книги / Насосные станции систем водоснабжения и водоотведения

следует приводить в записке общие теоретические и инженерные положения.

На чертежном листе в масштабе 1:50 или 1:100 обязательно приводятся продольный и поперечный разрезы насосной станции и план машинного зала, а для заглубленных насосных станций и первого этажа. Для насосных станций I и II подъема приводятся схемы, обосновывающие вертикальную компоновку оборудования. Насыщенность листа деталями технологического оборудования и строительных конструкций насосной станции определяет глубину проработки студентом проекта. Спецификацию, составленную по установленной форме, можно размещать на листе или в пояснительной записке.

Расчеты и конструирование насосной станции следует вести параллельно. Принимаемые решения студент должен представлять в пространстве, вычерчивая по ходу расчетов необходимые схемы. Сразу же после компоновки оборудования необходимо приступать к работе над листом, производя дальнейшие расчеты одновременно с завершением графической части проекта.

Студенту, приступающему к проектированию, следует ознакомиться с образцами решений подобных насосных станций, уточняя и ограничивая круг образцов-аналогов по мере проектирования.

121

7.ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

7.1.Удельные технико-экономические показатели

иих определение

Основными экономическими показателями работы насосной станции являются коэффициент полезного действия насосной станции и удельный расход электроэнергии (или условного топлива). Коэффициентом полезного действия насосной станции называется отношение полезной энергии, передаваемой перекачиваемой жидкости, к энергии, потребляемой электродвигателями всех агрегатов. Определяется этот коэффициент по формуле

где Nпл – полезная мощность станции, кВт·ч;

Nпт – потребляемая мощность насосной станции, кВт·ч. Если насосная станция работает равномерно в течение су-

ток, подавая расход Q, м3/с, при давлении р, кПа, то полезную мощность насосной станции можно вычислить по выражению

Коэффициент полезного действия насосного агрегата

ηа = ηн · ηпр· ηдв.

Из выражений (46)–(48) получим: ηн.с = ηа. Это выражение справедливо, если на насосной станции установлены однотипные насосные агрегаты, работающие в одинаковом режиме в

122

Рис. 50. График ступенчатой работы насосной станции с тремя рабочими агрегатами

При работе разнотипных насосов КПД насосной станции определяют по формуле

где ηa1 – КПД первого агрегата при одиночной работе, ηa1 = = ηн1 · ηдв1; η’a1+II – КПД первого агрегата при параллельной работе со вторым агрегатом, η’a1+II = ηн1+II · ηдв1+II; η’’a1+II – КПД второго агрегата при параллельной работе с первым агрегатом; η’’a1+II = ηн1+II · ηдв1+II; η’a1+II+III – КПД первого агрегата при параллельной работе с третьим и вторым агрегатами, η’a1+II+III = = ηн1+II+II · Iηдв1+II +III; η’’a1+II+III – КПД второго агрегата при параллельной работе с первым и третьим агрегатами, η’’a1+II+III =

=ηн1+II+III · ηдв1+II +III; η’’’a1+II+III – КПД третьего агрегата при па-

раллельной работе с первым и вторым агрегатами, η’’’a1+II+III =

=ηн1+II+III · ηдв1+II +III.

124

При определении КПД насосной станции большое значение имеет правильный учет расходования электроэнергии, который, как правило, производят отдельно по каждому насосному агрегату. Результаты учета записывают в журнал работы агрегата, где отмечают и режим его работы, т.е. подачу воды и манометрический напор.

Фактический расход электроэнергии, кВт·ч, за время t можно определить из выражения

Обычно стоимость подачи воды водопроводными и канализационными насосными станциями определяют, исходя из годовых эксплуатационных расходов и годового объема поданной воды. Поэтому Т принимают равным 365 дням. Однако первый член равенства (50) представляет собой расход электроэнергии в сутки максимальной подачи, а насосная станция в течение года в отдельные дни может подавать минимальный или средний объем воды. Для определения фактического годового расхода электроэнергии М.С. Заневский предложил вве-

сти коэффициент, равный 0,85, т.е. Aгод = 0,85 Aмаксгод .

