4 Расчет главной насосной станции
4.1 Распределение сточных вод по часам суток
Распределение расходов сточных вод по часам суток производится для каждой категории (от населения, общественных зданий и промышленных предприятий) и в зависимости от коэффициента неравномерности.
Расчет производят в следующей последовательности:
1) По расходу сточных вод от населения по таблице 2 [5] находят коэффициент общей неравномерности kgenmax.
2) По величине kgenmax из таблиц 3.6 [4] выписывают величины Р, % для каждого часа суток (колонка 3).
3) Расходы сточных вод от населения для каждого часа в м3/ч (колонка 4) определяются по формуле:
(48)
4) Производственные стоки от промышленных предприятий поступают в канализацию в соответствии с характером технологического процесса, поэтому распределение по часам суток производится по фактическим графикам притока в течении суток. В настоящем проекте из-за отсутствия фактических данных распределение стоков можно произвести следующим образом (колонка 5):
- в первый и последний час каждой смены – максимальный расход:
,
(49)
где
расход
по смене, м3/см;
Т – продолжительность смены, ч;
kн – коэффициент неравномерности зависит от предприятия.
- в остальные часы смены стоки поступают равномерно:
,
(50)
5) Распределение бытовых сточных вод по часам суток в % от промышленного предприятия (колонки 6, 8) принимаются по таблице 5 методических указаний.
Расходы бытовых сточных вод от промышленного предприятия в м3/ч (колонки 7, 9) определяются по формуле:
,
(51)
где
расходы
бытовых сточных от холодных и горячих
цехов по сменам (таблица 4).
6) Рабочие на предприятиях принимают душ сразу после окончания смены. Приток душевых сточных вод происходит в течение 45 минут и приходится на первый час последующей смены. Душевые расходы (колонка 10) в м3/см выписываются из таблицы 4.
7) Общий расход от предприятия в каждый час суток (колонка 11) определяется построчной суммы значений расходов в столбцах 5, 7, 9, 10.
8) Общий расход по городу в каждый час суток (колонка 12) определяется построчной суммы значений расходов в столбцах 4, 11.
На основании рассчитанных данных таблицы 8 строим ступенчатый график почасового притока сточных вод.
Таблица 8 - Суммарный приток сточных вод на насосную станцию
-
Время
Расходы от населения
Расходы от общественных зданий
смена
часы
поселок
баня
прачечная
школа
%
м3/ч
%
м3/ч
%
м3/ч
%
м3/ч
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
8-9
5,85
27,83
6,25
0,17
6,25
0,56
4,17
0,04
9-10
5,85
27,83
6,25
0,17
6,25
0,56
4,17
0,04
10-11
5,85
27,83
6,25
0,17
6,25
0,56
4,17
0,04
11-12
5,05
24,03
6,25
0,17
6,25
0,56
4,17
0,04
12-13
4,2
19,98
6,25
0,17
6,25
0,56
4,17
0,04
13-14
5,8
27,59
6,25
0,17
6,25
0,56
4,17
0,04
14-15
5,8
27,59
6,25
0,17
6,25
0,56
4,17
0,04
15-16
5,8
27,59
6,25
0,17
6,25
0,56
4,17
0,04
Итого по смене:
44,2
210,29
50
1,35
50
4,5
33,36
0,33
2
16-17
5,8
27,59
6,25
0,17
6,25
0,56
4,17
0,04
17-18
5,75
27,36
6,25
0,17
6,25
0,56
4,17
0,04
