Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Насосная станция системы водоотведения. Методические указания для студентов бакалавриата, обучающихся по специальности 270800 «Водоснабжение и водоотв
.pdf
Q
. — подача насосной станции, м3/ч;
н. ст
J — максимальное количество включений насоса в час.
Включения и отключения насосов в течение часа позволяют сократить объем приемного резервуара. Вместе с тем подобный режим
работы насосов усложняет эксплуатацию насосной станции и оказывает неблагоприятное влияние на изоляцию обмоток двигателей.
При мощности двигателя насосного агрегата N > 50 кВт рекомендуется принимать не более 3-х включений насоса в час (отечественных
марок), а при N < 50 кВт — не более 5-ти (10 — для импортных
марок насосных агрегатов).
По предварительным оценкам мощность однотипного двигателя,
который будет устанавливаться на проектируемой насосной станции, N > 50 кВт, поэтому предполагается, что каждый насос может
включаться и отключаться до 3 раз в час.
Тогда: W
Окончательный объем W
= 0,5 × (1 – 0,5) = 180 м3 = 0,53–0,5 % от Q
рег
приемного резервуара назначается
рег
сут
.
после выбора количества и марок насосных агрегатов, при компоновке насосной станции.
С учетом предварительных данных о подачах насосов и режимах
поступления сточных вод составляется график работы насосной
станции. Расчеты выполняются в табличной форме, как это показано
на примере в табл. 3.
Время работы насосов по минутам в часы суток рассчитывается:
с 0–1 ч 1,8 = 2,5x, x = 0,72 0,72 60 = 43,2 44 или 1 насос работает 44 мин;
с 6–7 ч 4,1 = 2,5x + 4,5 (1–x), x = 0,2, т.е. 1 насос работает 12 мин,
а 2 насоса — 48 мин;
с 7–8 ч 6 = 4,5x + 6,46 (1–x), x = 0,23, т.е. 2 нас. работают 14 мин,
а 3 насоса — 46 мин;
с 9–10 ч 5,14 = 4,5x + 6,46 (1–x), x = 0,67, т.е. 2 нас. работают
40 мин, а 3 нас. — 20 мин;
с 10–11 ч 4,3 = 2,5x + 4,5 (1–x), x= 0,1, т.е. 1 нас. работает 6 мин, а
2 нас. — 54 мин;
с 15–16 ч 3,6 = 2,5x + 4,5 (1–x), x = 0,45, т.е. 1 нас. работает 27 мин,
а 2 нас. — 33 мин;
с 17–18 ч 5,5 = 4,5x + 6,46(1–x), x = 0,49, т.е. 2 нас. работают 30 мин,
а 3 нас. — 30 мин;
с 21–22 ч 2,76 = 2,5x + 4,5 (1–x), x = 0,87, т.е. 1 нас. работает 56 мин,
а 2 нас. — 4 мин.
11
Итого за сутки режим работы насосов:
1 насос t = 492 мин = 8,2 ч,
2 насоса t = 407 мин = 6,78 ч,
3 насоса t = 410 мин = 6,84 ч.
На интегральном графике притока и откачки сточных вод (рис. 3)
отображается работа насосных агрегатов в экстремальные ситуации. В
частности, на графике (рис. 3) показано, что насосная станция может
откачивать 3 насосами стоки, поступающие в час максимального притока, а 1 насосом — стоки, поступающие в час минимального притока.
При поступлении стоков в количестве 50 % от Q
: 2 насоса
mаx ч
откачивают их в три ступени включения и отключения за час.
Q1 = 2,5 %, Q
= 835,4 м3/ч = 232 л/с, Q
сут
Wp = 0,64 %, Q
сут
= 4,5 %, Q
1+2
сут, Q1+2+3
= 6,46 %, Q
= 33417,3 0,64 0,01 = 213,87 м3.
