Насосная станция

Содержание Введение 1. Обоснование схемы гидроузла машинного водоподъема 2. Определение расчетных напора и подачи насосов и выбор числа насосных агрегатов 2.1 Определение расчетного напора

2.2 Определение расчетной подачи и числа устанавливаемых агрегатов 3. Выбор насосов и приводных электродвигателей 3.1 Выбор основного насоса 3.2 Выбор электродвигателя 4. Проектирование всасывающих и напорных трубопроводов 4.1 Проектирование всасывающих трубопроводов 4.2 Проектирование напорных трубопроводов 4.2.1 Внутристанционные напорные трубопроводы 4.2.2 Внешние напорные трубопроводы 5. Составление графической характеристики совместной работы насосов и трубопроводов 6. Подбор вспомогательного оборудования 6.1. Сороудерживающие устройства 6.2. Затворы 6.3. Подъемно-транспортное оборудование 6.4. Дренажно-осушительная система 6.5. Система технического водоснабжения 6.6. Система маслоснабжения и пневматическое хозяйство 7. Конструктивно-компоновочные решения зданий насосной станции, водозаборных сооружений и их параметры 7.1. Выбор типа здания станции 7.2. Определение высотного положения основных насосных агрегатов 7.3. Определение основных размеров здания насосной станции 7.3.1 Определение высоты подземной части здания 7.3.2 Плановая компоновка и размеры насосного помещения здания станции 7.3.3 Верхнее строение здания станции 7.4 Проектирование водозаборного сооружения Литература Введение Задача данного курсового проекта — составление и расчетное обоснование проекта насосной станции. Насосными станциями называют комплексы гидротехнических сооружений и оборудования, обеспечивающие забор воды из источника, транспортировку и подъем ее к месту потребления. Состав сооружений насосных станций, их взаимное расположение и конструктивное исполнение зависят от множества факторов: назначения, подачи и напоров, природных условий (рельеф местности, колебание уровней воды в верхнем и в нижнем бьефах, объем твердого стока, инженерно-геологические и гидрогеологические условия), наличия местных строительных материалов, технического оснащения строительной организации и др. 1. Обоснование схемы гидроузла машинного водоподъема Компоновка сооружений насосной станции при минимальной стоимости и площади застройки должна обеспечивать наиболее благоприятные условия их эксплуатации. В состав насосной станции входят следующие сооружения: подводящий канал, здание насосной станции блочного типа (совмещенное с водозаборным сооружением открытого типа) и машинный канал. Водозаборное сооружение — берегового типа. Проектируемая насосная станция предназначена для орошения (работающая на машинный канал). Максимальная подача станции — 14,7 м3/с. Грунт основания в районе строительства — супесь. Береговой водозабор, совмещенный со зданием насосной станции, применяется в крупных водозаборах (Q >10м3/с) и при использовании насосов устанавливаемых под залив. Здание станции располагается на некотором удалении от берега в конце подводящего канала. 2. Определение расчетных напора и подачи насосов и выбор числа насосных агрегатов 2.1 Определение расчетного напора Расчетный напор насоса: (2.1) Геодезическая высота подъема — при значительных колебаниях уровней воды в бьефах используется средневзвешенная геодезическая высота подъема (2.2) Расчеты по определению средневзвешенной геодезической высоты подъема удобно вести в табличной форме. Таблица 2.1 Определение средневзвешенной геодезической высоты подъема. Период работы насосной станции Число суток в периоде ti, сут. Расход НС QI, м3/с Отметка уровня воды, м Геодезический напор Hгi, м QiHгiti Qiti ВБ НБ 4 30 4,85 240,95 206 34,95 5086,27 145,53 5 31 10,29 241,56 206 35,56 11343,28 318,99 6 30 10,29 241,56 204,8 36,76 11347,81 308,7 7 31 14,7 241,98 204 37,88 17261,92 455,7 8 31 14,7 241,98 203,8 38,08 17353,06 455,7 9 30 9,555 241,49 205 36,49 10459,86 286,65 Σ 72852,2 1971,27 Отметки уровня воды в верхнем бьефе рассчитывают по глубине наполнения машинного канала в зависимости от пропускаемого расхода по кривой связи .

