Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Насосные станции систем водоснабжения и водоотведения. Учебно-методическое пособие.pdf
=
3. ВЫБОР ОСНОВНОГО НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
3.1. Насосные станции второго подъема
На насосной станции второго подъема можно использовать центро-
бежные насосы для чистой воды двустороннего входа и консольные. Вначале подбираются насосы для подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды.
1. Марка насоса определяется из сводных графиков полей [4, 7, 22, 23]
по подаче одного насоса Q
и напору насосной станции H, определенному
н
по формулам (2.5), (2.8), (2.10) (см. рисунок 3.1). Подача одного насоса составит:
Количество рабочих насосов n
было принято в разделе «Определе-
раб
(3.1)
ние режима работы насосной станции».
2. Подобрав насос, необходимо выписать из каталога [4, 7, 22, 23] его
основные технические данные, завод – изготовитель, сделать копию его
характеристики, габаритного чертежа насосного агрегата и выписать его
присоединительные размеры. Размеры к габаритному чертежу удобнее выписать после выбора электродвигателя, так как часть размеров зависит от
типа двигателя.
3. Перенеся на характеристику насоса требуемые значения подачи Q
и напора H, определяют вариант обточки рабочего колеса. Принимают
насос с ближайшей к точке с требуемыми координатами верхней характеристикой (рис. 3.2). Напор насоса Н
подаче Q
, должен быть равен или не более, чем на 10% превышать напор,
н
, определенный по характеристике при
н
вычисленный по одной формул (2.5), (2.8), (2.10). При необходимости делают расчет обточки рабочего колеса.
4. При подаче воды на пожаротушение возможны три варианта режимов работы насосной станции второго подъема, отличающиеся подбором основного насосного оборудования.
Вариант 1. Если напор насосной станции при пожаре больше напо-
ра, развиваемого хозяйственно-питьевыми насосами, требуемые значения
подачи
и напора Нп при пожаротушении обеспечиваются специальны-
ми пожарными насосами. Количество пожарных насосов принимается равным 1-2. При работе пожарных насосов хозяйственно-питьевые отключают. Для группы пожарных насосов предусматривается один резервный.
Вариант 2. Если напор при пожаротушении равен напору хозяй-
ственно-питьевых насосов, подача насосной станции при пожаротушении
обеспечивается включением дополнительных насосов (1-2) того же ти-
поразмера, что и хозяйственные.
н
21
=
.
Количество рабочих
группы
Количество резервных агрегатов в насосных станциях
для категории
I
II
III
До 6 2 1
1
Свыше 6 до 9
2 1 -
Свыше 9
2 2 -
Вариант 3. Если напор при пожаре меньше напора хозяйственно-
питьевых насосов, необходимый расход
подается основными рабочи-
ми насосами за счет снижения напора. Дополнительные насосы не устанавливаются.
Сначала необходимо проверить, можно ли использовать хозяйствен-
но-питьевые насосы при пожаре, так как желательно устанавливать насосы
одного типоразмера, что упрощает эксплуатацию насосной станции. На
п
оси напоров находим напор насосной станции при пожаре Н
и проводим
горизонтальную линию до пересечения с напорной характеристикой насоса в точке П (рис. 3.2). От точки П опускаем вертикаль на ось подач и
определяем подачу одного насоса при пожаротушении
насосов n
п
, которые должны работать при пожаре, определим по формуле:
. Количество
(3.2)
Полученное число необходимо округлить до ближайшего большего
целого значения. Если общее число насосных агрегатов более 6, то целесообразнее подобрать пожарные насосы другой марки (по варианту 1).
5. Число резервных насосных агрегатов принимается согласно
[3, табл. 23] или по таблице 3.1.
3.2. Насосные станции водоотведения
На канализационной станции можно устанавливать насосы типов
СМ, СМС, СДВ. Марка насоса определяется из сводных графиков полей
[4, 7, 22, 23] по подаче одного насоса Q
и напору насосной станции H,
н
определенному по формуле (2.14). Подача одного насоса определяется по
формуле (3.1).
Таблица 3.1
Количество резервных агрегатов в насосных станциях
различных категорий
агрегатов одной
При выборе насосов рассматриваются варианты с одним, двумя, тре-
мя и четырьмя рабочими насосными агрегатами. Результаты выбора марки
насосов могут быть представлены в табличной форме (таблица 3.2).
