Курсовая работа: Курсовая работа: Водопроводная насосная станция второго подъема

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Ивановский государственный архитектурно-строительный университет»

Кафедра гидравлики, водоснабжения и водоотведения

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Водопроводная насосная станция второго подъема

Пояснительная записка

Выполнила:

студентка 3 курса гр. ВВ-31

Фомина Е.А.

Руководитель: д.т.н., профессор

Елин Н.Н.

Иваново 2008

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка содержит 18 страниц, 3 таблицы, 2 графика, библиография: 7 названий.

НАСОСНАЯ СТАНЦИЯ, ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ, ПОДАЧА, НАПОР, ВОДОНАПОРНАЯ БАШНЯ, ВОДОВОДЫ, ВЫСОТА ВСАСЫВАНИЯ, ОСЬ НАСОСА, МОЩНОСТЬ.

В ходе курсового проекта спроектирована водопроводная насосная станция второго подъема, выбран график работы насосной станции, определены объемы бака водонапорной башни и резервуаров чистой воды, произведен анализ совместной работы насосов и водоводов, рассчитана отметка оси насоса, подобрано вспомогательное оборудование.

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ

СУММАРНОЕ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

РЕЖИМ РАБОТЫ НАСОСОВ

ВОДОНАПОРНАЯ БАШНЯ

РЕЗЕРВУАРЫ ЧИСТОЙ ВОДЫ

РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ

ТРЕБУЕМЫЙ НАПОР НАСОСОВ

АНАЛИЗ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ НАСОСОВ И ВОДОВОДОВ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТМЕТКИ ОСИ НАСОСА И ПОЛА МАШИННОГО ЗАЛА

ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект “Водопроводная насосная станция второго подъема” по курсу “Проектирование насосных станций систем

водоснабжения и водоотведения”

Студент ВВ-31 Фомина Е.А.

Разработать проект насосной станции с выбором основного и вспомогательного оборудования с анализом совместной работы насосов.

Исходные данные к проекту

1. Водопроводная сеть - объединенная;

2. Максимальное хозпитьевое и технологическое водопотребление* 25511,21 м³ /сут;

3. Доля расхода на технологическое водопотребление* 1%;

4. Расчетное число одновременных пожаров* 2 ,

5. Расход воды на один пожар* 35 л/с;

6. Допустимое снижение подачи воды во время пожара* ________%.

7. Отметки уровней воды в резервуаре чистой воды (РЧВ):

максимальный* 2,3 м; минимальный пожарного запаса * - 0,98 м; наинизший *-2,5 м;

8. Отметки поверхности земли:

у РЧВ *101,3 м; у НС *101,3м; у точки входа в городскую сеть *101,7 м;

9. Свободные напоры у точки входа в городскую сеть:

при максимальном водопотреблении 60 м;

при максимальном транзите воды в башню* 30 м;

при пожаротушении 10 м;

10. Длины водоводов:

всасывающих *10 м; напорных*230 м;

11. Состав грунтов* суглинок;

12. Глубина промерзания грунтов* 1,89 м;

13. Глубина залегания грунтовых вод* 1,46 м.

* - по данным КП “Водоснабжение, ч. I. Сети водопроводные”

СУММАРНОЕ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ

График суммарного водопотребления берется из курсового проекта по водоснабжению (часть 1)

Таблица 1. Суммарное водопотребление города по часам суток.

Технологическая часть

В обеспечении надёжной работы систем водоснабжения важная роль отводится насосным станциям. В зависимости от места расположения в общей схеме различают водопроводные насосные станции первого и второго подъёма.

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

Порядок проектирования зависит от условий состава исходных данных. Однако можно рекомендовать некоторую укрупнённую схему расчёта, включающую в себя следующие основные этапы:

1. Выбор режима работы насосов и числа насосных агрегатов.

2. Определение расчётной подачи насосов.

3. Расчёт трубопроводов.

4. Определение требуемого напора насосов.

5. Выбор насосов.

6. Анализ совместной работы насосов и трубопроводов.

7. Определение допустимой отметки оси насосов.

8. Выбор вспомогательного оборудования.

9. Проектирование здания насосной станции.

Режим работы насосов

Требуемая среднечасовая подача насосов в период максимального водопотребления

,

где - общее водопотребление за период максимального водопотребления

Q_{ч. I} – часовые расходы воды у потребителей за этот период;

- продолжительность периода максимального водопотребления

м³ /ч

По аналогии требуемая среднечасовая подача насосов в период минимального водопотребления определяется из соотношения

,

где - общее водопотребление за период минимального водопотребления

- продолжительность периода минимального водопотребления

м³ /ч

Рекомендуемое к установке количество рабочих насосов пропорционально отношению найденных максимальной и минимальной подач насосной станции

, (6,3)

где к – коэффициент пропорциональности, принимаемый по возможности наименьшим целым числом.