Рисунок 2.1. График связи h=f(Q) для машинного канала Потери напора в трубопроводах складываются из потерь по длине и потерь на местные сопротивления . Потерями предварительно задаются на основе существующего опыта проектирования. Местные потери напора , потерями напора по длине всасывающего трубопровода можно пренебречь, а в напорном трубопроводе они вычисляются по формуле:

(2.3) i=3м/км — удельное сопротивление по длине трубопровода, l=0,29км — длина напорного трубопровода., — запас напора.

2.2 Определение расчетной подачи и числа устанавливаемых агрегатов Расчетная подача насоса определяется максимальной подачей насосной станции и принятым числом насосных агрегатов. (2.4) Число рабочих насосных агрегатов определяется как отношение максимального и минимального расходов из графика водопотребления. (2.5) Резервные насосы предназначены для замены основных в случае выхода их из строя. На насосных станциях II категории надежности водоподачи устанавливается 1 резервный насосный агрегат при числе основных 1 — 8. Число установленных агрегатов: (2.6) — число рабочих агрегатов; — число резервных агрегатов; 3. Выбор насосов и приводных электродвигателей 3.1 Выбор основного насоса Рисунок 3.1. Сводный график рабочих полей насосов типа В Выбор основного насоса ведется по расчетному напору и расчетному расходу по сводным графикам полей насосов соответствующих типов. На сводный график наносится точка А с расчетными координатами Нр=40,33 м. и Qр=4,9 м3/с. Точка А попала в зону насоса марки 1200В — 6,3/40 n=375 об/мин. Рисунок 3.2. Рабочая характеристика насоса 1200В-6,3/40 Имея тип и марку насоса, по каталогу находят рабочую характеристику насоса. На характеристику насоса наносят точку В с координатами Нр=40,33 м. и Qр=4,9 м3/с, которая при правильно подобранном насосе должна находиться на кривой H — Q или несколько ниже нее в пределах рабочей области. Если величины расчетного напора Нр=40,33 м и напора Н=43 м, снятого с кривой H — Q при расчетном расходе Qр=4,9 м3/с, отличаются не более чем на 5 — 10%, насос считается подобранным. 3.2 Выбор электродвигателя Требуемая мощность электродвигателя определяется по максимально возможной подаче насоса Qн=4,9 м3/с, и соответствующему ей напору Нн=40,33 м. (3.1) К — коэффициент запаса, учитывающий возможность перегрузки двигателя (в первом приближении К=1). ηн — КПД насоса в долях единицы, снимаемый с характеристики насоса для Qн. Таблица 3.1 Зависимость коэффициента запаса от мощности двигателя. Мощность двигателя, кВТ до 20 21 — 50 51 — 300 более 300 Коэффициент запаса К 1,25 1,2 1,15 1,1 Рисунок 3.3. Схема насосного агрегата По расчетной мощности двигателя и частоте вращения по каталогу подбирается марка электродвигателя: ВСДН-17-49-16. 4. Проектирование всасывающих и напорных трубопроводов 4.1 Проектирование всасывающих трубопроводов При использовании на насосной станции мощных (Q > 2 м3/с) вертикальных центробежных насосов подвод воды к ним осуществляется с помощью изогнутых всасывающих труб с давлением в них всегда выше атмосферного. Они выполняются в монолитном железобетоне в зданиях блочного типа. Число всасывающих труб равно числу установленных насосных агрегатов. Рисунок 4.1. Всасывающая труба насоса с коленчатым подводом Форма и размеры таких труб устанавливаются заводом изготовителем и зависят от диаметра входного патрубка. 4.2 Проектирование напорных трубопроводов 4.2.1 Внутристанционные напорные трубопроводы Напорные трубопроводы в пределах здания станции служат для подачи воды от насосов к внешним напорным водоводам и включают в себя напорные линии насосов и соединительные трубопроводы. Для обеспечения отключения насосов от внешнего напорного трубопровода они оборудуются дисковыми затворами. Диаметры напорных линий Dн внутри здания станции назначают по скоростям движения воды в них: при Dн > 800мм Vн = 1,8…3,0 м/с. (4.1) Так как значение Dн больше диаметра напорного патрубка насоса dн =1,32м, переходы выполняют в виде диффузоров длиной (4.2) 4.2.2 Внешние напорные трубопроводы Напорные трубопроводы служат для транспортировки воды к водовыпускным сооружениям. Трубопровод состоит из двух ниток, расстояние в свету между ними 2м для исключения подмыва при аварии. Так как на насосной станции установлены насосы с идентичными характеристиками, график водоподачи ступенчатый и количество насосов подключенных к каждой нитке одинаковое расчетный расход этой нитки: (4.3) — условный постоянный расход, который проходя по напорным трубопроводам, вызывает такие потери энергии, какие вызвал бы фактический переменный расход, проходя по тем же трубопроводам за тот же период времени; n — число ниток напорного трубопровода; t — продолжительность периода, сут. Для графика водоподачи и схемы соединения напорных трубопроводов с насосами, приведенных на рисунке эта формула будет иметь вид: Рисунок 4.2. Схема соединения напорных трубопроводов с насосами Для определенного определяется диаметр напорного водовода: (4.4)