сут
,
Рис. 3. Интегральный график поступления
и откачки сточных вод:
W
= 0,64 %; Q
pеr
Q
= 4,5 %; Q
1+2
= 6,46 %; Q1 = 2,5 %;
max
наст.ст
. = 6,46 %
4. РАСЧЕТНЫЙ НАПОР НАСОСНОЙ СТАНЦИИ
Полный напор насосной станции определяется для режима наибольшей подачи воды по водоводам, т.е. когда подается Q
= 599,6 л/с,
нас.ст
по формуле
Н = Нг + h + h
зап
,
где Нг — геометрическая высота подъема воды, м;
Нг = Z
o.c
12
– Z
pез
,
здесь Z
— отметка уровня воды в точке сброса; Z
o.c
Z
— отметка уровня воды в приемном резервуаре; Z
рез
h = hвс + h
нап,
= 110 м;
o.c
= 85,75 м;
pез
здесь hвс — потери напора по пути движения жидкости во всасывающем трубопроводе, м; hвс = i L 1,2 + 1,5, м;
h
— потери напора в напорном трубопроводе, м;
нап
h
= i L 1,1 + 2, м;
нап
h
= 1 – запас на излив жидкости из трубопровода, м,
зап
где i — гидравлический уклон; i = А Q2 k,
здесь А, k — коэффициенты, которые принимаются для труб с цементно-песчаным покрытием по таблицам для гидравлического расчета труб Ф.А. Шевелева либо по таблицам прил. 2;
L — длина напорного водовода; L = 2900 м;
1,2 и 1,1 — коэффициенты, учитывающие местные сопротивления в напорном и всасывающем трубопроводах;
1,5 и 2 м — потери напора в коммуникациях насосной станции
всасывающей и напорной линий.
Нг = 110 – 85,75 = 24,25 м.
Отметка расчетного уровня воды в приемном резервуаре принимается как средняя величина между отметкой лотка коллектора и
отметкой дна резервуара. Глубина приемного резервуара назначается в пределах Н
= 1,5–2,5 м. В данном примере Н
рез
= 2,5 м.
рез
На проектируемой насосной станции всасывающие трубопроводы отсутствуют, поэтому hвс = 0.
Для насосной станции 1-й категории принимаются два напорных
водовода из чугунных труб с внутренним цементно-песчаным покрытием. Строительство предусматривается в центральной части
России с умеренным континентальным климатом.
Расход воды по каждому водоводу составляет Q1в = 599,6/2 =
= 299,8 л/с. Диаметры напорных водоводов назначаются с учетом
экономического фактора Э, который учитывает район строительства
объекта, стоимость электроэнергии, транспортные затраты.
Для средней полосы России экономический фактор Э = 0,75 (для
южной Э = 1; районов Сибири и Урала Э = 0,5).
По таблицам для гидравлического расчета труб (либо по таблицам прил. 2) при Q1в = 299,8 л/с и Э = 0,75 определим: Dу = 500 мм,
= 1,51 м/с, i = 0,004688,
где i = А Q2 k = 0,05526 0,29982 0,944 = 0,004688;
А = 0,05526 для чугунных труб, Dу = 500 мм, k = 0,944.
13
Потери напора в напорных водоводах и коммуникациях насосной
599,6
3
станции равны:
hн = 0,004688 1,1 2 900 + 2 =16,95 17 м.
Полный расчетный напор насосной станции или каждого из 3
насосов при их совместной работе, составляет величину:
Н = Нг + h + h
где Нг = 24,25 м; h
зап
= 24,25 + 17 + 1 = 42,25 42 м,
зап
= 1 м.
Напорные водоводы, транспортирующие сточные воды с t ≥ 10 С,
укладываются выше глубины промерзания:
Н
= Нпр – 0,3 = 1,5 – 0,3 = 1,2 м,
зал
где Нпр = 1,5 м — глубина промерзания грунта (по заданию).
Всасывающие водоводы отсутствуют, поскольку на насосной
станции предусматриваются погружные насосы.
5. ДИАМЕТРЫ НАПОРНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
В ПРЕДЕЛАХ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ
Все трубопроводы в пределах насосной станции проектируются
стальными. В целях обеспечения прочности и герметичности стыков
трубы свариваются. На фланцах соединяются только детали трубопроводов и оборудование, которые требуют профилактического ремонта (насосы, запорно-регулирующая арматура, монтажные вставки
и т.д.).
Диаметры труб и запорно-регулирующей арматуры для напорных
трубопроводов назначаются (как и для всасывающих трубопроводов) в зависимости от расходов, экономичных скоростей движения
воды и наличия соответствующего сортамента труб и запорнорегулирующей арматуры (при этом используют таблицы для гидравлического расчета труб, справочную литературу).
Каждый насос при совместной работе подает:
Q
= q =
н.1
= 199,9 200 л/с.
По трубопроводу каждой насосной установки поступает q = 200 л/с.
Диаметр трубопровода насосной установки назначается по расчетному расходу q и экономической скорости , значения которой
должны находиться в рекомендуемых пределах (см. табл. 4).
14
Таблица 4
Dу, мм
, м/c
Всасывающий трубопровод
Напорный трубопровод
< 250
0,6–1
0,8–2
300–800
0,8–1,5
1–3
> 800
1,2–2
1,5–4
н пр
γ1
102 ηη
QH
1000 0, 2 42
102 0,8
Мощность, Nдв
20 кВт
20–50 кВт
50–300 кВт
300 кВт
k
1,25
1,2
1,15
1,1
Рекомендуемые скорости движения воды
в трубопроводах насосной станции
В проекте диаметр напорного трубопровода от каждого насосного
агрегата насосной станции принимается равным: d
= 400 мм (q =
нап
= 200 л/с, = 1,5 м/с). Диаметр напорного коллектора («гребенки»)
принимается равным диаметру напорного водовода Dу = 500 мм
(Q
= 599,6 л/с, = 1,51 м/с).