18-19
5,2
24,74
6,25
0,17
6,25
0,56
4,17
0,04
19-20
4,75
22,60
6,25
0,17
6,25
0,56
4,17
0,04
20-21
4,1
19,51
6,25
0,17
6,25
0,56
4,16
0,04
21-22
2,85
13,56
6,25
0,17
6,25
0,56
4,16
0,04
22-23
1,65
7,55
6,25
0,17
6,25
0,56
4,16
0,04
23-24
1,65
7,55
6,25
0,17
6,25
0,56
4,16
0,04
Итого по смене:
31,75
151,06
50
1,35
50
4,5
33,32
0,33
3
0-1
1,65
7,55
-
-
-
-
4,16
0,04
1-2
1,65
7,55
-
-
-
-
4,16
0,04
2-3
1,65
7,55
-
-
-
-
4,16
0,04
3-4
1,65
7,55
-
-
-
-
4,16
0,04
4-5
1,65
7,55
-
-
-
-
4,17
0,04
5-6
4,2
19,98
-
-
-
-
4,17
0,04
6-7
5,8
27,60
-
-
-
-
4,17
0,04
7-8
5,8
27,60
-
-
-
-
4,17
0,04
Итого по смене:
24,05
114,43
-
-
-
-
33,32
0,33
Итого:
100
475,78
100
2,7
100
9,0
100
1,0
-
Расходы от общественных зданий
больница
столовые, рестораны
гостиница
%
м3/ч
%
м3/ч
%
м3/ч
11
12
13
14
15
16
8,0
0,75
1,0
0,14
7,0
1,31
10,0
0,94
18,0
2,59
5,0
0,94
6,0
0,56
18,0
2,59
4,25
0,80
10,0
0,94
2,0
0,29
3,75
0,70
10,0
0,94
1,0
0,14
2,0
0,38
6,0
0,56
1,0
0,14
2,0
0,38
5,0
0,47
4,0
0,58
4,2
0,79
8,5
0,80
4,0
0,58
5,8
1,09
63,5
5,95
49
7,06
34
6,38
5,5
0,52
4,0
0,58
6,4
1,20
5,0
0,47
6,0
0,86
6,4
1,20
5,0
0,47
3,0
0,43
6,4
1,20
5,0
0,47
6,0
0,86
6,6
1,24
2,0
0,19
7,0
1,01
10,4
1,95
0,6
0,06
10,0
1,44
9,0
1,69
3,0
0,28
-
-
1,0
0,19
0,5
0,05
-
-
1,0
0,19
26,6
2,49
36
5,18
47,2
8,85
0,2
0,02
-
-
0,5
0,09
0,2
0,02
-
-
0,5
0,09
0,2
0,02
-
-
0,5
0,09
0,2
0,02
-
-
0,5
0,09
0,5
0,05
-
-
0,5
0,09
0,6
0,06
-
-
0,9
0,17
3,0
0,28
12,0
1,73
5,0
0,94
5,0
0,47
3,0
0,43
10,4
1,95
9,9
0,93
15
2,16
18,8
3,53
100,00
9,37
100,00
14,4
100,00
18,75
Расходы от пром.предприятия |
Всего по городу |
||||||
производственные |
бытовые в цехах |
душевые |
всего от предприятия |
||||
холодные |
горячие |
||||||
м3/ч |
% |
м3/ч |
% |
м3/ч |
м3/ч |
|
м3/ч |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
338,0 |
12,5 |
1,17 |
12,5 |
1,17 |
4,7 |
345,04 |
375,84 |
234,0 |
6,25 |
0,59 |
8,12 |
0,76 |
|
235,35 |
268,42 |
234,0 |
6,25 |
0,59 |
8,12 |
0,76 |
|
235,35 |
267,9 |
234,0 |
6,25 |
0,59 |
8,12 |
0,76 |
|
235,35 |
262,08 |
234,0 |
18,75 |
1,76 |
15,63 |
1,46 |
|
237,22 |
259,43 |
234,0 |
37,5 |
3,51 |
31,25 |
2,93 |
|
240,44 |
269,88 |
234,0 |
6,25 |
0,59 |
8,12 |
0,76 |
|
235,35 |
265,55 |
338,0 |
6,25 |
0,59 |
8,12 |
0,76 |
|
339,35 |
370,18 |
2080 |
100 |
9,37 |
100 |
9,37 |
|
2098,74 |
2339,28 |
253,5 |
12,5 |
1,17 |
12,5 |
1,17 |
4,68 |
260,52 |
291,18 |
175,5 |
6,25 |
0,59 |
8,12 |
0,76 |
|
176,85 |
207,51 |
175,5 |
6,25 |
0,59 |
8,12 |
0,76 |
|
176,85 |
204,46 |
175,5 |
6,25 |
0,59 |
8,12 |
0,76 |
|
176,85 |
202,79 |
175,5 |
18,75 |
1,76 |
15,63 |
1,46 |
|
178,72 |
202,15 |
175,5 |
37,5 |
3,51 |
31,25 |
2,93 |
|
181,94 |
199,46 |
175,5 |
6,25 |
0,59 |
8,12 |
0,76 |
|
176,85 |
185,64 |
253,5 |
6,25 |
0,59 |
8,12 |
0,76 |
|
254,85 |
263,41 |
1560 |
100 |
9,37 |
100 |
9,37 |
|
1578,74 |
1756,6 |
253,5 |
12,5 |
1,17 |
12,5 |
1,17 |
4,68 |
260,52 |
268,22 |
175,5 |
6,25 |
0,59 |
8,12 |
0,76 |
|
176,85 |
184,55 |
175,5 |
6,25 |
