Розрахунок і побудова допоміжних систем : технічних системи водопостачання та дренажної системи

Зміст

стор.

1. Проектування технологічної частини водопровідної насосної станції

1.1 Призначення водопровідної насосної  станції та її місце розташування

1.2 Вибір режиму роботи насосної  станції

1.2.1 Визначення розрахункової подачі на І та ІІ черги та побудова ступінчатого графіка роботи НС-ІІ.

1.3 Вибір насосних агрегатів,  всмоктуючих та напірних водогонів. Встановлення розрахункового напору

1.4 Аналіз сумісної роботи насосів  і трубопроводів. Побудова характеристики насосів при спільній роботі з мережею

2. Розрахунок і  побудова допоміжних систем : технічних системи водопостачання та дренажної системи

2.1 Вибір допоміжного обладнання

2.2 Обладнання насосів електродвигунами

3. Розробка будівельної частини  насосної станції

3.1 Розробка надземної частини  НС-ІІ

4. Техніко-економічні показники

4.1 Розрахунок ККД насосної станції

4.2 Визначення кошторисної вартістості будівлі та обладнання насосної станції

4.3 Розрахунок собівартості подачі 1 м³ води

4.4 Визначення коефіцієнта економічної  ефективності

5. Список використаної літератури

 

 

 

 

1. Проектування технологічної частини водопровідної насосної станції

1.1 Призначення водопровідної  насосної станції та її місце  розташування

Тип та кількість основних і допоміжних насосів, склад приміщень та набір  допоміжного обладнання, конструктивні особливості та поставлені до насосної станції технологічні вимоги залежать від її призначення.

В залежності від типу перекачуваної  рідини насосні станції поділяються на  водопровідні  та  каналізаційні.

Насосна станція є ланкою системи водопостачання і являє собою доволі складний її вузол, який забезпечує подачу води споживачам в необхідній кількості з потрібним напором.

За своїм призначенням і розташуванням  в загальній схемі водопостачання водопровідні насосні станції поділяються  на станції 1-го підйому,  2-го та наступних підйомів, підвищувальні і циркуляційні.

Насосні станції 2-го підйому подають  воду безпосередньо до водопровідної  мережі, тому подача насосів 2-го підняття визначається в залежності від водоспоживання населеного пункту. Наближуючи режим водоподачі до режиму водоспоживання ми тим самим зменшуємо ємність бака водонапірної башти. У даному випадку НС-ІІ працює за двома ступенями. Система управління станцією автоматизоване. Насосна станція розташована на заході України і збудована на грунтах: пісок, суглинок.

До насосних станцій різних категорій  пред’являються відповідні вимоги за надійністю енергозабезпечення ( так для насосних станцій 1-ї та 2-ї категорій підключення не менше, ніж до двох незалежних ЛЕП), по капітальності споруд, по резерву технологічного обладнання.

Від категорії насосної станції  залежить кількість резервних агрегатів, кількість всмоктуючи та напірних ліній  і розрахункові витрати для них, кількість і розміщення запірної арматури на комунікаціях всередині станції.

Поряд із забезпеченням напору та подачі, передбачених графіком водопостачання чи водовідведення, і задоволенням вимог по безперебійності роботи, при спорудженні і обладнанні насосних станцій необхідно при  найменших витратах на їх будівництво і експлуатацію  забезпечувати комфортні умови для роботи обслуговуючого персоналу, широке використання автоматики і телемеханіки.

 

 

1.2 Вибір режиму роботи  насосної станції

Насосна станція другого  підйому працює нерівномірно на протязі  доби за двоступеневим графіком з економічних та технологічних умов. Невідповідність між графіком роботи НС 1-го підйому та багатоступеневим графіком роботи НС 2-го підняття компенсується наявністю резервуарів чистої води. Вночі, коли подача НС-1 більше подачі НС-2, вони наповнюються, а вдень – РЧВ, навпаки, спорожнюються  (Q_НС-1 < Q_НС-2).

 

1.2.1 Визначення розрахункової подачі на І та ІІ черги та побудова ступінчатого графіка роботи НС-ІІ.

Дана насосна станція розрахована  на пропускну здатність 70000 м³/добу – у 1 чергу і на 100000 м³/добу у другу. Коефіцієнт годинної нерівномірностиі становить 1,25 (із завдання).

Робота першого ступеня дорівнює 2 % від загальної, тоді на другу чергу подача насосних агрегатів при роботі за двоступеневим графіком дорівнює:

 % (1),

Загальна подача НС-ІІ для першої та другої черг становить:

Напірний та всмоктуючий трубопроводи виконано із чавунних труб. Кількість  трубопроводів на напірній та на всмоктуючій  лініях приймаємо 2.

Розрахунок погодинної подачі води зводимо до таблиці 1. І отриманими даними будуємо ступінчатий графік водоспоживання та водоподачі.