н.1
6. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ПОДБОР НАСОСОВ
И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Выбор марки насоса осуществляется по каталогу насосов с уче-
том его энергетических параметров: Q
N =
=200 л/с, Н = 42 м,
нас
,
где Q — подача насоса, м3/с;
Н — напор, м;
— объемный вес жидкости, 1000 кг/м3;
пр — к.п.д. привода; пр = 1;
н – к.п.д насоса; н = 0,8.
Мощность двигателя определяется по формуле:
Nдв = N k,
где k — коэффициент запаса, принимается по табл. 5.
Nдв =
Коэффициент запаса электродвигателей
1,15 = 118,38 кВт.
15
Таблица 5
Этим значениям соответствуют параметры погружного насоса для
перекачивания сточных вод Z6252 C2 фирмы ABS, n = 1485 об./мин,
с диаметром рабочего колеса D
= 460 мм, с диаметром напорного
кол
патрубка d = 250 мм. Насос поставляется с электродвигателем, имеющим параметры: N = 132 кВт, U = 380 В.
Вес насосного агрегата — 1200 кг.
В этом случае паспортные данные электродвигателя несколько
превышают расчетные параметры, полученные выше по формулам
(например, 132 118,38 кВт). Недогрузка двигателя по мощности
составляет N = 132 – 118,38 = 13,62 кВт или 10 %, что меньше допустимых 20–40 % (уровень кратковременной недогрузки или перегрузки энергооборудования).
Проверка работы насосных агрегатов при различных режимах
поступления сточных вод производится по характеристикам совместной работы насосов и водоводов.
Окончательный выбор электродвигателя, так же как и самого насоса (количество насосов), будет проведен после проверки работы
насосной станции: на случай подъема воды в час максимального
притока; на случай аварии на водоводах;
на период 1-й очереди строительства.
Проверка работы насосных агрегатов при различных режимах
поступления сточных вод производится по характеристикам совместной работы насосов и водоводов.
7. ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК НАСОСОВ
И ВОДОВОДОВ ПРИ ИХ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЕ
Характеристики насосов вычерчиваются (рис. 4, 5) по паспортным данным выбранных марок насосов. Зависимости Н–Q параллельно работающих однотипных насосов строятся методом сложения подач Qj (каждого насоса) при напорах Нj (линии равных напоров на графике проводятся с произвольно выбранным шагом Н).
Аналогично строятся характеристики водоводов. При этом учитывается
Нг = Z
Нг = 110 – 85,75 + 1 = 25,25 м;
Нj = hj + Нг = SQ
о.с
– Z
у.в.р
+ Н
2
;
зап
+ Hг,
j
где Нj — напор в точке j, м;
16
Q — подача, м3/с; Q = 0,2998 м3/с;
hj = iLk + Н
= SQ2 — данное преобразование принимается в
зап
целях обеспечения единства функциональной зависимости Н–Q при
построении характеристик насосов и водоводов;
S — приведенное сопротивление трубопровода, S = h/Q2;
h — потери напора в трубопроводе; h = SQ2 = 17 м;
j — последовательность итерационных расчетов; j = 1, 2, 3 … .
Рис. 4. Рабочая характеристика насоса Z6252 С2 фирмы АВS
с параметрами n = 1485 об/мин и диаметром рабочего колеса:
1) D = 473 мм; 2) D = 460 мм; 3) D = 420 мм
17
Рис. 5. Характеристики насосов и водоводов при их совместной работе:
2
17
0,2998
j
Qj, м3/с
Q
j
2
, м3/с
S = 189,14
hj = SQ
j
2
, м
Hj = Hг + hj, м
1
0,05
0,0025
189,14
0,47
25,72
2
0,1
0,01
189,14
1,89
27,14
3
0,2
0,04
189,14
7,56
32,81
4
0,3
0,09
189,14
17,02
42,27
5
0,4
0,16
189,14
30,26
55,51
6
0,5
0,25
189,14
47,28
72,53
Q
= 599,6 л/с; Н = 42 м; Нг = 25,25 м; Qав = 599,6 л/с; Q
н.ст
= 280 л/с
н. 1
Приведенное сопротивление напорного водовода при максимальной подаче сточных вод рассчитывается по формуле
выполняется по точкам итерациями при заданном значении Qj.
приводятся в табл. 6.