Исходя из принятого числа рабочих насосов, определяется ориентировочная часовая подача одного насоса

м³ /ч,

В период максимального водопотребления работают все насосы, т.е. число работающих насосов

В период минимального водопотребления число работающих насосов определяется как округленное до целого числа отношение среднечасового водопотребления за этот период к подаче одного насоса

,

Количество насосо – часов работы насосной станции за сутки

ч

Уточненная подача одного насоса (расчетная)

м³ /ч,

где Q_сут. – суточная подача насосной станции, равная суточному водопотреблению.

По результатам расчета определяем расчетные подачи насосной станции в любой час суток

,

где - расчетная часовая подача одного насоса;

- число работающих насосов в данный час.

1 насос: м³ /ч;2 насоса: м³ /ч.

Водонапорная башня

Совместный анализ режимов водопотребления и работы насосной станции второго подъема позволяет составить режим работы водонапорной башни, т.е. определить величину поступления или отбора воды из водонапорной башни. При этом определяется величина остатка воды в баке башни, наибольшее значение которого составляет требуемый минимальный регулирующий объем бака.

Таблица 2. Режим работы водонапорной башни

Полная вместимость водонапорной башни W_ВБ , м³ , состоит из регулирующего объема W_p и неприкосновенного десятиминутного противопожарного запаса воды W_п для тушения одного наружного и одного внутреннего пожара:

Регулирующий объем W_p определяют, сопоставляя режимы водопотребления и работы насосной станции второго подъема. Регулирующий объем водонапорной башни W_p , м³ , соответствует максимальному остатку воды в баке.

Десятиминутный противопожарный запас воды W_п , м³ , определяют по формуле:

, где

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

q_п.в. – расход воды на тушение одного внутреннего пожара, л/с, определяется по СНиП 2.04.01-85. W_p =1106,194 м³ ; м³ ; м³ - 4,43 %

Резервуары чистой воды

Полный объем резервуаров чистой воды W_рчв , м³ , должен включать кроме регулирующего объема W_р также запас воды на тушение пожаров W_пож , и запас воды на собственные нужды очистных сооружений W_с.н , т.е.

W_рчв = W_р + W_пож + W_с.н

Противопожарный запас W_пож , м³ , определяют, исходя из необходимости тушения расчетных пожаров в течение трех (иногда двух) часов максимального водопотребления с учетом поступления воды в резервуары чистой воды из очистных сооружений на протяжении всего периода тушения пожаров:

W_пож = t_пож ∙Q_пож + ∑Q_max t– t_пож ∙Q_ос

где t_пож – расчетная продолжительность тушения пожаров, ч; Q_пож - расчетный противопожарный расход воды, м³ /ч; ∑Q_max ·t- максимальная сумма расходов воды в смежные часы принятого периода тушения пожаров, включающая час максимального водопотребления, м³ ; Q_ос - расход воды, поступающий в резервуары чистой воды из очистных сооружений в период тушения пожаров, равный среднечасовому расходу воды в сутки максимального водопотребления Q_{сут max} /24, м³ /ч.

Запас воды на собственные нужды очистных сооружений W_с.н определяют в зависимости от технологии обработки воды, типа применяемых сооружений и др. При пользовании на очистных сооружениях скорых фильтров и контактных осветлителей запас воды в резервуарах должен приниматься на одну дополнительную промывку фильтров или осветлителей. Ориентировочно в этом случае запас воды может быть принят в размере 5…8 % от максимального суточного водопотребления Q_{сут max} .

Общее количество резервуаров чистой воды должно быть не менее двух. При отключении одного резервуара в остальных должно храниться не менее 50 % требуемого запаса воды.

Таблица 3. Резервуар чистой воды.

Подача НС-I: 25511,21/24=1062,965 м³ /ч.

W_p = 3679,515 м³ ; t_пож ·Q_пож = 1566 м³ ;

∑Q_max t= 1390,85+1370,40+1404,77=4166,02 м³ ;

Q_ос = 1062,965 м³ /ч

W_пож = 1566 + 4166,02 – 3·1062,965=2543,125 м³

W_с.н = 1785,78 м³

W_рчв = 3679,515+2543,125+1785,78=8008,42 м³

Общее количество резервуаров – 2, тогда W₁ = W_рчв /2 = 8008,42/2=4004,21 м³

1 резервуар чистой воды:

W_пож =1271,56 м³ ; W_остал =2732,65 м³ ;W=l·b·h.

