Проектирование насосной станции второго подъёма

 

Определяем  величину напора насоса, необходимого для тушения пожара на объекте, по формуле

Н_пож=z_пож-z_н+Н_св+h_тр+h_{н.ст. ,}

 

где  z_пож – отметка поверхности земли в расчетной точке при пожаре, м.

       z_н – отметка наинизшего уровня воды в резервуаре чистой воды, м.

     Н_св – свободный напор в точке пожара, м.

      h_тр – потери напора в водопроводной сети при подаче противопожарно-хозяйственного расхода воды, м.

  h_н.ст – потери напора во внутренних коммуникациях насосной станции при подаче        противопожарно-хозяйственного расхода воды, предварительно принимаем равными 2,5…3,0 м.вод.ст..

 

H_пож=96,9-88,2+24,6+10+3=46,3 м.

 

Подача насоса при пожаре будет равна

 

Q = Q_хоз+Q_пож,

 

где Q_хоз – максимальная подача насосной станции на хозяйственные нужды;

      Q_пож – расход воды на тушение пожаров.

 

Q=1168,56+3*55=1333,56 л/с.

 

Анализируя рабочую  характеристику Q-H насоса марки Д2500-62, убеждаемся в том, что при пожаре этот насос способен подать расчетный расход воды под требуемым напором, поэтому установка пожарного насоса на насосной станции не требуется.

С учетом требований СНиП [ 2 ] принимаем два резервных насоса марки Д2500-62. Таким образом, на насосной станции будет установлено 4 насоса марки Д2500-62.

 

1.4. Определение  высоты всасывания и отметки  оси насосов.

 

 Допустимая  геометрическая высота всасывания  насоса определяется по формуле

H_геом=р_ат/rg -р_пар/rg -  h_доп- h_вс.тр. ,

 

где   р_ат/rg     - атмосферное давление, м вод. ст.;

      р_пар / rg    - давление насыщенного пара перекачиваемой жидкости, м вод. ст.;

          h_доп        -  допустимый кавитационный запас, м вод. ст.,

        h_вс.тр      -  потери напора во всасывающем трубопроводе насоса,  предварительно принимаемые равными 0,5 м вод. ст.

Принимаем

            р_пар/ rg = 10 м вод. ст., а температуру перекачиваемой

 

            воды, равную 20° С. При этой температуре р_пар/rg  = 0,24 м вод. ст.

 

Допустимый кавитационный  запас определяем по рабочей характеристика насоса при расчетной его подаче:

 Для насоса марки Д2500-62

Н_геом=10-0,24-5,84-0,5=3,42 м.

Н_геом=10-0,24-5,1-0,5=4,16 м.

 

 

 Отметка оси насоса  определяется по формуле

 

Z_нас=z₁+Н_геом.

 

 Для насоса марки Д2500-62

Z_нас=88,2+3,42=91,62м

 

Z_нас=88,2+4,16=92,36м

 

Для обоих насосов  принимаем отметку оси одинаковую и равную Z_нас=91,62 м

 

1.5. Определение диаметров  труб и выбор арматуры внутри  насосной станции.

 

Внутри насосной станции  прокладываем трубопроводы из стальных труб [4]. Вначале намечаем вертикальную схему и план трубопроводных коммуникаций насосной станции. Руководствуясь указаниями СНиП [2] о рекомендуемых скоростях движении воды, определяем диаметры труб, фасонных частей и арматуры внутри насосной станции. Для расхода Q=651,4 л/с диаметр всасывающих  труб принимаем равным 800 мм, средняя скорость движения вода в них составляет 1,3 м/с, 1000i=2,4. Диаметр нагнетательных  труб принимаем равным 600 мм, средняя скорость движения воды в них составит 2,21, 1000i=9,85. Для расхода Q=517,16 л/с диаметр всасывающих труб принимаем равным 800 мм, средняя скорость движения вода в них составляет 1,02 м/с, 1000i=1,53. Диаметр нагнетательных  труб принимаем равным 600 мм, средняя скорость движения воды в них составит 2,49, 1000i=15,6.

