Насосные станции

 

 

Белорусский Национальный Технический Университет

Факультет энергетического строительства

Кафедра «Гидротехническое и энергетическое строительство»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект:

«Насосная станция»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Руководитель:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2002

Содержание:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Задача данного курсового проекта — составление и расчетное обоснование проекта насосной станции.

Насосными станциями называют комплексы гидротехнических сооружений и оборудования, обеспечивающие забор воды из источника, транспортировку и подъем ее к месту потребления.

Состав  сооружений насосных станций, их взаимное расположение  и конструктивное исполнение зависят от множества факторов: назначения, подачи и напоров, природных условий (рельеф местности, колебание уровней воды в верхнем и в нижнем бьефах, объем твердого стока, инженерно-геологические и гидрогеологические условия), наличия местных строительных материалов, технического оснащения строительной организации и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Обоснование схемы гидроузла  машинного водоподъема

Компоновка сооружений насосной станции при минимальной стоимости и площади застройки должна обеспечивать наиболее благоприятные условия их эксплуатации.

В состав насосной станции входят следующие сооружения: подводящий канал, здание насосной станции блочного типа (совмещенное с водозаборным сооружением открытого типа) и машинный канал. Водозаборное сооружение — берегового типа.

Проектируемая насосная станция предназначена для орошения (работающая на машинный канал). Максимальная подача станции — 13,5 м3/с.

Грунт основания в районе строительства —суглинок.

Береговой водозабор, совмещенный со зданием насосной станции, применяется в крупных водозаборах (Q >10м3/с) и при использовании насосов устанавливаемых под залив. Здание станции располагается на некотором удалении от берега в конце подводящего канала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Определение расчетных напора  и подачи насосов и выбор  числа насосных агрегатов

2.1. Определение расчетного напора

Расчетный напор насоса:

 (2.1)

Геодезическая высота подъема — при значительных колебаниях уровней воды в бьефах используется средневзвешенная геодезическая высота подъема

  (2.2)

Расчеты по определению средневзвешенной геодезической высоты подъема удобно вести в табличной форме.

Таблица 2.1. Определение средневзвешенной геодезической высоты подъема.

Период работы насосной станции	Число суток в периоде ti, сут.	Расход НС QI, м3/с	Отметка уровня воды, м		Геодезический напор Hгi, м	QiHгiti	Qiti
			ВБ	НБ
4	30	4,455	229,9	172,2	57,7	7711,61	133,65
5	31	8,775	230,4	172	58,4	15886,3	272,025
6	30	8,775	230,4	170,5	59,9	15768,7	263,25
7	31	13,5	230,86	170,3	60,56	25344,4	418,5
8	31	13,5	230,86	169,9	60,96	25511,8	418,5
9	30	8,775	230,4	171	59,4	15637,1	263,25
					Σ	105860	1769,18

 

Отметки уровня воды в верхнем бьефе рассчитывают по глубине наполнения машинного канала в зависимости от пропускаемого расхода по кривой связи .

Потери напора в трубопроводах складываются из потерь по длине и потерь на местные сопротивления . Потерями предварительно задаются на основе существующего опыта проектирования. Местные потери напора , потерями напора по длине всасывающего трубопровода можно пренебречь, а в напорном трубопроводе они вычисляются по формуле:

  (2.3)

i=3м/км — удельное сопротивление по длине трубопровода.

l=0,38км —длина напорного трубопровода.

— запас напора.

2.2. Определение расчетной подачи  и числа устанавливаемых агрегатов

Расчетная подача насоса определяется максимальной подачей насосной станции и принятым числом насосных агрегатов.

  (2.4)

Число рабочих насосных агрегатов определяется как отношение максимального и минимального расходов из графика водопотребления.

 (2.5)  

Резервные насосы предназначены для замены основных в случае выхода их из строя. На насосных станциях II категории надежности водоподачи устанавливается 1 резервный насосный агрегат при числе основных 1 – 8.

Число установленных агрегатов:

  (2.6)

— число рабочих агрегатов;

— число резервных агрегатов;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Выбор насосов и приводных  электродвигателей

3.1. Выбор основного насоса

Выбор основного насоса ведется по расчетному напору и расчетному расходу по сводным графикам полей насосов соответствующих типов. На сводный график наносится точка А с расчетными координатами Нр=63 м. и Qр=4,5 м3/с. Точка  А  попала  в зону  насоса  марки 1200В —6,3/63 n=375 об/мин.

Имея тип и марку насоса, по каталогу находят рабочую характеристику насоса. На характеристику насоса наносят точку В с координатами Нр=63 м. и Qр=4,5 м3/с, которая при правильно подобранном насосе должна находиться на кривой H – Q или несколько ниже нее в пределах рабочей области. Если величины расчетного напора Нр=63 м и напора Н=69 м, снятого с кривой H – Q при расчетном расходе Qр=4,5 м3/с, отличаются не более чем на 5 – 10%, насос считается подобранным.

