5. Гидравлический расчет трубопроводов насосной станции

При гидравлическом расчете трубопроводов насосной станции определяют их диаметры, потери напора. Для проведения гидравлического расчета необходимо составить схему обвязки насосов трубопроводами и установленной на них арматурой и фасонными частями. Кроме рабочих насосов принимаются два резервных насоса.

Схема расположения насосов определяется типом, размерами, числом насосов и формой насосного зала. Для КНС целесообразнее применять однородную схему с расположением насосов перпендикулярно стене, отделяющей машинный зал от приемного резервуара. Для каждого агрегата устраивают отдельную всасывающую линию, на которой должна быть установлена задвижка или плоский затвор.

Напорная линия каждого насоса должна быть оборудована запорной арматурой. Число насосов на станции обычно превышает число ниток напорных водоводов, поэтому необходимо устраивать напорный соединительный коллектор. Размещение арматуры на напорных и всасывающих соединительных трубопроводах должно обеспечивать возможность замены или ремонта любого из насосов, а так же основной запорной арматуры при наличии аварийного выпуска, а при его отсутствии – 100% расчетной подачи.

V₁=4 Q_н/П d² =(4 *,04)/(3,14* 0,70²⁾=1,04 м/с

d - диаметр всасывающего трубопровода

_V2 =4 _Qн/П ^d2 =(4*0.4)/(3,14*0,4⁵2)=2,52 м/с

d - диаметр всасывающего патрубка

_V3 =4 _Qн/П ^d2=(4*0,4)/(3,14*0,⁴2)=3,1⁸ м/с

d - диаметр напорного патрубка

_V4 =4 _Qв/П ^d2 =(4*0,36)/(3,14*0,⁶2)=1,27 м/с

d - диаметр напорного трубопровода

Потери в трубопроводе складываются из местных потерь и потерь по длине.

h=h_дл+h_м , м

Потерями по длине на всасывающем участке можно принебречь.

Потери напора в местных сопротивлениях определяются по формуле :

, м

где x - коэффициент местного сопротивления;

V - скорость движения воды, м/с;

- потери напора по длине трубопровода, м;

1) Потери напора во всасывающем трубопроводе складываются из потерь по длине и в местных сопротивлениях.

м

где =0,5; =0,5; =0,05; =0,1.

2) Потери напора в напорном соединительном трубопроводе определяется с учетом потерь напора в переходе, обратном клапане, задвижке, тройнике, присоединенным к магистрали, задвижке и тройнике проходном.

где =0,25; ; =0,05; .

3) Потери напора в напорном водоводе определены ранее м.

6. Графо-аналитический расчет совместной работы насосов и водоводов

Цель графо-аналитического расчета – установление расчетных значений подачи насоса, его напора, потребляемой мощности и коэффициента полезного действия при различных режимах работы НС. Режим работы насосов определяется точкой пересечения характеристик Q-H насосов с характеристикой трубопроводов.

Для того чтобы построить суммарную характеристику двух насосов при параллельной работе, необходимо удвоить абсциссы кривой Q-H одного насоса при одинаковых ординатах (напорах).

При построении графической характеристики трубопровода удобно пользоваться уравнением:

где Н_ст – статический напор;

S – коэффициент сопротивления систем трубопроводов.

Сопротивление системы, состоящей из нескольких параллельных трубопроводах, определяется по формуле:

, с²/м⁵

где n – число водоводов.

Сопротивления трубопроводов для всасывающей линии:

с²/м⁵

Сопротивления трубопроводов для напорной соединительной (внутристанционной) линии:

с²/м⁵

Сопротивления трубопроводов для напорного водовода:

с²/м⁵

Возможные режимы работы системы:

1) Подача воды одним насосом по одному напорному водоводу (Q₁-H₁)

^с2/м5

Q, м3/с 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Q2, м6/с2 0 0,01 0,04 0,09 0,16 SQ2, м 0 0,58 2,34 5,26 9,35 Hст, м 50 50 50 50 50 Hст+SQ2, м 50 50,85 52,34 55,26 59,35

2) Подача воды одним насосом по двум напорным водоводам (Q₁-H₂)