водовода при подаче воды в час максимального притока сточных вод
будут получены точки, по которым строится кривая SQ2 одного во-
S =
= 189,14.
Построение характеристики водовода по формуле Нj = Нг + SQ
Расчетные данные для построения характеристики водоводов
Таблица 6
Расчетные параметры для построения характеристик всасывающего
Если перенести на график рис. 5 ординаты Нj = Нг + hj при Qi, то
18
2
j
довода. Характеристика 2SQ2 двух водоводов строится методом
сложения подач Qj по линиям равных напоров при Hj.
Выполнив таким образом построения характеристик H–Q
1+2+3
и
2SQ2, получим точку пересечения кривых «Ф». По графику на рис. 5
видно, что координаты точки «Ф» [Q, Н] превышают расчетные значения Q
расч
и Н
(т.е. 620 599,6 л/с, а 45 42 м). В целях экономии
расч
электроэнергии на подачу воды насосной станцией необходимо предусмотреть регулирование ее работы. Методы регулирования работы насосной станции и отдельных насосов разнообразны: изменением числа совместно работающих насосов, дросселированием задвижкой на напорной линии насоса, изменением частоты вращения
ротора насоса, применением входных направляющих аппаратов, изменением характеристики насоса за счет обточки его колеса и т.д.
Обточка рабочего колеса позволяет изменить параметры Н–Q
насоса для одного режима его работы. Более совершенный метод
регулирования подачи и напора насоса — это изменения частоты
вращения колеса насоса при изменении скорости вращения ротора
электродвигателя.
Изменять скорость вращения ротора электродвигателя можно
следующими способами:
• параметрическим — изменением сопротивлений обмоток ротора или статора (введением реостатов в цепи ротора или статора) или
изменением прикладываемого напряжения. Регулирование осуществляется вниз от основной скорости. Диапазон регулирования зависит
от нагрузок. Потери в роторной цепи пропорциональны скольжению;
• частотным — изменением частоты f (напряжения U) подводимого к двигателю тока с помощью преобразователя частоты. Изменения частоты и напряжения связаны соотношением U2/U1 = f
/f1 при
2
постоянном нагрузочном моменте.
Применяя частотный способ, можно обеспечить работу двигателя
с примерно постоянными значениями и сos , причем скольжение
ротора двигателя не зависит от частоты и нагрузочного момента;
• изменяя число пар полюсов, что осуществляется либо переключением обмоток статора, либо введением дополнительных обмоток,
а также переключением обмоток статора с треугольника на звезду.
До регулирования: Q
= 599,6 л/с, Q
= 291,6 л/с.
н. 1
= 620 л/с); Н = 45 м; Нг = 25,25 м; Qав =
н.ст
Этот способ позволяет изменить число оборотов ротора двигате-
ля ступенчато, что для привода насоса нежелательно;
19
• каскадного включения дополнительного двигателя в цепь ротора;
11
Qn
Qn
2
11
.
Hn
Hn
1
2
1
H
Q
1
2
1
H
Q
2
42
0,2
при этом способе дополнительная машина возвращает энергию
скольжения (при изменении числа оборотов ротора основной машины) на вал основной машины или в сеть, питающую двигатель. Различают электромеханический и электрический каскады.
Способ заключается в том, что в цепь ротора асинхронного двигателя вводится с помощью дополнительной машины добавочная
электродвижущая сила с частотой, совпадающей с частотой ротора.
При согласованном включении скорость повышается, при встречном
— понижается.
Для привода насосного агрегата может быть использован электрический каскад;
• применяя коллекторные двигатели;
• применяя электромагнитные муфты скольжения;
• применяя гидромуфты.
На проектируемой насосной станции предусматриваются насосные агрегаты с электродвигателями, которые оборудованы преобразователями частоты. Поэтому в данном случае рассматривается частотный метод регулирования подачи и напора каждого насоса.
При изменении числа оборотов колеса насоса с n на n1 подача Q и
напор Н насоса изменяются в соответствии с законом пропорциональности:
вершиной в начале координат.
вая, по которой смещаются расчетные значения Н и Q при изменении n n1.
первоначальной характеристике Н–Q насоса осуществляется в следующей последовательности:
соответствующая расчетному значению Q
рактеристикой водоводов 2SQ2 в точке «А» (координаты точки пере-
;
Из этого закона следует: H = Q2
Если
= k,
= 1050, то можно записать: H = 1050Q2 — кри-
— уравнение параболы с
Построение измененной характеристики H–Q1 по отношению к
на оси абсцисс координатной сетки Н–Q наносится точка «»,
= 599,6 л/с;
нас. ст
из точки «*» проводится перпендикуляр до пересечения с ха-
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]