22
Количество рабочих
n
Подача одного
Напор насосной
Марка насоса
1
Qнс/1
Н
Марка насоса № 1
2
Qнс/2
Н
Марка насоса № 2
3
Qнс/3
Н
Марка насоса № 3
4
Qнс/4
Н
Марка насоса № 4
Число рабочих
Число резервных насосов при категории надежности действия
насосных станций
I
II
III
1
1 и 1 на складе
1
1
2
1 и 1 на складе
1
1
3 и более
2
2
1 и 1 на складе
Таблица 3.2
Выбор марки насоса
насосных агрегатов
насоса Qн
станции Н
Рассмотрение нескольких вариантов связано с необходимостью выбора оптимального; с тем, что в отличие от сводного графика полей водопроводных насосов сводный график полей канализационных насосов имеет незаполненные области. Предпочтение отдается насосу с наибольшим
значением КПД в режимной точке; варианту с меньшим числом насосов,
так как канализационной насосной станции, стоимость которой высока изза наличия подземной части, желательно придавать меньшие габариты в
плане. Далее расчеты проводятся по разделу 3.1 (п.2, 3).
Число резервных насосных агрегатов принимается согласно [9, таблица 18] для бытовых сточных вод или по таблице 3.3.
Пример 3.1. Подобрать марку насосов для насосной станции второго
подъема. Подача насосной станции на хозяйственно-питьевые нужды Q
3
1106 м
пожаре Q
/ч = 307 л/с при напоре Н = 51,4м. Подача насосной станции при
п
= 1480 м3/ч = 411л/с при напоре Нп = 57,0 м. Число жителей
нс
нс
=
в населенном пункте 67 тыс. человек.
Таблица 3.3
Количество резервных агрегатов в насосных станциях
для перекачки бытовых сточных вод различных категорий
насосов
Количество рабочих насосов было принято равным 3. Тогда подача одного насоса составит Q
= 1106 м3/ч : 3 = 369 м3/ч = 102,5 л/с. По сводному
1н
графику полей выбираем насос марки 1Д500-63 (рис. 3.1). На характеристике
насоса (рис. 3.2) отмечаем точку с требуемыми значениями напора и подачи.
Подошел насос со средней величиной обточки рабочего колеса (характеристика а). Напор насоса при заданной подаче составит 55 м, что выше требуемого значения менее, чем на 10%, т.е. обточка рабочего колеса не требуется.
23
Рис. 3.1. Определение марки насоса по сводному графику полей насосов
Напор насосной станции при пожаре выше напора при подаче хозяйственно-питьевого расхода, но разница между ними небольшая.
Рис. 3.2. Характеристика насоса 1Д500-63
24
Поэтому проверим, можно использовать насосы выбранной марки при
п
пожаре. На оси напоров находим напор насосной станции при пожаре Н
=
57,0 м и проводим горизонтальную линию до пересечения с напорной ха-
рактеристикой насоса в точке П. От точки П опускаем вертикаль на ось подач и определяем подачу одного насоса при пожаротушении Q
Количество насосов которые будут работать при пожаре n
п
= 330 м3/ч.
н
п
= 1480 : 330 =
4,48 ≈ 5. Т.е., к выбранным трем хозяйственным насосам марки 1Д500-63а
необходимо дополнительно установить 2 пожарных насоса той же марки.
Насосную станцию второго подъема, подающую воду в сеть объединенного
противопожарного водопровода населенного пункта с числом жителей
67 тыс. человек, следует отнести к I категории по степени обеспеченности
подачи воды [3, п. 7.4]. Следовательно, при 5 рабочих насосах и I категории число резервных насосов будет равно 2. Таким образом, на насосной
станции второго подъема будет установлено 3 хозяйственных, 2 пожарных и 2 резервных насоса марки 1Д500-63а.
25
№ п/п
Значения напоров и потерь
Расход Q′
Q1 Q2 Q3 Q
нс Q4
Два водовода
1.
Н
ст
2.
h′вс = hвс⋅ (Q′/ Qнс)
2
3.
h′н = hн⋅ (Q′/ Qнс)
2
4.
h′нс = hнс⋅ (Q′/ Qнс)
2
5.
H2d= (1) + (2) + (3) + (4)
Один водовод
6.
h′1н = 4⋅h′
н
7.
H1d= (1) + (2) + (4) + (6)
Два водовода, одна перемычка
8.
h′1п = α1⋅h′
н
9.
H1п= (1) + (2) + (4) + (8)
Два водовода, две перемычки
10.
h′2п = α2⋅h′
н
11.
H2п= (1) + (2) + (4) + (10)
4. ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ НАСОСОВ И ТРУБОПРОВОДОВ
Насосы, установленные на насосных станциях, работают, как прави-
ло, параллельно, т.е. одновременно подают жидкость в один или несколько
параллельно соединенных трубопроводов.
1. На миллиметровую бумагу переносим из каталога характеристики
насоса Q-H, Q-N, Q-η, Q-∆h
(рис. 4.1).
д
2. Построим характеристику двух одинаковых параллельно работа-
ющих насосов. Для этого выберем на напорной характеристике Q-H
произвольные точки а, б, в и удвоим их абсциссы. Получаем точки а
три
1
′
, б′, в
Соединяем их кривой и получаем характеристику двух параллельно работающих насосов Q-H
1+2
.
