Проектирование мелиоративной насосной станции и водозаборного сооружения для внутрихозяйственной закрытой оросительной сети

вдзб2.frw

насосной станции.docx

ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный
университет» имени Н. И. Вавилова
факультет Природообустройства и лесного хозяйства
кафедра Строительных конструкций и гидротехнических сооружений
Тема: Проектирование мелиоративной насосной станции и водозаборного сооружения для внутрихозяйственной закрытой оросительной сети
КИВ-401(1) 4-го курса
зав. каф. «СК и ГТС» д. т. н.
Определение напора насосной станции4
1.Выбор диктующей точки для внутрихозяйственной оросительной сети4
2.Определение расчетных расходов закрытой оросительной сети5
3.Гидравлический расчет расчетной трассы6
4.Определение расчетного напора насосов и насосной станции8
5График водоподачи оросительной воды на внутрихозяйственный орошаемый участок9
6Построение характеристики Q-H закрытой сети10
Определение количества типа и марки насосов13
1.Подбор вспомогательных насосов14
2. По строение графика совместной работы насосов и закрытой сети18
3. Схемы автоматизации работы насосных станций19
3.1. Ступенчатое регулирование подачи насосной станции по расходу19
4. Определение отметки оси насосов и пола насосного здания20
5. Выбор двигателей для привода насосов21
Внутристанционные всасывающие и напорные коммуникации22
Выбор вспомогательного гидросилового оборудования насосной станции25
2. Дренажная система28
3. Выбор пневматического оборудования29
Расчет водозаборного сооружения34
Выбор вспомогательного оборудования насосной станции38
1. Подбор трубопроводной арматуры внутристанционных коммуникаций насосной станции38
2. Выбор подъемно-транспортного оборудования42
Выбор типа здания насосной станции и определение его размеров46
Мероприятия по предотвращению недопустимого повышения давления в напорных трубопроводов51
Насосные станции предназначены для создания гидравлической энергии и подачи рабочей жидкости в исполнительные механизмы . Для производства насосных станций используются комплектующие как российского производства так и продукция мировых лидеров в производстве гидравлических компонентов: Bosh Rexroth Group Bieri Hydraulik Hawe Hydraulik Atos MP-Filtri. В стандартную серию насосных станций для привода гидроинструмента устанавливаются одноступенчатые радиально-поршневые насосы объемом от 013 см3 до 903 см3 (номинальное давление 70 МПа) с большим ресурсом эксплуатации. Широкий диапазон по расходу насосов и различные типы приводов насосных установок (электро- бензо- пневмо-) позволяют выбрать оптимальный источник давления для гидравлического инструмента.
В насосные станциях как правило размещают несколько насосных установок каждую из которых можно включить или отключить в зависимости от требуемой подачи воды. Насосной станцией можно назвать также и единичную насосную установку расположенную на подвижной платформе или плавучем понтоне и имеющую ряд дополнительных устройств для пуска и регулирования режима работы.
Технико-экономические расчеты обосновывают целесообразность проектирования новых или реконструкции действующих водохозяйственных и мелиоративных систем или их составных частей. На основе этих расчетов принимают решение о строительстве или реконструкции рассматриваемых объектов выбирают наиболее оптимальные технические решения по объекту в целом и по отдельным сооружениям входящим в него.
Определение напора насосной станции
1.Выбор диктующей точки для внутрихозяйственной оросительной сети
Насосные станции (станции подкачки) работающие на закрытую оросительную сеть проектируют в соответствии с техническим заданием. План на который нанесены схема закрытой оросительной сети и рельеф местности в масштабе М 1:10000 представлен на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Схема закрытой оросительной сети для дождевальной машины «Волжанка»(«Днепр»)
Исходные данные: количество одновременно работающих машин (Днепр) - 10расход машины - 22 лс свободный напор на гидранте - 40 м.
Анализируя топографический план на котором запроектирована закрытая оросительная сеть выбирают расчетную трассу. Расчетная трасса определяет путь движения воды к диктующему гидранту для которого свободный напор дождевальной машины обеспечивается максимально высоким положением пьезометрической линии у насосной станции. Максимально высокое положение пьезометрической линии обусловливается сочетанием двух факторов: высокой отметкой земли у гидранта и большими гидравлическими потерями напора в трубопроводе.
Если самый удаленный от насосной станции гидрант находится на наиболее высокой отметке поверхности земли то мы не встречаем особых затруднений при выборе расчетной трассы (рис. 1.1. - за расчетную трассу принимаем трассу трубопровода 0-1-2-3-4-5).
Если же наиболее удаленный гидрант расположен не на самой высокой отметке поверхности земли необходимо рассматривать несколько вариантов трассы и выбрать проходящий через диктующую точку.
После проведения анализа устройства заданной закрытой оросительной сети нумеруют участки трубопроводов включая гидранты. Нумерацию начинают от насосной станции от трубопроводов старшего порядка в сторону трубопроводов младшего порядка. Участком следует считать трубопровод с постоянными расходом диаметром и материалом труб.
Расстановку одновременно работающих дождевальных машин (их количество определено заданием на проектирование) начинают вести от наиболее удаленных поливных трубопроводов в сторону магистрального трубопровода. Если на данной ветви оросительной сети не поместились все машины то оставшиеся машины следует размещать на гидрантах другой ветви наиболее удаленной от насосной станции (см. рис. 1.1).
2.Определение расчетных расходов закрытой оросительной сети
Расчетные расходы воды определяют на случай когда максимально возможное количество одновременно действующих дождевальных машин работают на самых удаленных позициях от насосной станции.
Для расчетной трассы начиная от наиболее удаленных гидрантов определяют расходы участков последовательным суммированием расходов работающих дождевальных машин. На участке примыкающем к насосной станции расход должен быть равен суммарной производительности всех работающих дождевальных машин.
Расчетный расход в голове полевого трубопровода на котором установлены дождевальные машины:
где — расчетный расход брутто полевого трубопровода лс; - сумма расходов подаваемая дождевальными машинами лс; — коэффициент полезного действия полевого трубопровода = 099 098.
Расчетный расход в голове распределительного трубопровода:
где — расход брутто из распределительного трубопровода лс; - сумма расходов брутто из полевых трубопроводов подключенных к распределительному трубопроводу лс; - коэффициент полезного действия распределительного трубо-провода = 099.
Расчетный расход магистрального трубопровода а именно максимальный расход насосной станции определяется по зависимостям:
где — расход брутто из магистрального трубопровода лс; n - количество одновременно работающих дождевальных машин в самый напряженный поливной период шт.; – расход брутто из распределительных трубопроводов подключенных к магистральному трубопроводу лс; – КПД магистрального трубопровода =099; - КПД системы:
сист = п.т р.т м.т (1.5)
Расчетную максимальную подачу оросительных насосных станций устанавливают также по максимальной ординате укомплектованного графика водопотребления.
Результаты расчетов сводят в табл. 1.1.
Расчетные расходы оросительной сети
Расчетный расход брутто лс
3.Гидравлический расчет расчетной трассы
Гидравлический расчет расчетной трассы закрытой оросительной сети проводят для определения диаметра труб скорости движения воды и потерь напора в трубах.
Диаметр трубопровода в зависимости от протекающего через него расхода можно определить по формуле:
где d - диаметр трубопровода мм; Q - расчетный расход для данного участка м3с; и - скорость воды в трубопроводе для магистрального трубопровода v = 15 30 мс для распределительного и полевого и = 09 16 мс.
Найденный диаметр труб уточняют по ГОСТу и округляют до стандартного.
Водоводы мелиоративных насосных станций устраивают в основном из железобетонных асбестоцементных и стальных труб. Чугунные и пластмассовые трубы в мелиорации применяют редко.
Железобетонные трубы применяют при диаметрах 500 1600 мм и давлении до 15 МПа (магистральные и распределительные трубопроводы). При использовании труб со стальным сердечником допустимое давление может быть увеличено до 3 МПа.
Асбестоцементные трубы используют при диаметрах 100 500 мм и давлении в них до 15 МПа (полевые и распределительные трубопроводы). Они подразделяются на три класса: ВТ9 ВТ 12 и ВТ 15 для рабочих давлений (максимальное гидравлическое давление при котором может быть использована труба данного класса при отсутствии внешней нагрузки) соответственно 09 МПа; 12 и 15 МПа.
Стальные трубы пригодны для любых диаметров и давлений. Для закрытых оросительных систем I применяют стальные тонкостенные трубы с антикоррозионным покрытием диаметром 168 1420 мм и давлением 07 25 МПа.
Потери напора на прямолинейных участках трубопровода постоянного сечения (потери по длине) определяют по формуле Дарси - Вейсбаха:
где — коэффициент гидравлического трения; — длина расчетного участка трубо-провода м; d — диаметр трубопровода м; — скорость движения воды в трубопроводе мс; g — ускорение свободного падения g = 981 мс2.
Формулу (1.7) можно записать в следующем виде:
где i — гидравлический уклон:
В зависимости от расхода диаметра и скорости по гидравлическим таблицам определяют удельные потери 1000i a затем потери по длине расчетного участка трубопровода.
Обычно местные потери в закрытой оросительной сети составляют 5—10 % от потерь по длине т.е.:
Полные потери на преодоление гидравлических сопротивлений на участке трубопровода:
где - сумма потерь напора по длине всего трубопровода м; - сумма потерь напора на преодоление местных сопротивлений м.
Гидравлический расчет закрытой оросительной сети выполняют по расчетной трассе (табл.1.2).
Гидравлический расчет закрытой оросительной сети
Участок трубопровода
Расчетный расход участка брутто Q лс
Внутренний диаметр труб d м
Скорость движения воды и мс
Потери напора в трубопроводе м
Материал и марка труб
стальные электросварные
4.Определение расчетного напора насосов и насосной станции
Расчетный напор насосной станции определяют при максимальном расходе насосной станции т.е. когда работают все дождевальные машины на закрытой сети. При этом насосы должны обеспечивать некоторый минимальный свободный напор воды Яд м для любого гидранта закрытой оросительной сети при самых неблагоприятных сочетаниях работы дождевальных машин. Обычно это самый удаленный гидрант от насосной станции при максимальной ее подаче. Для этого гидранта и находят расчетный напор насоса по формуле:
Нр = Hp min = Hг + Нд м + hпот (1.12)
где Hг - геодезическая высота подъема воды от источника к гидранту (гидранта – m Hдм - минимально допустимый (свободный) напор воды в гидранте при подключении к нему дождевальной машины м; hпот - суммарные потери напора в сети от водоисточника до гидранта hпот = hполн+ hвнст; hвнст - гидравлические потери напора на внутристанционных коммуникациях насосной станции принимают hвнст = 10.. .20 м.
Для расчетной трассы (см. рис. 1.2) расчетный напор:
Hр = 3 + 40 + 1326 = 5626 м;
Hг = 653 – 623 = 3 м; hпот = 1226+ 1 = 1326 м.
5График водоподачи оросительной воды на внутрихозяйственный орошаемый участок
Составим таблицу для подачи воды(таб.1.4) и пострим по ней график(рис1.2)
Рис. 1. 2. График подачи оросительной воды
6Построение характеристики Q-H закрытой сети
Построение графика работы закрытой сети сводится к нахождению расчетных расходов определяемых количеством одновременно работающих дождевальных машин и соответствующих им напоров.
Расчет начинают вести при максимальном расходе т.е. при работе всех дождевальных машин а затем последовательно исключают из расчета машины начиная с наиболее близко расположенных к насосной станции.
Отметку пьезометрического уровня в начале участка пу определяют по формуле:
Для того чтобы подать определенный расход в сеть необходимо развить напор H рассчитываемый по формуле:
Н= пу - min УВ водоисточника + (1.14)
Результаты расчетов сводят в табл. 1.3.
Для подбора основного гидросилового оборудования мелиоративной насосной станции в первую очередь необходимо установить расчетные величины подачи воды во внутрихозяйственную закрытую оросительную сеть по расчетной трассе до ее диктующей точки и определить расчетный напор насосной станции.
Расчет напоров для построения характеристики Q-H закрытой сети
№ отключённого гидранта
Участок расчетной трассы
Диаметр трубопроводов мм
Отметка пьезометрического уровня в начале участка пу м
Определение количества типа и марки насосов
Количество n основных насосов для стационарной автоматизированной насосной станции определяют исходя из максимального расхода закрытой оросительной сети:
где Qmax = Qр - минимальная (расчетная) подача насосной станции т.е минимальная ордината укомплектованного графика водопотребления (минимальное количество работающих машин).
Расчетный расход насоса Qр:
n=22917 4583=5 насосов;
Q p=229175=4583 лс=004583 м3с=165 м3час
при напоре Нр = 5626 м
Увеличение числа насосов допускается для лучшего приближения графика водоподачи к графику водопотребления.
Основываясь на практике проектирования и эксплуатации насосных станций следует применять однотипные освоенные промышленностью насосы и отдавать предпочтение наиболее надежным и удобным в эксплуатации. В качестве основных можно использовать центробежные горизонтальные насосы типа Д многоступенчатые типа ЦН а также чешские насосы СVЕ и QVD. На оросительных станциях III категории надежности допускается установка одного насосного агрегата с подачей до 400 лс и мощностью до 150 кВт.
По полученным напору насосной станции Нр и расходу Q p пользуясь сводным графиком полей Q-H центробежных насосов по приложению или по каталогам устанавливают марку насоса.
На практике целесообразно использовать опыт подбора насосов для насосных станций которые уже спроектированы и прошли проверку в эксплуатационных условиях. Варьируя марками и числом насосов а также наружным диаметром рабочих колес D2 можно подобрать сочетание насосов удовлетворяющее требованиям предъявляемым к насосным станциям с довольно широкими диапазонами подач и напоров.
Для выбранных марок насосов по каталогам определяют основные их технические характеристики частоту вращения диаметр рабочего колеса КПД допустимый кавитационный запас или допустимую вакуумметрическую высоту всасывания.
Для расширения области применения центробежных насосов которые работают с электродвигателями переменного тока не допускающими изменения частоты вращения (асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором и синхронные) обрезают рабочее колесо по наружному диаметру. При уменьшении наружного диаметра рабочего колеса на 10-20 % КПД насоса практически не изменяется а подача и потребляемая мощность уменьшаются.
Q p=4583 лс=004583 м3с=165 м3час
На сводных графиках полей указанным параметрам соответствует насос типа Д320-70 n = 1450 мин-1 (значение напора и расхода на графике пересеклось). В каталоге находим характеристику насоса. Сплошные линии соответствуют максимальным диаметром рабочего колеса D2 = 405 мм пунктирные- с минимально допустимым диаметром D2 = 340 мм. Если точка А попадает на одну из линий характеристик Q-H или в 2%-ю зону по напору Н то окончательно принимаем насос с указанный характеристиках диаметрами рабочих колес 02. Если точка А холится между двумя характеристиками Q-H. то рабочее ко. необходимо обточить до нужного диаметра D2 = Dобт.
В нашем случае обточка рабочего колеса до нужного диаметра не требуется.
1. Подбор вспомогательных насосов
Кроме основных насосов на насосных станциях закрытой оросительной сети должны быть установлены еще и вспомогательные (бустерные) насосы (обычно два) которые компенсируют утечки воды из закрытой оросительной сети поддерживают в ней необходимый напор при отключенной поливной технике и основных насосах. Бустерные насосы также используют для первоначального заполнения водой закрытой оросительной сети до включения в работу дождевальных машин.
Суммарную максимальную подачу бустерных насосов принимают равной З—5 % максимального расхода закрытой сети (Qбр). Расчетный напор бустерных насосов определяется на пересечении значения максимальной подачи двух бустерных насосов с кривой Q—H закрытой сети.
В качестве вспомогательных обычно применяют центробежные консольные насосы типа К АК; многоступенчатые секционные насосы типа ЦНС и реже — типа Д.
Пользуясь каталогами на сводных графиках областей по расходу одного насоса и расчетному напору определяют марку насоса.
Рис.2.1 Характеристики насоса Д320-70 n = 1450 мин-1
Для нашего примера:
= 00522834 2 = 57 лс = 00057 м3с = 2055 м3ч;
По найденным значениям расхода и напора подбираем вспомогательные насосы: АК 32 –200.1207752.
2. По строение графика совместной работы насосов и закрытой сети
Построение графика совместной работы насосов и закрытой сети сводится к наложению на характеристику закрытой сети суммарной характеристики вспомогательных и основных насосов в отдельности. Характеристики основных насосов следует скорректировать т.е. вычесть из них потери напора во внутристанционных коммуникациях (приведенная дроссельная характеристика насоса). Затем строят суммарную характеристику параллельной работы основных и бустерных насосов.
На суммарные характеристики наносят рабочие зоны работы насосов и назначают режимы включения и отключения насосов при изменении расхода сети от нуля до максимального.
Под режимом включений (отключения) насосов следует понимать такой режим их работы при котором изменение расхода сети требует изменения числа работающих насосов.
Максимальный расход насосов ограничивается правой границей рабочей зоны характеристики Q-Н если рабочая зона работы насосов находится выше характеристики Q-H сети.
Если же рабочая зона работы насосов пересекает характеристику Q—H сети то режим включения насосов определяется точкой пересечения графика покрытия с характеристикой Q—H сети.
Если оба случая взаимного расположения характеристик встречаются одновременно то режим работы насосов назначают комбинированно. для одной группы насосов — по точкам пересечения кривой Q—H насоса с характеристикой сети для другой — по максимальным расходам рекомендуемой рабочей зоны.
