электродви­гателя производится по мощности на валу Nв, числу оборотов n, типу насоса (горизонтальный или вертикальный). Для подбора двигателя необходимо подсчитать максимальную мощность на валу насоса по формуле

 

, кВт (2.7)

где: – плотность воды, 1000 кг/м3;

Q – действительная максимальная подача насоса, м3/с;

H – напор, развиваемый насосом при максимальной подаче, м;

– коэффициент полезного действия насоса (определяется по совмещенному графику), в долях единицы.

Мощность двигателя Nдв должна превышать мощность на валу насоса на величину коэффициента запаса на перегрузку Кз т.е.

(2.8)

Величину Кз принимают в зависимости от мощности на валу: при
Nв < 100 кВт Кз = 1,15-1,1; при Nв > 100 кВт Кз = 1,1-1.05.

Для насосов малой и средней мощности (при Nдв < 250кВт) следует принимать асинхронные электродвигатели с коротко замкнутым ротором единой серии 4А [2, 9], для агрегатов с большей мощностью следует принимать синхронные двигатели.

В современных каталогах для каждого насоса приводятся тип и марка рекомендуемого электродвигателя.

9. Определяется количество резервных агрегатов, подлежащих установке на станции. Число резервных агрегатов следует назна­чать в соответствии со СНиП 2.04.02-84* [1], в зависимости от ка­тегории надежности действия насосной станции.

10. Определяется тип станции (полузаглубленная, заглубленная, шахтная) и решается вопрос о размещении насосных агрегатов в плане, производится конструирование внут­ристанционных трубопроводов, выполняется расчет гидравлического удара и при необходимости проектируется противоударная защита и подбор вспомогательного оборудования, проектируется здание насосной станции (см. раздел 4), определяются технико-экономические показатели насосной станции (раздел 5). Составляется спецификация основного оборудования.

3. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА ВОДОПРОВОДНОЙ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ ВТОРОГО ПОДЪЕМА (НС–II)

Насосные станции II-ого подъема могут подавать воду по следующим схемам:

– в сеть с водонапорной башней, расположенной в начале сети;

– в сеть с контррезервуаром (водонапорная башня или напорный резервуар, расположенные в конце сети);

– в сеть без водонапорных сооружений.

В методических указаниях рассматриваются только первые две схемы работы НС–II.

Рекомендуется следующая последовательность расчета.

1. По заданному коэффициенту часовой неравномерности водопотребления Кч строится ступенчатый график суточного водопотребления.

Необходимое для построения графиков почасовое распределение суточного водопотребления приведено в прил. 4.

Для примера на рис. 3.1. приведен ступенчатый график водопотребления по часам суток для значения Кч = 1,5.

Рис. 3.1. Графики водопотребления и водоподачи

2. По величине максимальной суточной производительности насосной станции и степени неравномерности водопотребления в тече­ние суток намечается режим работы насосов, а именно количество и производительность рабочих насосов.

При определении подачи насосной станции II-ого подъема необходимо на основании технико-экономического сравнения вариантов найти оптимальный режим работы ее, минимальную вместимость аккумулирующей емкости и наименьшую частоту включения насосов. Учитывая то, что объем баков типовых водонапорных башен не превышает 800 м3, равномерный режим работы насосов рекомендуется для систем водоснабжения с подачей не более 10 тыс. м3/сут. При этом объем аккумулирующей емкости может быть 8-15 % от суточной подачи станции. Преимущественно работа насосов на насосной станции II-ого подъема назначается двух- или трехступенчатой.

При двухступенчатой работе насосной станции прежде всего необходимо выбрать производительность и продолжительность работы насосов для каждой ступени. При этом необходимо соблюсти два ус­ловия:

1)

где Q1 – часовая производительность насосов 1-ой ступени, м3/ч;

t1 – продолжительность работы насосов 1-ой ступени, ч;

Q2 – часовая производительность насосов 2-ой ступени, м3/ч;

t2 – продолжительность работы насосов 2-ой ступени, ч.

На рис. 3.1. показан один из возможных вариантов двухступенчатой работы насосов.

