РефератыСтроительствоНаНасосная станция

Насосная станция

Кафедра "Гидротехническое и энергетическое строительство"


Курсовой проект:


"
Насосная станция"


Выполнил:


Руководитель:


Минск 2008


Содержание


Введение


1. Обоснование схемы гидроузла машинного водоподъема


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


2.1 Определение расчетного напора


2.2 Определение расчетной подачи и числа устанавливаемых агрегатов


3. Выбор насосов и приводных электродвигателей


3.1 Выбор основного насоса


3.2 Выбор электродвигателя


4. Проектирование всасывающих и напорных трубопроводов


4.1 Проектирование всасывающих трубопроводов


4.2 Проектирование напорных трубопроводов


4.2.1 Внутристанционные напорные трубопроводы


4.2.2 Внешние напорные трубопроводы


5. Составление графической характеристики совместной работы насосов и трубопроводов


6. Подбор вспомогательного оборудования


6.1. Сороудерживающие устройства


6.2. Затворы


6.3. Подъемно-транспортное оборудование


6.4. Дренажно-осушительная система


6.5. Система технического водоснабжения


6.6. Система маслоснабжения и пневматическое хозяйство


7. Конструктивно-компоновочные решения зданий насосной станции, водозаборных сооружений и их параметры


7.1. Выбор типа здания станции


7.2. Определение высотного положения основных насосных агрегатов


7.3. Определение основных размеров здания насосной станции


7.3.1 Определение высоты подземной части здания


7.3.2 Плановая компоновка и размеры насосного помещения здания станции


7.3.3 Верхнее строение здания станции


7.4 Проектирование водозаборного сооружения


Литература


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 - 14,7 м3
/с.


Грунт основания в районе строительства - супесь.


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


Отметка уровня воды, м

Геодезический напор



i
, м


Qi

i
ti
Qi
ti
ВБ НБ
4 30 4,85 240,95 206 34,95 5086,27 145,53
5 31 10,29 241,56 206 35,56 11343,28 318,99
6 30 10,29 241,56 204,8 36,76 11347,81 308,7
7 31 14,7 241,98 204 37,88 17261,92 455,7
8 31 14,7 241,98 203,8 38,08 17353,06 455,7
9 30 9,555 241,49 205 36,49 10459,86 286,65
Σ 72852,2 1971,27



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






Рисунок 2.1.


График связи h
=
f
(
Q
)
для машинного канала




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=0,29км - 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


Рисунок 3.1. Сводный график рабочих полей насосов типа В


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
=40,33 м. и Qр
=4,9 м3
/с. Точка А попала в зону насоса марки 1200В - 6,3/40 n=375 об/мин.



Рисунок 3.2. Рабочая характеристика насоса 1200В-6,3/40


Имея тип и марку насоса, по каталогу находят рабочую характеристику насоса. На характеристику насоса наносят точку В с координатами Нр
=40,33 м. и Qр
=4,9 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
=40,33 м и напора Н=43 м, снятого с кривой H - Q при расчетном расходе Qр
=4,9 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
=4,9 м3
/с, и соответствующему ей напору Нн
=40,33 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


Рисунок 3.3. Схема насосного агрегата


По расчетной мощности двигателя и частоте вращения по каталогу подбирается марка электродвигателя: ВСДН-17-49-16.


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.



Рисунок 4.1. Всасывающая труба насоса с коленчатым подводом


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
=1,32м, 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:




Рисунок 4.2. Схема соединения напорных трубопроводов с насосами


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:





Составляется схема соединений внутри насосной станции.

Рисунок 5.1. Технологическая схема насосной станции: 1 – вход в трубу плавный; 2 – переход сужающийся; 3 – колено; 4 – переход сужающийся; 5 – переход расширяющийся; 6 – задвижка; 7 – труба 8 – колено; 9 – тройник; 10 – напорные водоводы.


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.





Определяется удельное сопротивление внутристанционной линии:


(5.4)


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
0 1 2 3 4 5 6
0 0,044 0,176 0,396 0,704 1,1 1,584

Строится характеристика напорного трубопровода Q- Нтр1,2
:


(5.6)


к - коэффициент, учитывающий местные потери в напорном водоводе, равен 1,1; S0
=0,0001437 с2
/м5
- удельное сопротивление водовода (зависит от его диаметра); l = 290 м - длина водовода.