Расходы соответствующие точкам В и Е являются предельными расходами вспомогательного и основного насосов (работает только один насос). При этом приходится иногда рабочую зону работы основного насоса расширить в область малых расходов. Расходы от нуля до минимального расхода бустерного насоса определяемого зоной рекомендуемой работы насоса покрываются водовоздушным резервуаром.
3. Схемы автоматизации работы насосных станций
Совместная работа сети и насосов зависит от схемы автоматизации насосных станций.
Для насосных станций у которых основные насосы имеют круто падающие характеристики Q—H (при крутизне 25—ЗО %) можно использовать управляющие сигналы от датчиков давлений; при пологих характеристиках насосов Q—H (при крутизне 8—12%) - от датчиков расхода воды в начале напорного трубопровода или от датчиков потребляемого тока.
3.1. Ступенчатое регулирование подачи насосной станции по расходу
Первый основной насос и вспомогательные насосы включаются «по давлению» от импульсов электроконтактных манометров подключенных к водовоздушному резервуару (ВВР) пуск последующих основных насосов осуществляется «по расходу» по мере подключения или отключения дождевальной техники (от сигнала индукционного расходомера).
При неработающих дождевальных машинах в сети происходит утечка воды объем которой восполняется ВВР. Постепенно за счет утечек в сети давление в ней и в ВВР снижается до величины соответствующей точке В (рис. 2.3). От сигнала электроконтактного манометра расположенного на ВВР включается первый вспомогательный насос.
При включении вспомогательного насоса его подача компенсирует утечки в сети и одновременно идет на пополнение ВВР до верхнего допустимого предела рекомендуемой зоны насоса. После наполнения ВВР первый вспомогательный насос отключается и на компенсацию утечек расходуется объем воды накопленный ВВР. Когда уровень воды в баке вследствие утечек опустится ниже минимально допустимого т.е. при снижении давления до точки В по сигналу электроконтактного манометра включается второй вспомогательный насос (точка А').
Суммарная расчетная максимальная подача двух параллельно подключенных вспомогательных насосов должна быть больше возможных утечек воды из сети при отключенных дождевальных машинах. Оба вспомогательных насоса обеспечивают расход до точки С. При вводе в работу поливной техники давление в сети падает т.е. вспомогательные насосы не обеспечивают потребления сети. Когда давление понизится (точка Р) импульсом от электроконтактного манометра включается первый основной насос а вспомогательные насосы отключаются. Подключение новых дождевальных машин вызывает увеличение водозабора сети и от сигнала индукционного расходомера включаются очередные основные насосы (точки Е F). Отключение насосов осуществляется в обратной последовательности.
4. Определение отметки оси насосов и пола насосного здания
Отметку установки оси насоса оси определяют для наихудших эксплуатационных условий работы насосного агрегата; определяемых минимальным уровнем воды в источнике и напором при максимальной (предельной) подаче первого насоса:
оси = min УВ + — (2.9)
где m — допусти-мая геометрическая (геодезическая) высота всасывания м; — потери напора в бере-говом колодце с сороудерживающим устройством = 01 03 м.
Допустимая геометрическая высота всасывания определяется по формуле:
где — напор воды соответствующий атмосферному давлению = 10 м; — на-пор насыщенных паров жидкости =024 043 м при температуре воды t = 20 30 °С; Δ - максимальный допустимый кавитационный запас в пределах изменения подачи насоса в эксплуатационных условиях (определяется по кавитационной характеристике насоса); — потери напора во всасывающем трубопроводе насоса = 02. .. 08 м.
По отметке оси насоса определяют отметку пола насосного здания:
п.нс = оси - Е - - 03= 667-06-02-03=656 м (2.11)
где Е — расстояние от оси насоса до его опорной плоскости м; — высота фунда-мента насоса для основных насосов =02 04 м вспомогательных — =01 02 м.
Отметки оси насоса и пола машинного зала определяют как для основных так и вспомогательных насосов. Более низкая отметка пола из этих двух случаев принимается за отметку пола машинного зала а отметки осей остальных насосов пересчитываются исходя из принятой отметки пола машинного зала. При этом расстояния от пола до низа всасывающих и напорных трубопроводов насоса не должны быть менее 03 м.
В нашем примере: = 10 - 024 – 8 – 02 = 16 м ; оси =653 + 16 – 02 = 667 м ;
5. Выбор двигателей для привода насосов
Насосы как правило поставляются заводами в комплекте с электродвигателями.
При подборе электродвигателя необходимо: обеспечивать заданную для вала насоса частоту вращения и мощность которую рассчитывают по формуле:
где k - коэффициент запаса мощности зависящий от мощности двигателя; – максимальная подача одного насоса м3с (снимается с характеристики Q—H); - соответственно напор и КПД насосов при .
Для вычисленной мощности требуемой частоты вращения насоса расположения вала насос подбирают марку электродвигателя. Электродвигатель для бустерного насоса подбирают по максимальной мощности снимаемой с характеристики Q—H.
Для нашего примера: = 105 = 72 кВт марка электродвигателя Д320-50.
Выбор основного гидросилового оборудования насосов и электродвигателей которые непосредственно осуществляет подачу оросительной воды от источника орошения в соответствии с графиком водоподачи до поливного поля является определяющим этапом проектирования мелиоративных насосных станций. Расчетами устанавливают число марки насосов и электродвигателей исследуют режим совместной работы насосов и трубопроводов закрытой оросительной сети формируют схему автоматизации работы насосной станции.
Внутристанционные всасывающие и напорные коммуникации
Всасывающие коммуникации служат для подвода воды от водоприемных камер водозаборных сооружений к всасывающим патрубкам насосов. При проектировании всасывающих трубопроводов необходимо соблюдать следующие условия.
Всасывающие трубопроводы выполняют только из стальных труб. Во избежание образования воздушных мешков их прокладывают без каких-либо переломов в вертикальной плоскости с непрерывным подъемом к насосу с уклоном не менее 0005. В случае уменьшения диаметра всасывающего трубопровода переход для присоединения к всасывающему патрубку насоса делают в виде одностороннего конуса с горизонтальной верхней образующей (рис. 3.1). Длину конуса (конфузора) принимают:
lк = (35 4)(Dв – dв) (3.1)
где Dв – диаметр всасывающего трубопровода м; dв – диаметр всасывающего патрубка насоса м
Всасывающие трубопроводы прокладывают длиной не более 50 м с минимальным числом соединений и поворотов. Перед насосом предусматривают прямолинейный участок длиной не менее 2Dв.
Диаметры всасывающих трубопроводов принимают в соответствии со скоростями движения воды в них и рассчитывают по формуле (1.6).
Диаметр всасывающего трубопровода Dв не должен быть меньше диаметра входного патрубка dв.
Число всасывающих трубопроводов принимают равным числу насосов.
Рис. 3.1. Схема устройства арматуры на всасывающем и напорном
трубопроводах: 1 4 – задвижки; 2 – насос; 3 – обратный клапан
Внутристанционные напорные коммуникации служат для подачи воды от насосов к напорным трубопроводам.
Диаметры напорных линий принимают в соответствии со скоростями движения воды в них: при в = 15 2 мс Dв ≤ 250 мм; при в = 20 25 мс Dв >250 мм.
В случае увеличения диаметра напорного трубопровода переход для присоединения к напорному патрубку насоса делают в виде двустороннего конуса (см. рис. 3.1). Длину lд конуса (диффузора) принимают:
lд = (6 7)(Dн – dн) (3.2)
где Dв – диаметр напорного трубопровода м; dв – диаметр напорного патрубка насоса м
Расстояние между осью насоса и стеной здания назначает завод-изготовитель; оно не должно превышать 2dн.
Принимаем диаметр всасывающих стальных трубопроводов Dв = 400 мм; при расчетном расходе Qр = 004583 м3с скорость движения воды в них в = 15 мс.
Диаметр всасывающих патрубков устанавливаемых на станции насосов Д320-50 dв = 300 мм. Так как ось насоса соответствует максимальному уровню воды в источнике а всасывающая линия располагается ниже этого уровня то предусматриваем запорное устройство в виде параллельной задвижки с выдвижным шпинделем с электроприводом. Для того чтобы присоединить задвижку к всасывающему патрубку используем монтажную вставку типа сальникового компенсатора диаметром 300 мм.
Для присоединения задвижки к всасывающему трубопроводу предусматриваем конфузор длина которого:
lк = 4(Dв – dв) = 4*(04 – 03)= 04 м.
Всасывающие трубопроводы прокладывают к насосам с подъемом (уклон 001).
Диаметр напорного патрубка dн = 150 мм. Так как скорость движения воды невелика и составляет 17 мс трубопроводную арматуру принимают такого же диаметра. В качестве монтажной вставки используют сальниковый компенсатор диаметром 150 мм. Обратный клапан – однодисковый с эксцентрично расположенной осью.
В качестве средства защиты от гидравлического удара возникающего при аварийном отключении электропитания двигателей насосов воду частично сбрасывают через насосы при использовании обводной линии диаметром dобв = 75 мм к обратному клапану. Для присоединения обводной линии к напорной предусматриваем два патрубка с фланцами. Их следует установить до и после обратного клапана; длину патрубков принимаем 04 м.
В качестве запорной арматуры устанавливаем параллельную задвижку с выдвижным шпинделем с электроприводом. Диаметр напорной линии Dн = 200 мм. Переход от диаметра 150 мм к диаметру 200 мм – с помощью диффузора длиной lд = 6(02 – 015) = 03 м.
Напорные линии к напорному коллектору диаметром 400 мм присоединяют за пределами здания насосной станции. Для прохода напорных и всасывающих линий через стены здания насосной станции используют сальниковые уплотнения без нажимного устройства.
При проектировании внутристанционных всасывающих и напорных коммуникаций должны быть решены вопросы по выбору типа всасывающего трубопровода установки необходимой внутристанционной трубопроводной арматуры и выбрана схема напорных коммуникаций которая как правило вынесена за пределы здания подкачивающей насосной станции.
Выбор вспомогательного гидросилового оборудования насосной станции
К вспомогательному насосному оборудованию насосной станции работающей на закрытую оросительную сеть можно отнести: бустерные насосы вакуум-систему дренажную систему пневматическое оборудование трубопроводную арматуру грузоподъемное оборудование контрольно-измерительную аппаратуру электротехническое оборудование.
Тип и состав вспомогательного оборудования насосной станции определяется способом регулирования основных параметров системы насосная станция – закрытая сеть.
Вакуум-насосы предназначены для откачки воздуха из всасывающих линий центробежных насосов при заливе их водой перед пуском. Помимо вакуум-насосов могут применяться эжекторы на всасывающих трубах с приподнятым коленом (при высоте всасывания hвс = 2 25 м). Вакуум-систему используют в насосных станциях при расположении оси насосов выше минимального уровня воды в источнике.
Для создания вакуума применяют водокольцевые вакуум-насосы типа КВН ВВН РНК. При частых пусках (несколько раз в сутки) рекомендуют использовать в вакуум-системах вакуум-котлы которые обеспечивают постоянный залив насосов водой и готовность их к пуску.
Вакуум-насосы подбирают по расходу и относительному вакууму. Последний определяют по формуле:
где hг.в – геометрическая высота всасывания при минимальном уровне воды в источнике м; hб – превышение уровня воды в промежуточном бачке вакуум-насосов над корпусом насоса hб = = 07 08 м; На – напор воды соответствующий атмосферному давлению На = 10 м.
Объем W воздушной полости в трубопроводах и насосе определяют по следующей зависимости:
где Dв Wн – объем внутренних полостей насоса и напорного трубопровода до задвижки Wн = 03 1 м3.
Расчетная подача вакуум-насоса:
где - коэффициент запаса = 105 11;— геометрическая высота всасывания при минимальном уровне воды в источнике м; - напор воды соответствующий атмосферному давлению На = 10 м; Т— время пуска основного агрегата Т= 7 10 мин.
Исходя из требуемых значений Р и Q по технической характеристике вакуум-насосов типа ВВН (рис. 4.1) находят марку насоса. В здании насосной станции устанавливают обычно два насоса – рабочий и резервный.
Рекомендуемые типы и основные характеристики вакуум-насосов приведены в табл. 4.1.
Технические характеристики вакуум-насосов
Номинальный вакуум hг.вНа100 %
Частота вращения мин–1
Мощность электродвигателя кВт
Габаритные размеры мм
Принимаем вакуум-насос ВВН1-075
Рис. 4.1. Вакуум-насос типа ВВН: 1 – напорный патрубок; 2 – корпус; 3 – рама; 4 – водосборник; 5 – электродвигатель; 6 – всасывающий патрубок
Расчетный объем вакуум-котла принимают исходя из условия чтобы вакуум-насос поддерживающий расчетный уровень воды в котле (рис. 4.2) включался не более 4 раз в 1 ч. Подсос воздуха в систему зависит от диаметра всасывающего патрубка заливаемого насоса (табл. 4.2).
Рис. 4.2. Схема централизованной заливки основных насосов с использованием вакуум-котла: 1 2 – основной и ручной насосы; 3 – вакуум-насос; 4 – водоотделитель вакуум-насоса; 5 – заливочный бачок-отстойник; 6 – воздушная магистраль; 7 – вакуум-котел; 8 – сигнализатор уровня ЭРСУ-2; 9 – клапан выпуска воздуха или вентиль с электроприводом
При количестве насосов n > 3 и при использовании вакуум-котлов рекомендуют предусматривать централизованную систему заливки насосов имеющую не менее двух вакуум-насосов (один – резервный).
Полезный объем Wк вакуум-котла определяют по формуле:
Внутренние диаметры Dу вакуумных магистралей мм:
где Q – подача вакуум-насоса при атмосферном давлении м3мин.
Wк = 200*201000=4 м3
2. Дренажная система
Профильтровавшуюся внутрь помещений насосной станции грунтовую воду и утечки воды через сальники насосов откачивают из дренажного колодца с помощью дренажных насосов. В качестве таковых используют вихревые консольные самовсасывающие насосы ВКС (табл. 4.3).
Вода отводится дренажными лотками (шириной 15–20 см) или трубами (d = 50 100 мм) идущими от каналов подземных коммуникаций к дренажному колодцу откуда она забирается дренажными насосами. Как правило дренажные насосы и колодец располагают либо в углу машинного зала либо между внутристанционными трубопроводами.
Если отметка пола насосной станции находится выше максимального уровня воды в источнике дренажные насосы не устанавливают.
Обычно устанавливают два насоса (один – рабочий второй – резервный). Их марку определяют по подаче и расчетному напору. Подача Qд дренажного насоса:
где q – суммарный фильтрационный расход:
q1 – утечки через каждый сальник q1 = 005 01 лс; nc – число сальников на всех насосах; q2 – фильтрационный расход через стены и пол здания:
W – объем подземной части здания расположенной ниже максимального уровня воды м3.
q2 = 15 + 0001*2*6*24=1788
q =006*2*7+1788=2628
Принимаем вихревой насос ВКС 1045
Технические характеристики вихревых насосов
Габаритные размеры в плане мм
Геодезический напор дренажного насоса определяется разностью максимального уровня воды в источнике и минимального уровня воды в дренажном колодце. Минимальный уровень воды в дренажном колодце приближенно можно принять на 1 м ниже отметки пола машинного зала.
Отметку оси дренажного насоса назначают на 07 м выше отметки пола насосной станции. Объем Wк дренажного колодца принимают равным подаче дренажного насоса в течение 10 15 мин:
Окончательно размеры колодца устанавливают исходя из его прямоугольной формы.
3. Выбор пневматического оборудования
В состав пневматического оборудования входят водовоздушный резервуар и компрессор.
Водовоздушный резервуар предназначен для сглаживания колебаний давлений в сети при включении и выключении дождевальных машин и насосов для частичной компенсации несоответствия между отбором воды из оросительной сети и подачей насосов при включенных и отключенных дождевальных машинах ослабления действия гидравлических ударов в напорном трубопроводе вблизи здания насосной станции.
Во время работы насосной станции водовоздушный резервуар заполняют примерно на 13 сжатым воздухом и на 23 водой. Водовоздушный резервуар представляет собой стальную емкость оборудованную предохранительными клапанами водомерными стеклами датчиками уровней воды манометрами.
Исходя из размеров водовоздушных резервуаров (табл. 4.4 рис. 4.3) определяют регулирующий объем для поддержания давления в сети при выключении и включении дождевальной машины:
где k – коэффициент учитывающий интенсивность роста подачи воды в дождевальную машину при открытии гидранта k = 07; qд.м – расчетная подача воды дождевальной машины м3с; t – время исполнения сигнала при автоматическом пуске или остановке насоса t = 7 10 с.
Основные размеры водовоздушных резервуаров
Вместимость резервуара м3
Затем вычисляют вместимость Wв.е водовоздушного резервуара:
где Нвкл – напор воды в напорном коллекторе насосной станции при котором включаются или отключаются насосы м; Нmin – минимально допустимый напор воды в напорном коллекторе м.
Рис. 4.3. Водовоздушный резервуар: 1 – корпус бака; 2 – поплавковый клапан; 3 – минимальный размер для вывода клапана из бака со снятым поплавком; 4 – люк (лаз); 5 – указатели уровня; 6 7 8 – патрубки соответственно для установки сигнализатора уровня присоединения предохранительного клапана манометра и подключения магистрали сжатого воздуха для спуска остатка
Wрег = 07*4444*91000=028 м3
Объем водовоздушного резервуара должен обеспечить допустимую частоту включения бустерных насосов которая не должна превышать 4 6 включений в час. Обычно для насосных станций с максимальной подачей до 500 лс требуется один резервуар вместимостью до 10 м3 более 500 лс – два резервуара вместимостью до 10 м3 каждый.