5. Составление графической характеристики совместной работы насосов и трубопроводов Порядок построения графической характеристики системы «насосы — трубопроводы» при параллельной работе следующий: Составляется схема соединений внутри насосной станции.

Рисунок 5.1. Технологическая схема насосной станции: 1 – вход в трубу плавный; 2 – переход сужающийся; 3 – колено; 4 – переход сужающийся; 5 – переход расширяющийся; 6 – задвижка; 7 – труба 8 – колено; 9 – тройник; 10 – напорные водоводы. Определяются внутристанционные потери по формуле: (5.1) Где — потери напора по длине всасывающего и напорного внутристанционного трубопроводов соответственно, которыми можно пренебречь; — потери напора в местных сопротивлениях соответственно во всасывающем и в напорном внутристанционном трубопроводах. Для технологической схемы насосной станции с насосами типа «В» и коленчатым подводом потери напора в местных сопротивлениях во всасывающем трубопроводе включают: потери на входе в трубу 1, в переходе сужающемся 2, 4, в колене 3. (5.2) — скорости соответственно на входе в трубу, в колене и в переходе сужающемся, м/с: Потери напора в местных сопротивлениях в напорном внутристанционном трубопроводе определяются с учетом потерь напора в переходе расширяющемся 5, в дисковом затворе 6, колене 8 и тройнике присоединения к магистрали 9: (5.3) — скорости соответственно в переходе расширяющемся, в дисковом затворе, в колене и в ответвлении тройника, м/с. Определяется удельное сопротивление внутристанционной линии: (5.4) Строится кривая внутристанционных потерь Q — Нвн. ст: (5.5) Определение координат кривой внутристанционных потерь удобно вести в табличной форме: Таблица 5.1. Определение координат кривой внутристанционных потерь. Q, м3/с 0 1 2 3 4 5 6 0 0,044 0,176 0,396 0,704 1,1 1,584 Строится характеристика напорного трубопровода Q — Нтр1,2: (5.6) к — коэффициент, учитывающий местные потери в напорном водоводе, равен 1,1; S0=0,0001437 с2/м5 — удельное сопротивление водовода (зависит от его диаметра); l = 290 м — длина водовода. Определение координат кривой характеристики сопротивления одного напорного водовода удобно вести в табличной форме: Таблица 5.2. Определение координат кривой характеристики сопротивления одного напорного водовода. Q, м3/с 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 0,04 0,18 0,41 0,73 1,14 1,65 2,24 2,93 3,71 4,58 5,54 6,60 7,74 8,98 10,3 Для построения этой кривой откладывается определенная ранее средневзвешенная геодезическая высота подъема (Нгср+ΔН — для станций работающих на излив) и проводится линия параллельная оси абсцисс. Суммарная характеристика обоих водоводов строится путем сложения расходов в водоводах при постоянном напоре. Наносится паспортная характеристика насоса Q — Н1,2,3, строятся характеристики двух и трех параллельно работающих насосов Q — Н1+2 и Q — Н1+2+3. Отложив на шкале расходов заданную производительность насосной станции Qнст и поднявшись до пересечения с кривой Q — Нтр1+2 — получим точку А с координатами (Qнст; Н1). Н1 — напор необходимый в начале водовода при расчетной производительности Qнст. Далее строится точка В с координатами (Qн; Н1). Qн — подача одного насоса. В точке В к напору Н1 прибавляется величина внутристанционных потерь, соответствующих расходу одного насоса. Получается точка С, соответствующая значению полного напора насоса при максимальной производительности насосной станции. Так как точка С не попадает на паспортную характеристику насоса, то производится обточка рабочего колеса насоса. Изменение положения характеристики насоса обточкой рабочего колеса производится в следующей последовательности: Строится парабола подобных режимов: k — параметр параболы, который находится из условия прохождения ее через точку С т.е.