При выборе арматуры предпочтение следует отдавать задвижкам с электроприводом. При этом упрощается автоматизация работы насосной станции. По [5] выбираем задвижки и обратные клапаны для труб диаметрами 600 и 800 мм с указанием основных размеров и параметров / табл. 4 и 5 /.

Таблица 4

Технические характеристики задвижек с электроприводом

Размеры, мм			Py, МПа	Условное обозначение тип шпинделя	Мощность электродвигателя, кВт	Масса, кг
			t, 0C
Dy	L	H
600	390	2410	0,25/200	клиновые штампосварные;30ч914нж1; выдвижной	2,2	625
800	470	3290	0,25/200		3	1049

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5

Технические характеристики обратных безударных поворотных клапанов

Dy,мм	Длина, мм	Вид клапана	Py, МПа	Условное обозначение	Масса, кг
			t, 0C
600	240	Безударный фланцевый	1/80	К3 44067      (19ч16р5)	237

 

1.6. Выбор трансформаторов.

 

В соответствии с заданием напряжение в электрической сети, питающей насосную станцию, равно 6000 В. Требуемое напряжение для электродвигателя насоса марки Д2500-62 тоже равно 6000 В, поэтому для него трансформатор не требуется. Кроме того, в насосной станции установлены другие потребители электроэнергии (электропривод задвижек, дренажные и вакуумные насосы, освещение, вентиляция и др.), для которых требуется пониженное напряжение электрической сети.

Рабочая мощность трансформатора насосной станции определяется по формуле

 

Р_раб=к_с* å( Р_н/h_дв*cosj ) +(10…50),

 

 

где    к_с     - коэффициент спроса по мощности / к_с= 1 /;

     å Р_н - номинальная / паспортная / мощность электродвигателя рабочего насоса;

        h_дв  - КПД электродвигателя / h_дв = 0,9...0,93 /;

       cosj - коэффициент мощности электродвигателя / cosj =0,8 /;

    /10..50/- нагрузка от вспомогательного оборудования, кВт.

 

      

Р_раб=1*2*500/0,9*0,85+30=1337,19кВт

 

По установленной  рабочей мощности трансформатора определяются размеры камер для размещения в них трансформаторов / один рабочий и один резервный /, а также размеры других вспомогательных и бытовых помещений насосной станции [5].

Принимаем  трансформатор  марки ТМ 1600/10.

 

 

 

 

1.7. Размещение насосных агрегатов, трубопроводов,

арматуры и  определение размеров насосной станции.

 

На миллиметровой бумаге в масштабе 1:50 или 1:100 вычерчивается в плане машинный зал насосной станции с размещением в нем насосных агрегатов, трубопроводов и арматуры. Для определения размеров машинного зала необходимо установить:

- размеры насосного  агрегата с фундаментной плитой  или рамой, изготовляемой из двутавровой или швеллерной стали;

- диаметры трубопроводов;

- размеры арматуры / задвижек, обратных клапанов, водомеров/;

- размеры фасонных  частей для соединения арматуры, насосов с

трубопроводами /отводов, тройников, переходов, крестовин /.

Компоновку насосных агрегатов, трубопроводов и арматуры рекомендуется проводить в следующей последовательности:

- определяются размеры фундаментов под агрегаты и в соответствии с принятой схемой установки насосных агрегатов размещаются фундаменты агрегатов в плане;

- наносятся всасывающие  и напорные трубопроводы агрегатов,

           соответствующая арматура и фасонные  части.

Разработку плана здания насосной станции следует вести  с учетом указаний п. 3.13.

 

1.8. Уточненный  расчет потерь напора во внутренних

коммуникациях насосных станций.

 

 По вычерченному  плану насосной станции уточняются  потери напора во внутренних  коммуникациях насосной станции. Потери напора при этом определяются с точным учетом потерь напора по длине и в местных сопротивлениях только при нормальных условиях работы станции. Результата расчета сводятся в таблицу (5, табл. 11  с 45) После уточненного расчета потерь напора во внутренних коммуникациях насосной станции уточняется величина напора насосов и значение допустимой геометрической высоты всасывания насосов. При наличии у насосов, по сравнению с расчетным, избыточного напора в размере 1...2 м. вод. ст. дополнительных мероприятий по его соответствию проводить не следует; указанный напор может быть сохранен в качестве некоторого резерва. При большем размере избыточного напора следует произвести обточку рабочего колеса насоса.