2) Регулирующая емкость бака водонапорной башни должна быть порядка 3-5% от Qсут при водопотреблении 15-20 тыс. м3/сут. При меньшем суточном водопотреблении регулирующая емкость может быть более 5% от Qсут, но не должна превышать 500-800 м3.

В процессе определения количества рабочих насосов и при составлении ориентировочного графика работы насосов необходимо учитывать влияние параллельного включения на подачу насосов.

Так, если представить работу двух однотипных насосов ступенчатой и принять производительность насосной станции в часы 1-ой ступени К1% Qсут (рис. 3.1), то производительность одного насоса в часы 2-ой ступени будет составлять К2 = (0,60 - 0,70) КI% Qсут. Если же в часы 1-ой ступени работают три насоса, то при выключении одного из них в часы 2-ой ступени производительность насосной станции будет составлять К2=(0,75 - 0,80) КI% от Qсут.

3. Определяется емкость бака водонапорной башни и резервуаров чистой воды. В водонапорной башне, помимо регулирующего объема, должен храниться запас воды на противопожарные нужды

, м (3.1)

где: Wп – полная емкость бака водонапорной башни, м3;

Wрег – регулирующая емкость бака водонапорной башни, м3;

Wпож – неприкосновенный противопожарный запас воды, м3.

Неприкосновенный противопожарный запас воды рассчитывается на 10-минутную продолжительность тушения одного внутреннего и одного наружного пожаров в населенном пункте при одновременном наибольшем расходе воды на другие нужды

, м3 (3.2)

где: – максимальный хозяйственный расход воды из водоп-

роводной сети, л/с;

– расход воды на тушение одного наружного пожара, л/с;

– расход воды на тушение одного внутреннего пожара, л/с.

Регулирующая емкость бака водонапорной башни Wрег определяется по графикам водопотребления и подачи воды насосами, совмещенными на одном чертеже (рис. 3.1).

Для приведенного примера на рис. 3.1 регулирующая емкость бака водонапорной башни составляет Wрег = 11,4 % от Qсут, м3. Ее можно значительно уменьшить (до Wрег = 5,9 %), если принять трехс­тупенчатую работу насосов, назначив К1 = 5,5 %; t1 = 11 часов; К2 = 4,4 %; t2 = 4 часа;
К3 = 2,5 %; t3 = 9 часов.

Зная емкость бака водонапорной башни, назначают основные его размеры - диаметр D и высоту Нб, учитывая, что Нб = (0,7 – 0,8) D.

Вместимость резервуаров чистой воды (РЧВ) определяется по формуле

, м3 (3.3)

где – регулирующий объем, м3.

– неприкосновенный противопожарный запас воды, м3.

– запас воды на промывку фильтровальных сооружений, м3.

Регулирующий объем РЧВ определяется по графику поступления воды в них (равномерно в течение суток) и графику работы насосной станции II-ого подъема, совмещенных на одном чертеже.

Неприкосновенный противопожарный запас воды рассчитывается на 3-х часовую продолжительность пожаротушения из наружных пожарных гидрантов и внутренних пожарных кранов

, м3 (3.4)

Запас воды на промывку фильтровальных сооружений можно ориентировочно принять равным 300-900 м3 для станций с производительностью соответственно 20-100 тыс. м3/сут.

Общее число резервуаров должно быть не менее двух. При выключении одного из них в остальных должно храниться не менее 50% пожарного объема воды.

Далее выбираются типовые железобетонные резервуары и определяются отметки: дна резервуара, верха неприкосновенного противопожарного запаса и верха полного объема воды в РЧВ.

Отметку верхнего уровня воды в РЧВ рекомендуется назначать на 1-1,5 м выше отметки земли на площадке очистных сооружений. Размеры резервуаров даны в прил. 5.

4. Определяется расчетная производительность насосов для трех режимов работы насосной станции:

для 1-го – при подаче воды насосами 1-ой ступени в водонапорную башню, расположенную в начале сети (в сеть с контррезервуаром в час максимального водопотребления) при исправных водоводах и оборудовании.

