Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Насосные станции систем водоснабжения и водоотведения. Учебно-методическое пособие.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
С. В. Максимова
НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ
СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ
У
чебно-методическое пособие
Тюмень
ТИУ
2021
УДК: 628.12 + 628.29 + 628.3
Максимова, С. В. Насосные станции систем водоснабжения
Учебно-методическое пособие предназначено для обучаю-
©
Федеральное государственное
университет», 2021
ББК 38.761
М 17
М 17
и водоотведения: учебно-методическое пособие / С. В. Максимова. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – Тюмень: ТИУ, 2021. – 77 с. –
Текст: непосредственный.
щихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство (профиль «Водоснабжение и водоотведение»).
Пособие разработано с учетом изменений и дополнений,
внесенных в действующие нормативные документы, а также появления новых типов оборудования, изготавливаемого отечественными и зарубежными производителями. В учебно-методическом
пособии приведены методики расчетов и конструирования насосных станций систем водоснабжения и водоотведения; примеры
подбора оборудования, выбора размеров и конструкций зданий
насосных станций. Учебно-методическое пособие содержит приложения со справочными данными и список литературы, необходимой для выполнения курсового проекта и выпускной квалификационной работы.
бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Тюменский индустриальный
УДК: 628.12 + 628.29 + 628.3
ББК 38.761
ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
СОДЕРЖАНИЕ И ОБЪЕМ КУРСОВОГО ПРОЕКТА . . . . . . . . . . . . . .
5
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ . . .
6
1.1. Насосные станции второго подъема в системе с водонапорной
башней в начале сети и контррезервуаром . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.2. Насосные станции второго подъема в безбашенной системе . . . . .
8
1.3. Насосные станции водоотведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПОРОВ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ . . . . . . . . . . .
12
2.1. Насосные станции второго подъема в системе с водонапорной
башней в начале сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
2.2. Насосные станции второго подъема в системе с контррезервуаром
13
2.3. Насосные станции второго подъема в безбашенной системе . . . . .
15
2.4. Насосные станции второго подъема при подаче воды на тушение
пожара . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
2.5. Насосные станции водоотведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
3. ВЫБОР ОСНОВНОГО НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ . . . . . . . .
21
3.1. Насосные станции второго подъема . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
3.2. Насосные станции водоотведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
4. ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ НАСОСОВ
И ТРУБОПРОВОДОВ . …………………………………………………...
26
5. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ
ФУНДАМЕНТА НАСОСНОГО АГРЕГАТА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
6. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ . . . . . . . . . . . .
34
7. РАЗМЕЩЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ В МАШИННОМ ЗАЛЕ . . . . . . .
37
7.1. Водопроводные насосные станции второго подъема . . . . . . . . . . .
37
7.2. Насосные станции водоотведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42
7.3 Составление спецификации оборудования, трубопроводов, арма-
туры и фасонных частей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …….
48
8. ПРИЕМНЫЙ РЕЗЕРВУАР И ЕГО ОБОРУДОВАНИЕ . . . . . . . . . . .
49
9. ВЫБОР ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
НАСОСНОЙ СТАНЦИИ………………………………………………….
53
10. КОНСТРУКЦИИ И СТАНДАРТНЫЕ РАЗМЕРЫ ЧАСТЕЙ ЗДА-
НИЙ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59
11. ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО НАСОСНОГО ОБОРУДОВА-
НИЯ . . . . . . . . . . . . . ……………………………………………………….
62
11.1. Система технического водопровода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
62
11.2. Система откачки дренажных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63
12. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ НАСОСНЫХ
СТАНЦИЙ . . . . . . . . . ……………………………………………………..
65
СОДЕРЖАНИЕ
И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ ВЕРХНЕГО СТРОЕНИЯ ЗДАНИЯ
3
12.1. Определение стоимости насосной станции (капитальных вложений).
Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
65
70
Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
73
Приложение А. Таблицы для гидравлического расчета стальных во-
допроводных труб по ГОСТ 10704 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …
73
Приложение Б. Таблицы для гидравлического расчета канализацион-
ных труб . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………………
75
12.2. Определение эксплуатационных затрат……………………………
12.3 Себестоимость 1 м
3
перекачиваемой воды………………………….
12.4. Коэффициент полезного действия насосной станции……………..