Определение координат кривой характеристики сопротивления одного напорного водовода удобно вести в табличной форме:


Таблица 5.2. Определение координат кривой характеристики сопротивления одного напорного водовода.





































Q, м3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
0 0,04 0,18
d>
0,41 0,73 1,14 1,65 2,24 2,93 3,71 4,58 5,54 6,60 7,74 8,98 10,3

Для построения этой кривой откладывается определенная ранее средневзвешенная геодезическая высота подъема (Нгср
+ΔН - для станций работающих на излив) и проводится линия параллельная оси абсцисс.


Суммарная характеристика обоих водоводов строится путем сложения расходов в водоводах при постоянном напоре.


Наносится паспортная характеристика насоса Q- Н1,2,3
, строятся характеристики двух и трех параллельно работающих насосов Q- Н1+2
и Q- Н1+2+3
.


Отложив на шкале расходов заданную производительность насосной станции Qнст
и поднявшись до пересечения с кривой Q- Нтр1+2
- получим точку А с координатами (Qнст
; Н1
). Н1
- напор необходимый в начале водовода при расчетной производительности Qнст
.


Далее строится точка В с координатами (Qн
; Н1
). Qн
- подача одного насоса.


В точке В к напору Н1
прибавляется величина внутристанционных потерь, соответствующих расходу одного насоса. Получается точка С, соответствующая значению полного напора насоса при максимальной производительности насосной станции.


Так как точка С не попадает на паспортную характеристику насоса, то производится обточка рабочего колеса насоса.


Изменение положения характеристики насоса обточкой рабочего колеса производится в следующей последовательности:


Строится парабола подобных режимов: k
- параметр параболы, который находится из условия прохождения ее через точку С т.е.


(5.7)


Находятся параметры точки Е пересечения параболы с паспортной характеристикой насоса при нормальном диаметре рабочего колеса (QЕ
; НЕ
).


Таблица 5.3. Координаты параболы подобных режимов.




















Q, м3
0 1 2 3 4 5 6
H, м 0 1,72 6,88 15,48 27,52 43 61,92

Определяется коэффициент быстроходности насоса


(5.8)



, Нн
- расход и напор насоса при максимальном КПД.


Определяется диаметр рабочего колеса:


(5.9)


Процент обточки


(5.10)


при ns
=199,83


Через точку С строим характеристику насоса с обточенным рабочим колесом.


(5.11) (5.12)


Таблица 5.4. Результаты пересчета характеристики насоса при обточке рабочего колеса.























































Точки Параметры насоса
При D =1610 мм При Dобт
=1578 мм
Q, м3
Н, м Q, м3
Н, м
0 0,5 50 0,4900621 48,032175
1 1 48 0,9801242 46,110888
2 2 46 1,9602484 44,189601
3 3 45,5 2,9403727 43,709279
4 4 44,7 3,9204969 42,940764
5 5 43 4,9006211 41,30767
6 6 41 5,8807453 39,386383

Строится приведенная характеристика насоса, проходящая через точку В. Для этого от ординат кривой Qобт
- Нобт 1,2,3
отнимаются потери hвн. ст
.


Строятся приведенные кривые совместной работы параллельно включенных насосов.


Определяются величины подач и напоров при индивидуальной и параллельной работе насосов на один и два водовода.


Таблица 5.2. Величины подач и напоров при индивидуальной и параллельной работе насосов на один и два водовода.





































Режим работы Н, м Q, м3
1 Индивидуальная работа на один водовод 39,3 5,4
2 Индивидуальная работа на два водовода 38,4 5,8
3 Параллельная работа двух насосов на один водовод 41,5 8,75
4 Параллельная работа трех насосов на один водовод 42,8 10,2
5 Параллельная работа двух насосов на два водовода 39,3 10,75
6 Параллельная работа трех насосов на два водовода 40,4 14,7

6. Подбор вспомогательного оборудования

Вспомогательное оборудование включает в себя механическое оборудование и обслуживающие станцию системы и хозяйства: дренажно-осушительная система; системы технического водоснабжения и маслоснабжения; пневматическое хозяйство.


6.1. Сороудерживающие устройства

Устраиваются в виде поверхностных съемных вертикальных сороудерживающих решеток на всех водоприемных отверстиях основных насосов. Служат для предотвращения попадания в водоприемные отверстия сора и плавающих тел, а в отдельных случаях и рыбы.


Решетки систематически очищаются с помощью специальных решеткоочистительных устройств.