Пользуясь вычерченным  планом машинного зала, определяем потери напора в коммуникациях насосной станции по формуле

 

h_w=h_j+h_f,

где     h_j   - потери напора на местных сопротивлениях;

      h_f  - потери напора по длине.

Намечаем самый длинный  путь движения воды / на рис. 3 он отмечен  жирной линией /. Потери напора определяем на участке от резервуара чистой воды до выхода напорного трубопровода из здания насосной станции. Вычисление потерь напора на местных сопротивлениях ведем в табличной форме / табл. 6 /.

Потери напора по длине  определяем по формуле

 

h_f=i*l,

 

где    i   - гидравлический уклон;

    l   - длина трубопровода, м.

Длину всасывающей  линии принимаем  равную 28,5м, то есть указанную в задании для контрольной работы, а длину напорного трубопровода необходимо установить при разработке плана насосной станции. В нашем примере длина напорного трубопровода в пределах насосной станции составляет 36,34м.

Тогда: h_f=28,5*1,53/1000+36,34*15,6/1000=0,61 м.

 

Потерн напора в коммуникациях  насосной станции составляют

Таблица 6

№№ позиций	Наименование местных сопротивлений	D, мм	Q,л/с	V, м/с	ς*V2/2g
1 2,3,4 5 6 7 8 9 10 11	тройник задвижка тройник задвижка переход суживающийся переход расширяющийся обратный клапан задвижка тройник	800 800 800 800 800 500 450 600 600 600 600	651,4 651,4 517,16 517,16 517,16 517,16 517,16 517,16 651,4	1,3 1,3 1,02 1,02 1,02 1,02 2,49 2,49 2,21	0,129 0,051 0,078 0,01 0,005 0,004 0,527 0,063 0,366

 

h_н.ст.=1,843м.вод.ст.

 

Уточняем напор насосов

 

Н =97,5+7,934+20-88,2+19,9+1,843=58,977м.

 

 

 

 

 

1.9. Обточка  рабочего колеса насоса.

 

Обточка рабочего колеса насоса марки Д2500-62 .

Сначала определяем коэффициент быстроходности n_s насоса по формуле:

n_s=3.65n((Q_опт) ^1/2)/ (H_опт) ^3/4, где

 

n-число оборотов вала в минуту;

Q_опт-подача насоса при максимальном КПД;

H_опт- напор насоса при максимальном КПД;

n_s=3.65*980*(0,7/2)^1/2/(62)^3/4=95,75

Диаметр обточенного  рабочего колеса найдем, используя систему уравнений

Hобт./H=(Добт/Д)²

Q_обт/Q= Добт/Д

К= H_обт./ (Q_обт.)²=58,977/(651,4)²=0,00014

 

Задаваясь различными значениями Q,строим параболу:

H_опт =к (Q_опт )²

Таблица 7

Qопт	100	300	500	550	600	650	700
Hопт	1,4	12,6	35	42,35	50,4	59,15	68,6

 

Из графика видно ,что  парабола H_опт=к (Q_опт )²

Пересекает характеристику Q-H насоса в точке А с координатами:

H_А=64м вод.ст. Q_А=690,5 л/с / рис. 1 /.

Вычисляем диаметр обточенного  колеса по формуле:

Добт= Д*( H_обт)^1/2/( H_А)^1/2=671,97мм

или

Добт=Д* Q_обт/ Q_А=679,89мм

Принимаем диаметр обточенного  рабочего колеса Добт=680мм

Определяем процент  обточки рабочего колеса насоса с учётом, что при коэффициенте быстроходности ,равном 60…120,допускаемая обточка рабочего колеса может достигать 20…15% от нормального диаметра

% обт= (Д-Добт)/ Д*100%=(700-680)/700*100%=2,86%

при n_s=95,75 обточка рабочего колеса насоса на 2,86% удовлетворяет интервалу допускаемой обточки рабочего колеса(20…15%).

К= H_обт./ (Q_обт.)²=58,977/(517,16)²=0,00022

 

Задаваясь различными значениями Q,строим параболу:

H_опт =к (Q_опт )²