Вторым, наиболее важным экономическим показателем работы насосной станции является удельный расход электроэнергии – отношение фактически израсходованного количества электроэнергии к полезной работе, совершаемой насосами за

то же время, т.е. a = Nпт , или

Nпл

Если расход энергии определить в киловатт-часах (кВт·ч) и отнести его к полезной работе в виде произведения тысячи тонна-метров поданной воды, то удельный расход электроэнергии станет числом именованным:

125

Nуд = 2,η 724 , [кВт ч1000 т м] ,

н.с

ибудет называться теоретической удельной нормой расхода электроэнергии.

Теоретической удельной нормой расхода электроэнергии является расход электроэнергии, кВт·ч, на подачу 1000 т перекачиваемой жидкости на высоту 1 м при режиме работы насоса

иэлектродвигателя с максимальным КПД.

Удельную норму расхода электроэнергии для насосного агрегата можно определить по формуле

Анализ равенства (52) показывает, что удельная норма расхода электроэнергии обратно пропорциональна КПД насосного агрегата. Известно, что КПД насосного агрегата уменьшается при применении способа регулирования подачи насоса дросселированием на напорном патрубке. Уменьшение КПД насосного агрегата приводит к увеличению расхода электроэнергии и, следовательно, к ухудшению экономических показателей работы насосной станции.

Принимая паспортные значения ηн и ηдв можно получить теоретическую удельную норму расхода электроэнергии для насосного агрегата. Сравнение фактического удельного расхода электроэнергии в данных условиях работы агрегата с теоретическим удельным расходом позволяет судить об экономическом эффекте работы агрегата. Например, из выражения (52) можно определить КПД насоса:

η = 2,724 . (53)

Из опыта эксплуатации насосных агрегатов известно, что электродвигатель мало изменяет КПД с течением времени и его значение можно принимать по паспорту. Зная фактическую удельную норму расхода электроэнергии, можно определить

126

фактический КПД насоса. Сравнение определенного КПД насоса с паспортным покажет, насколько изменилась энергетическая характеристика насоса. КПД насоса необходимо определять после окончания монтажа насоса перед сдачей его в эксплуатацию, так как бывают отклонения фактического КПД насоса от паспортных данных.

Для выявления изменений КПД насоса рекомендуется периодически (на станциях I подъема – 2 раза в 1 год; на станциях II подъема – 1 раз в год или в 2 года) производить испытания работы агрегата с определением энергетических характеристик насоса.

Удельная норма расхода электроэнергии является основным показателем для планирования подачи электроэнергии на питание насосной станции. Пользуются и еще одним показателем – коэффициентом использования рабочей мощности, которым называется отношение фактически израсходованной энергии Аф в течение рассматриваемого периода к той энергии, которую могли израсходовать рабочие агрегаты, если бы они работали в течение 24 ч в оптимальном режиме Ар.а.опт, т.е. при подаче Qoпт и давлении ропт, соответствующих максимальному КПД:

чих агрегатов, t – период работы агрегатов).

Коэффициентом использования установленной мощности называется отношение фактически израсходованной энергии Аф к энергии, которую израсходуют все установленные насосы, если будут работать с максимальным КПД в течение 24 ч:

127

где n – число всех установленных насосов (рабочих и резервных); ηa макс – максимальный КПД агрегата при Qопт.

7.2. Технико-экономическое сравнение вариантов проектируемой насосной станции

Экономически обоснованный выбор решений является одним из основных факторов повышения эффективности капиталовложений.

При проектировании насосных станций различного назначения может быть намечено несколько технически равноценных вариантов, при которых полностью выполняются требования режима работы насосной станции и обеспечение требуемой подачи и напора, но различных по стоимости.