66
68
69
4
ВВЕДЕНИЕ
Насосные станции, являясь важным элементом систем водоснабже-
ния и водоотведения, представляют собой сложный комплекс сооружений
и оборудования. Правильный выбор технико-экономических параметров
этого комплекса во многом определяет надежность и экономическую эффективность подачи или отведения воды.
Дисциплина «Насосные и воздуходувные станции» входит в число
профилирующих дисциплин профиля «Водоснабжение и водоотведение».
При ее изучении обучающиеся должны приобрести навыки проектирования насосных станций. Являясь одним из первых проектов по специальным
дисциплинам, курсовой проект насосной станции представляет для обучающегося сложную задачу, выполнение которой требует творческого подхода к разрабатываемому материалу и инженерных решений. Самым
сложным для обучающегося при выполнении курсового проекта является
самостоятельное принятие объемно-планировочных решений по размещению оборудования и проектированию помещений насосной станции при
параллельном ведении расчетов.
При выполнении курсового проекта обучающийся получает навык
работы с нормативной литературой, справочниками и каталогами.
Цель данного учебно-методического пособия - систематизировать
работу обучающихся над курсовым проектом и разделом выпускной квалификационной работы, дать представление о последовательности выполнения расчетов и составления чертежей.
СОДЕРЖАНИЕ И ОБЪЕМ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Проект состоит из расчетно-пояснительной записки и графического
материала на листе формата А1.
Пояснительную записку объемом 25-30 страниц формата А4 с рамкой
и основной надписью составляют с учетом последовательности выполнения
проекта, которая представлена в данном методическом пособии. На все выбранное оборудование необходимо привести основные технические данные,
копии установочных чертежей. Все рисунки и таблицы должны иметь номер
и название. В конце пояснительной записки помещают список использованной литературы. Ссылки на литературу в тексте приводятся в квадратных
скобках.
На чертеже должны быть представлены: план на отметке 0,000; план
подземной части (для насосных станций водоотведения); продольный и поперечный разрезы насосной станции в масштабе 1:50, 1:100; спецификация
оборудования.
5
= (0,85 ÷ 0,92)
(1.1)
=
,
(1.2)
=
,
(1.3)
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ
1.1. Насосные станции второго подъема в системе
с водонапорной башей в начале сети и контррезервуаром
Расчет режима работы насосной станции второго подъема начинают
с построения ступенчатого графика водопотребления. График водопотребления в процентах от суточного водопотребления приведен в задании на
курсовой проект. При построении графика по оси абсцисс откладываются
часы суток (24 часа), по оси ординат – часовое водопотребление (рис. 1.1).
Расчеты удобно вести в табличной форме (таблица 1.1). В графу 1 заносят
часы суток, в графу 2 – график водопотребления.
Водопотребление в населенном пункте неравномерно в течение суток. Поскольку насосная станция второго подъема подает воду в сеть потребителя, то ее режим работы должен быть приближен к режиму водопотребления и принимается, как правило, ступенчатым. При ступенчатой по-
даче в различные часы суток работает разное число насосов.
Максимальное водопотребление может приходиться всего на 1-2 часа в течение суток, поэтому при наличии водонапорной башни можно принять подачу насосной станции
потребления
на 8-15 %:
меньше максимального часового водо-
В час максимального водопотребления часть воды может поступать
в сеть из бака водонапорной башни. В те часы, когда подача насосной
станции больше водопотребления, часть воды будет поступать в бак водонапорной башни.
Далее следует задаться количеством рабочих насосов. Согласно
[3, примечание 2 к таблице 23], количество рабочих насосных агрегатов
должно быть не менее двух. Принимать более четырех рабочих насосов
нецелесообразно, так как при включении каждого следующего параллельно установленного насоса приращение подачи меньше, чем при включении
предыдущего, из-за возрастания требуемого напора при увеличении подачи (см. раздел 4).
Определяем подачу одного, двух, ……, n числа насосов по формулам:
где Q
Q
n
– подача одного насоса,
1н
– подача n числа насосов,
6
Число насосов
2 3 4
Коэффициент параллельности
0,9
0,84
0,8
+ (24 )= 100%
(1.4)
W = W
рег
+ W
пож
(1.5)
W
рег
= (|+ max %| + | - max % |) . Q
сут
(1.6)
k – коэффициент параллельности, зависящий от числа работающих насосов
(таблица 1.1).
Таблица 1.1
Коэффициенты параллельности
Определяем, сколько насосов будет работать, из условия максимального приближения подачи насосной станции к графику водопотребления.