Компрессор. Так как сжатый воздух растворяется в воде количество его в водовоздушном резервуаре постепенно уменьшается. Для того чтобы восполнить утечки сжатого воздуха в заданных пределах на насосной станции устанавливают компрессор который автоматически включается и выключается в зависимости от положения уровня воды в водовоздушном резервуаре и мест установки электродных датчиков уровня на отметках соответствующих минимальному и максимальному объему воздуха в водовоздушном резервуаре. При работе бустерных насосов вода достигает верхнего электрода при котором контакт реле уровня включает компрессор на время необходимое для опускания уровня воды ниже верхнего электрода и создания давлений несколько превышающих максимальное давление бустерного насоса. Компрессор подбирают по большему давлению основных насосов (табл. 4.5).
Технические характеристики компрессоров
Рабочее давление МПа
частота вращения мин–1
Время наполнения резервуара tн:
где Qср – средняя подача вспомогательного насоса:
Q1 и Q2 – соответственно максимальная и минимальная производительность бустерного насоса лс; Qу – расход утечек принимаемый от максимального расхода сети Qу = (002 005) лс.
Время опорожнения резервуара tо:
Частота включений бустерного насоса в 1 ч:
Qу =22834*002=456 лс
Если по расчету частота включений превышает рекомендуемую необходимо принять резервуар большей вместимости или установить еще один резервуар.
Водовоздушный резервуар размещают в пределах площадки насосной станции на отдельном фундаменте и присоединяют к магистральному трубопроводу при помощи соединительного трубопровода и задвижки диаметром 200 мм.
Расходомер. Расходомеры (рис. 4.4) предназначены для измерения расхода воды. На автоматизированных насосных станциях они могут использоваться для пуска и остановки насосных агрегатов. По расходомерам можно определять количество одновременно работающих дождевальных машин на сети вести мониторинг состояния трубопровода.
Обычно расходомер устанавливают на напорном коллекторе. В большинстве случаев на насосных станциях применяются индукционные (ИР) или ультразвуковые (УРЗ) расходомеры которые подбирают по максимальному расходу сети (табл. 4.6 4.7).
Рис. 4.4. Схема индукционного расходомера: 1 – трубопровод; 2 – фланец; 3 – электромагнит; 4 – электрод; 5 – сигнальный кабель; 6 – электронный блок
Техническая характеристика индукционного расходомера ИР-II
Диаметр условного прохода мм
Верхние пределы измерения м3ч
Габаритные размеры (длина ширина высота)
–40–50–60–80–100–125–160–200–250
–100–125–160–200–250–320–400–500–600
5–160–200–250–320–400–500–600–800–1000
0–400–500–600–800–1000–1250–1600–2000–2500
Технические характеристики индукционных расходомеров 4РИ
0–500–600–800–1000–1250
0–800–1000–1250–1600–2000–2500
00–1250–1600–2000–2500–3200–4000–5000
Принимаем расходомер марки 4РИ-400-Н-I.
Расходомеры устанавливают или внутри здания станции или снаружи в специальном колодце.
Вспомогательное гидросиловое оборудование проектируется для нормальной работы основного оборудования насосной станции и обеспечивает заполнение водой корпусов насосов и всасывающих трубопроводов монтаж и демонтаж оборудования собственные нужды насосной станции (хозяйственно-питьевое водоснабжение противопожарная система канализация дренажная система).
Расчет водозаборного сооружения
Водозаборные сооружения на транзитных каналах располагают непосредственно на дамбе. Они состоят в общем случае из ковша сопрягающего канал с водоприемником и самого водоприемника из которого вода забирается всасывающими трубами насосов (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Схема бокового водозаборного сооружения насосной станции
с выступом (а) и без выступа (б): 1 – камерный водоприемник; 2 – ковш; 3 – транзитный канал; 4 – выступ
Для насосных станций малой и средней подачи оборудованных горизонтальными насосами обладающими положительной высотой всасывания и амплитудах колебаний уровней воды в реке не превышающих 8 10 м обычно устраивают водоприемник – береговой колодец раздельно от здания станции (рис. 5.2.)
Рис. 5.2. Водозаборное сооружение берегового раздельного типа:1 – береговой колодец; 2 – всасывающая труба насоса; 3 – ремонтный дроссельный затвор; 4 – пороги; 5 – водоприемные отверстия; 6 – пазы для решеток и ремонтных затворов; 7 – колонка управления дроссельным затвором
Вода из канала в береговой колодец поступает через водоприемные отверстия устраиваемые в передней стенке колодца. Устраивают обычно несколько ярусов отверстий. Одноярусное расположение водоприемных отверстий возможно при заборе воды из относительно чистых рек с малой амплитудой колебаний уровней воды. Водоприемные отверстия оборудуют: грубыми сороудерживающими решетками; ремонтными затворами – стандартными укороченными задвижками или дисковыми затворами плоскими гидротехническими затворами; рыбозащитными устройствами.
Вертикальную всасывающую трубу размещают у задней стенки камеры. Диаметр ее входного отверстия Dвх определяют по допустимым скоростям вх = 06 08 мс.
где Qн – подача одного насоса м3с; вх – допустимая скорость у входа во всасывающую трубу вх = 06 08 мс для малых подач насоса Qн 01 м3с вх = 08 1 при Qн > 01 м3с.
Принимаем диаметр входного отверстия всасывающей трубы Dвх = 04 м.
Ширина водоприемной камеры:
bкам = 3Dвх = 304 = 12 м. (5.2)
При расположении всасывающей (вертикальной) трубы у задней стенки камеры расстояние ее входного отверстия от дна:
h1 = (08 1)Dвх = 0804 = 032 м.(5.3)
Заглубление входного отверстия вертикальной всасывающей трубы под минимальный уровень воды в камере должно быть не мене 05 м:
s = (1 15)Dвх = 1404 = 056 м. (5.4)
Глубина воды в камере у всасывающей трубы:
hкам = h1 + s = 032 + 056 = 088 м.(5.5)
Дну камеры придают уклон 005 в сторону передней стенки.
Длину lкам водоприемной камеры определяют из условия создания в ней необходимого объема воды Wкам:
Wкам = (15 20)Qн = 20004583 =09166 м3. (5.6)
Конструктивно длина камеры должна быть достаточной для размещения оборудования – дискового затвора вертикальной всасывающей трубы и обеспечения проходов шириной не менее 1 м (см. формулу (5.10).
Площадь wотв водоприемного отверстия (окна):
где k – коэффициент учитывающий стеснение отверстий стержнями решетки k = 1 15; отв – допустимая скорость в водоприемном отверстии отв = 02 06 мс.
Форма водоприемного отверстия может быть круглой квадратной прямоугольной. В нашем случае принимаем круглую форму нижнего отверстия чтобы использовать в качестве ремонтного затвора стандартный дисковый затвор.
Принимаем Dотв = 06 м. Дисковый затвор устанавливаем внутри камеры и закрепляем на фланце стального патрубка длиной 04 м и диаметром 06 м. Патрубок заделываем в стенку камеры. Длина затвора 06 м. Исходя из этого условия длина камеры:
lкам = lпат + lзат + lпрох + Dвх + 02 = 04 + 06 + 1 + 03 + 02 = 25 м (5.10)
где lпрох – длина прохода lпрох = 1 м.
Принимаем lкам = 25 м.
Ширину водоприемного отверстия согласовывают с шириной камеры и размерами установленных в ней ремонтных затворов. Принятая ширина камеры bкам = 25 м достаточна для размещения дискового затвора. Верх берегового колодца должен возвышаться над максимальным уровнем воды с учетом высоты волны не менее чем на 06 08 м.
Каждое водоприемное отверстие оборудуем съемной вертикально расположенной сороудерживающей решеткой. Очистка последней производится вручную при подъеме на верх колодца. Верх нижнего отверстия заглубляем под минимальный уровень воды в реке на hзагл = 05 м. Для уменьшения поступления донных наносов в отверстия устраиваем порог высотой р = 05 м. Таким образом минимальная глубина воды в реке у берегового колодца:
hк = hзагл + Dотв+ р = 05 + 06 + 05 = 16 м. (5.11)
Верхнее водоприемное отверстие устраиваем прямоугольным шириной 1 м и высотой 08 м. Оборудование отверстия – плоский ремонтный затвор 1008 м и сороудерживающую решетку – устанавливаем в один паз.
Делаем приямок у передней стенки глубиной 05 м для сбора наносов в каждой водоприемной камере.
Помимо берегового водозабора на насосных станциях малой подачи устраивают водоподводящие сооружения которые служат для транспортирования воды от водоприемных оголовков к береговым колодцам. Их применяют в том случае когда здание станции размещают в нижнем бьефе плотины. На насосных станциях III категории надежности подачи используют самотечные напорные и сифонные водоводы.
Выходное отверстие самотечного водовода расположенного в береговом колодце должно быть заглублено под минимальный уровень воды в колодце на (4 5)2g.
Диаметры любых водоводов рассчитывают по допустимым скоростям для условий нормального режима работы сооружения. Для самотечных водоводов = 1 15 мс а для сифонных – = 2 мс.
Водоводы оснащают запорной арматурой. Колодец оборудуют устройствами для промывки водоводов и сороудерживающих решеток затопленных оголовков.
В связи с жесткими требованиями предъявляемыми к качеству воды при ее подаче к дождевальным машинам на водозаборных сооружениях кроме решеток предусматривается установка мелких сеток или кассетных фильтров.
Конструкция водозаборного сооружения должна быть запроектирована таким образом чтобы обеспечивать надежный забор воды из источника в соответствии с графиком водоподачи насосной станции и не допускать попадания в оросительную систему плавающего мусора водорослей наносов льда шуги рыбы.
Выбор вспомогательного оборудования насосной станции
К вспомогательному оборудованию насосной станции работающей на закрытую оросительную сеть можно отнести: пневматическое оборудование трубопроводную арматуру грузоподъемное оборудование контрольно-измерительную аппаратуру электротехническое оборудование.
1. Подбор трубопроводной арматуры внутристанционных коммуникаций насосной станции
На внутристанционных коммуникациях насосной станции устанавливают запорную арматуру – задвижки дисковые поворотные затворы вентили пробковые и шаровые краны; запорно-предохранительную – обратные клапаны; монтажную – вставки и сальниковые компенсаторы.
Арматуру на внутристанционных коммуникациях подбирают по условному диаметру водоводов для следующих условных давлений pу: 01 МПа; 025; 04; 06; 1; 16; 25; 4; 64; 10 и 16 МПа. При определении условного давления для подбора необходимой арматуры допускается превышение до 5 % фактического рабочего давления.
На всасывающих линиях запорную арматуру устанавливают только для насосов работающих под заливом т.е. с отрицательной высотой всасывания (ОН maxУВНБ). Напорную линию оборудуют запорной арматурой и обратным клапаном.
Запорная арматура принимается следующим образом: при Dтр ≤ 100 мм – краны и вентили; при Dтр ≥ 100 мм – параллельные задвижки с выдвижным (Dзад = 100 400 мм) и невыдвижным (Dзад = 500 1200 мм) шпинделями (рис. 6.1 табл. 6.1) клиновые задвижки для небольших значений ру = = 025 06 МПа (рис. 6.2 табл. 6.2) дисковые фланцевые затворы с гидравлическим ручным и электрическим приводом.
Задвижки с ручным приводом применяют на небольших неавтоматизированных насосных установках на трубопроводах диаметром не более 400 мм.
Рис. 6.1. Параллельная задвижка с выдвижным шпинделем:
а – с электроприводом; б – с гидравлическим приводом; 1 – корпус; 2 – шпиндель; 3 – электропривод; 4 – сальник; 5 – поршень; 7 – запорный диск
Основные размеры и масса параллельных задвижек для различных диаметров условных проходов
С электрическим приводом
С гидравлическим приводом
Основные размеры и масса клиновых задвижек с укороченной строительной длиной для различных диаметров условных проходов
Примечание. Задвижки диаметром 200 600 и 800 1200 мм выпускают на давление соответственно 06 и 025 МПа.
Задвижки не рассчитаны на работу в положении частичного открытия поэтому их не следует использовать для регулирования насосов.
В настоящее время благодаря меньшим габаритным размерам массе и стоимости в качестве трубопроводной запорной арматуры применяют поворотные дисковые затворы (рис. 6.3 табл. 6.3).
Рис. 6.3. Дисковый поворотный затвор с электроприводом:
– привод; 2 – ручной дублер; 3 – приводной вал; 4 – корпус; 5 – седло; 6 – диск; 7 – уплотнительное кольцо; 8 – шпиндель
Основные размеры и масса дисковых фланцевых затворов
для различных диаметров условного прохода при ру = 1 МПа
Для предотвращения перетекания жидкости из напорного трубопровода в насос при его внезапной остановке т.е. для предотвращения опорожнения трубопроводов при отключении насосов и реверсивного вращения роторов насосных агрегатов применяют обратные клапаны (рис. 6.4. табл. 6.4)
Основные размеры и масса обратных клапанов для различных диаметров условного прохода
С эксцентрично расположенной осью
В качестве монтажных вставок используют как сальниковые компенсаторы так и специально изготовленную арматуру (рис. 6.5 табл. 6.5)
Рис. 6.5. Монтажная вставка типа сальникового компенсатора; 1 3 – внутренний и наружный патрубки; 2 – фланец; 4 – сальниковая набивка
Среднее значение длины и масса сальниковых компенсаторов для различных диаметров условного прохода
2. Выбор подъемно-транспортного оборудования
Для машинных залов насосных станций подъемно-транспортное оборудование выбирают в зависимости от габаритных размеров зданий и массы монтируемых агрегатов.
Вид грузоподъемного оборудования выбирают по массе наиболее тяжелой монтажной единицы с учетом 10 %-й надбавки массы траверс и строп. За монтажную единицу принимают насос или двигатель для малых насосов – массу агрегата с фундаментной плитой.
Длину крана L принимают в зависимости от ширины здания насосной станции и вычисляют по формуле:
L = lф.с + lк + lн + lм.в + lвс + lо.к + lвс + lз + lд + lф.с (6.1)
где lд – длина диффузора м.
L 5 мМ=480+237+57=774 кг 1 т
При массе подъемного оборудования до 1 т устанавливают неподвижные балки с талями (рис. 6.6). Размеры тали мм: А = = 190 В = 130 С = 135 Н = 350 L = 220 L1 = 90. Для рельсового пути используют двутавр № 16–33 радиус закругления – 16 м; высота подъема – 3 м; масса – 39 кг.
При массе груза до 5 т устанавливают подвесные ручные краны (табл. 6.6 рис. 6.7 а). В помещениях длиной более 18 м при подъеме груза на высоту более 6 м и наличии на насосной станции более четырех насосных агрегатов используют краны с электроприводом (табл. 6.7 рис. 6.7 б). В отличие от талей краны передвигают груз в двух направлениях (продольном и поперечном относительно здания насосной станции). Длина крана может изменяться в зависимости от ширины здания.
Рис. 6.6. Схема ручной тали грузоподъемностью 1 т: 1 – грузовой крюк; 2 – тяговые цепи; 3 – тяговое колесо подъемного механизма; 4 – двутавровая балка; 5 – ходовое колесо; 6 – колеса механизма передвижения; 7 – грузовая цепь
Технические характеристики подвесных ручных кранов
00 для L = = 102 114 м
Технические характеристики подвесных кранов с электроприводом
Рис. 6.7. Схемы однобалочных подвесных кранов: а – ручных грузоподъемностью 05 5 т с высотой подъема от 3 до 12 м; б – электрических грузоподъемностью 1 5 т с высотой подъема 6 18 м
Принимаем кран с электроприводом длиной 51 м грузоподъёмностью 2 т.
Правильный подбор вспомогательного оборудования насосной станции позволит обеспечить надежность и безопасность работы насосной станции в течение всего нормативного периоды ее эксплуатации проведение организационно-технических мероприятий в т.ч. аварийных ремонтных и профилактических работ.
Выбор типа здания насосной станции и определение его размеров
Конструкция здания насосной станции зависит от ее назначения типа и размера основных агрегатов рельефа местности геологических условий строительных материалов и т.д.
Для подачи воды в закрытую оросительную сеть применяют стационарные здания насосных станций двух типов: наземный и камерный а также передвижные и плавучие насосные станции.
Наземный тип здания (рис. 7.1) выбирают в случае установки в нем горизонтальных насосов работающих с положительной высотой всасывания при колебаниях уровней воды в водоисточнике в пределах допустимой высоты всасывания. В этом случае предусматривают только систему для заполнения насосов перед пуском без дренажной системы.
Основные насосные агрегаты размещают на отдельно стоящих фундаментах а пол здания располагают выше уровня земли пристанционной площадки на 15 20 см. Фундамент здания – ленточный.
Если здание станции размещают в нижнем бьефе плотины то пол насосного помещения должен быть ниже минимального уровня воды в водоисточнике.
Рис. 7.1. Здание насосной станции наземного типа: а – поперечный разрез; б – план; 1 – всасывающий трубопровод; 2 – стена здания станции; 3 – конфузор; 4 – горизонтальный центробежный насос; 5 – монтажная вставка; 6 – обратный клапан; 7 – задвижка; 8 – диффузор; 9 – напорная линия насоса.