0,59 |
8,12 |
0,76 |
|
176,85 |
184,55 |
175,5 |
6,25 |
0,59 |
8,12 |
0,76 |
|
176,85 |
184,55 |
175,5 |
18,75 |
1,76 |
15,63 |
1,46 |
|
178,72 |
186,45 |
175,5 |
37,5 |
3,51 |
31,25 |
2,93 |
|
181,94 |
202,19 |
175,5 |
6,25 |
0,59 |
8,12 |
0,76 |
|
176,85 |
207,44 |
253,5 |
6,25 |
0,59 |
8,12 |
0,76 |
|
254,85 |
285,34 |
1560 |
100 |
9,37 |
100 |
9,37 |
|
1578,74 |
1703,29 |
5200 |
|
28,11 |
|
28,11 |
|
5270,31 |
5799,17 |
|
Рисунок 1 – График почасового притока сточных вод
4.2
Проектирование главной насосной станции
Расчет насосной станции сводится к определению: требуемого напора насосной станции, производительности насосов, количества рабочих и резервных насосных агрегатов, диаметра напорных трубопроводов, емкости приемного резервуара.
Подбор насосов
Расчет и проектирование производится в следующей последовательности:
1) Из таблицы 8 и
графика почасового притока сточных вод
определяем максимальный часовой и
секундный приток:
.
Расчётная подача насосной станции
должна удовлетворять условию:
,
м3/с
(52)
м3/с
2) Назначается категория насосной станции – II категория – это насосные станции населенных пунктов с количеством жителей от 5000 до 50000 чел., если аккумулирующая вместимость подводящих сетей обеспечивает прием стоков на время отключения станции при ремонте. II категория допускает перерыв в подаче воды на время, обусловленное аккумулирующей вместимостью подводящих сетей.
3) Определяется количество рабочих насосов:
,
(53)
где
-
производительность одного насоса,
принимается приблизительно равной
минимальному часовому поступлению
стоков на станцию из таблицы 8.
шт
Исходя из количества рабочих насосов подбираем 2 насоса, один рабочий, второй резервный.
4) Определяется число напорных трубопроводов. Согласно [5] число напорных трубопроводов для станций 1 категории должно быть не менее 2-х с устройством в случае необходимости между ними переключений, расстояние между которыми следует определять из условия обеспечения при аварии на одном из них пропуска 100 % расчётного расхода (при использовании резервных насосов). Для насосных станций II и III категории допускается принимать один напорный трубопровод.
5) Определяется расход в каждом водоводе:
=52,2
л/с (54)
Определяем диаметр водовода по формуле:
,
м , (55)
где
секундный
расход в каждом водоводе = 0,052 м3/с.
Тогда,
Принимаем стальные трубы стандартного диаметра 300 мм и уточняем скорость:
Определяем гидравлический радиус:
Определяем
коэффициент Шези по формуле Маннинга:
,
где n – коэффициент шероховатости трубы, для напорных трубопроводов n = 0,013.
Проверяем скорость в напорных водоводах при аварии.
При двух водоводах
и аварийном выпуске во время аварии на
одном водоводе второй должен обеспечить
70 % расчётной подачи, т.е.
.
6) Определяются потери напора в напорных трубопроводах:
,
м, (56)
где i - потери напора (гидравлический уклон) на 1 м трубопровода;
-
длина напорного трубопровода (от насосной
станции до очистных сооружений), м.