Составив уравнение из условия подачи насосной станцией второго
подъема 100%- ного суточного расхода воды в течение 24 часов:
Определим время работы x n числа насосов и время работы (24 – x)
всех насосов, установленных на насосной станции второго подъема.
Распределяем время работы насосов по часам суток. Подачу меньшего числа насосов целесообразнее назначить в ночные часы, т.е. при минимальном водопотреблении. Подачу насосов заносим в графу 3 (табл. 1.2),
число насосов – в графу 7. Графы 4 и 5 заполняются одновременно. Если
подача насосной станции (графа 3) больше водопотребления в населенном
пункте (графа 2), то избыток воды будет поступать в бак водонапорной
башни, и разность чисел из граф 3 и 2 необходимо записать в графу 4. Если
подача насосной станции меньше расхода воды городом, то недостающая
часть воды будет поступать из бака, и разность чисел из граф 2 и 3 записывается в графу 5. Находим суммы чисел по графам 4 и 5. При правильно
выполненных расчетах суммы должны быть равны. Для определения
остатка воды в баке (графа 6) числа из графы 4 суммируются, а числа из
графы 5 – вычитаются.
Определяем емкость бака водонапорной башни W, которая складывается из регулирующего объема W
и пожарного объема W
рег
пож
:
Регулирующий объем бака W
го положительного и наибольшего отрицательного значений из графы 6:
Пожарный объем воды в баках водонапорных башен W
рассчитываться на десятиминутную продолжительность тушения одного
наружного и одного внутреннего пожаров [17, п. 9.5]:
равен сумме по модулю наибольше-
рег
должен
пож
7
=
+
60 10
1000
,
Н
0
= (0,7 ÷0,8)D
(1.8)
=
.
(1.9)
Qнс = Q
max ч
(1.10)
Qнс ≥ Qч
(1.11)
где q
– норма расхода воды на тушение одного наружного пожара, при-
нар
нимается по заданию на курсовое проектирование, л/с;
q
– норма расхода воды на тушение одного внутреннего пожара, в курсо-
вн
вом проекте можно принять 5 л/с.
Определим размеры бака водонапорной башни. Рекомендуемое соотношение между диаметром бака D и высотой слоя воды в баке Н
:
0
Считая, что бак представляет собой цилиндр, выразим его объем W
через диаметр D и высоту слоя воды Н
:
0
Решая систему из двух уравнений с двумя неизвестными, определим
диаметр D и высоту слоя воды Н
.
0
1.2 Насосные станции второго подъема в безбашенной системе
(1.7)
В безбашенной системе вода подается насосной станцией второго
подъема непосредственно в сеть, поэтому подача насосной станции равна
максимальному часовому водопотреблению:
Далее следует задаться количеством рабочих насосов. Подача одного, двух, ……, n числа насосов определяется по формулам (1.2) и (1.3).
Подача насосов по часам суток распределяется из условия:
При этом избыточными будут не расходы, а напоры (см. п. 2.3).
Пример 1.1. Определить режим работы насосной станции второго
подъема: 1 вариант в системе с водонапорной башней в начале сети, определить размеры бака водонапорной башни; 2 вариант в безбашенной системе. Суточное водопотребление 20 000 м
3
/сут. Норма расхода воды на
тушение одного наружного пожара 35 л/с. График водопотребления представлен в таблице 1.2.