 

 

 

3.2. Выбор электродвигателя

Требуемая мощность электродвигателя определяется по максимально возможной подаче насоса Qн=4,5 м3/с, и соответствующему ей напору Нн=63 м.

  (3.1)

К – коэффициент запаса, учитывающий возможность перегрузки двигателя (в первом приближении К=1).

ηн – КПД насоса в долях единицы, снимаемый с характеристики насоса для Qн.

 

Таблица 3.1. Зависимость коэффициента запаса от мощности двигателя.

Мощность двигателя, кВТ	до 20	21 – 50	51 – 300	более 300
Коэффициент запаса К	1,25	1,2	1,15	1,1

По расчетной мощности двигателя и частоте вращения по каталогу подбирается марка электродвигателя: ВСДН-18-49-16.

4. Проектирование всасывающих и напорных трубопроводов

4.1. Проектирование всасывающих  трубопроводов

При использовании на насосной станции мощных (Q > 2 м3/с) вертикальных центробежных насосов подвод воды к ним осуществляется с помощью изогнутых всасывающих труб с давлением в них всегда выше атмосферного. Они выполняются в монолитном железобетоне в зданиях блочного типа. Число всасывающих труб  равно числу установленных насосных агрегатов.

Форма и размеры таких труб устанавливаются заводом изготовителем и зависят от диаметра входного патрубка.

4.2. Проектирование напорных трубопроводов

4.2.1. Внутристанционные напорные  трубопроводы

Напорные трубопроводы в пределах здания станции служат для подачи воды от насосов к внешним напорным водоводам и включают в себя напорные линии насосов и соединительные трубопроводы. Для обеспечения отключения насосов от внешнего напорного трубопровода они оборудуются дисковыми затворами.

Диаметры напорных линий Dн внутри здания станции назначают по скоростям движения воды в них: при Dн > 800мм Vн = 1,8…3,0 м/с.

  (4.1)

Так как значение Dн больше диаметра напорного патрубка насоса dн =0,9м, переходы выполняют в виде диффузоров длиной   (4.2)

4.2.2 Внешние напорные трубопроводы

Напорные трубопроводы служат для транспортировки воды к водовыпускным сооружениям. Трубопровод состоит из двух ниток, расстояние в свету между ними 2м для исключения подмыва при аварии.

Так как на насосной станции установлены насосы с идентичными характеристиками, график водоподачи ступенчатый и количество насосов подключенных к каждой нитке одинаковое расчетный расход этой нитки:

  (4.3)

- условный постоянный расход, который проходя по напорным трубопроводам, вызывает такие потери энергии, какие вызвал бы фактический переменный расход, проходя по тем же трубопроводам за тот же период времени;

n – число ниток напорного трубопровода;

t – продолжительность периода, сут.

Для графика водоподачи и схемы соединения напорных трубопроводов с насосами, приведенных на рисунке эта формула будет иметь вид:

Для определенного определяется диаметр напорного водовода:

    (4.4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Составление графической характеристики совместной работы насосов и трубопроводов

Порядок построения графической характеристики системы «насосы – трубопроводы» при параллельной работе следующий:

1. Составляется схема соединений внутри насосной станции.

 

2. Определяются внутристанционные потери по формуле:

  (5.1)

где

- потери напора по длине всасывающего  и напорного  внутристанционного  трубопроводов соответственно, которыми  можно пренебречь;

- потери напора в местных  сопротивлениях соответственно  во всасывающем и в напорном  внутристанционном трубопроводах.

Для технологической схемы насосной станции с насосами типа «В» и коленчатым подводом потери напора в местных сопротивлениях во всасывающем трубопроводе включают: потери на входе в трубу 1, в переходе сужающемся 2, 4, в колене 3.

  (5.2)

- скорости  соответственно на  входе в трубу, в колене и  в переходе сужающемся, м/с:

   

 

Потери напора в местных сопротивлениях в напорном внутристанционном трубопроводе определяются с учетом потерь напора в переходе расширяющемся 5, в дисковом затворе 6, колене 8 и тройнике присоединения к магистрали 9:

  (5.3)

- скорости соответственно в  переходе расширяющемся, в дисковом  затворе, в колене и в ответвлении  тройника, м/с.

   

3. Определяется удельное сопротивление внутристанционной линии:

  (5.4)

4. Строится кривая внутристанционных потерь Q – Нвн.ст :

  (5.5)

Определение координат кривой внутристанционных потерь удобно вести в табличной форме:

Таблица 5.1. Определение координат кривой внутристанционных потерь.

Q, м3/с	0	1	2	3	4	5	6	7	8
	0	0,088	0,352	0,792	1,408	2,2	3,168	4,312	5,632