7) Определяется расчётный напор:
,
м, (57)
где
требуемый напор насосов, м:
,
(58)
где z0- отметка подачи сточных вод (отметка насыпи), м, за которую может быть принята:
- отметка шелыги напорного трубопровода в точке присоединения к приёмной камере или отводящему самотечному каналу выше уровня воды в них (принимается на 0,5 м выше уровня воды в самотечном коллекторе);
- наибольшая отметка из: отметки максимального уровня воды в приёмной камере или канале, при присоединении ниже уровня воды в них (принимается на 4,0 м выше отметки земли очистных сооружений водоотведения) или отметки выше горизонта высоких вод водоёма на 8,0 м;
zрез - отметка откачки, м, за которую может быть принята:
- отметка среднего уровня воды в приёмном резервуаре - для насосных станций с регулирующими резервуарами, принимается на 0,75 ÷ 1,25 м ниже отметки лотка самотечного подводящего коллектора (из гидравлического расчёта - таблица 7);
- отметку воды в подводящем коллекторе при минимальном притоке - для насосных станций, не имеющих резервуаров;
потери напора в
коммуникациях насосной станции,
принимаются = 2,0 ÷ 2,5 м;
потери
напора в водомерном узле принимаются
= 1,5 м;
потери
напора в напорных трубопроводах, м;
потери
напора на излив в приёмную камеру,
принимаются = 0,5 м.
Тогда,
м
8) Производится
выбор марки насосов по сводным графикам
полей Q - Н. Подбирается выше определённое
количество одинаковых насосов с подачей
каждого насоса
таким
образом, чтобы их суммарная подача
соответствовала расчётной
,
а развиваемый напор - напору
.
Предпочтение отдаётся насосам с более
высоким кпд в рабочей точке.
Принимаем 1 рабочий и 1 резервный насосы марки Гр 160/16, где Q = 263,09 м3/ч,
Н =6,8 м, n = 1450 мин-1.
9)
Для анализа совместной работы сети и
насосной станции строится график их
совместной работы и определяется рабочая
точка – напор
.
и подача
.
Рабочая подача должна быть не менее
максимального расчётного притока, т.е.
.
Если это условие не выполняется,
подбирается другой диаметр напорных
водоводов или их количество.
Для построения характеристик Q - Н параллельной работы насосов необходимо складывать подачи насосов при одинаковых напорах.
Характеристика водоводов строится по формуле:
,
м, (59)
где s - коэффициент, определяемый по формуле:
(60)
Q,м3/ч |
180 |
346,97 |
513,94 |
680,91 |
847,88 |
1014,85 |
1181,82 |
1348,79 |
Н, м |
0,28 |
0,3 |
0,32 |
0,34 |
0,36 |
0,38 |
0,4 |
0,42 |
10) Определяется количество перемычек на напорных водоводах. Строятся характеристики всех рабочих и резервных насосов и напорных трубопроводов при аварии на одном из трубопроводов, т.е. выключения одного участка между камерами переключения.
Подача воды при
аварии
должна быть не менее максимального
расчётного притока
.
Принимаем количество перемычек 4.
Если перемычки делят водоводы на равные участки, то увеличение потерь напора в зависимости от количества перемычек принимается k = 1,60.
В этом случае характеристика водоводов строится по уравнению:
,
м. (49)
Q,м3/ч |
180 |
346,97 |
513,94 |
680,91 |
847,88 |
1014,85 |
1181,82 |
1348,79 |
Н,м |
2,4 |
2,8 |
3,5 |
4,5 |
5,7 |
7,2 |
9 |
11 |
На основании приведенного расчета строим график совместной работы насоса и сети.
Рисунок
2 - График
совместной работы насоса и сети
4.3 Определение емкости приемного резервуара
Рабочая емкость приемного резервуара Wmin рассчитывается как наибольшее значение из двух, определяемых по формулам:
(50)
где
минимальный
часовой приток, м3/ч;
рабочая подача
насосной станции, определяемая по
графику совместной работы насосов и
сети, м3/ч;
число включений
насосов в 1 час. Число включений в течении
1 часа допускается до 3 при ручном
управлении и до 5 – при автоматическом
управлении;
максимальная
часовая подача одного из насосов, м3/ч.
Максимально возможную подачу одного
насоса при отключении остальных
ориентировочно можно определить по
формуле:
(51)
где
коэффициент,
учитывающий увеличение подачи одного
насоса при отключении остальных,
определяемый в зависимости от числа
рабочих насосов,
.
Тогда,
Принимаем наибольшее значение емкости приемного резервуара Wmin=45,1 м3.