Камерный тип здания с сухой камерой (рис. 7.2) выбирают в том случае когда колебания уровней воды в водоисточнике превышают допустимую высоту всасывания основных насосов или высота всасывания отрицательна. Насосное помещение здания располагают ниже уровня земли пристанционной площадки. Горизонтальные насосные агрегаты устанавливают как ниже так и выше минимального уровня воды в источнике (предусматривают устройства для заполнения водой перед пуском). Подземную часть здания перекрывают не полностью; по периметру здания устраивают лишь проходы.
Компонуют здания насосных станций и определяют их размеры исходя из условий обеспечивающих нормальную эксплуатацию оборудования и надежность его работы при минимальных капитальных вложениях и сроках строительства.
Компоновать здание насосной станции начинают с определения отметки установки насосов (см. гл. 2.4). Ширину здания определяют из условия размещения насосных агрегатов и внутристанционных коммуникаций с учетом необходимости наличия монтажных проходов между агрегатами между стенами и агрегатами а также возможности удобного монтажа и демонтажа оборудования с соблюдением правил техники безопасности.
Для наземного типа здания насосной станции (см. рис. 7.1) ширину Вр рассчитывают следующим образом:
Вр = 2ст + lф.с + lк + lм.в + lн + lм.в + lвс + lо.к + lвс + lз + lд + lф.с (7.1)
где ст – толщина стен здания м; lд – длина диффузора м.
=203 +05+04 +0966+055+03+05+011+05+03=4726 м
Расчетную ширину здания Вр увязывают со стандартной длиной балки перекрытия т.е. пролеты зданий В назначают равными 6 м 9 12 15 18 21 и 24 м. В бескаркасных зданиях при пролете 6 м длина может быть кратной 15 м в зданиях с пролетом 12 м – 3 м. Тогда окончательная ширина здания:
Вн.ч = Вст + 2ст. (7.2)
Вн.ч = 6 + 2*03=66 м
Расстояния от стен до насоса и до двигателя должны быть не менее 1 м для низковольтного двигателя и 12 м для высоковольтного.
Расчетная длина lр внутренней части здания насосной станции:
=++ +(+(( - 1)) + (7.3)
где nосн nб – число установленных основных и бустерных насосных агрегатов; bагр – ширина агрегата м.
=1+41775+2+(4 +((2-1)*07)+097+136+08 = 1764 м
Длину внутренней части здания увязывают с шагом колонн равным 6 и 12 м. С учетом толщины торцовых кирпичных стен окончательная общая длина здания насосной станции:
Lнч = Lст + 2ст (7.4)
где Lст – стандартное значение длины здания насосной станции м.
Учитывая дополнительный запас по длине помещения станции увеличивают если это необходимо размеры монтажного прохода между агрегатами lпр (или ) с таким расчетом чтобы внутристанционные трубопроводные коммуникации не пересекали колонны.
Расчетную высоту здания насосной станции определяют из условия возможностей монтажа и демонтажа оборудования с соблюдением правил техники безопасности. При этом учитывают размеры оборудования самих грузоподъемных устройств и высоту уже смонтированного оборудования:
где – расстояние от чистого пола до верха насосного агрегата м; hз – запас на пронос детали над установленным оборудованием hз = 05 07 м; – максимальная высота проносимого оборудования м; hстр – размер строп для захвата поднимаемой детали или узла hстр = 03 м; hкр – высота подвесного крана при стянутой тали от крюка до низа монорельса м; hмон – высота монорельса м; hз.м – запас монорельса (расстояние от его верха до низа балки перекрытия) hз.м = 01 015 м.
=099 +06 +125+ 03 +136 + 033 + 012 = 495 54 м
Высоту верхнего строения определяют из условия возможности разгрузки оборудования с транспортной платформы и погрузки на нее. Монтажную площадку располагают на полу верхнего строения. Установленное оборудование не должно мешать проносу деталей и узлов так как в остальной части здания насосной станции нет перекрытия между верхним и нижним строениями.
Высота верхнего строения принимается кратной стандартным значениям: 3 м; 36; 42; 48; 54; 6; 72; 84 м. При высоте машинного зала более 48 м служебные помещения и электрическую часть выносят в отдельную пристройку имеющую меньшую высоту.
Подземную часть зданий насосных станций выполняют из сборного или монолитного железобетона.
Для зданий с кран-балками используют нулевую привязку (рис. 7.3)
Расстояние от продольных разбивочных осей здания до оси подкранового рельса принимают 750 мм.
Верхнее строение стационарной насосной станции для закрытой оросительной сети проектируют как бескаркасным так и каркасным.
Бескаркасные здания насосных станций состоят из ленточных фундаментов несущих стен и покрытий. Фундаменты должны быть уложены ниже глубины промерзания из бутобетона монолитного бетона или бетонных блоков. Несущие стены высотой до 6 м могут быть выложены из кирпича камня кирпичных или бетонных блоков. Для покрытий зданий применяют сборные железобетонные ребристые плиты размерами 36; 312 м с использованием доборных плит 156 и 1512 м которые устанавливают на несущие стены верхнего покрытия.
Здания каркасного типа строят из сборных железобетонных элементов промышленного изготовления. Каркас верхнего строения выполняют в виде рам колонны которого защемлены в отдельно стоящих фундаментах или в массивных конструкциях подземной части здания. Стены верхнего строения выполняют из сборных ребристых железобетонных панелей.
Основные лестницы проектируют из стандартных сборных железобетонных маршей или отдельных ступеней укладываемых по стальным косоурам. Уклон марша принимают 1:2 1:175 и 1:115 и соответствующие им высота ступеней 15 см 16 и 173 см шириной 30 29 и 26 см. Ширина марша может быть 90 220 см площадки – не менее ширины марша.
Для подачи оборудования на монтажные площадки устанавливают раздвижные или распашные ворота размерами 333 м; 636; 43; 442; 4854 и 4756 м определяемыми габаритными размерами оборудования и транспортной платформы.
Ширину оконных проемов в машинном зале принимают 3 м при высоте окна 12 или 18 м.
Помимо вышеуказанных зданий насосных станций применяют более легкие и экономичные блочно-комплектные насосные станции (БКНС). Они состоят из отдельных блоков боксов с установленными в них оборудованием.
При проектировании здания оросительной насосной станции должны быть решены вопросы обеспечения оптимального режима работы оборудования наибольших удобств эксплуатации сооружения учтен сезонный режим подачи воды насосной станций в оросительную сеть.
Мероприятия по предотвращению недопустимого повышения давления в напорных трубопроводов
При обеспечении надежности работы закрытых оросительных систем необходимо рассматривать как их отдельные элементы (насосные станции закрытые оросительные сети) так и системы в целом.
Противоударные мероприятия включают в себя установку арматуры на сети с учетом топографических условий местности взаимного расположения магистральных распределительных и полевых трубопроводов а также эксплуатационных режимов работы сети.
Средства защиты от гидроудара можно разделить на две большие группы:
) средства предназначенные для сброса воды из напорных трубопроводов;
) средства препятствующие развитию значительных скоростей движения воды в обратном направлении.
Воду из напорных трубопроводов сбрасывают через насосы во всасывающую линию и далее в водоисточник при отсутствии на напорных линиях обратных клапанов а также через насосы по обводным линиям.
При внезапной остановке насосных агрегатов в трубопроводе давление на насосной станции начинает снижаться а также снижается и скорость движения воды в трубопроводе. В какой-то момент вода остановится и далее начнет двигаться с ускорением в обратном направлении с уже повышенным давлением. Когда вода встречает на пути обратный клапан происходит гидравлический удар. Для предотвращения этого явления перед обратным клапаном устраивают обводную линию (рис. 8.1).
Рис. 8.1. Схема установки арматуры
при гашении гидроудара обратным течением воды: а – при отсутствии обратного клапана у насоса; б – при наличии у обратного клапана обводной линии; в – при устройстве обводной линии вокруг насоса и обратного клапана; г – при установке на напорной линии кольцевой задвижки или медленно закрывающегося обратного клапана; 1 – насос; 2 – задвижка; 3 – обводная линия; 4 – обратный клапан; 5 – кольцевая задвижка или медленно закрывающийся обратный клапан
Диаметр обводных линий принимают равным 13 15 диаметра обратного клапана. Обводная линия должна быть оборудована автоматически закрывающейся запорной арматурой.
Воду помимо насосов сбрасывают и через обычные предохранительные клапаны или специальные клапаны-гасители открывающиеся еще до повышения давления сверх рабочего через кольцевые задвижки и разрывные мембраны.
К средствам защиты от гидравлического удара препятствующим развитию значительных скоростей относятся:
впуск воздуха в места образования разрывов сплошности потока в трубопроводе с последующим сжатием воздуха. Для этого на трубопроводе устанавливают аэрационные клапаны (клапаны для впуска и защемления воздуха – КВЗВ) или универсальные вантузы;
при больших напорах используют комбинированную защиту от гидроудара: установку водовоздушной емкости и обратный клапан (рис. 8.2). При нормальном режиме тарель обратного клапана закрыта давлением воды в трубопроводе при уменьшении давления в трубопроводе ниже уровня воды в резервуаре обратный клапан открывается и вода поступает в трубопровод;
Рис. 8.2. Водовоздушный резервуар с устройством для впуска
воздуха: 1 – водовоздушния емкость; 2 – задвижка; 3 – обратный
клапан; 4 – запорный вентиль; 5 – напорный трубопровод
разделение трубопровода на несколько частей и установка на нем дополнительных обратных клапанов. В результате гидроудара вода начинает двигаться в обратном направлении клапаны закрываются и разделяют трубопровод на несколько частей в пределах каждой из которых статический напор невелик. Это средство защиты может быть эффективно использовано при значительном геодезическом подъеме воды.
Противоударные мероприятия на напорных трубопроводах способствуют повышению надежности работы всей оросительной системы в целом. Основные и наиболее эффективные средства защиты от гидравлического удара располагают вблизи здания насосной станции. Их основная цель – защитить здание и гидросиловое оборудование насосной станции от разрушения.
Бегляров Д. С. Насосные станции закрытых оросительных систем : учебное пособие Д. С. Бегляров ; МГУП. – М. 1994. – 44 с.
Бегляров Д. С. Защита напорных коммуникаций насосных станций от гидравлического удара Д. С. Бегляров Гидротехника и мелиорация. – 1981. – № 10. – С. 55–57.
Вишневский К. П. Проектирование насосных станций закрытых оросительных систем : справочник К. П. Вишневский А. В. Подласов. – М. : Агропромиздат 1990. – С. 93.
Вишневский К. П. Переходные процессы в напорных системах водоподачи К. П. Вишневский. – М. : Агропромиздат 1986. –136 с.
Агрегаты центробежные консольные : каталог № 3 Российский производитель насосов. – М. 2002. –12 с.
Лопастные насосы : справочник В. А. Зимницкий [и др.]. – Л. : Машиностроение 1986. – 334 с.
Рычагов В. В. Проектирование насосных станций и испытание насосных установок : учебное пособие В. В. Рычагов В. Ф. Чебаевский К. П. Вишневский. – М. : Колос 1982. –320 с.
Проектирование насосных станций и испытание насосных установок В. Ф. Чебаевский [и др.]. – М. : Колос 2000. – 376 с.
Проектирование ЗОС : учебное пособие С. В. Затинацкий [и др.] ; Сарат. с.-х. ин-т. – Саратов 1994. – 59 с.

КП по курсу НС.docx

Определение напора насосной станции.
1.Выбор диктующего гидранта расчетной трассы.
2.Определение расчетных расходов закрытой оросительной сети.
3.Гидравлический расчет расчетной трассы.
4.Определение расчетного напора насосов насосной станции.
5.Построение характеристики Q—H закрытой сети.
Определение количества типа и марки насосов.
1.Построение графика водоподачи насосной станции.
2.График работы дождевальных машин орошаемого участка.
3.Определение количества типа и марки основных насосов.
4.Подбор вспомогательных насосов.
5.Построение графика совместной работы насосов и закрытой сети.
6.Определение отметки оси насосов и пола насосного здания.
6.1. Ступенчатое регулирование подачи насосной станции по расходу.
7.Определение отметки оси насосов и пола насосного здания.
8.Выбор двигателей для привода насосов.
Внутристанционные всасывающие и напорные коммуникации.
Выбор вспомогательного гидросилового оборудования насосной станции.
2. Выбор пневматического оборудования.
Расчет водозаборного сооружения.
Выбор вспомогательного оборудования насосной станции.
1. Подбор трубопроводной арматуры внутристанционных коммуникаций насосной станции.
2. Выбор подъемно-транспортного оборудования.
Выбор типа здания насосной станции и определение его размеров.
Мероприятия по предотвращению недопустимого повышения давления в напорных трубопроводах.
Водно–энергетический расчет насосной станции.
Паспорт насосной станции.
Насосные станции предназначены для создания гидравлической энергии и подачи рабочей жидкости в исполнительные механизмы . Для производства насосных станций используются комплектующие как российского производства так и продукция мировых лидеров в производстве гидравлических компонентов: Bosh Rexroth Group Bieri Hydraulik Hawe Hydraulik Atos MP-Filtri. В стандартную серию насосных станций для привода гидроинструмента устанавливаются одноступенчатые радиально-поршневые насосы объемом от 013 см3 до 903 см3 (номинальное давление 70 МПа) с большим ресурсом эксплуатации. Широкий диапазон по расходу насосов и различные типы приводов насосных установок (электро- бензо- пневмо-) позволяют выбрать оптимальный источник давления для гидравлического инструмента.
В насосные станциях как правило размещают несколько насосных установок каждую из которых можно включить или отключить в зависимости от требуемой подачи воды. Насосной станцией можно назвать также и единичную насосную установку расположенную на подвижной платформе или плавучем понтоне и имеющую ряд дополнительных устройств для пуска и регулирования режима работы.
Технико-экономические расчеты обосновывают целесообразность проектирования новых или реконструкции действующих водохозяйственных и мелиоративных систем или их составных частей. На основе этих расчетов принимают решение о строительстве или реконструкции рассматриваемых объектов выбирают наиболее оптимальные технические решения по объекту в целом и по отдельным сооружениям входящим в него.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПОРА НАСОСНОЙ СТАНЦИИ
1. Выбор диктующего гидранта расчетной трассы
Насосные станции (станции подкачки) работающие на закрытую оросительную сеть проектируют в соответствии с техническим заданием. Исходные данные: количество одновременно работающих машин («Фрегат») – 13расход машины – 65 лс свободный напор на гидранте – 71 м.
Анализируя топографический план на котором запроектирована закрытая оросительная сеть выбирают расчетную трассу. Расчетная трасса определяет путь движения воды к диктующему гидранту для которого свободный напор дождевальной машины обеспечивается максимально высоким положением пьезометрической линии обуслов-ливается сочетанием двух факторов: высокой отметкой земли у гидранта и большими гидравлическими потерями напора в трубопроводе.
Если самый удаленный от насосной станции гидрант находится на наиболее высокой отметке поверхности земли то мы не встречаем особых затруднений при выборе расчетной трассы ( за расчетную трассу приняли трассу трубопровода 1-2-3-4-5-6-7).
Если же наиболее удаленный гидрант расположен не на самой высокой отметке поверхности земли необходимо рассматривать несколько вариантов трассы и выбрать проходящий через диктующую точку.
После проведения анализа устройства заданной закрытой оросительной сети нумеруют участки трубопроводов включая гидранты. Нумерацию начинают от насосной станции от трубопроводов старшего порядка в сторону трубопроводов младшего порядка. Участком следует считать трубопровод с постоянными расходом диаметром и материалом труб.
Расстановку одновременно работающих дождевальных машин (их количество определено заданием на проектирование) начинают вести от наиболее удаленных поливных трубопроводов в сторону магистрального трубопровода.
2.Определение расчетных расходов закрытой оросительной сети
Расчетные расходы воды определяют на случай когда максимально возможное количество одновременно действующих дождевальных машин работают на самых удаленных позициях от насосной станции.
Для расчетной трассы начиная от наиболее удаленных гидрантов определяют расходы участков последовательным суммированием расходов работающих дождеваль-ных машин. На участке примыкающем к насосной станции расход должен быть равен суммарной производительности всех работающих дождевальных машин.
Расчетный расход в голове полевого трубопровода на котором установлены дождевальные машины:
где — расчетный расход брутто полевого трубопровода лс; - сумма расходов подаваемая дождевальными машинами лс; — коэффициент полезного действия полевого трубопровода = 099 098.
Расчетный расход в голове распределительного трубопровода:
где — расход брутто из распределительного трубопровода лс; - сумма расходов брутто из полевых трубопроводов подключенных к распределительному трубопроводу лс; - коэффициент полезного действия распределительного трубо-провода = 099.
Расчетный расход магистрального трубопровода a именно максимальный расход насосной станции определяется по зависимостям:
где — расход брутто из магистрального трубопровода лс; n - количество одновременно работающих дождевальных машин в самый напряженный поливной период шт.; – расход брутто из распределительных трубопроводов подключенных к магистральному трубопроводу лс; – КПД магистрального трубопровода =099; - КПД системы:
Результаты расчетов сводят в табл.1.1
Расчетные расходы оросительной сети
Расчетный расход брутто лс
3. Гидравлический расчет расчетной трассы
Гидравлический расчет расчетной трассы закрытой оросительной сети проводят для определения диаметра труб скорости движения воды и потерь напора в трубах.