Принимаем Н=5 м, h=4,8 м. Тогда l=34 м, b=24,5 м (34·24,5·4,8=4004,21 м³ )

h_пож =1271,56/(34·24,5)=1,52 м; h_остал =4,8-1,52=3,28 м.

Расчёт трубопроводов

Расчёт внешних и всасывающих трубопроводов выполняется с определения их диаметров и потерь напора в них.

Расчётный расход воды по трубопроводу определяется по формуле:

(13.1)

где N – количество параллельно работающих трубопроводов;

Qр – расчётная подача насосной станции.

м³ /ч, (6.8)

Q_т = 0,18 м³ /с

Всасывающие трубопроводы.

Принимаем оптимальную скорость n = 1,5 м/с,

Ориентировочно значение диаметра:

м

По ГОСТ 18599-83 расчетный внутренний диаметр трубы: D_гост = 0,426 м.

м

м

м

Напорные трубопроводы.

Принимаем оптимальную скорость n = 2 м/с.

Ориентировочно значение диаметра

м.

По ГОСТ 18599-83 расчетный внутренний диаметр трубы: D_гост = 0,377 м.

м

м

м

Требуемый напор насосов

При проектировании системы водоснабжения мы определили требуемые напоры: в случае максимального водоразбора Н=40 м, в случае максимального транзита воды в башню Н=50 м. Расчетным выбираем наибольший напор, т.е. Н=50 м.

Выбор типа насоса

Выбор типа насоса производится по сводным графикам полей характеристик. Основой для выбора служат найденные значения расчётной подачи и требуемого напора. При выборе необходимо учитывать следующие рекомендации.

Желательно принимать к установке однотипные насосы. Применение разнотипных насосов допускается лишь в исключительных случаях, когда нельзя подобрать однотипные насосы.

Предпочтение следует отдавать насосам, имеющим более высокие КПД и наибольшую допустимую высоту всасывания.

Желательна установка малого числа насосов большей мощности. Но следует учитывать, что уменьшение числа насосов ведёт к увеличению регулирующего объёма бака водонапорной башни.

На водопроводных насосных станциях наиболее широкое применение нашли насосы типа Д.

При подаче равной 654,13 м³/ч и требуемом напоре 50 м по сводному графику полей Q – H насосов типа Д выбираем насос марки Д 800-57.

Таким образом для нашей насосной станции 1-ой категории надежности выбирается 2 основных и 2 резервных насоса марки Д 800-57.

Анализ совместной работы насосов и водоводов

Анализ совместной работы насосов и водоводов выполняется с целью уточнения рабочих параметров и для проверки аварийных режимов. Анализ выполняется графическим способом с помощью совмещенных характеристик насосов и системы трубопроводов.

На водопроводных насосных станциях обычно применяется параллельная работа насосов. Суммарная характеристика нескольких параллельно работающих насосов строится графическим сложением их характеристик. С этой целью на графике H-Q строятся характеристики всех рабочих насосов, взятые из каталога ли полученные построением при изменении частоты вращения или обрезке рабочего колеса. Т.к. обычно применяются насосы одного типа с одинаковыми характеристиками, то достаточно построить характеристику одного насоса. На этом же графике или совмещенном с ним по оси Q строятся характеристики мощности – N (Q), к.п.д. – η (Q) и допустимой вакуумметрической высоты всасывания насоса – H_{вак доп} (Q).

На том же графике в координатах H-Q строятся необходимые характеристики системы водоводов, совместно с которыми работает насосная станция. Уравнения водоводов

, м,

где Н_ст – статический напор в м;

Q – расход воды по водоводам в м³ /с;

S – сопротивление системы водоводов в с² /м⁵ ;

Статический напор

, м

гдеН_г – геодезическая высота подъема воды;

Н_св – свободный напор в точке питания.

Величина SQ² представляет собой суммарные потери напора в системе водоводов. Поэтому сопротивление S можно определить как сумму

,

гдеS_вс – сопротивление всасывающей линии;

S_ст – сопротивление внутристанционных коммуникаций;

S_н – сопротивление напорной линии.

В этих формулах

Q_P – расчетная подача насосной станции в м³ /ч;

h_вс – суммарные потери напора во всасывающей линии в м;

h_ст – внутристанционные потери напора во всасывающей линии в м;

h_н – суммарные потери напора в напорной линии в м;

При аварии на водоводе с одной перемычкой

, где

S_H – сопротивление напорной линии при расчетном режиме;

N_П – число перемычек между водоводами;

N – число параллельных водоводов.