 

Таблиця 1

Години доби	Відкачка води
	%	І черга		ІІ черга
		м3/год	л/с	м3/год	л/с
1	2	3	4	5	6
0-1	3,35	2345	651	3350	931
1-2	3,25	2275	632	3250	903
2-3	3,30	2310	642	3300	917
3-4	3,20	2240	622	3200	889
4-5	3,25	2275	632	3250	903
5-6	3,40	2380	661	3400	944
6-7	3,85	2695	749	3850	1069
7-8	4,45	3115	865	4450	1236
8-9	5,20	3640	1011	5200	1444
9-10	5,05	3535	982	5050	1403
10-11	4,85	3395	943	4850	1347
11-12	4,60	3220	894	4600	1278
12-13	4,80	3360	933	4800	1333
13-14	4,55	3185	885	4550	1264
14-15	4,75	3325	924	4750	1319
15-16	4,70	3290	914	4700	1306
16-17	4,65	3255	904	4650	1292
17-18	4,35	3045	846	4350	1208
18-19	4,40	3045	846	4350	1208
19-20	4,30	3080	856	4400	1222
20-21	4,30	3010	836	4300	1194
21-22	4,20	3010	836	4300	1194
22-23	4,75	2940	817	4200	1167
23-24	3,70	3325	924	4750	1319
Всього:	100,00	70000	19444	100000	27778

 

 

1.3 Вибір насосних агрегатів, всмоктуючих та напірних водогонів. Встановлення розрахункового напору

Виходячи з умови економії матеріалів розрахунок трубопроводів будемо вести  для другої черги.

Згідно ДБН 360-92 приймаємо  два водогони. Подача по кожному  водогоні визначається за формулою:

(2),

де n_В= 2 – кількість водогонів.

Q₁^I=389 л/с=0,389 м³/с;  Q_Р1^I=194,5 л/с=0,1945 м³/с;

Q₂^I=914 л/с=0,914 м³/с;  Q_Р2^I=457 л/с=0,457 м³/с;

Q₁^IІ=555 л/с=0,555 м³/с;  Q_Р1^IІ=277,5 л/с=0,2775 м³/с;

Q₂^IІ=1305 л/с=1,305 м³/с; Q_Р2^IІ=652,5 л/с=0,6525 м³/с;

Виходячи з мінімальної незамулюючої швидкості та з того, що один водогін  вразі аварії на іншому повинен пропустити 70 % подачі насосної станції, визначаємо діаметри трубопроводів, при цьому  задаємося швидкістю руху рідини у трубопроводах: v_НВ=2,5 м/с – для напірного водогону, v_ВВ=1,5 м/с – для всмоктуючого водогону. Діаметри трубопроводу розраховуємо для другої зміни за такою формулою:

(3),

м,

м.

Відповідно до ДБН вибираємо чавунні труби, які мають найближчий більший стандартний діаметр: d_НВ^ІІ= 600 мм = 0,6 м, d_ВВ^ІІ= 800 мм = 0,6 м.

Згідно [1] уточнюємо швидкості руху рідини у всмоктуючих та напірних водогонах ( при умові протікання кількості рідини, рівній подачі НС для першої черги):

v_НВ^І = 0,686 м/с v_ВВ^І = 0,39 м/с

v_НВ^ІІ= 1,63 м/с v_ВВ^ІІ = 1,25 м/с.

Порівнюємо уточнені швидкості  з мінімальними незамулюючими для  визначених стандартних діаметрів  трубопроводів:

Мінімальна незамулююча швидкість  розраховується за формулою (4):

(4),

де R – гідравлічний радіус. R= 0,25*d,

n – показник ступеня. n= 4,5+R/2. 

Розрахунок ведемо у табличній  формі:

Таблиця 2

d	R	n	v
400	0,100	4,505	0,84
600	0,150	4,575	0,94
500	0,125	4,562	0,90
800	0,200	4,600	1,00
700	0,175	4,588	0,97

 

Так, як швидкості у водогонах  для першої черги менше мінімальних  незамулюючих швидкостей, зменшуємо  діаметри трубопроводів:

d_НВ= 450 мм v_НВ^І = 1,23 м/с v_НВ^ІІ = 2,85 м/с;

d_ВВ= 500 мм v_ВВ^І = 1,00 м/с v_НВ^ІІ = 2,31 м/с.

 

 

 

В цілому отримані швидкості задовольняють  умовам мінімальної незамулюючої швидкості  та пропускання 70 % подачі НС-1, окрім  швидкостей, отриманих для другої черги під час пропускання 70 % подачі насосної станції. Для зменшення їх значень  при умові крайньої необхідності є можливим конструктивно запроектувати додатковий водогін для другої черги.

Згідно [1] визначаємо втрати напору на водогонах :

(5),

де 1000i – втрати напору на 1 км трубопроводу,

l – довжина трубопроводу. Згідно завдання l=1,2 км,

К – коефіцієнт запасу на місцеві опори. К= 1,05.

 м,

 м.

 м,

 м.

Для вибору необхідного типу насосного  агрегату необхідно знати геодезичний напір. Він показує відносне положення джерела та споживача у вертикальній площині ( рис.1). З його допомогою ми можемо встановити який напір потрібен, щоб підняти рідину на певну висоту. Вираховується він як різниця позначок пункту подачі та джерела:

H_Г= z_п.под-z_джер (6),

де z_п.под, z_джер – позначки пункту подачі та джерела відповідно. Згідно завдання z_п.под= 95,0 м; z_джер= 64,0 м.