(5.7) Находятся параметры точки Е пересечения параболы с паспортной характеристикой насоса при нормальном диаметре рабочего колеса (QЕ; НЕ). Таблица 5.3. Координаты параболы подобных режимов.

Q, м3/с 0 1 2 3 4 5 6 H, м 0 1,72 6,88 15,48 27,52 43 61,92 Определяется коэффициент быстроходности насоса (5.8) Qн, Нн — расход и напор насоса при максимальном КПД. Определяется диаметр рабочего колеса: (5.9) Процент обточки (5.10) при ns=199,83 Через точку С строим характеристику насоса с обточенным рабочим колесом. (5.11) (5.12) Таблица 5.4. Результаты пересчета характеристики насоса при обточке рабочего колеса. Точки Параметры насоса При D =1610 мм При Dобт =1578 мм Q, м3/с Н, м Q, м3/с Н, м 0 0,5 50 0,4900621 48,032175 1 1 48 0,9801242 46,110888 2 2 46 1,9602484 44,189601 3 3 45,5 2,9403727 43,709279 4 4 44,7 3,9204969 42,940764 5 5 43 4,9006211 41,30767 6 6 41 5,8807453 39,386383 Строится приведенная характеристика насоса, проходящая через точку В. Для этого от ординат кривой Qобт — Нобт 1,2,3 отнимаются потери hвн. ст. Строятся приведенные кривые совместной работы параллельно включенных насосов. Определяются величины подач и напоров при индивидуальной и параллельной работе насосов на один и два водовода. Таблица 5.2. Величины подач и напоров при индивидуальной и параллельной работе насосов на один и два водовода. № Режим работы Н, м Q, м3/с 1 Индивидуальная работа на один водовод 39,3 5,4 2 Индивидуальная работа на два водовода 38,4 5,8 3 Параллельная работа двух насосов на один водовод 41,5 8,75 4 Параллельная работа трех насосов на один водовод 42,8 10,2 5 Параллельная работа двух насосов на два водовода 39,3 10,75 6 Параллельная работа трех насосов на два водовода 40,4 14,7 6. Подбор вспомогательного оборудования Вспомогательное оборудование включает в себя механическое оборудование и обслуживающие станцию системы и хозяйства: дренажно-осушительная система; системы технического водоснабжения и маслоснабжения; пневматическое хозяйство. 6.1. Сороудерживающие устройства Устраиваются в виде поверхностных съемных вертикальных сороудерживающих решеток на всех водоприемных отверстиях основных насосов. Служат для предотвращения попадания в водоприемные отверстия сора и плавающих тел, а в отдельных случаях и рыбы. Решетки систематически очищаются с помощью специальных решеткоочистительных устройств. 6.2. Затворы Основные или рабочие затворы — служат для оперативного регулирования расходов и уровней воды, поднимаются и опускаются в текущей воде, т.е. под напором. Ремонтные затворы — используются для временного перекрытия входных отверстий при ремонтах и осмотрах основных затворов, а также насосов и другого оборудования станции в целом. 6.3. Подъемно-транспортное оборудование Это оборудование необходимо для монтажа, ремонта и демонтажа насосных агрегатов, другого оборудования станции. Его грузоподъемность определяется массой наиболее тяжелой монтажной единицы умноженной на коэффициент запаса к=1,1…1,15. Масса деталей принимается в пределах до 60% от общей массы насоса или приводного электродвигателя. Насос марки 1200В — 6,3/40 имеет массу 35 тонн, значит масса самой тяжелой детали составляет 21 тонну. По каталогу подбирается мостовой электрический кран грузоподъемностью 30 тонн. 6.4. Дренажно-осушительная система Дренажно-осушительная система необходима для удаления дренажной воды из подземной части здания и для откачивания воды из проточных трактов станции. Дренажно-осушительная система включает в себя дренажные насосные установки для откачки профильтровавшейся воды в помещение агрегатной части здания станции и систему осушения или опорожнения станции.