Диаметр трубопровода в зависимости от протекающего через него расхода можно определить по формуле:
где d - диаметр трубопровода мм; Q — расчетный расход для данного участка м3с; - скорость воды в трубопроводе для магистрального трубопровода v = 15 30 мс для распределительного и полевого = 09 16 мс
Найденный диаметр труб уточняют по ГОСТу и округляют до стандартного. Водоводы мелиоративных насосных станций устраивают в основном из железобетонных асбестоцементных и стальных труб. Чугунные и пластмассовые трубы в мелиорации применяют редко.
Потери напора на прямолинейных участках трубопровода постоянного сечения (потери по длине) определяют по формуле Дарси - Вейсбаха:
= (1.7) где — коэффициент гидравлического трения; — длина расчетного участка трубо-провода м; d — диаметр трубопровода м; — скорость движения воды в трубопро-воде мс; g — ускорение свободного падения g = 981 мс2.
Формулу (1.7) можно записать в следующем виде:
где i — гидравлический уклон:
В зависимости от расхода диаметра и скорости по гидравлическим таблицам определяют удельные потери 1000i a затем потери по длине расчетного участка трубо-провода.
Обычно местные потери в закрытой оросительной сети составляют 5—10 % от потерь по длине т.е.:
Полные потери на преодоление гидравлических сопротивлений на участке трубопровода:
где - сумма потерь напора по длине всего трубопровода м; - сумма потерь напора на преодоление местных сопротивлений м.
Гидравлический расчет закрытой оросительной сети выполняют по расчетной трассе (табл.1.2).
Гидравлический расчет закрытой оросительной сети
Участок трубопровода
Расчетный расход уч-ка брутто Q лс
Скорость движения воды мс
Потери напора в труб-де м
Материал и марка труб
железобетон РТНС40-II
4. Определение расчетного напора насосов насосной станции
Расчетный напор насосной станции определяют при максимальном расходе насосной станции те когда работают все дождевальные машины на закрытой сети. При этом насосы должны обеспечивать некоторый минимальный свободный напор воды для любого гидранта закрытой оросительной сети при самых неблагоприятных сочетаниях работы дождевальных машин. Обычно это самый удаленный гидрант от насосной станции при максимальной ее подаче для этого гидранта и находят расчетный напор насоса по формуле:
где - геодезическая высота подъема воды от источника к гидранту
( m - минимально допустимый (свободный) напор во-ды в гидранте при подключении к нему дождевальной машины м; — суммарные потери напора в сети от водоисточника до гидранта = + ; – гидравли-ческие потери напора на внутристанционных коммуникациях насосной станции; прини-мают = 10.. .20 м.
Для расчетной трассы расчетный напор:
=664-629=35 м ; =1102+1=1202 м
5.Построение характеристики Q—H закрытой сети
Построение графика работы закрытой сети сводится к нахождению расчетных расходов определяемых количеством одновременно работающих дождевальных машин и соответствующих им напоров.
Расчет начинают вести при максимальном расходе т.е. при работе всех дождевальных машин а затем последовательно исключают из расчета машины начиная с наиболее близко расположенных к насосной станции.
Отметку пьезометрического уровня в начале участка пу определяют по формуле:
Для того чтобы подать определенный расход в сеть необходимо развить напор Н рассчитываемый по формуле:
Н= пу - minУВводоисточника + (1.14)
Результаты расчетов сводят в табл. 1.3.
Расчет напоров для построения характеристики Q-H закрытой сети
Участок расчетной трассы
Диаметр трубопроводов мм
Отметка пьезометрического
уровня в начале участка
Определение количества типа и марки насосов
1 Построение графика водоподачи насосной станции
График водоподачи насосной станции строится исходя из графика работы дождевальных машин на внутрихозяйственных севооборотных орошаемых сельскохо-зяйственных участках.(рис.2.1)
Исходя из графика режима работы дождевальных машин в течение вегетационного периода строится график водоподачи насосной станции.(рис. 2.2)
2 График работы дождевальных машин орошаемого участка
3 Определение количества типа и марки основных насосов
Количество n основных насосов для стационарной автоматизированной насосной станции определяют исходя из максимального расхода закрытой оросительной сети:
где = - минимальная (расчетная) подача насосной станции т.е. минимальная ордината укомплектованного графика водопотребления (минимальное количество рабо-тающих машин).
n = 1002 24 =4 насоса
Расчетный расход насоса :
=1002 4 =2505 лс = 002505 м3с = 9018 м3ч при напоре = 5552 м.
Основываясь на практике проектирования и эксплуатации насосных станций следует применять однотипные освоенные промышленностью насосы и отдавать предпочтение наиболее надежным и удобным в эксплуатации. В качестве основных можно использовать центробежные горизонтальные насосы типа Д многоступенчатые типа ЦН а также чешские насосы СVЕ и QVD. На оросительных станциях III категории надежности допускается установка одного насосного агрегата с подачей до 400 лс и мощностью до 150 кВт.
По полученным напору насосной станции и расходу пользуясь сводным графиком полей Q—H центробежных насосов по каталогам устанавливают марку насоса.
Ha практике целесообразно использовать опыт подбора насосов для насосных станций которые уже спроектированы и прошли проверку в эксплуатационных условиях. Варьируя марками и числом насосов а также наружным диаметром рабочих колес D2 можно подобрать сочетание насосов удовлетворяющее требованиям предъявляемым к насосным станциям с довольно широкими диапазонами подач и напоров.
Для выбранных марок насосов по каталогам определяют основные их технические характеристики частоту вращения диаметр рабочего колеса КПД допустимый кавитационный запас или допустимую вакуумметрическую высоту всасывания.
Для расширения области применения центробежных насосов которые работают с электродвигателями переменного тока не допускающими изменения частоты вращения (асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором и синхронные) обрезают рабочее колесо по наружному диаметру. При уменьшении наружного диаметра рабочего колеса на10-20 % КПД насоса практически не изменяется а подача и потребляемая мощность уменьшаются.
=2505 лс = 002505 м3с = 9018 м3ч при напоре = 5552 м.
На сводных графиках полей указанным параметрам соответствует насос типа 1Д500-63 n = 1450 мин-1 . В каталоге находим характеристику насоса. Сплошные линии соответствуют насосу с максимальным диаметром рабочего колеса D2 = 440 мм пунктирные - с минимально допустимым диаметром D2 = 404 мм.
Рассчитаем и построим параболу подобных режимов которая проходит через точку А (точка с координатами и ). Уравнение этой параболы:
Находим точку пересечения этой параболы с верхней характеристикой насоса Q—H.
Определим расхождение по напору:
что больше 2 %. Необходима обточка рабочего колеса.
Вычисляем коэффициент быстроходности насоса ns:
Рассчитаем диаметр обточки рабочего колеса по формуле:
Находим величину обточки рабочего колеса:
=100% = =009 % (допустимо)
Задаваясь несколькими подачами исходного насоса определяем его характеристику Q—H с обточенным рабочим колесом проходящую через точку А по формулам:
где - подача и напор насоса при стандартном наружном диаметре рабочего колеса ; - подача и напор насоса при обточенном колесе диаметром .
Результаты расчетов сводим в табл. 2.1.
Результаты пересчета характеристики насоса при изменении диаметра рабочего колеса
4. Подбор вспомогательных насосов
Кроме основных насосов на насосных станциях закрытой оросительной сети должны быть установлены еще и вспомогательные (бустерные) насосы (обычно два) которые компенсируют утечки воды из закрытой оросительной сети поддерживают в ней необходимый напор при отключенной поливной технике и основных насосах. Бустерные насосы также используют для первоначального заполнения водой закрытой оросительной сети до включения в работу дождевальных машин.
Суммарную максимальную подачу бустерных насосов принимают равной З—5 % максимального расхода закрытой сети (Qбр). Расчетный напор бустерных насосов определяется на пересечении значения максимальной подачи двух бустерных насосов с кривой Q—H закрытой сети.
В качестве вспомогательных обычно применяют центробежные консольные насосы типа К АК; многоступенчатые секционные насосы типа ЦНС и реже — типа Д.
Пользуясь каталогами на сводных графиках областей по расходу одного насоса и расчетному напору определяют марку насоса.
Для нашего примера:
= 004196 2 = 392 лс = 000392 м3с = 1411 м3ч; = м
По найденным значениям расхода и напора подбираем вспомогательные насосы:
5. Построение графика совместной работы насосов и закрытой сети
Построение графика совместной работы насосов и закрытой сети сводится к наложению на характеристику закрытой сети суммарной характеристики вспомогатель-ных и основных насосов в отдельности. Характеристики основных насосов следует скорректировать т.е.вычесть из них потери напора во внутристанционных коммуника-цииях (приведенная дроссельная характеристика насоса). Затем строят суммарную ха-ракристику параллельной работы основных и бустерных насосов.
На суммарные характеристики наносят рабочие зоны работы насосов и назначают режимы включения и отключения насосов при изменении расхода сети от нуля до максимального.
Под режимом включений (отключения) насосов следует понимать такой режим их работы при котором изменение расхода сети требует изменения числа работающих насосов.
Максимальный расход насосов ограничивается правой границей рабочей зоны характеристики Q-Н если рабочая зона работы насосов находится выше характеристики Q-H сети.
Если же рабочая зона работы насосов пересекает характеристику Q—H сети то режим включения насосов определяется точкой пересечения графика покрытия с характеристикой Q—H сети.
Если оба случая взаимного расположения характеристик встречаются одновременно то режим работы насосов назначают комбинированно. для одной группы насосов — по точкам пересечения кривой Q—H насоса с характеристикой сети для другой — по максимальным расходам рекомендуемой рабочей зоны.
Расходы соответствующие точкам В и Е являются предельными расходами вспомогательного и основного насосов (работает только один насос). При этом приходится иногда рабочую зону работы основного насоса расширить в область малых расходов. Расходы от нуля до минимального расхода бустерного насоса определяемого зоной рекомендуемой работы насоса покрываются водовоздушным резервуаром.
6. Схемы автоматизации работы насосных станций
Совместная работа сети и насосов зависит от схемы автоматизации насосных станций.
Для насосных станций у которых основные насосы имеют круто падающие характеристики Q—H (при крутизне 25—ЗО %) можно использовать управляющие сигналы от датчиков давлений; при пологих характеристиках насосов Q—H (при крутизне 8—12%) - от датчиков расхода воды в начале напорного трубопровода или от датчиков потребляемого тока.
6.1. Ступенчатое регулирование подачи насосной станции по расходу
Первый основной насос и вспомогательные насосы включаются «по давлению» (от импульсов электроконтактных манометров подключенных к водовоздушному резервуару (ВВР) пуск последующих основных насосов осуществляется «по расходу» по мере подключения или отключения дождевальной техники (от сигнала индукционного расходомера).
При неработающих дождевальных машинах в сети происходит утечка воды объем которой восполняется ВВР. Постепенно за счет утечек в сети давление в ней и в ВВР снижается до величины соответствующей точке В (рис. 2.3). От сигнала электроконтактного манометра расположенного на ВВР включается первый вспомогательный насос.
При включении вспомогательного насоса его подача компенсирует утечки в сети и одновременно идет на пополнение ВВР до верхнего допустимого предела рекомендуе-мой зоны насоса. После наполнения ВВР первый вспомогательный насос отключается и на компенсацию утечек расходуется объем воды накопленный ВВР. Когда уровень воды в баке вследствие утечек опустится ниже минимально допустимого т.е. при снижении давления до точки В по сигналу электроконтактного манометра включается второй вспомогательный насос (точка А').
Суммарная расчетная максимальная подача двух параллельно подключенных вспомогательных насосов должна быть больше возможных утечек воды из сети при отключенных дождевальных машинах. Оба вспомогательных насоса обеспечивают расход до точки С. При вводе в работу поливной техники давление в сети падает т.е. вспомогательные насосы не обеспечивают потребления сети. Когда давление понизится (точка Р) импульсом от электроконтактного манометра включается первый основной насос а вспомогательные насосы отключаются. Подключение новых дождевальных машин вызывает увеличение водозабора сети и от сигнала индукционного расходомера включаются очередные основные насосы (точки Е F). Отключение насосов осуществляется в обратной последовательности.
7. Определение отметки оси насосов и пола насосного здания
Отметку установки оси насоса оси определяют для наихудших эксплуатационных условий работы насосного агрегата; определяемых минимальным уровнем воды в источнике и напором при максимальной (предельной) подаче первого насоса:
оси = min УВ + — (2.9)
где m — допусти-мая геометрическая (геодезическая) высота всасывания м; — потери напора в бере-говом колодце с сороудерживающим устройством = 01 03 м.
Допустимая геометрическая высота всасывания определяется по формуле:
где — напор воды соответствующий атмосферному давлению = 10 м; — на-пор насыщенных паров жидкости =024 043 м при температуре воды t = 20 30 °С; Δ - максимальный допустимый кавитационный запас в пределах изменения подачи насоса в эксплуатационных условиях (определяется по кавитационной характеристике насоса); — потери напора во всасывающем трубопроводе насоса = 02. .. 08 м.
По отметке оси насоса определяют отметку пола насосного здания:
п.нс = оси - Е - - 03= 6836-18-2-3=6606 м (2.11)
где Е — расстояние от оси насоса до его опорной плоскости м; — высота фунда-мента насоса для основных насосов =02 04 м вспомогательных — =01 02 м.
Отметки оси насоса и пола машинного зала определяют как для основных так и вспомогательных насосов. Более низкая отметка пола из этих двух случаев принимается за отметку пола машинного зала а отметки осей остальных насосов пересчитываются исходя из принятой отметки пола машинного зала. При этом расстояния от пола до низа всасывающих и напорных трубопроводов насоса не должны быть менее 03 м.
В нашем примере: = 10 - 024 – 4 – 02 = 556 м ; оси =629 + 556 – 01 = 6836 м ;
8. Выбор двигателей для привода насосов
Насосы как правило поставляются заводами в комплекте с электродвигателями.
При подборе электродвигателя необходимо: обеспечивать заданную для вала насоса частоту вращения и мощность которую рассчитывают по формуле:
где k - коэффициент запаса мощности зависящий от мощности двигателя; – мак-симальная подача одного насоса м3с (снимается с характеристики Q—H); - соот- ветственно напор и КПД насосов при .
Для вычисленной мощности требуемой частоты вращения насоса расположения вала насос подбирают марку электродвигателя. Электродвигатель для бустерного насоса подбирают по максимальной мощности снимаемой с характеристики Q—H.
Для нашего примера: = 11 = 136 кВт марка электродвигателя Д2000-21.
З. ВНУТРИСТАНЦИОННЫЕ ВСАСЫВАЮЩИЕ И НАПОРНЫЕ КОММУНИКАЦИИ
Всасывающие коммуникации служат для подвода воды от водоприемных камер водозаборных сооружений к всасывающим патрубкам насосов. При проектировании всасывающих трубопроводов необходимо соблюдать следующие условия.
Всасывающие трубопроводы выполняют только из стальных труб. Во избежание образования воздушных мешков их прокладывают без каких-либо переломов в вертикальной плоскости с непрерывным подъемом к насосу с уклоном не менее 0005. В случае уменьшения диаметра всасывающего трубопровода переход для присоединения к всасывающему патрубку насоса делают в виде одностороннему конуса с горизонтальной верхней образующей (рис. 3.1). Длину конуса(конфузора) принимают:
где — диаметр всасывающего трубопровода м; — диаметр всасывающего пат-рубка насоса м.
Всасывающие трубопроводы прокладывают длиной не более 50 м с минимальным числом соединений и поворотов. Перед насосом предусматривают прямолинейный участок длиной не менее 2.
диаметры всасывающих трубопроводов принимают в соответствии со скоростями движения воды в них и рассчитывают по формуле (1.6).
Диаметр всасывающего трубопровода не должен быть меньше диаметра входного патрубка .
Число всасывающих трубопроводов принимают равным числу насосов.
Рис.3.1 Cxема устройства арматуры на всасывающем и напорном трубопроводах
задвижки; 2 — насос; 3 — обратный клапан
Внутристанционные напорные коммуникации служат для подачи воды от насосов к напорным трубопроводам.
Диаметры напорных линий принимают в соответствии со скоростями движения воды в них: при = 15 2 мс 250 мм; при = 20 25 мс 250 мм.
В случае увеличения диаметра напорного трубопровода переход для присоединения к напорному патрубку насоса делают в виде двустороннего конуса (см. рис. 3.1). длину конуса (диффузора) принимают:
где — диаметр напорного трубопровода м; — диаметр напорного патрубка насо-са м.
Расстояние между осью насоса и стеной здания назначает завод-изготовитель; оно не должно превышать 2.
Выбор вспомогательного гидросилового оборудования насосной станции
К вспомогательному оборудованию насосной станции работающей на закрытую оросительную сеть можно отнести: бустерные насосы вакуум-систему дренажную систему пневматическое оборудование трубопроводную арматуру грузоподъемное оборудование контрольно - измерительную аппаратуру электротехническое оборудование.
Тип и состав вспомогательного оборудования насосной станции определяются способом регулирования основных параметров системы насосная станция — закрытая сеть.
Вакуум-насосы предназначены для откачки воздуха из всасывающих линий центробежных насосов при заливе их водой перед пуском. Помимо вакуум-насосов мо-гут применяться эжекторы на всасывающих трубах с приподнятым коленом (при высоте всасывания = 20 25 м). Вакуум-систему используют в насосных станциях при рас-положении оси насосов выше минимального уровня воды в источнике.
Для создания вакуума применяют водокольцевые вакуум - насосы типа КВН ВВН РНК. При частых пусках (несколько раз в сутки) рекомендуют использовать в вакуум-системах вакуум-котлы которые обеспечивают постоянный залив насосов водой и готовность их к пуску.