^с2/м5

Q	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5
Q2, м6/с2	0	0,01	0,04	0,09	0,16	0,25
SQ2, м	0	0,17	0,70	1,57	2,80	4,37
Hст, м	50	50	50	50	50	50
Hст+SQ2, м	50	50,17	50,7	51,57	52,80	54,37

3) Подача воды двумя насосами по одному напорному водоводу (Q₂-H₁)

с²/м⁵

Q	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1
Q2, м6/с2	0	0,04	0,16	0,36	0,64	1
SQ2, м	0	2,22	8,89	20,01	35,57	55,58
Hст, м	50	50	50	50	50	50
Hст+SQ2, м	50	52,22	58,89	70,01	85,57	105,58

4) Подача воды двумя насосами по двум напорным водоводам (Q₂-H₂)

с²/м⁵

Q	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1
Q2, м6/с2	0	0,04	0,16	0,36	0,64	1
SQ2, м	0	0,58	2,34	5,26	9,35	14,61
Hст, м	50	50	50	50	50	50
Hст+SQ2, м	50	50,58	52,34	55,26	59,35	64,61

5) Подача воды при аварии (Q_авар-H₂)

Рассчитываем коэффициент сопротивления в сети при одном переключении.

с²/м⁵

Q	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1
Q2, м6/с2	0	0,04	0,16	0,36	0,64	1
SQ2, м	0	1,40	5,62	12,64	22,46	35,10
Hст, м	50	50	50	50	50	50
Hст+SQ2, м	50	51,4	55,62	62,64	72,46	85,1

Рассчитываем коэффициент сопротивления в сети при двух переключениях.

^с2/м

Q	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1
Q2, м6/с2	0	0,04	0,16	0,36	0,64	1
SQ2, м	0	1,13	4,52	10,18	18,09	28,27
Hст, м	50	50	50	50	50	50
Hст+SQ2, м	50	51,13	54,52	60,18	68,09	78,27

По результатам таблиц строятся графики совместной работы насосов и водоводов.

Анализ работы насосной станции.

В первую очередь анализ работы насосной станции должен включать определение подачи насосов при различных вариантах их совместной работы с трубопроводами по результатам графо-аналитического расчета. Подача станции при включении всех рабочих агрегатов должна быть равной или большей (до 10%) расчетной максимальной подачи, если это условие не выполнится, то будем предусматривать обточку рабочего колеса насоса.

, требуется обточка рабочего колеса.

В случае аварии на одном из напорных водоводов, НС должна обеспечивать не менее 70% Q_расч., при невыполнении этих условий на напорных водоводах устанавливают дополнительные переключения.

Q_авар>0,7 Q_нс Q_авар/Q_нс=0,605/0,72=0,84>0,7

Таким образом, достаточно лишь одного переключения.

Обточка колеса.

1. Определяем коэффициент быстроходности насоса

об/мин < 150 об/мин.

2. Пересчёт характеристики насоса при обточке рабочего колеса ведется по формулам пропорциональности при i_n=1

При n_s<150 наилучшее соответствие наблюдается при зависимостях:

Н=кQ² следовательно, к=Н/Q²=59,58/0,4²=372,38

Строим параболу подобных режимов проходящих через рабочую точку А.

Q, м3/с	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5
H, м	0	3,72	14,90	33,51	59,58	93,10

Q_E=0,405 м³/с Н_Е=61 м координаты точки Е, точки пересечения параболы подобных режимов с характеристикой одного насоса.

3. Определяем диаметр обточенного колеса

D_об= Q_A*D_рк/Q_E=0,4*780/0,405=770 мм.

iD=Dоб/D=740/780=0,95
Q, м3/с	0	0,185	0,35	0,5	0,55	0,6
Qоб, м3/с	0	0,183	0,345	0,49	0,54	0,59
iD2=0,952=0,9025
Н, м	68	65	62	59	55	46
Ноб, м	67,11	64,16	61,19	58,23	54,29	45,4

В случае аварии на одном из напорных водоводов, НС должна обеспечивать не менее 70% Q_расч., при невыполнении этих условий на напорных водоводах устанавливают дополнительные переключения.

; не требуется второе переключение.