6.2. Затворы

Основные или рабочие затворы - служат для оперативного регулирования расходов и уровней воды, поднимаются и опускаются в текущей воде, т.е. под напором.


Ремонтные затворы - используются для временного перекрытия входных отверстий при ремонтах и осмотрах основных затворов, а также насосов и другого оборудования станции в целом.


6.3. Подъемно-транспортное оборудование

Это оборудование необходимо для монтажа, ремонта и демонтажа насосных агрегатов, другого оборудования станции.


Его грузоподъемность определяется массой наиболее тяжелой монтажной единицы умноженной на коэффициент запаса к=1,1…1,15. Масса деталей принимается в пределах до 60% от общей массы насоса или приводного электродвигателя.


Насос марки 1200В - 6,3/40 имеет массу 35 тонн, значит масса самой тяжелой детали составляет 21 тонну.


По каталогу подбирается мостовой электрический кран грузоподъемностью 30 тонн.


6.4. Дренажно-осушительная система

Дренажно-осушительная система необходима для удаления дренажной воды из подземной части здания и для откачивания воды из проточных трактов станции.


Дренажно-осушительная система включает в себя дренажные насосные установки для откачки профильтровавшейся воды в помещение агрегатной части здания станции и систему осушения или опорожнения станции.


Для насосных станций с подачей свыше 10 м3
/с подача дренажных насосов назначается Qд
=10л/с.


Суммарная подача насосов системы опорожнения


(6.1)


W=35 м3
- суммарный объем воды, находящийся во всасывающей трубе и в камере осушаемого насоса при максимальном УНБ; t=5 ч - время откачки; q=1 л/с=3,6 м3
/ч.


Так как удаление дренажной воды из подземных помещений ведется периодически, в дренажно-осушительной системе устраиваются только два рабочих насоса.


6.5. Система технического водоснабжения

Предназначена для подачи технически чистой воды к устройствам насосных агрегатов, к сальниковым уплотнениям. Источник водопитания - нижний бьеф.


Подача на каждый насосный агрегат - 1 л/с, при напоре - 50 м.


В системе технического водоснабжения используют центробежные насосы консольного типа "К" - один рабочий и один резервный.


6.6. Система маслоснабжения и пневматическое хозяйство

Система маслоснабжения необходима для обеспечения маслами масляных ванн и подшипников электродвигателей, насосов, трансформаторов и других маслонаполненных электроаппаратов. Насосы подбираются из условия заполнения емкости вместимостью до 20 тонн за 2 часа, а больших емкостей не более чем за 4 часа.


Пневматическое хозяйство служит для обеспечения сжатым воздухом станции, т.е. для питания устройств очистки сороудерживающих решеток и обдувки обмоток электродвигателей, котлов маслонапорных установок, торможения агрегатов, а также для снабжения аппаратуры контроля, пневмоинструментов.


7. Конструктивно-компоновочные решения зданий насосной станции, водозаборных сооружений и их параметры
7.1. Выбор типа здания станции

Так как забор воды ведется из реки с большим колебанием уровня воды в ней 2,2 м, большой отрицательной высоты всасывания насоса и подачей более 2м3
/с, принимается заглубленное здание станции блочного типа.


7.2. Определение высотного положения основных насосных агрегатов

Отметка оси насосов определяется алгебраической суммой расчетного (минимального) уровня воды в источнике и значения допустимой геометрической высоты всасывания насоса :


ОН=УВmin
+Нвс
доп
, м. (7.1),


(7.2)


Напор воды соответствующий атмосферному давлению на уровне установки насоса:


(7.3)


- упругость насыщенных паров жидкости, =0,24м при t=20о
С; =15,5м - допустимый кавитационный запас, снимается с характеристики насоса; =0,144м - потери напора во всасывающей линии.


ОН=203,8 - 5,8 = 198м.


7.3. Определение основных размеров здания насосной станции
7.3.1 Определение высоты подземной части здания

Высота подземной части здания насосной станции заглубленного типа определяется по формуле:


(7.4)


=0,1Нст
=1,1м - толщина фундаментной плиты;


ФП=ОН-hн
=198 - 2,75 = 195,25 (7.5) – отметка верха фундаментной плиты;



=2,75 - превышение оси рабочего колеса насоса над верхом фундаментной плиты;


(7.6) - максимально возможный напор воды на конструкцию в расчетном сечении;


- допустимая геометрическая высота всасывания;


(7.7) - амплитуда колебаний уровня воды в водоисточнике; - конструктивный запас.