Вакуум-насосы подбирают по расходу и относительному вакууму.
Объем W воздушной полости в трубопроводах и насосе определяют по следующей зависимости:
где — соответственно диаметр и длина всасывающего трубопровода до минималь-ного уровня воды в источнике м; - объем внутренних полостей насоса и напорного трубопровода до задвижки = 03 1 м3.
Расчетная подача вакуум-насоса :
где - коэффициент запаса = 105 11;— геометрическая высота всасывания при минимальном уровне воды в источнике м; - напор воды соответствующий атмосферному давлению На = 10 м; Т— время пуска основного агрегата Т= 7 10 мин.
Рекомендуемые типы и основные характеристики вакуум-насосов приведены в табл. 4.1.
Технические характеристики вакуум-насосов
Номинальный вакуум 100%
Частота вращения мин-1
Мощность электродвигателя кВт
Габаритные размеры мм:
Рис. 4.1. Вакуум-насос типа ВВН; 1- напорный патрубок; 2— корпус; 3— рама 4-. водосборник; 5 — электродвигатель: 6— всасывающий патрубок
2. Выбор пневматического оборудования
В состав пневматического оборудования входят водовоздушный резервуар и комп-ресссор.
Водовоздушный резервуар предназначен для сглаживания колебаний давлений в сети при включении и выключении дождевальных машин и насосов для частичной ком-пенсации несоответствия между отбором воды из оросительной сети и подачей насосов при включенных и отключенных дождевальных машинах ослабления действия гидрав-лических ударов в напорном трубопроводе вблизи здания насосной станции.
Во время работы насосной станции водовоздушный резервуар заполняют примерно на 13 сжатым воздухом и на 23 водой. Водовоздушный резервуар представляет собой стальную емкость оборудованную предохранительными клапанами водомерными стеклами датчиками уровней воды манометрами.
Рис. 4.2. Водовоздушный резервуар: 1 — корпус баки; 2— поплавковый клапан; З - минимальный раз-мер для вывода клапана из бака со снятым поплавком; 4 — люк (лаз): 5 указатели уровня; 6 7 8— патрубки соответственно для установки сигнализатора уровня присоединения предохранительного клапана манометра и подключения магистрали сжатого воздуха для спуска остатка
Компрессор. Так как сжатый воздух растворяется в воде количество его в водовоздушном резервуаре постепенно уменьшается. для того чтобы восполнить утечки сжатого воздуха в заданных пределах на насосной станции устанавливают компрессор который автоматически включается и выключается в зависимости от положения уровня воды в водовоздушном резервуаре и мест установки электродных датчиков уровня на отметках соответствующих минимальному и максимальному объему воздуха в водовоз-душном резервуаре. При работе бустерных насосов вода достигает верхнего электрода при котором контакт реле уровня включает компрессор на время необходимое для опускания уровня воды ниже верхнего электрода и создания давлений несколько пре-вышающих максимальное давление бустерного насоса. Компрессор подбирают по боль-шему давлению основных насосов.
Расходомер. Расходомеры (рис. 4.3) предназначены для измерения расхода воды на автоматизированных насосных станциях они могут использоваться для пуска и остановки насосных агрегатов. По расходомерам можно определять количество одновременно работающих дождевальных машин на сети вести мониторинг состояния трубопровода.
Обычно расходомер устанавливают на напорном коллекторе. В большинстве случаев на насосных станциях применяют индукционные (HP) или ультразвуковые (УРЗ) расходомеры которые подбирают по максимальному расходу сети.
Рис. 4.4. Схема индукционного расходомера: 1 — трубопровод; 2— фланец 3- электромагнит
— электрод; 5 — сигнальный кабель; 6 — электронный блок
Расчет водозаборного сооружения
Водозаборные сооружения на транзитных каналах располагают непосредственно на дамбе. Они состоят в общем случае из ковша сопрягающего канал с водоприемником и самого водоприемника из которого вода забирается всасывающими трубами насосов (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Схеха бокового водозаборного сооружения насосной станции и без выступа : 1 — камерный водоприемник; 2 — ковш; 3- транзитный канал
Ширина водоприемной камеры:
= З=302 =06 м. (5.1)
При расположении всасывающей (вертикальной) трубы у задней стенки камеры расстояние ее входного отверстия от дна:
= (0.8 1)= 0902 = 018 м (5.2)
Заглубление входного отверстия вертикальной всасывающей трубы под минимальный уровень воды в камере должно быть не менее 05 м:
s = (1 I5)= 1502 = 03 м (5.3)
Глубина воды в камере у всасывающей трубы:
= + s = 018 + 03 = 048 м. (54 )
Дну камеры придают уклон 005 в сторону передней стенки.
Длину водоприемной камеры определяют из условия создания в ней необходимого объема воды :
= (15 20) = 200025 = 05 м3 (55)
Выбор вспомогательного оборудования насосной станции
К вспомогательному оборудованию насосной станции работающей на закрытую оросительную сеть можно отнести: пневматическое оборудование трубопроводную арматуру грузоподъемное оборудование контрольно-измерительную аппаратуру электротехническое оборудование
1. Подбор трубопроводной арматуры внутристанционных коммуникаций насосной станции
На внутристанционных коммуникациях насосной станции устанавливают запорную арматуру — задвижки дисковые поворотные затворы вентили пробковые и шаровые краны; запорно-предохранительную — обратные клапаны; монтажную вставки и сальниковые компенсаторы.
Арматуру на внутристанционных коммуникациях подбирают по условному диаметру водоводов для следующих условных давлений : 01 МПа; 025; 04; 06; 10; 16; 25; 40; 64; 10 и 16 MПa. При определении условного давления для подбора необходимой арматуры допускается превышение до 5 % фактического рабочего давления.
На всасывающих линиях запорную арматуру устанавливают только для насосов работающих под заливом те. с отрицательной высотой всасывания ( ОН max УВНБ). Напорную линию оборудуют запорной арматурой и обратным клапаном.
Запорная арматура принимается следующим образом: при 100 мм — краны и вентили; при 100 мм - параллельные задвижки с выдвижным ( = 100.. .400 мм) и невыдвижным ( = 500 1200 мм) шпинделями (рис. 6.1 табл. 6.1)
Задвижки с ручным приводом применяют на небольших неавтоматизированных насосных установках на трубопроводах диаметром не более 400 мм.
Основные размеры и масса параллельных задвижек для различных диаметров условных проходов
С электрическим приводом
С гидравлическим приводом
Рис. 6.1. Параллельная задвижка с выдвижным шпинделем:
а - с электроприводом; 6— с гидравлическим приводом; 1 — корпус; 2 — шпиндель;
— электропривод; 4 — сальник; 5 — поршень; 7 — запорный диск
Для предотвращения перетекания жидкости из напорного трубопровода в насос при его внезапной остановке т.е. для предотвращения опорожнения трубопроводов при от-ключении насосов и реверсивного вращения роторов насосных агрегатов применяют об-ратные клапаны (рис. 6.2 табл. 62)
Рис. 6.2 Обратный клапан: а – с верхней подвеской диска; б – с эксцентрично расположенной осью; 1 – корпус; 2 – тарель; 3 – ось; 4 – рычаг
Основные размеры и масса обратных клапанов для различных диаметров условного прохода
С эксцентрично расположенной осью
2. Выбор подъемно-транспортного оборудования
Для машинных залов насосных станций подъемно-транспортное оборудование выбирают в зависимости от габаритных размеров зданий и массы монтируемых агрега-тов.
Вид грузоподъемного оборудования выбирают по массе наиболее тяжелой монтажной единицы с учетом 10%-й надбавки массы траверс и строп. За монтажную единицу принимают насос или двигатель для малых насосов — массу агрегата с фундаментной плитой.
Длину крана L принимают в зависимости от ширины здания насосной станции и вычисляют по формуле:
L = + + + + + + + + + (6.1)
где - расстояние от стены здания до фланцевого соединения м; — длина конфузора от всасывающего трубопровода к всасывающему патрубку насоса м; — расстояние между фланцами всасывающего и напорного патрубков насоса м; — длина монтажной вставки м; — длина вставки для присоединения обводной линии к обратному клапану (используется в качестве средства защиты от гидроудара и свобод-ного открытия диска обратного клапана с эксцентрично расположенной осью) м; — длина обратного клапана м; — длина задвижки м; — длина диффузора м.
При массе подъемного оборудования до 1 т устанавливают неподвижные балки с таля-ми (рис. 6.3). Размеры тали мм: А=190 В = 130 С = 135 Н = 350 L = 220 L1 = 90. Для рельсового пути используют двутавр № 16-33 радиус закругления - 16 м; высота подъема — 3 м; масса —39 кг.
При массе груза до 5 т устанавливают подвесные ручные краны (табл. 6.3 рис. 6.3).
Рис. 6.3 Схема ручной тали грузоподъемностью 1 т:
— грузовой крюк; 2 — тяговые цени; 3 — тяговое колесо подъемного механизма 4— двутавровая 6алка 5— ходовое колесо; 6 — колеса механизма передвижения; 7—грузовая цепь
Технические характеристики подвесных ручных кранов
Рис. 6.4. Схема однобалочного подвесного крана:
ручной с грузоподъемностью 05 5 т с высотой подъема от 3 до 12 м
Выбор типа здания насосной станции и определение его размеров
Конструкция здания насосной станции зависит от ее на значения типа и размера основных агрегатов рельефа местности геологических условий строительных материалов и т.д.
Для подачи воды в закрытую оросительную сеть применяют стационарные здания насосных станций следующих типов: наземные камерные а также передвижные и плавучие насосные станции
Наземный тип здания выбирают в случае установки в нем горизонтальных насосов работающих с положительной высотой всасывания при колебаниях уровней воды в водоисточнике в пределах допустимой высоты всасывания. В этом случае предусматривают только систему для заполнения насосов перед пуском без дренажной системы.
Основные насосные агрегаты размещают на отдельно стоящих фундаментах а пол здания располагают выше уровня земли пристанционной площадки на 15 20 см. Фундамент здания — ленточный.
Если здание станции размещают в нижнем бьефе плотины то пол насосного помещения должен быть ниже минимального уровня воды в водоисточнике.
Компонуют здания насосных станций и определяют их размеры исходя из условий обеспечивающих нормальную эксплуатацию оборудования и надежность его работы при минимальных капитальных вложениях и сроках строительства.
Компоновать здание насосной станции начинают с определения отметки установки насосов. Ширину здания определяют из условия размещения насосных агрегатов и внутристанционных коммуникаций с учетом необходимости наличия монтажных проходов между агрегатами между стенами и агрегатами а также возможности удобного монтажа и демонтажа оборудования с соблюдением правил техники безопасности.
Для наземного типа здания насосной станции ширину рассчитывают следующим образом:
= 2 + + + + + + + + + + + (71)
где - толщина стен здания м; - расстояние от стены здания до фланцевого соеди-нения м; — длина конфузора от всасывающего трубопровода к всасывающему патруб-ку насоса м; — расстояние между фланцами всасывающего и напорного патрубков на-соса м; — длина монтажной вставки м; — длина вставки для присоединения обводной линии к обратному клапану (используется в качестве средства защиты от гидроудара и свободного открытия диска обратного клапана с эксцентрично расположенной осью) м; — длина обратного клапана м; —длина задвижки м; —длина диффузора м.
=203 + 05+17+175=455 м
Расчетную ширину здания увязывают со стандартной длиной балки перекрытия т.е. пролеты зданий В назначают равными 6 м 9 12 15 18 21 и 24 м.
Тогда окончательная ширина здания:
Расчетная длина внутренней части здания насосной станции:
=++ +(+(( - 1)) + (7.3)
где — расстояние между торцовой стеной здания и насосным агрегатом = 08 1 м; — число установленных основных и бустерных насосных агрегатов; -осевые размеры насосных агрегата м; — расстояние между агрегатами для основных насосов = 08..: 10 м для бустерных = 06 08 м;— длина монтажной площадки м; = + + м; - ширина агрегата м.
=15+41895+2+(4 +((2-1)08)+077+15+08 = 1844 м
Длину внутренней части здания увязывают с шагом колонн равным 6 и 12 м. С учетом толщины торцовых кирпичных стен окончательная общая длина здания насосной станции:
где стандартное значение длины здания насосной станции м.
Расчетную высоту здания насосной станции определяют из условия возможностей монтажа и демонтажа оборудования с соблюдением правил техники безопасности. При этом учитывают размеры оборудования самих грузоподъемных устройств и высоту уже смонтированного оборудования:
где - расстояние от чистого пола до верха насосного агрегата м; — запас на пронос детали над установленным оборудованием = 05 07 м; - максимальная высота проносимого оборудования м; — размер строи для захвата поднимаемой де-тали или узла = 03 м; — высота подвесного крана при стянутой тали от крюка до низа монорельса м; - высота монорельса м; — запас монорельса (расстояние
от его верха до низа балки перекрытия) = 01 015 м.
=1065 +05 + 1065 + 03 +0950 + 034 + 01 = 432 48 м
Здания каркасного типа строят из сборных железобетонных элементов промышленного изготовления. Каркас верхнего строения выполняют в виде рам колонны которого защемлены в отдельно стоящих фундаментах или в массивных конструкциях подземной части здания. Стены верхнего строения выполняют из сборных ребристых железобетонных панелей.
Основные лестницы проектируют из стандартных сборных железобетонных маршей или отдельных ступеней укладываемых по стальным косоурам. Уклон марша принимают 1:2 1:175 и 1:115 соответствующая высота ступеней 15 см 16 и 173 см ширина 30 см 29 и 26 см. Ширина марша может быть90 220 см площадки — не менее ширины марша.
Для подачи оборудования на монтажные площадки устанавливают раздвижные или распашные ворота размерами 3х33 м; 6хЗ6; 4х3; 40х42; 48х54 и 47х5б м определяемыми габаритными размерами оборудования и транспортной платформы.
Ширину оконных проемов в машинном зале принимают 3 м при высоте окна 12 или 18 м.
Мероприятия по предотвращению недопустимого повышения давления в напорных трубопроводах
При обеспечении надежности работы закрытых оросительных систем необходимо рассматривать как их отдельные элементы (насосные станции закрытые оросительные сети) так и системы в целом.
Противоударные мероприятия включают в себя установку арматуры на сети с учетом топографических условий местности взаимного расположения магистральных распределительных и полевых трубопроводов а также эксплуатационных режимов ра-боты сети.
Средства защиты от гидроудара можно разделить на две большие группы:
) средства предназначенные для сброса воды из напорных трубопроводов;
) средства препятствующие развитию значительных скоростей движения воды в обратном направлении.
Боду из напорных трубопроводов сбрасывают через насосы во всасывающую линию и далее в водоисточник при отсутствии на напорных линиях обратных клапанов а также через насосы по обводным линиям.
При внезапной остановке насосных агрегатов в трубопроводе давление на насосной станции начинает снижаться а также снижается скорость движения воды в трубопроводе. В какой-то момент вода остановится и далее начнет двигаться с ускорением в обратном направлении е уже повышенным давлением. Когда вода встречает на пути обратный клапан происходит гидравлический удар. для предотвращения этого явления перед обратным клапаном устраивают обводную линию (рис. 8.1)
Рис. 8.1 Схема установки арматуры при гашении гидроудара обратным течением воды: 1 – насос; 2 –зад- вижка; 3 – кольцевая задвижка или медленно закрывающийся обратный клапан
К средствам защиты от гидравлического удара препятствующим развитию значительных скоростей относятся:
впуск воздуха в места образования разрывов сплощности потока в трубопроводе с последующим сжатием воздуха. Для этого на трубопроводе устанавливают аэрационные клапаны (клапаны для впуска и защемления воздуха КВЗВ) или универсальные вантузы;
при больших напорах используют комбинированную защиту от гидроудара: уста-новку водовоздушной емкости и обратный клапан (рис. 8.2). При нормальном режиме тарель обратного клапана закрыта давлением воды в трубопроводе при уменьшении давления в трубопроводе ниже уровня воды в резервуаре обратный клапан открывается и вода поступает в трубопровод;
разделение трубопровода на несколько частей и установка на нем дополнитель-ных обратных клапанов. В результате гидроудара вода начинает двигаться в обратном направлении клапаны закрываются и разделяют трубопровод на несколько частей в пределах каждой из которых статический напор не велик. Это средство защиты может быть эффективно использовано при значительном геодезическом подъеме воды.
Рис. 8.2 Водовоздушный резервуар с устройством для впуска воздуха: 1 – водовоздушная емкость; 2 – задвижка; 3 – обратный клапан; 4 – запорный вентиль; 5 – напорный трубопровод
Водно–энергетический расчет насосной станции
По заданию устанавливают периоды работы насосной станции и параметры водопотребления и . Определяют фактически подаваемый расход воды в закрытую сеть по периодам работы насосной станции:
где — величина водопотребления по периодам работы насосной станции м3с (задание); q — производительность дождевальной машины м3с; — количество дождевалъных машин (задание); k — коэффициент учитывающий утечки в закрытой се-ти k = 102.. 104.
По графику совместной работы насосной станции и закрытой сети устанавливают фактические параметры насосной станции. Напор определяют на графике при расхо-де .
Годовой расход электрической энергии (Э кВтчгод) потребляемой насосной станцией:
где N = 98 — напор насосной станции м; —подача насосной станции м3с;—число насосов шт.;= — КПД насосной установки с учетом потерь энергии в подводящих линиях электропере-дачи = 097; — продолжительность работы насосной станции в течение года ч.
Расчеты сводят в табл. 9.1.