Расчетный случай.

Н_г =8,2 м; Н_св =30 м; м;

Q_р =1308,266 м³ /ч=0,36 м³ /с

S_вс =0,73/0,36² =5,63; S_ст =2,14/0,36² =16,51; S_н =3,87/0,36² =29,86;

S=5,63+16,51+29,86=52

Н=38,2+52·Q²

Случай аварии на водоводе с одной перемычкой

Н_г =8,2 м; Н_св =30 м; м;

Q_р =0,7· Q_р =0,7·1308,266=915,786 м³ /ч=0,25 м³ /с

S_вс =0,73/0,36² =5,63; S_ст =2,14/0,36² =16,51; S_н =3,87/0,25² =61,92;

S=5,63+16,51+123,84=145,98

Н=38,2+145,98·Q²

В случай возникновения пожара необходимая подача обеспечивается двумя насосами (Q_p = Q_max +Q_пож =1308,266+2·126=1560,266 м³ /ч).

Определение отметки оси насоса и пола машинного зала

В НС II 1-ой категории насосы устанавливаются под залив, т.е. ниже уровня противопожарного запаса воды в РЧВ. Т.к. возникают 2 пожара:

, м

где Z_рчв – отметка минимального уровня воды в РЧВ (дна резервуара), обычно на 2,5 м ниже отметки поверхности земли у РЧВ;

S_пож – высота слоя воды, соответствующая полному противопожарному запасу;

а – расстояние от оси до верха корпуса насоса.

м

Вычисленная отметка Z_он должна быть проверены на обеспечение допустимой вакуумметрической высоты всасывания или допустимого кавитационного запаса , приведенных в каталогах или паспортах насосов.

Максимальная геометрическая высота всасывания

Н_smax = Z_он - Z_мув

За величину Z_мув принимают Z_рчв .

Максимальная допустимая высота всасывания:

; (),

где h_в – максимальные потери во всасывающей трубе.

м; =10-5=5 м

Отметка пола машинного зала :

, м

Где- отметка оси насоса в м;

- размер оси насоса от нижней опорной плоскости установочной плиты или рамы до оси;

- высота фундамента над уровнем пола. Обычно =0,15…0,2 м.

м

Выбор вспомогательного оборудования

Для привода насоса применяют электродвигатели. Выбор двигателя производится по требуемой мощности и частоте вращения.

Мощность насоса:

где η_н – КПД насоса при работе в данном режиме.

кВт

Требуемая мощность двигателя:

где N – мощность на валу насоса;

- к. п. д. электродвигателя принимаем 0,79;

- к. п. д. передачи;

k – коэффициент запаса мощности, учитывающий возможные перегрузки двигателя.

кВт

Выбираем электродвигатель АО 103-4м.

Для монтажа, ремонта и демонтажа оборудования, арматуры и трубопроводов предусматривают подъёмно-транспортное оборудование с ручным приводом, при массе грузов до 3000 кг – подвесную кран-балку. Масса задвижки = 360 кг, масса электродвигателя насоса 3000 кг.

Электропитание насосных станций осуществляется от понижающих трансформаторов, необходимая мощность которых определяется:

кВтА (18.2)

где ΣN – суммарная мощность электродвигателей насосов в кВт;

- коэффициент трансформаторного резерва;

- коэффициент, учитывающий дополнительную мощность на освещение и другие нужды.

Выбираем трансформатор марки ТМ 1000/10.

На насосных станциях предусматривается установка одного рабочего и одного резервного трансформатора.

Библиографический список

1. СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. – М.: Стройиздат, 1977.

2. В. Я. Карелин, А.В. Минаев. Насосы и насосные станции. – М.: Стройиздат, 1986.

3. Оборудование водопроводно-канализационных сооружений. Под ред. А. С. Москвитина. – М.: Стройиздат, 1978.

4. Водоснабжение и водоотведение. Наружные сети и сооружения. / под ред. Н.Н. Репина. – М.: Высшая школа, 1995. – 431 с., ил

5. Водопроводные насосные станции: Методические указания для курсового и дипломного проектирования. – Иваново, 1986.

6. Оборудование водопроводных насосных станций: Методические указания для курсового и дипломного проектирования. – Иваново, 1988.

7. Проектирование насосных станций. Компоновка оборудования: Методические указания для курсового и дипломного проектирования. – Иваново, 1989.