Экономическому сравнению подлежат технически осуществимые варианты насосных станций, обеспечивающих ввод в

действие основных фондов в нужный народному хозяйству срок, выполнение запланированных подачи и напора и требуемые санитарно-гигиенические условия труда обслуживающего персонала.

При проектировании насосных станций водоснабжения возникают вопросы: какую принять форму здания в плане, каким способом осуществить строительство, какого типа установить насосы, как их установить (под залив или в соответствии с допустимой высотой всасывания), какое принять число агрегатов, степень и вид автоматизации, режим работы станции, вместимость регулирующей емкости, нужна ли система охлаждения двигателей и т.д.

При проектировании насосных станций перекачивания сточной жидкости, осадков и илов возникают следующие вопросы: какую выбрать схему станции и форму здания в плане, каким способом осуществить строительство, где расположить

128

станцию, какую принять высоту установки насосных агрегатов, какие выбрать системы взмучивания осадка и технического водоснабжения, каким способом обрабатывать задержанные отбросы, каким образом блокировать насосную станцию с другими сооружениями канализационной сети и т.д.

Вопрос о том, который из этих вариантов должен быть принят к строительству, решают путем технико-экономичес- кого сравнения. Оптимальный вариант выбирается на стадии составления проектного задания по следующим показателям: капитальные вложения (строительная стоимость) К, годовые эксплуатационные расходы (себестоимость годовой продукции и услуг) С.

Капитальные вложения в строительство насосной станции К определяют по укрупненным сметным нормам (УСН), укрупненным показателям стоимости сооружений (УПСС), сметам по данному объекту или сметам по объектам-аналогам. Сметная стоимость строительства – это денежное выражение суммы затрат, необходимых для возведения насосной станции согласно проекту, ввода в действие ее основных фондов и пла-

энергии, расходуемой на подачу воды; заработную плату обслуживающего персонала; стоимость текущего ремонта; амортизационные отчисления; мелкие и неучтенные расходы.

Стоимость электроэнергии. По этой статье учитывают стоимость электроэнергии, затрачиваемой на производственные нужды и электроосвещение.

Промышленные и приравненные к ним потребители с присоединенной мощностью до 750 кВт оплачивают электроэнергию по одноставочному тарифу. Одноставочный тариф учитывает плату за отпущенную активную электроэнергию в кВт·ч, учтенную счетчиком.

При присоединенной мощности от 750 кВт и более плата за отпущенную электроэнергию производится по двухставоч-

129

ному тарифу, который предусматривает дополнительную оплату заявленной мощности трансформаторов и высоковольтных электродвигателей (без автоматически включаемого резерва). При мощности более 750 кВт дополнительная плата исчисляется за отпускаемую потребителям мощность в час максимальной загрузки энергосистемы, совпадающий с часом максимального водопотребления (водопритока) или с часом максимального транзита.

Годовую стоимость электроэнергии, затрачиваемой насосными агрегатами, при равномерной круглосуточной работе насосной станции определяют по среднесуточной подаче насосной станции:

где а – стоимость электроэнергии, руб., за 1 кВт·ч; ηн – КПД насосов, определяемый по каталогу при заданной подаче и напоре; η дв – КПД электродвигателей, принимаемый: при их мощности до

10 кВт– 0,85, до50 кВт– 0,9 иболее50 кВт– 0,92.

При соединении насоса с электродвигателем передачей какого-либо типа в знаменатель этой формулы вводят КПД передачи:

где ηпр = 0,94.

Годовую стоимость электроэнергии, затрачиваемой насосными агрегатами при ступенчатом режиме работы насосной станции, следует определять по формуле

где Q1, Q2, Qm – подача воды насосной станцией соответственно на 1-й, 2-й,…, m-й ступени работы станции, м3/с; р1, р2,…, рm – давление насосов при соответствующих ступенях работы станции, кПа; t1, t2, . tm – число часов работы насосов в году при

130