H_Г= 95,0-64,0= 31,0 м.

Виходячи з того, що на даному етапі  розрахунків невідомі не тільки тип  і марка насосів, але й їх кількість; невідомі розміри трубопроводів, по яким рідина підводиться і відводиться від них, ми приймаємо втрати на насосній станції рівній: h_НС= 2,5 м, а втрати на лічильнику: h_Л = 1,0 м Тоді напір насосної станції розраховується за такою формулою:

H_НС= H_Г+h_Wвс+h_Wн+h_НС+h_Л+1,0 (7),

H_НС^І = 31,0+5,74+0,23+2,5+1,0+1,0= 41,47 м,

H_НС^ІІ = 31,0+31,0+1,17+2,5+1,0+1,0= 67,67 м.

Приймаємо кількість насосів, що задіяні  в насосній станції та працюють паралельно, рівній  двом – для першої черги, з подальшою їх заміною – для другої. Тоді подача одного насоса визначається за формулою:

(8),

де n_НА – кількість насосних агрегатів.

 л/с,

 л/с.

Враховуючи прийняту кількість  насосів та обчислену подачу одного нагнітача за каталогом знаходимо насос з такими характеристиками:

Q_НА^І= 389 л/с, H_НА^І = 41,47 м;

Q_НА^ІІ= 304 л/с, H_НА^ІІ = 67,67 м.

Найбільш підходящий насос марки  Д 1250-65і, з кількістю обертів робочого колеса: n= 1450 об/хв.

Виходячи з умови, що необхідним є наявність двох допоміжних насосних агрегатів, схема компоновки насосів має такий вигляд (рис 1):

1 – напірний колектор;

2 – напірний трубопровід насосу;

3 – всмоктуючій трубопровід  насосу;

4 – засувка на напірному колекторі;

5 – засувка на напірному трубопроводі;

6 – засувка на всмоктуючому  трубопроводі;

7 – зворотний клапан;

8 – насосний агрегат;

9 – всмоктуючий колектор;

10 – всмоктуючий трубопровід насосу;

 

Виходячи з прийнятої кількості  насосних агрегатів та схеми їх компоновки визначаємо уточнені втрати напору у з’єднуючих насоси трубопроводах та на лічильнику.

Спочатку визначаємо витрати  рідини на кожній ділянці вибраного  нами найбільш навантаженого маршруту. Для цього вважаємо, що по колектору проходить вся кількість рідини. А по трубопроводам, які відходять  від кожного насосу, проходить лише частина від загальної витрати, так як всі робочі насосні агрегати однотипні.

Подача насосної станції  складає: Q_НС= 914,0 л/с; а подача кожного нагнітача: Q_НА^І= 389 л/с, Q_НА^ІІ= 304 л/с,

Діаметри колектору та трубопроводів розраховуються за формулою (9), при цьому задаємося швидкістю руху рідини в них: v_Н= 2,5 м/с – для напірної лінії, v_В=1,5 м/с – для всмоктуючої лінії.

(9),

м,

м,

м.

Виходячи з того, що внутрішні  трубопроводи станції повинні бути сталевими, відповідно до ДБН вибираємо  труби, які мають  найближчий більший  стандартний діаметр: d_НК= 900 мм = 0,9 м – діаметр напірного колектору; d_ВК= 1100 мм = 1,1 м – діаметр всмоктуючого колектору; d_НТ= 600 мм = 0,6 м, d_ВТ= 800 мм = 0,8 м – діаметр напірного та всмоктуючого трубопроводів відповідно.

За [1] встановлюємо дійсні швидкості  в трубопроводах: v_НК2= 1,44 м/с; v_ВК2= 1,16 м/с;v_НТ2= 1,63 м/с, v_ВТ2= 0,92 м/с. При роботі для першої зміни один водогін не використовується, тому кількість рідини, що проходить в колекторі, дорівнює кількості рідини в трубопроводі. v_НК1= 0,61 м/с; v_ВК1= 0,5 м/с; v_НТ1= 1,38 м/с, v_ВТ1= 0,77 м/с.

Так, як отримані швидкості менші критичних, то зменшуємо діаметри: d_НК= 700 мм = 0,7 м – діаметр напірного колектору; d_ВК= 700 мм = 0,7 м – діаметр всмоктуючого колектору;d_НТ= 600 мм = 0,6 м, d_ВТ= 700 мм = 0,7 м – діаметр напірного та всмоктуючого трубопроводів відповідно.

За [1] встановлюємо дійсні швидкості в трубопроводах: v_НК2= 2,37 м/с; v_ВК2= 2,37 м/с; v_НТ2= 1,63 м/с, v_ВТ2= 1,2 м/с. При роботі для першої зміни один водогін не використовується, тому кількість рідини, що проходить в колекторі, дорівнює кількості рідини в трубопроводі. v_НК1= 1,02 м/с; v_ВК1= 1,02 м/с; v_НТ1= 1,39 м/с, v_ВТ1= 1,02 м/с.