Для насосных станций с подачей свыше 10 м3/с подача дренажных насосов назначается Qд=10л/с. Суммарная подача насосов системы опорожнения (6.1) W=35 м3 — суммарный объем воды, находящийся во всасывающей трубе и в камере осушаемого насоса при максимальном УНБ; t=5 ч — время откачки; q=1 л/с=3,6 м3/ч.

Так как удаление дренажной воды из подземных помещений ведется периодически, в дренажно-осушительной системе устраиваются только два рабочих насоса. 6.5. Система технического водоснабжения Предназначена для подачи технически чистой воды к устройствам насосных агрегатов, к сальниковым уплотнениям. Источник водопитания — нижний бьеф. Подача на каждый насосный агрегат — 1 л/с, при напоре — 50 м. В системе технического водоснабжения используют центробежные насосы консольного типа «К» — один рабочий и один резервный. 6.6. Система маслоснабжения и пневматическое хозяйство Система маслоснабжения необходима для обеспечения маслами масляных ванн и подшипников электродвигателей, насосов, трансформаторов и других маслонаполненных электроаппаратов. Насосы подбираются из условия заполнения емкости вместимостью до 20 тонн за 2 часа, а больших емкостей не более чем за 4 часа. Пневматическое хозяйство служит для обеспечения сжатым воздухом станции, т.е. для питания устройств очистки сороудерживающих решеток и обдувки обмоток электродвигателей, котлов маслонапорных установок, торможения агрегатов, а также для снабжения аппаратуры контроля, пневмоинструментов. 7. Конструктивно-компоновочные решения зданий насосной станции, водозаборных сооружений и их параметры 7.1. Выбор типа здания станции Так как забор воды ведется из реки с большим колебанием уровня воды в ней 2,2 м, большой отрицательной высоты всасывания насоса и подачей более 2м3/с, принимается заглубленное здание станции блочного типа. 7.2. Определение высотного положения основных насосных агрегатов Отметка оси насосов определяется алгебраической суммой расчетного (минимального) уровня воды в источнике и значения допустимой геометрической высоты всасывания насоса : ОН=УВmin+Нвсдоп, м. (7.1), (7.2) Напор воды соответствующий атмосферному давлению на уровне установки насоса: (7.3) — упругость насыщенных паров жидкости, =0,24м при t=20оС; =15,5м — допустимый кавитационный запас, снимается с характеристики насоса; =0,144м — потери напора во всасывающей линии. ОН=203,8 — 5,8 = 198м. 7.3. Определение основных размеров здания насосной станции 7.3.1 Определение высоты подземной части здания Высота подземной части здания насосной станции заглубленного типа определяется по формуле: (7.4) =0,1Нст=1,1м — толщина фундаментной плиты; ФП=ОН-hн=198 — 2,75 = 195,25 (7.5) – отметка верха фундаментной плиты; hн=2,75 — превышение оси рабочего колеса насоса над верхом фундаментной плиты; (7.6) — максимально возможный напор воды на конструкцию в расчетном сечении; — допустимая геометрическая высота всасывания; (7.7) — амплитуда колебаний уровня воды в водоисточнике; — конструктивный запас. 7.3.2 Плановая компоновка и размеры насосного помещения здания станции Насосные агрегаты располагаются в один ряд вдоль водоприемного фронта. Ширина агрегатного блока принимается равной: (7.8) — толщина стены насосного помещения станции; а1=1,52м — монтажный проход; bНА=3,78м — поперечный размер насосного агрегата; lком=6м — длина участка внутристанционных коммуникаций; а2=0,5м — монтажное удаление коммуникаций от стены помещения. Расстояние между осями агрегатов, т.е. длина агрегатного блока определяется условиями размещения насосных агрегатов и обеспечением монтажно-эксплуатационных проходов: (7.9) lНА=4,026м — габарит насосного агрегата в продольном направлении; а3=1,474м — монтажный проход между агрегатами. Длина всего здания станции определяется проходами между торцевыми стенками и агрегатами, продольным размером самих агрегатов, их числом, расстоянием между ними, а также длиной монтажной площадки: (7.10) — длина монтажной площадки; а4=1м — проход между торцом оборудования и стеной; n — число основных агрегатов. 7.3.3 Верхнее строение здания станции Верхнее строение служит для размещения подъемно-транспортного оборудования, электродвигателей насосных агрегатов. Эта часть здания состоит из электромашзала с монтажной площадкой и примыкающих к нему пристроек для электротехнического оборудования, а также служебных, административных и бытовых помещений. Конструктивно верхнее строение оформляется в виде промышленного здания каркасного типа. Оно состоит из сборных железобетонных элементов — системы колонн, ферм и ригелей покрытия, подкрановых балок на консолях. Стены каркасных строений не несущие и выполняются из сборных стеновых панелей из легких бетонов толщиной 200 мм. Верхнее строение насосной станции, оборудованной мостовым краном, имеет высоту: (7.11) hкр=3,15м — габарит кранового оборудования; hст=1м — высота строповки груза; 0,1 — минимальное расстояние от низа перекрытия до верха балки крана; hгр=3,5м — высота самой крупной транспортируемой детали; 0,5 — минимальный запас высоты от груза до установленного оборудования; hоб=3,5м — высота установленного оборудования.