Водно-энергетический расчет
Параметры водоподачи
Фактич. расход НС м3с
Кол-во работаю-щих насосов
Фактич. напор насоса м
КПД насосной установки
Мощность насосной установки
кол-во потребляемой электроэнергии Э=N тыс. кВтч
кол-во воды поданной НС по периодам W=36
Паспорт насосной станции
Завершающим этапом проектирования мелиоративной НС является составление паспорта на нее (табл. 1.10) который содержит результаты проведенных расчетов.
Тип насосной станции
Максимальная подача станции
Манометрический напор станции
Установленная мощность
вспомогательных(марка)
вспомогательных насосов
Количество потребляемой энергии в год
Стоимость 1 м3 поднятой воды
Стоимость 1 тонно-метра поднятой воды
Затинацкий С.В. Проектирование мелиоративной насосной станции и водозаборного сооружения для внутрихозяйственной закрытой оросительной сети: учебное пособие Затинацкий С.В.; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» - Саратов 2008. – 108 с.
Вишневский К.П. Проектирование насосных станций закрытых оросительных систем: справочник К.П. Вишневский АВ Подласов. –М. : Агропромиздат 1990. – С.93.
Лопастные насосы: справочник В.А. Зимницкий [и др.]. – Л. : Машиностроение 1986. – 334 с.
Рычагов В.В. Проектирование насосных станций и испытание насосных установок : учебное пособие В.В. Рычагов В.Ф. Чебаевский К.П. Вишневский. – M. : Колос 1982. – 320 с.
Проектирование насосных станций и испытание насосных установок В.Ф. Чебаевский [и др.]. – М. : Колос 2000. – 376 с.

НС.docx

ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный
университет» имени Н. И. Вавилова
кафедра Строительных конструкций и гидротехнических сооружений
Тема: Проектирование мелиоративной насосной станции и водозаборного сооружения для внутрихозяйственной закрытой оросительной сети
КИВ-401(1) 4-го курса
Определение напора насосной станции4
1.Выбор диктующей точки для внутрихозяйственной оросительной сети4
2.Определение расчетных расходов закрытой оросительной сети5
3.Гидравлический расчет расчетной трассы6
4.Определение расчетного напора насосов и насосной станции8
5График водоподачи оросительной воды на внутрихозяйственный орошаемый участок9
6Построение характеристики Q-H закрытой сети10
Определение количества типа и марки насосов13
1.Подбор вспомогательных насосов14
2. По строение графика совместной работы насосов и закрытой сети18
3. Схемы автоматизации работы насосных станций19
3.1. Ступенчатое регулирование подачи насосной станции по расходу19
4. Определение отметки оси насосов и пола насосного здания20
5. Выбор двигателей для привода насосов21
Внутристанционные всасывающие и напорные коммуникации22
Выбор вспомогательного гидросилового оборудования насосной станции25
2. Дренажная система28
3. Выбор пневматического оборудования29
Расчет водозаборного сооружения34
Выбор вспомогательного оборудования насосной станции38
1. Подбор трубопроводной арматуры внутристанционных коммуникаций насосной станции38
2. Выбор подъемно-транспортного оборудования42
Выбор типа здания насосной станции и определение его размеров46
Мероприятия по предотвращению недопустимого повышения давления в напорных трубопроводов51
Насосные станции предназначены для создания гидравлической энергии и подачи рабочей жидкости в исполнительные механизмы . Для производства насосных станций используются комплектующие как российского производства так и продукция мировых лидеров в производстве гидравлических компонентов: Bosh Rexroth Group Bieri Hydraulik Hawe Hydraulik Atos MP-Filtri. В стандартную серию насосных станций для привода гидроинструмента устанавливаются одноступенчатые радиально-поршневые насосы объемом от 013 см3 до 903 см3 (номинальное давление 70 МПа) с большим ресурсом эксплуатации. Широкий диапазон по расходу насосов и различные типы приводов насосных установок (электро- бензо- пневмо-) позволяют выбрать оптимальный источник давления для гидравлического инструмента.
В насосные станциях как правило размещают несколько насосных установок каждую из которых можно включить или отключить в зависимости от требуемой подачи воды. Насосной станцией можно назвать также и единичную насосную установку расположенную на подвижной платформе или плавучем понтоне и имеющую ряд дополнительных устройств для пуска и регулирования режима работы.
Технико-экономические расчеты обосновывают целесообразность проектирования новых или реконструкции действующих водохозяйственных и мелиоративных систем или их составных частей. На основе этих расчетов принимают решение о строительстве или реконструкции рассматриваемых объектов выбирают наиболее оптимальные технические решения по объекту в целом и по отдельным сооружениям входящим в него.
Определение напора насосной станции
1.Выбор диктующей точки для внутрихозяйственной оросительной сети
Насосные станции (станции подкачки) работающие на закрытую оросительную сеть проектируют в соответствии с техническим заданием. План на который нанесены схема закрытой оросительной сети и рельеф местности в масштабе М 1:10000 представлен на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Схема закрытой оросительной сети для дождевальной машины «Волжанка»(«Днепр»)
Исходные данные: количество одновременно работающих машин (Днепр) - 10расход машины - 22 лс свободный напор на гидранте - 40 м.
Анализируя топографический план на котором запроектирована закрытая оросительная сеть выбирают расчетную трассу. Расчетная трасса определяет путь движения воды к диктующему гидранту для которого свободный напор дождевальной машины обеспечивается максимально высоким положением пьезометрической линии у насосной станции. Максимально высокое положение пьезометрической линии обусловливается сочетанием двух факторов: высокой отметкой земли у гидранта и большими гидравлическими потерями напора в трубопроводе.
Если самый удаленный от насосной станции гидрант находится на наиболее высокой отметке поверхности земли то мы не встречаем особых затруднений при выборе расчетной трассы (рис. 1.1. - за расчетную трассу принимаем трассу трубопровода 0-1-2-3-4-5).
Если же наиболее удаленный гидрант расположен не на самой высокой отметке поверхности земли необходимо рассматривать несколько вариантов трассы и выбрать проходящий через диктующую точку.
После проведения анализа устройства заданной закрытой оросительной сети нумеруют участки трубопроводов включая гидранты. Нумерацию начинают от насосной станции от трубопроводов старшего порядка в сторону трубопроводов младшего порядка. Участком следует считать трубопровод с постоянными расходом диаметром и материалом труб.
Расстановку одновременно работающих дождевальных машин (их количество определено заданием на проектирование) начинают вести от наиболее удаленных поливных трубопроводов в сторону магистрального трубопровода. Если на данной ветви оросительной сети не поместились все машины то оставшиеся машины следует размещать на гидрантах другой ветви наиболее удаленной от насосной станции (см. рис. 1.1).
2.Определение расчетных расходов закрытой оросительной сети
Расчетные расходы воды определяют на случай когда максимально возможное количество одновременно действующих дождевальных машин работают на самых удаленных позициях от насосной станции.
Для расчетной трассы начиная от наиболее удаленных гидрантов определяют расходы участков последовательным суммированием расходов работающих дождевальных машин. На участке примыкающем к насосной станции расход должен быть равен суммарной производительности всех работающих дождевальных машин.
Расчетный расход в голове полевого трубопровода на котором установлены дождевальные машины:
где — расчетный расход брутто полевого трубопровода лс; - сумма расходов подаваемая дождевальными машинами лс; — коэффициент полезного действия полевого трубопровода = 099 098.
Расчетный расход в голове распределительного трубопровода:
где — расход брутто из распределительного трубопровода лс; - сумма расходов брутто из полевых трубопроводов подключенных к распределительному трубопроводу лс; - коэффициент полезного действия распределительного трубо-провода = 099.
Расчетный расход магистрального трубопровода а именно максимальный расход насосной станции определяется по зависимостям:
где — расход брутто из магистрального трубопровода лс; n - количество одновременно работающих дождевальных машин в самый напряженный поливной период шт.; – расход брутто из распределительных трубопроводов подключенных к магистральному трубопроводу лс; – КПД магистрального трубопровода =099; - КПД системы:
сист = п.т р.т м.т (1.5)
Расчетную максимальную подачу оросительных насосных станций устанавливают также по максимальной ординате укомплектованного графика водопотребления.
Результаты расчетов сводят в табл. 1.1.
Расчетные расходы оросительной сети
Расчетный расход брутто лс
3.Гидравлический расчет расчетной трассы
Гидравлический расчет расчетной трассы закрытой оросительной сети проводят для определения диаметра труб скорости движения воды и потерь напора в трубах.
Диаметр трубопровода в зависимости от протекающего через него расхода можно определить по формуле:
где d - диаметр трубопровода мм; Q - расчетный расход для данного участка м3с; и - скорость воды в трубопроводе для магистрального трубопровода v = 15 30 мс для распределительного и полевого и = 09 16 мс.
Найденный диаметр труб уточняют по ГОСТу и округляют до стандартного.
Водоводы мелиоративных насосных станций устраивают в основном из железобетонных асбестоцементных и стальных труб. Чугунные и пластмассовые трубы в мелиорации применяют редко.
Железобетонные трубы применяют при диаметрах 500 1600 мм и давлении до 15 МПа (магистральные и распределительные трубопроводы). При использовании труб со стальным сердечником допустимое давление может быть увеличено до 3 МПа.
Асбестоцементные трубы используют при диаметрах 100 500 мм и давлении в них до 15 МПа (полевые и распределительные трубопроводы). Они подразделяются на три класса: ВТ9 ВТ 12 и ВТ 15 для рабочих давлений (максимальное гидравлическое давление при котором может быть использована труба данного класса при отсутствии внешней нагрузки) соответственно 09 МПа; 12 и 15 МПа.
Стальные трубы пригодны для любых диаметров и давлений. Для закрытых оросительных систем I применяют стальные тонкостенные трубы с антикоррозионным покрытием диаметром 168 1420 мм и давлением 07 25 МПа.
Потери напора на прямолинейных участках трубопровода постоянного сечения (потери по длине) определяют по формуле Дарси - Вейсбаха:
где — коэффициент гидравлического трения; — длина расчетного участка трубо-провода м; d — диаметр трубопровода м; — скорость движения воды в трубопроводе мс; g — ускорение свободного падения g = 981 мс2.
Формулу (1.7) можно записать в следующем виде:
где i — гидравлический уклон:
В зависимости от расхода диаметра и скорости по гидравлическим таблицам определяют удельные потери 1000i a затем потери по длине расчетного участка трубопровода.
Обычно местные потери в закрытой оросительной сети составляют 5—10 % от потерь по длине т.е.:
Полные потери на преодоление гидравлических сопротивлений на участке трубопровода:
где - сумма потерь напора по длине всего трубопровода м; - сумма потерь напора на преодоление местных сопротивлений м.
Гидравлический расчет закрытой оросительной сети выполняют по расчетной трассе (табл.1.2).
Гидравлический расчет закрытой оросительной сети
Участок трубопровода
Расчетный расход участка брутто Q лс
Внутренний диаметр труб d м
Скорость движения воды и мс
Потери напора в трубопроводе м
Материал и марка труб
стальные электросварные
4.Определение расчетного напора насосов и насосной станции
Расчетный напор насосной станции определяют при максимальном расходе насосной станции т.е. когда работают все дождевальные машины на закрытой сети. При этом насосы должны обеспечивать некоторый минимальный свободный напор воды Яд м для любого гидранта закрытой оросительной сети при самых неблагоприятных сочетаниях работы дождевальных машин. Обычно это самый удаленный гидрант от насосной станции при максимальной ее подаче. Для этого гидранта и находят расчетный напор насоса по формуле:
Нр = Hp min = Hг + Нд м + hпот (1.12)
где Hг - геодезическая высота подъема воды от источника к гидранту (гидранта – m Hдм - минимально допустимый (свободный) напор воды в гидранте при подключении к нему дождевальной машины м; hпот - суммарные потери напора в сети от водоисточника до гидранта hпот = hполн+ hвнст; hвнст - гидравлические потери напора на внутристанционных коммуникациях насосной станции принимают hвнст = 10.. .20 м.
Для расчетной трассы (см. рис. 1.2) расчетный напор:
Hр = 3 + 40 + 1326 = 5626 м;
Hг = 653 – 623 = 3 м; hпот = 1226+ 1 = 1326 м.
5График водоподачи оросительной воды на внутрихозяйственный орошаемый участок
Составим таблицу для подачи воды(таб.1.4) и пострим по ней график(рис1.2)
Рис. 1. 2. График подачи оросительной воды
6Построение характеристики Q-H закрытой сети
Построение графика работы закрытой сети сводится к нахождению расчетных расходов определяемых количеством одновременно работающих дождевальных машин и соответствующих им напоров.
Расчет начинают вести при максимальном расходе т.е. при работе всех дождевальных машин а затем последовательно исключают из расчета машины начиная с наиболее близко расположенных к насосной станции.
Отметку пьезометрического уровня в начале участка пу определяют по формуле:
Для того чтобы подать определенный расход в сеть необходимо развить напор H рассчитываемый по формуле:
Н= пу - min УВ водоисточника + (1.14)
Результаты расчетов сводят в табл. 1.3.
Для подбора основного гидросилового оборудования мелиоративной насосной станции в первую очередь необходимо установить расчетные величины подачи воды во внутрихозяйственную закрытую оросительную сеть по расчетной трассе до ее диктующей точки и определить расчетный напор насосной станции.
Расчет напоров для построения характеристики Q-H закрытой сети
№ отключённого гидранта
Участок расчетной трассы
Диаметр трубопроводов мм
Отметка пьезометрического уровня в начале участка пу м
Определение количества типа и марки насосов
Количество n основных насосов для стационарной автоматизированной насосной станции определяют исходя из максимального расхода закрытой оросительной сети:
где Qmax = Qр - минимальная (расчетная) подача насосной станции т.е минимальная ордината укомплектованного графика водопотребления (минимальное количество работающих машин).
Расчетный расход насоса Qр:
n=22917 4583=5 насосов;
Q p=229175=4583 лс=004583 м3с=165 м3час
при напоре Нр = 5626 м
Увеличение числа насосов допускается для лучшего приближения графика водоподачи к графику водопотребления.
Основываясь на практике проектирования и эксплуатации насосных станций следует применять однотипные освоенные промышленностью насосы и отдавать предпочтение наиболее надежным и удобным в эксплуатации. В качестве основных можно использовать центробежные горизонтальные насосы типа Д многоступенчатые типа ЦН а также чешские насосы СVЕ и QVD. На оросительных станциях III категории надежности допускается установка одного насосного агрегата с подачей до 400 лс и мощностью до 150 кВт.
По полученным напору насосной станции Нр и расходу Q p пользуясь сводным графиком полей Q-H центробежных насосов по приложению или по каталогам устанавливают марку насоса.
На практике целесообразно использовать опыт подбора насосов для насосных станций которые уже спроектированы и прошли проверку в эксплуатационных условиях. Варьируя марками и числом насосов а также наружным диаметром рабочих колес D2 можно подобрать сочетание насосов удовлетворяющее требованиям предъявляемым к насосным станциям с довольно широкими диапазонами подач и напоров.
Для выбранных марок насосов по каталогам определяют основные их технические характеристики частоту вращения диаметр рабочего колеса КПД допустимый кавитационный запас или допустимую вакуумметрическую высоту всасывания.
Для расширения области применения центробежных насосов которые работают с электродвигателями переменного тока не допускающими изменения частоты вращения (асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором и синхронные) обрезают рабочее колесо по наружному диаметру. При уменьшении наружного диаметра рабочего колеса на 10-20 % КПД насоса практически не изменяется а подача и потребляемая мощность уменьшаются.
Q p=4583 лс=004583 м3с=165 м3час
На сводных графиках полей указанным параметрам соответствует насос типа Д320-70 n = 1450 мин-1 (значение напора и расхода на графике пересеклось). В каталоге находим характеристику насоса. Сплошные линии соответствуют максимальным диаметром рабочего колеса D2 = 405 мм пунктирные- с минимально допустимым диаметром D2 = 340 мм. Если точка А попадает на одну из линий характеристик Q-H или в 2%-ю зону по напору Н то окончательно принимаем насос с указанный характеристиках диаметрами рабочих колес 02. Если точка А холится между двумя характеристиками Q-H. то рабочее ко. необходимо обточить до нужного диаметра D2 = Dобт.
В нашем случае обточка рабочего колеса до нужного диаметра не требуется.
1. Подбор вспомогательных насосов
Кроме основных насосов на насосных станциях закрытой оросительной сети должны быть установлены еще и вспомогательные (бустерные) насосы (обычно два) которые компенсируют утечки воды из закрытой оросительной сети поддерживают в ней необходимый напор при отключенной поливной технике и основных насосах. Бустерные насосы также используют для первоначального заполнения водой закрытой оросительной сети до включения в работу дождевальных машин.
Суммарную максимальную подачу бустерных насосов принимают равной З—5 % максимального расхода закрытой сети (Qбр). Расчетный напор бустерных насосов определяется на пересечении значения максимальной подачи двух бустерных насосов с кривой Q—H закрытой сети.
В качестве вспомогательных обычно применяют центробежные консольные насосы типа К АК; многоступенчатые секционные насосы типа ЦНС и реже — типа Д.
Пользуясь каталогами на сводных графиках областей по расходу одного насоса и расчетному напору определяют марку насоса.
Рис.2.1 Характеристики насоса Д320-70 n = 1450 мин-1
Для нашего примера:
= 00522834 2 = 57 лс = 00057 м3с = 2055 м3ч;
По найденным значениям расхода и напора подбираем вспомогательные насосы: АК 32 –200.1207752.