, м3/ч (3.5)

или

, л/с (3.6)

для 2-го – при подаче воды насосами в сеть во время пожара в часы I ступени

, м3/ч (3.7)

или

, л/с (3.8)

для 3-го – при подаче воды насосами в водонапорную башню (контррезервуар) в часы 1-ой ступени при аварии на водоводе

, м3/ч или , л/с. (3.9)

5. Для каждого режима работы насосной станции определяется расчетный напор, т.е. полный напор, развиваемый насосами, по формуле

, м (3.10)

где: – геометрическая высота подъема воды, м;

– потери напора во всасывающей линии, м;

– потери напора в напорных водоводах, м;

– потери напора в коммуникациях насосной станции, м;

– потери напора в разводящей сети (учитываются только при работе насосных станций, подающих воду в сеть с контррезервуаром и во всех случаях при подаче воды на тушение пожара), м.

Геометрическая высота подъема воды определяется как разность отметок расчетного уровня, на который вода подается в водонапорное сооружение или в сеть, и расчетного уровня воды в резервуаре чистой воды у насосной станции, из которого вода забирается.

Для 1-го и 3-го режимов, при которых вся вода или часть подаваемой воды поступает в бак водонапорной башни, геометрическая высота подъема

, м (3.11)

где: – отметка расчетного (среднего) уровня воды в баке водонапорной башни;

– отметка расчетного (среднего) уровня воды в резервуаре чистой воды у насосной станции.

Для 2-го режима, обусловленного пожаром, геометрическая высота подъема

, м (3.12)

где – отметка уровня (на 10 м выше уровня земли) свободного напора в сети при пожаре у наиболее удаленного от насосной станции пожарного гидранта;

– отметка дна резервуара чистой воды.

Потери напора в системе трубопроводов , , и определяются при гидравлическом расчете этих трубопроводов.

Количество всасывающих линий на насосных станциях первой и второй категории должно быть не менее двух. При выключении одной из них остальные должны обеспечивать пропуск максимального расчетного расхода. Устройство одной всасывающей линии допускается для насосных станций третьей категории. Гидравлический расчет всасывающих линий сводится к подбору диаметра труб и определению потерь напора для каждого режима работы насосной станции. Диаметр всасывающих линий принимается по условиям пропуска расчетного расхода 1-го режима, при этом скорости движения воды должны быть в пределах, указанных в табл. 2.1, а потери напора - не превышать 0,5 м. Для принятого диаметра подсчитывают потери напора во всасывающей линии hвс при каждом расчетном режиме по формуле (2.3).

Диаметр напорных водоводов принимается по условиям пропуска расчетного расхода 1-го режима по двум параллельным линиям, т.е. по каждой линии – половина расчетного расхода. При этом скорости движения воды в водоводах должны быть в пределах, указанных в табл. 2.1, а потери напора на 1 км длины водовода - около 4-7 м.

Для принятого диаметра подсчитываются потери напора hн в водоводах при каждом расчетном режиме. Для 1-го и 2-го режимов работы насосной станции при исправных водоводах потери напора подсчитываются по (2.4).

Для надежного обеспечения бесперебойной подачи воды при аварии на напорном водоводе между линиями устраиваются перемычки. Длина ремонтных участков, т.е. расстояние между перемычками, принимается в пределах 0,8-1,2 км.

С учетом этого для 3-го режима работы насосной станции в условиях аварии на водоводе потери напора в водоводах определяются по формуле

, м (3.14)

где – гидравлический уклон при пропуске расчетного расхода по одной линии аварийного участка;

– длина аварийного участка, м;

iи – гидравлический уклон при пропуске расчетного расхода по двум параллельным линиям исправных участков;

lи – длина исправных участков , м;

lн – длина напорных водоводов, м.

Потери напора в коммуникациях насосной станции можно принимать ориентировочно для всех режимов работы hнс = 1,5-2 м.

Потери напора в разводящей сети hр, необходимые для определения полного напора насосов НС–II, подающей воду в сеть с контррезервуаром, а также при подаче воды на тушение пожара, определяются при выполнении гидравлического расчета водопроводной сети населенного пункта.