Определенную высоту здания насосной станции (расстояние от уровня чистого пола до низа несущих конструкций покрытия на опоре) округляют до стандартного значения . Пролет верхнего строения или ширина машзала также округляется до стандартного значения В=15м. Длина верхнего строения также, как и насосного помещения принимается кратной 6м . Шаг колонн — 6м.

7.4 Проектирование водозаборного сооружения Водозаборное сооружение открытого типа представляет собой открытые сверху камеры, разделенные бычками, между которыми устанавливаются затворы и сороудерживающие решетки. Ширину камеры принимают равной: (7.12) Длина камеры назначается конструктивно исходя их условия размещения служебных мостиков, сороудерживающих решеток, основных и ремонтных затворов . Коэффициент секундного водообмена: > 15сек. (7.13) Глубина воды в камере при минимальном уровне воды 8,55м. Служебные мостики устраиваются выше максимального уровня воды на 1м. Общая длина водоприемного фронта: (7.14) — толщина быка; n — число камер. Насосная станция оборудуется затворами пролетом 4,5м и высотой 11м, ширина паза 0,6м, глубина паза 0,3 м. Сопряжение каналов с береговыми сооружениями станции обеспечивает аванкамера в виде симметрично расширяющейся (центральный угол конусности 35о) и заглубляющейся концевой части канала (уклон дна i=0,4). Дно аванкамеры в плане представляет собой трапецию, меньшее основание которой b=6м, большее Вф=21м. Рисунок 7.1. Водозаборное сооружение открытого типа Литература 1. Учебно-методическое пособие к курсовому проекту «Насосная станция» по дисциплине «Насосные станции» для студентов специальности Т. 19.04 — «Водохозяйственное строительство». Минск 2000 2. Насосы и насосные станции: Учебник / Под ред. В.Ф. Чебаевского. — М.: Агропромиздат, 1989. -416с. 3. Проектирование насосных станций и испытание насосных установок: Учеб. Пособие / Под ред. В.Ф. Чебаевского. -3-е изд., перераб. и доп. -М.: Колос, 1982. -320 с.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
allbest-referat.ru
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.