3. Аналогично строим характеристику трех, четырех, … n насосов.
4. Расчеты для построения характеристик трубопроводов удобнее вы-
полнить в табличной форме (таблица 4.1).
Таблица 4.1
Расчеты для построения характеристик трубопроводов
′
.
В шапку таблицы заносят произвольные значения расходов Q′. В предпоследний столбец следует занести расчетную подачу насосной станции Q
в последний столбец – расход, больший этого значения.
При расчете насосных станций второго подъема в безбашенной системе, в системе с контррезервуаром, при пожаре следует отдельной строкой выделить потери напора в сети. Для канализационной насосной стан-
26
нс
,
ции строку 2 «потери во всасывающих трубопроводах» можно исключить
из-за их малой величины.
5. Первые пять строк таблицы заполняются для расчетного режима
работы насосной станции, т.е. при подаче воды по двум водоводам. В координатной сетке Q-H откладываются требуемые напоры H
для соответствующих подач Q
… Qi. Соединяя полученные точки плав-
1, Q2,
ной кривой, получим графическую характеристику трубопроводов Q-H
2d,1
, H
, … H
2d,2
2d,i
2d
имеющую форму параболы.
6. На пересечении характеристик Q-H
точку II, координаты которой определяют напор H
и Q-H2d получаем режимную
1+2
и подачу Q
1+2
при ра-
1+2
боте двух насосов на два водовода.
7. Параметры каждого насоса при их совместной работе определяют-
ся следующим образом: из режимной точки II проводим горизонтальную
линию до пересечения с характеристикой одного насоса Q-H
координаты которой определяют напор H
и подачу Q1 каждого насоса при
1
в точке 1,
1
их одновременной работе. Для нахождения мощности, коэффициента полезного действия, допустимого кавитационного запаса из точки 1 прово-
дим вертикальную линию до пересечения с соответствующими кривыми.
Координаты точек пересечения дают значения мощности N
та полезного действия η
, допустимого кавитационного запаса ∆h
1
, коэффициен-
1
каждо-
д1
го насоса при их параллельной работе.
8. При работе одного из рассматриваемых насосов режим его работы
определяется рабочей точкой I. Из рисунка 4.1а видно, что суммарная подача двух параллельно работающих насосов Q-H
удвоенная подача одного из них 2⋅Q
, так как с увеличением расхода воз-
1
будет меньше, чем
1+2
растают потери напора в трубопроводах.
9. Работа насосной станции должна быть проверена при аварии на
одном из водоводов. При прокладке водоводов в две или более линии
определяется необходимость устройства переключений (перемычек) и расстояния между ними.
Согласно [3, п.11.2] в случае отключения одного водовода или его
участка общую подачу воды объекту на хозяйственно-питьевые нужды допускается снижать на 30% от расчетного расхода, т.е. подача водопроводной
,
насосной станции при аварии Q
должна быть не менее 0,7 Qнс: Q
ав
ав ≥
0,7Qнс.
При аварии на одном из напорных трубопроводов от канализационной
насосной станции первой категории надежности действия при их протяженности более 2 километров согласно [9, п.8.2.6] должен быть обеспечен
100%-ый расчетный расход, а при наличии аварийного выпуска – 70%-ый
расчетный расход. При этом следует предусматривать использование резервных насосов.
10. Выполняем в таблице 4.1 расчет характеристики одного водовода
(строки 6 и 7). При аварии на одном из напорных водоводов изменяются
только потери в напорных трубопроводах (строка 3). Поскольку в случае
27
hп = α⋅ hн,
(4.1)
=
аварии расход трубопровода увеличивается в 2 раза, то потери напора,
2
пропорциональные квадрату расхода h = S·Q
, возрастут в 4 раза. Новое
значение потерь напора записываем в строку 6. На графике откладываем
напоры H
няя точки, получаем графическую характеристику одного водовода Q-H
11. На пересечении характеристик Q-H
ную точку 2, координаты которой определяют напор и подачу Q
те двух насосов на один трубопровод. В том случае, если подача Q
1d,1
, H
1d,2
, … H
для соответствующих подач Q
1d,i
и Q-H1d получаем режим-
1+2
… Qi. Соеди-
1, Q2,
2
.
1d
при рабо-
ока-
2
жется больше аварийного расхода, необходимость в устройстве переключений отпадает.
12. Если подача в точке 2 Q
получилась меньше аварийного расхода,
2
определяют необходимое количество перемычек, считая, что перемычки
делят длину трубопровода на равные участки. Поскольку при этом изменяются лишь потери в напорных трубопроводах h
, пересчитываем их:
п
где α – коэффициент, определяемый по формуле:
(4.2)
где n
– количество участков, на которые разделены трубопроводы пере-
уч
мычками.