8
Часы
Расход
Система с водонапорной башней в начале сети
Безбашенная
система
Подача
%
Поступ-
Расход
Остаток
Режим
Подача
%
Режим
1 2 3 4 5 6 7 8 9
0-1
1,64
2,19
0,55
-
0,55
1 насос
1,92
1 насос
1-2
1,47
2,19
0,72
-
1,27
1 насос
1,92
1 насос
2-3
1,47
2,19
0,72
-
1,99
1 насос
1,92
1 насос
3-4
1,47
2,19
0,72
-
2,71
1 насос
1,92
1 насос
4-5
2,27
2,19
-
-0,08
2,63
1 насос
3,46
2 насоса
5-6
3,08
2,19
-
-0,89
1,74
1 насос
3,46
2 насоса
6-7
4,66
5,53
0,87
-
2,61
3 насоса
4,84
3 насоса
7-8
5,46
5,53
0,07
-
2,68
3 насоса
6,14
4 насоса
8-9
6,14
5,53
-
-0,61
2,07
3 насоса
6,14
4 насоса
9-10
6,01
5,53
-
-0,48
1,59
3 насоса
6,14
4 насоса
10-11
6,01
5,53
-
-0,48
1,11
3 насоса
6,14
4 насоса
11-12
6,01
5,53
-
-0,48
0,63
3 насоса
6,14
4 насоса
12-13
5,02
5,53
0,51
-
1,14
3 насоса
6,14
4 насоса
13-14
5,04
5,53
0,49
-
1,63
3 насоса
6,14
4 насоса
14-15
5,41
5,53
0,12
-
1,75
3 насоса
6,14
4 насоса
15-16
5,81
5,53
-
-0,28
1,47
3 насоса
6,14
4 насоса
16-17
5,92
5,53
-
-0,39
1,08
3 насоса
6,14
4 насоса
17-18
5,31
5,53
0,22
-
1,30
3 насоса
6,14
4 насоса
18-19
4,91
5,53
0,62
-
1,92
3 насоса
6,14
4 насоса
19-20
4,82
5,53
0,71
-
2,63
3 насоса
4,84
3 насоса
20-21
4,43
2,87
-
-1,56
1,07
0,8ч-1н.;
0,2ч-3 н.
4,84
3 насоса
21-22
3,65
2,19
-
-1,46
-0,39
1 насос
4,84
3 насоса
22-23
2,35
2,19
-
-0,16
-0,55
1 насос
3,46
2 насоса
23-24
1,64
2,19
0,55
-
0,00
1 насос
1,92
1 насос
Σ
100
100
6,87
6,87 - - - -
Таблица 1.2
Режим работы насосной станции второго подъема
суток
воды
городом
Qч/ Q
сут,
%
воды
насоса-
ми
Qч/Q
сут,
ление
воды в
бак, %
воды из
бака, %
воды в
баке, %
работы
насосов
воды
насоса-
ми
Qч/Q
сут
работы
насосов
,
1 вариант. Определяем подачу насосной станции: Q
5,53%.
Приняв к установке на насосной станции три рабочих насоса, подача
которых составит Q
= 5,53%, определим по формулам (1.2) и (1.3) подачу
3н
одного и двух рабочих насосов:
,
=
,
Принимаем двухступенчатую работу насосной станции: первая ступень – работает один насос, вторая ступень – работают три насоса, так как
из рисунка 1.1 видно, что подача этих насосов ближе к графику водопотребления. Определим время работы насосов в режиме первой и второй
ступени. Пусть x часов работает один насос, (24 – x) часов работают три
= 0,9· 6,14% =
нс
= 2,19%; Q2н = 2· 0,9 ·2,19% = 3,94%.
9
насоса. При условии подачи насосной станцией второго подъема 100%ного суточного расхода воды в течение 24 часов уравнение будет выглядеть следующим образом:
2,19%·x + 5,53% ·(24 – x) = 100%.
Решив уравнение, определим время работы одного насоса x = 9,8 часов
и время работы трех насосов (24 – x) = 14 ,2 часов. Распределим подачу насосов по часам суток в табличной форме (таблица 1.2, графа 3) и графически
(рисунок 1.1). Заполняем графы 4 и 5. Предполагаем, что в 0 часов бак водонапорной башни пуст. Тогда к концу первого часа в баке водонапорной
башни окажется 0,55% от суточного объема воды. Записываем это число
в графу 6. В течение второго часа в бак поступит еще 0,72%. Следовательно,
к концу второго часа в баке окажется 0,55 + 0,72 = 1,27% и т.д. В течение
пятого часа суток из бака расходуется 0,08% воды: 2,71 – 0,08 = 2,63%. Заполняем графу 6. Если вычисления выполнены правильно, то в последний
час суток в графе 6 должен получиться 0.
Определяем регулирующий объем бака водонапорной башни:
= (|+ 2,71% |+ | - 0,55% |) . 20 000 м3/сут = 652 м
W
рег
Пожарный объем
(
)
=
= 24 .
3
Определяем емкость бака водонапорной башни: W = 652 + 24 = 676 м3.
Примем Н
= 0,8 D. Объем бака:
0
= 676 .
Решив систему уравнений, получим: D = 10,25 м, Н0 = 8,2 м.
Рис 1.1. Ступенчатый график водопотребления и работы насосной станции
второго подъема
2 вариант. Определяем подачу насосной станции: Qнс = Q
max ч
= 6,14%.
10