Для 1-го режима работы НС–II потерями hр являются потери напора в разводящей водопроводной сети при подаче максимального транзитного расхода в бак контррезервуара; для 2-го режима работы потерями hр являются потери напора в разводящей водопроводной сети при суммарном противопожарно-хозяйственном расходе воды и для 3-го режима работы потерями hр являются потери напора в разводящей сети при аварийном режиме работы системы водоснабжения.

Значения hр задаются в исходных данных для выполнения проекта.

Результаты подсчетов расчетной производительности и полного напора насосов для различных режимов работы НС II целесообразно свести в табл. 3.1 предлагаемой формы.

Таблица 3.1.

Расчетные параметры насосной станции

Режим Расчетная производительность Расчетные напоры Н1,м Геометрическая высота подъема Нг, м Всасывающие линии Напорные водоводы Насосные станции hнс, м Сеть hр1, м
  Q1, м3/ч q1, л/с dвс, мм hвс, м dн, мм hн, м
Q1 Q2 Q3 q1 q2 q3 H1 H2 H3 Hг1 Hг2 Hг3 dвс hвс1 hвс2 hвс3 dн hн1 hн2 hн3 1,5 1,5 1,5 hр1 hр2 hр3

6. По расчетным параметрам Q и H подбираются насосы для проектируемой насосной станции. При подборе насосов следует иметь в виду, что основным расчетным режимом является 1-й режим с параметрами Q1 и H1. При 1-ом режиме насосная станция потребляет наибольшее количество электроэнергии, поэтому необходимо так подобрать насосы, чтобы они работали при этом режиме по возмож­ности с наибольшим КПД. Следует стремиться также, чтобы при работе насосов 2-ой ступени КПД у них был в пределах рабочей зоны характеристики насоса. Работа насосов при подаче воды для туше­ния пожара и при аварийном режиме считается допустимой и при низких значениях КПД, но при условии, что обеспечиваются потреб­ные подачи и напор насосов.

Рекомендуется принимать для насосной станции все одинаковые насосы, используя их параллельную работу в разных условиях, в том числе и в условиях пожара. Это обеспечивает взаимозаменяемость агрегатов и позволяет иметь лишь минимальные мощности в резерве. Для подбора насосов по расчетным параметрам рекомендуется использовать сводные графики характеристик центробежных насосов (прил. 3) и каталоги [4, 5, 6, 7].

7. Производится анализ совместной работы насосов, водоводов и сети, а также определяются действительные параметры работы насосных агрегатов. Для этого необходимо на общий график нанести характеристики насосов при их индивидуальной и параллельной работе и характеристики той системы, на которую работают эти насосы. На графике должны быть все рабочие характеристики насоса (Q-H, Q-N, Q- , Q- или ), характеристики параллельной работы двух, трех и т.д. насосов, характеристика системы, на которую работают насосы во всех трех режимах. Графические характеристики насосов приводятся в литературе [4, 5, 6, 7]

Характеристику параллельной работы насосов строят путем суммирования Q при одинаковых напорах H.

Характеристика системы выражается уравнением

(3.15)

где: Н – потребный напор в системе;

Нг – геометрическая высота подъема воды;

S – гидравлическое сопротивление трубопроводов системы;

Q – расход воды в системе (подача насосной станции).

Значение S вычисляется как

(3.16)

где: Σh – сумма всех потерь напора в системе, вычисленная ранее для каждого режима работы насосной станции при соответствующих расходах Q.

Зная S и задаваясь различными значениями Q, находят соответствующие им значения Σh и строят графические характеристики системы трубопроводов для 3-х режимов работы насосной станции.

На рис. 3.2. дан пример построения графика совмещенных ха­рактеристик насосов и трубопроводов и определения действительных параметров работы насосной станции. На графике показано, что действительные параметры работы насосной станции (точки 1д, 2д, 3д) удовлетворяют требованиям расчета (точки 1, 2 и 3).