Заполняем строки 8 и 9. По результатам вычислений строим характе-
ристику трубопроводов с одной перемычкой при аварии Q-H
. На пересе-
1п
чении ее с суммарной характеристикой рабочих насосов (для канализационной насосной станции – ее с суммарной характеристикой рабочих и резервных насосов) находим режимную точку П
. Если подача в точке П1
1
больше аварийного расхода, одной перемычки будет достаточно.
13. Если подача в точке П
получилась меньше аварийного расхода,
1
то увеличиваем число перемычек до тех пор, пока не будет обеспечен аварийный расход. При увеличении числа перемычек сокращается длина
участка, по которому будет пропускаться полная подача насосной станции.
Потери напора, вычисляемые по формуле (4.1), при этом уменьшаются.
В данном разделе рассмотрена параллельная работа насосов с одина-
ковыми характеристиками, как наиболее часто встречающийся вариант.
Порядок построения графика совместной работы для насосов с разными
характеристиками приведен в [2, 11].
Пример 4.1. Построить график совместной работы насосов и трубо-
проводов. Проверить возможность пропуска аварийного расхода. Для
обеспечения подачи КНС Q
2СМ 250-200-400/6. Требуемый напор насосной станции Н = (Z – Z
+ h
+ hз = (36 – 25 ) + 7,5 + 2,5 + 1 = 22 м. Количество напорных трубопро-
нс
= 960 м3/ч выбраны 2 рабочих насоса марки
нс
) + h
рез
н
28
водов два. Насосная станция I категории, согласно [9, таблица 18] к уста-
№ п/п
Значения напоров и потерь
Расход Q′, м3/ч
200
500
700
960
1100
Два водовода
1
Н
ст
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0 2 h′н = 7,5⋅ (Q′/ 960)
2
0,32
2,03
3,99
7,5
9,45
3
h′нс = 2,5⋅ (Q′/ 960)
2
0,11
0,68
1,33
2,5
3,28
4
H2d= (1) + (2) + (3)
12,43
14,71
17,32
22,0
25,13
Один водовод
5
h′1н = 4⋅ h′
н
1,30
8,14
15,95
30,0
39,39
6
H1d= (1) + (3) + (5)
13,41
20,82
29,28
44,50
54,67
Два водовода, одна перемычка
7
h′1п=((2+3)/2)⋅h′н= 2,5⋅h′н
0,81
5,09
9,97
18,75
24,62
8
H1п= (1) + (3) + (7)
12,92
17,76
23,30
33,25
39,90
Два водовода, две перемычки
9
h′2п= ((3+3)/3)⋅ h′н= 2⋅ h′н
0,65
4,07
7,98
15,00
19,69
10
H2п= (1) + (3) + (9)
12,76
16,75
21,30
29,50
34,98
Два водовода, три перемычки
11
h′3п=((4+3)/4)⋅ h′н=1,75⋅ h′н
0,57
3,56
6,98
13,12
17,23
12
H3п= (1) + (3) + (11)
12,68
16,24
20,31
27,62
32,52
Два водовода, четыре перемычки
13
h′4п=((5+3)/5)⋅ h′н=1,6⋅ h′н
0,52
3,26
6,38
12
15,76
14
H4п= (1) + (3) + (13)
12,63
15,93
19,71
26,5
31,04
Два водовода, пять перемычек
15
h′5п=((6+3)/6)⋅ h′н=1,5⋅ h′н
0,49
3,05
5,98
11,25
14,77
16
H5п= (1) + (3) + (15)
12,60
15,73
19,31
25,75
30,05
новке в машинном зале принят 1 резервный насос.
Результат построения характеристик параллельной работы двух, трех
насосов приведен на рисунке 4.1. Расчеты для построения характеристик
трубопроводов сведены в таблицу 4.2.
Таблица 4.2
Расчеты для построения характеристик трубопроводов
По данным таблицы построены характеристики трубопроводов. Координаты режимной точки II H
ше, чем требуемые значения напора и подачи насосной станции. Подача
насосной станции на один водовод (режимная точка 2) Q
лась меньше аварийного расхода Q
необходимость в перемычках. Расчет проводился до тех пор, пока в режимной точке П
и 1 резервный) и характеристики двух трубопроводов с пятью перемычками подача не получилась равной аварийному расходу.
= 22,57 м; Q
1+2
ав
на пересечении характеристики трех насосов (2 рабочих
5
29
= 994 м3/ч, что чуть боль-
1+2
= 620 м3/ч оказа-
2
= Qнс= 960 м3/ч, поэтому возникла
30
Рис. 4.1.Параллельная работа трех одинаковых насосов на два трубопровода с перемычками