7.3.2 Плановая компоновка и размеры насосного помещения здания станции

Насосные агрегаты располагаются в один ряд вдоль водоприемного фронта.


Ширина агрегатного блока принимается равной:


(7.8)


- толщина стены насосного помещения станции;


а1
=1,52м - монтажный проход;


bНА
=3,78м - поперечный размер насосного агрегата;


lком
=6м - длина участка внутристанционных коммуникаций;


а2
=0,5м - монтажное удаление коммуникаций от стены помещения.


Расстояние между осями агрегатов, т.е. длина агрегатного блока определяется условиями размещения насосных агрегатов и обеспечением монтажно-эксплуатационных проходов:


(7.9)


lНА
=4,026м - габарит насосного агрегата в продольном направлении;


а3
=1,474м - монтажный проход между агрегатами.


Длина всего здания станции определяется проходами между торцевыми стенками и агрегатами, продольным размером самих агрегатов, их числом, расстоянием между ними, а также длиной монтажной площадки:


(7.10)


- длина монтажной площадки;


а4
=1м - проход между торцом оборудования и стеной;


n- число основных агрегатов.


7.3.3 Верхнее строение здания станции

Верхнее строение служит для размещения подъемно-транспортного оборудования, электродвигателей насосных агрегатов. Эта часть здания состоит из электромашзала с монтажной площадкой и примыкающих к нему пристроек для электротехнического оборудования, а также служебных, административных и бытовых помещений.


Конструктивно верхнее строение оформляется в виде промышленного здания каркасного типа. Оно состоит из сборных железобетонных элементов - системы колонн, ферм и ригелей покрытия, подкрановых балок на консолях.


Стены каркасных строений не несущие и выполняются из сборных стеновых панелей из легких бетонов толщиной 200 мм.


Верхнее строение насосной станции, оборудованной мостовым краном, имеет высоту:


(7.11)


hкр
=3,15м - габарит кранового оборудования; hст
=1м - высота строповки груза; 0,1 - минимальное расстояние от низа перекрытия до верха балки крана; hгр
=3,5м - высота самой крупной транспортируемой детали; 0,5 - минимальный запас высоты от груза до установленного оборудования; hоб
=3,5м - высота установленного оборудования.


Определенную высоту здания насосной станции (расстояние от уровня чистого пола до низа несущих конструкций покрытия на опоре) округляют до стандартного значения . Пролет верхнего строения или ширина машзала также округляется до стандартного значения В=15м. Длина верхнего строения также, как и насосного помещения принимается кратной 6м . Шаг колонн - 6м.


7.4 Проектирование водозаборного сооружения

Водозаборное сооружение открытого типа представляет собой открытые сверху камеры, разделенные бычками, между которыми устанавливаются затворы и сороудерживающие решетки. Ширину камеры принимают равной:


(7.12)


Длина камеры назначается конструктивно исходя их условия размещения служебных мостиков, сороудерживающих решеток, основных и ремонтных затворов . Коэффициент секундного водообмена:


> 15сек. (7.13)


Глубина воды в камере при минимальном уровне воды 8,55м.


Служебные мостики устраиваются выше максимального уровня воды на 1м. Общая длина водоприемного фронта:


(7.14)


- толщина быка;


n- число камер.


Насосная станция оборудуется затворами пролетом 4,5м и высотой 11м, ширина паза 0,6м, глубина паза 0,3 м.


Сопряжение каналов с береговыми сооружениями станции обеспечивает аванкамера в виде симметрично расширяющейся (центральный угол конусности 35о
) и заглубляющейся концевой части канала (уклон дна i=0,4). Дно аванкамеры в плане представляет собой трапецию, меньшее основание которой b=6м, большее Вф
=21м.





Рисунок 7.1. Водозаборное сооружение открытого типа


Литература

1. Учебно-методическое пособие к курсовому проекту "Насосная станция" по дисциплине "Насосные станции" для студентов специальности Т. 19.04 - "Водохозяйственное строительство". Минск 2000


2. Насосы и насосные станции: Учебник / Под ред. В.Ф. Чебаевского. - М.: Агропромиздат, 1989. -416с.


3. Проектирование насосных станций и испытание насосных установок: Учеб. Пособие / Под ред. В.Ф. Чебаевского. -3-е изд., перераб. и доп. -М.: Колос, 1982. -320 с.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Насосная станция

Слов:3353
Символов:31865
Размер:62.24 Кб.