Рис. 3.2. Определение действительных параметров работы насосной станции по совмещенным характеристикам насосов и трубопроводов

При проведении инженерных расчетов для аналитического описания рабочей части характеристики Q-H с заметной кривизной (в большинстве случаев это характерно для водопроводных насосов) рекомендуется использовать уравнение неполной квадратичной параболы [6]

(3.17)

где Hпр – предельный фиктивный напор, развиваемый насосом при нулевой подаче, м,

Sн – сопротивление насоса, для Q в м3/с.

Значения Hпр и Sн для некоторых насосов приведены в приложении 6. Суммарная подача "m" параллельно работающих однотипных насосов определяется по формуле

, м3/с (3.18)

В тех случаях, когда действительные параметры работы насосной станции значительно превышают расчетные (по напору более чем на 4-6 м), следует указать на принятый способ регулирования работы насосов.

При выборе способа регулирования рекомендуется чаще использовать регулируемый электропривод [1, 3], подтверждая это решение технико-экономическими расчетами.

8. Подбирается электродвигатель к насосу. Как правило, за­воды-изготовители поставляют насосы, укомплектованные двигателя­ми. В курсовом проекте следует проверить правильность комплектации двигателя с выбранным насосом. Необходимая мощность электродвигателя определяется по (2.7) и (2.8).

9. Учитывая категорию надежности действия проектируемой насосной станции, определяют по СНиП [1] количество резервных агрегатов.

10. Далее выполняют расчет гидравлического удара и принимают решение о необходимости защиты водоводов от недопустимого повышения напора. Расчеты предлагается выполнять по упрощенным методикам для случаев пуска насосов на открытую задвижку на напорной линии и при внезапной остановке насосов (потере привода). Для определения повышения напора при пуске насосов следует графически решить два уравнения: уравнение Q-H насоса и уравнение системы (водоводов), которое имеет вид

(3.19)

где H0 – статический напор, т.е. высота, на которую требуется подать воду, считая от оси насоса, м.;

– скорость течения жидкости в водоводе, м/с;

С – скорость распространения волны гидравлического удара, м/с, которая вычисляется по формуле

, (3.20)

где D – наружный диаметр трубы, мм.;

– толщина стенки трубы, мм.;

ЕВ – объемный модуль упругости жидкости, МПа;

ЕТ – модуль деформации стенок трубы, МПа.

Для воды ЕВ=206·10МПа; для материалов труб значения ЕТ: сталь – ЕТ=206·103МПа; чугун ЕТ=98·103МПа; асбестоцемент ЕТ=19,6·103МПа; полиэтилен ПВП ЕТ=0,9·103МПа; полиэтилен ПНП ЕТ=0,3·103МПа; бетон ЕТ=20,6·103МПа;

Задаваясь несколькими значениями расходов, вычисляют скорость , строят характеристику по уравнению (3.19), находят точку пересечения ее с характеристикой Q-H насоса и напор Н при пуске насоса.

Далее рассчитывается гидравлический удар при внезапной остановке насосов. Прежде всего анализируется возможность образования разрыва сплошности потока в водоводе при остановке течения. Для этого проверяется соотношение

, (3.21)

где Нвм – максимально возможный вакуум в трубах, м.; теоретически не более 7-8 м.

Если соотношение (3.21) удовлетворяется, то разрыва сплошности потока в водоводе не происходит и максимальный напор определяется по формуле

, м. (3.22)

где Т – время, с; обычно это продолжительность фазы, т.е. , где
l – длина водовода., м.

– основание натурального логарифма;

– коэффициент затухания колебаний, определяемый по формуле

, c-1 (3.23)

здесь hв – потери напора в водоводе, м.

Если , (3.24),

то возможно образование разрывов сплошности потока в водоводе у насоса;

если , (3.25),

то на всей длине водовода напор снижается до нуля; здесь Hр – рабочий напор в водоводе у насоса, м.

В этом случае максимальный напор в водоводе у насосной станции может быть

, (3.26)

Если полученный напор недопустим, исходя из целостности водовода и арматуры на нем, то рекомендуется проектировать противоударные мероприятия в виде установки клапанов-гасителей, сбрасывающих часть воды; в виде установки воздушно-гидравлической колоны; в виде установки разрывных мембран и др. [1].