2. По строение графика совместной работы насосов и закрытой сети
Построение графика совместной работы насосов и закрытой сети сводится к наложению на характеристику закрытой сети суммарной характеристики вспомогательных и основных насосов в отдельности. Характеристики основных насосов следует скорректировать т.е. вычесть из них потери напора во внутристанционных коммуникациях (приведенная дроссельная характеристика насоса). Затем строят суммарную характеристику параллельной работы основных и бустерных насосов.
На суммарные характеристики наносят рабочие зоны работы насосов и назначают режимы включения и отключения насосов при изменении расхода сети от нуля до максимального.
Под режимом включений (отключения) насосов следует понимать такой режим их работы при котором изменение расхода сети требует изменения числа работающих насосов.
Максимальный расход насосов ограничивается правой границей рабочей зоны характеристики Q-Н если рабочая зона работы насосов находится выше характеристики Q-H сети.
Если же рабочая зона работы насосов пересекает характеристику Q—H сети то режим включения насосов определяется точкой пересечения графика покрытия с характеристикой Q—H сети.
Если оба случая взаимного расположения характеристик встречаются одновременно то режим работы насосов назначают комбинированно. для одной группы насосов — по точкам пересечения кривой Q—H насоса с характеристикой сети для другой — по максимальным расходам рекомендуемой рабочей зоны.
Расходы соответствующие точкам В и Е являются предельными расходами вспомогательного и основного насосов (работает только один насос). При этом приходится иногда рабочую зону работы основного насоса расширить в область малых расходов. Расходы от нуля до минимального расхода бустерного насоса определяемого зоной рекомендуемой работы насоса покрываются водовоздушным резервуаром.
3. Схемы автоматизации работы насосных станций
Совместная работа сети и насосов зависит от схемы автоматизации насосных станций.
Для насосных станций у которых основные насосы имеют круто падающие характеристики Q—H (при крутизне 25—ЗО %) можно использовать управляющие сигналы от датчиков давлений; при пологих характеристиках насосов Q—H (при крутизне 8—12%) - от датчиков расхода воды в начале напорного трубопровода или от датчиков потребляемого тока.
3.1. Ступенчатое регулирование подачи насосной станции по расходу
Первый основной насос и вспомогательные насосы включаются «по давлению» от импульсов электроконтактных манометров подключенных к водовоздушному резервуару (ВВР) пуск последующих основных насосов осуществляется «по расходу» по мере подключения или отключения дождевальной техники (от сигнала индукционного расходомера).
При неработающих дождевальных машинах в сети происходит утечка воды объем которой восполняется ВВР. Постепенно за счет утечек в сети давление в ней и в ВВР снижается до величины соответствующей точке В (рис. 2.3). От сигнала электроконтактного манометра расположенного на ВВР включается первый вспомогательный насос.
При включении вспомогательного насоса его подача компенсирует утечки в сети и одновременно идет на пополнение ВВР до верхнего допустимого предела рекомендуемой зоны насоса. После наполнения ВВР первый вспомогательный насос отключается и на компенсацию утечек расходуется объем воды накопленный ВВР. Когда уровень воды в баке вследствие утечек опустится ниже минимально допустимого т.е. при снижении давления до точки В по сигналу электроконтактного манометра включается второй вспомогательный насос (точка А').
Суммарная расчетная максимальная подача двух параллельно подключенных вспомогательных насосов должна быть больше возможных утечек воды из сети при отключенных дождевальных машинах. Оба вспомогательных насоса обеспечивают расход до точки С. При вводе в работу поливной техники давление в сети падает т.е. вспомогательные насосы не обеспечивают потребления сети. Когда давление понизится (точка Р) импульсом от электроконтактного манометра включается первый основной насос а вспомогательные насосы отключаются. Подключение новых дождевальных машин вызывает увеличение водозабора сети и от сигнала индукционного расходомера включаются очередные основные насосы (точки Е F). Отключение насосов осуществляется в обратной последовательности.
4. Определение отметки оси насосов и пола насосного здания
Отметку установки оси насоса оси определяют для наихудших эксплуатационных условий работы насосного агрегата; определяемых минимальным уровнем воды в источнике и напором при максимальной (предельной) подаче первого насоса:
оси = min УВ + — (2.9)
где m — допусти-мая геометрическая (геодезическая) высота всасывания м; — потери напора в бере-говом колодце с сороудерживающим устройством = 01 03 м.
Допустимая геометрическая высота всасывания определяется по формуле:
где — напор воды соответствующий атмосферному давлению = 10 м; — на-пор насыщенных паров жидкости =024 043 м при температуре воды t = 20 30 °С; Δ - максимальный допустимый кавитационный запас в пределах изменения подачи насоса в эксплуатационных условиях (определяется по кавитационной характеристике насоса); — потери напора во всасывающем трубопроводе насоса = 02. .. 08 м.
По отметке оси насоса определяют отметку пола насосного здания:
п.нс = оси - Е - - 03= 667-06-02-03=656 м (2.11)
где Е — расстояние от оси насоса до его опорной плоскости м; — высота фунда-мента насоса для основных насосов =02 04 м вспомогательных — =01 02 м.
Отметки оси насоса и пола машинного зала определяют как для основных так и вспомогательных насосов. Более низкая отметка пола из этих двух случаев принимается за отметку пола машинного зала а отметки осей остальных насосов пересчитываются исходя из принятой отметки пола машинного зала. При этом расстояния от пола до низа всасывающих и напорных трубопроводов насоса не должны быть менее 03 м.
В нашем примере: = 10 - 024 – 8 – 02 = 16 м ; оси =653 + 16 – 02 = 667 м ;
5. Выбор двигателей для привода насосов
Насосы как правило поставляются заводами в комплекте с электродвигателями.
При подборе электродвигателя необходимо: обеспечивать заданную для вала насоса частоту вращения и мощность которую рассчитывают по формуле:
где k - коэффициент запаса мощности зависящий от мощности двигателя; – максимальная подача одного насоса м3с (снимается с характеристики Q—H); - соответственно напор и КПД насосов при .
Для вычисленной мощности требуемой частоты вращения насоса расположения вала насос подбирают марку электродвигателя. Электродвигатель для бустерного насоса подбирают по максимальной мощности снимаемой с характеристики Q—H.
Для нашего примера: = 105 = 72 кВт марка электродвигателя Д320-50.
Выбор основного гидросилового оборудования насосов и электродвигателей которые непосредственно осуществляет подачу оросительной воды от источника орошения в соответствии с графиком водоподачи до поливного поля является определяющим этапом проектирования мелиоративных насосных станций. Расчетами устанавливают число марки насосов и электродвигателей исследуют режим совместной работы насосов и трубопроводов закрытой оросительной сети формируют схему автоматизации работы насосной станции.
Внутристанционные всасывающие и напорные коммуникации
Всасывающие коммуникации служат для подвода воды от водоприемных камер водозаборных сооружений к всасывающим патрубкам насосов. При проектировании всасывающих трубопроводов необходимо соблюдать следующие условия.
Всасывающие трубопроводы выполняют только из стальных труб. Во избежание образования воздушных мешков их прокладывают без каких-либо переломов в вертикальной плоскости с непрерывным подъемом к насосу с уклоном не менее 0005. В случае уменьшения диаметра всасывающего трубопровода переход для присоединения к всасывающему патрубку насоса делают в виде одностороннего конуса с горизонтальной верхней образующей (рис. 3.1). Длину конуса (конфузора) принимают:
lк = (35 4)(Dв – dв) (3.1)
где Dв – диаметр всасывающего трубопровода м; dв – диаметр всасывающего патрубка насоса м
Всасывающие трубопроводы прокладывают длиной не более 50 м с минимальным числом соединений и поворотов. Перед насосом предусматривают прямолинейный участок длиной не менее 2Dв.
Диаметры всасывающих трубопроводов принимают в соответствии со скоростями движения воды в них и рассчитывают по формуле (1.6).
Диаметр всасывающего трубопровода Dв не должен быть меньше диаметра входного патрубка dв.
Число всасывающих трубопроводов принимают равным числу насосов.
Рис. 3.1. Схема устройства арматуры на всасывающем и напорном
трубопроводах: 1 4 – задвижки; 2 – насос; 3 – обратный клапан
Внутристанционные напорные коммуникации служат для подачи воды от насосов к напорным трубопроводам.
Диаметры напорных линий принимают в соответствии со скоростями движения воды в них: при в = 15 2 мс Dв ≤ 250 мм; при в = 20 25 мс Dв >250 мм.
В случае увеличения диаметра напорного трубопровода переход для присоединения к напорному патрубку насоса делают в виде двустороннего конуса (см. рис. 3.1). Длину lд конуса (диффузора) принимают:
lд = (6 7)(Dн – dн) (3.2)
где Dв – диаметр напорного трубопровода м; dв – диаметр напорного патрубка насоса м
Расстояние между осью насоса и стеной здания назначает завод-изготовитель; оно не должно превышать 2dн.
Принимаем диаметр всасывающих стальных трубопроводов Dв = 400 мм; при расчетном расходе Qр = 004583 м3с скорость движения воды в них в = 15 мс.
Диаметр всасывающих патрубков устанавливаемых на станции насосов Д320-50 dв = 300 мм. Так как ось насоса соответствует максимальному уровню воды в источнике а всасывающая линия располагается ниже этого уровня то предусматриваем запорное устройство в виде параллельной задвижки с выдвижным шпинделем с электроприводом. Для того чтобы присоединить задвижку к всасывающему патрубку используем монтажную вставку типа сальникового компенсатора диаметром 300 мм.
Для присоединения задвижки к всасывающему трубопроводу предусматриваем конфузор длина которого:
lк = 4(Dв – dв) = 4*(04 – 03)= 04 м.
Всасывающие трубопроводы прокладывают к насосам с подъемом (уклон 001).
Диаметр напорного патрубка dн = 150 мм. Так как скорость движения воды невелика и составляет 17 мс трубопроводную арматуру принимают такого же диаметра. В качестве монтажной вставки используют сальниковый компенсатор диаметром 150 мм. Обратный клапан – однодисковый с эксцентрично расположенной осью.
В качестве средства защиты от гидравлического удара возникающего при аварийном отключении электропитания двигателей насосов воду частично сбрасывают через насосы при использовании обводной линии диаметром dобв = 75 мм к обратному клапану. Для присоединения обводной линии к напорной предусматриваем два патрубка с фланцами. Их следует установить до и после обратного клапана; длину патрубков принимаем 04 м.
В качестве запорной арматуры устанавливаем параллельную задвижку с выдвижным шпинделем с электроприводом. Диаметр напорной линии Dн = 200 мм. Переход от диаметра 150 мм к диаметру 200 мм – с помощью диффузора длиной lд = 6(02 – 015) = 03 м.
Напорные линии к напорному коллектору диаметром 400 мм присоединяют за пределами здания насосной станции. Для прохода напорных и всасывающих линий через стены здания насосной станции используют сальниковые уплотнения без нажимного устройства.
При проектировании внутристанционных всасывающих и напорных коммуникаций должны быть решены вопросы по выбору типа всасывающего трубопровода установки необходимой внутристанционной трубопроводной арматуры и выбрана схема напорных коммуникаций которая как правило вынесена за пределы здания подкачивающей насосной станции.
Выбор вспомогательного гидросилового оборудования насосной станции
К вспомогательному насосному оборудованию насосной станции работающей на закрытую оросительную сеть можно отнести: бустерные насосы вакуум-систему дренажную систему пневматическое оборудование трубопроводную арматуру грузоподъемное оборудование контрольно-измерительную аппаратуру электротехническое оборудование.
Тип и состав вспомогательного оборудования насосной станции определяется способом регулирования основных параметров системы насосная станция – закрытая сеть.
Вакуум-насосы предназначены для откачки воздуха из всасывающих линий центробежных насосов при заливе их водой перед пуском. Помимо вакуум-насосов могут применяться эжекторы на всасывающих трубах с приподнятым коленом (при высоте всасывания hвс = 2 25 м). Вакуум-систему используют в насосных станциях при расположении оси насосов выше минимального уровня воды в источнике.
Для создания вакуума применяют водокольцевые вакуум-насосы типа КВН ВВН РНК. При частых пусках (несколько раз в сутки) рекомендуют использовать в вакуум-системах вакуум-котлы которые обеспечивают постоянный залив насосов водой и готовность их к пуску.
Вакуум-насосы подбирают по расходу и относительному вакууму. Последний определяют по формуле:
где hг.в – геометрическая высота всасывания при минимальном уровне воды в источнике м; hб – превышение уровня воды в промежуточном бачке вакуум-насосов над корпусом насоса hб = = 07 08 м; На – напор воды соответствующий атмосферному давлению На = 10 м.
Объем W воздушной полости в трубопроводах и насосе определяют по следующей зависимости:
где Dв Wн – объем внутренних полостей насоса и напорного трубопровода до задвижки Wн = 03 1 м3.
Расчетная подача вакуум-насоса:
где - коэффициент запаса = 105 11;— геометрическая высота всасывания при минимальном уровне воды в источнике м; - напор воды соответствующий атмосферному давлению На = 10 м; Т— время пуска основного агрегата Т= 7 10 мин.
Исходя из требуемых значений Р и Q по технической характеристике вакуум-насосов типа ВВН (рис. 4.1) находят марку насоса. В здании насосной станции устанавливают обычно два насоса – рабочий и резервный.
Рекомендуемые типы и основные характеристики вакуум-насосов приведены в табл. 4.1.
Технические характеристики вакуум-насосов
Номинальный вакуум hг.вНа100 %
Частота вращения мин–1
Мощность электродвигателя кВт
Габаритные размеры мм
Принимаем вакуум-насос ВВН1-075
Рис. 4.1. Вакуум-насос типа ВВН: 1 – напорный патрубок; 2 – корпус; 3 – рама; 4 – водосборник; 5 – электродвигатель; 6 – всасывающий патрубок
Расчетный объем вакуум-котла принимают исходя из условия чтобы вакуум-насос поддерживающий расчетный уровень воды в котле (рис. 4.2) включался не более 4 раз в 1 ч. Подсос воздуха в систему зависит от диаметра всасывающего патрубка заливаемого насоса (табл. 4.2).
Рис. 4.2. Схема централизованной заливки основных насосов с использованием вакуум-котла: 1 2 – основной и ручной насосы; 3 – вакуум-насос; 4 – водоотделитель вакуум-насоса; 5 – заливочный бачок-отстойник; 6 – воздушная магистраль; 7 – вакуум-котел; 8 – сигнализатор уровня ЭРСУ-2; 9 – клапан выпуска воздуха или вентиль с электроприводом
При количестве насосов n > 3 и при использовании вакуум-котлов рекомендуют предусматривать централизованную систему заливки насосов имеющую не менее двух вакуум-насосов (один – резервный).
Полезный объем Wк вакуум-котла определяют по формуле:
Внутренние диаметры Dу вакуумных магистралей мм:
где Q – подача вакуум-насоса при атмосферном давлении м3мин.
Wк = 200*201000=4 м3
2. Дренажная система
Профильтровавшуюся внутрь помещений насосной станции грунтовую воду и утечки воды через сальники насосов откачивают из дренажного колодца с помощью дренажных насосов. В качестве таковых используют вихревые консольные самовсасывающие насосы ВКС (табл. 4.3).
Вода отводится дренажными лотками (шириной 15–20 см) или трубами (d = 50 100 мм) идущими от каналов подземных коммуникаций к дренажному колодцу откуда она забирается дренажными насосами. Как правило дренажные насосы и колодец располагают либо в углу машинного зала либо между внутристанционными трубопроводами.
Если отметка пола насосной станции находится выше максимального уровня воды в источнике дренажные насосы не устанавливают.
Обычно устанавливают два насоса (один – рабочий второй – резервный). Их марку определяют по подаче и расчетному напору. Подача Qд дренажного насоса:
где q – суммарный фильтрационный расход:
q1 – утечки через каждый сальник q1 = 005 01 лс; nc – число сальников на всех насосах; q2 – фильтрационный расход через стены и пол здания:
W – объем подземной части здания расположенной ниже максимального уровня воды м3.
q2 = 15 + 0001*2*6*24=1788
q =006*2*7+1788=2628
Принимаем вихревой насос ВКС 1045
Технические характеристики вихревых насосов
Габаритные размеры в плане мм
Геодезический напор дренажного насоса определяется разностью максимального уровня воды в источнике и минимального уровня воды в дренажном колодце. Минимальный уровень воды в дренажном колодце приближенно можно принять на 1 м ниже отметки пола машинного зала.
Отметку оси дренажного насоса назначают на 07 м выше отметки пола насосной станции. Объем Wк дренажного колодца принимают равным подаче дренажного насоса в течение 10 15 мин:
Окончательно размеры колодца устанавливают исходя из его прямоугольной формы.
3. Выбор пневматического оборудования
В состав пневматического оборудования входят водовоздушный резервуар и компрессор.
Водовоздушный резервуар предназначен для сглаживания колебаний давлений в сети при включении и выключении дождевальных машин и насосов для частичной компенсации несоответствия между отбором воды из оросительной сети и подачей насосов при включенных и отключенных дождевальных машинах ослабления действия гидравлических ударов в напорном трубопроводе вблизи здания насосной станции.
Во время работы насосной станции водовоздушный резервуар заполняют примерно на 13 сжатым воздухом и на 23 водой. Водовоздушный резервуар представляет собой стальную емкость оборудованную предохранительными клапанами водомерными стеклами датчиками уровней воды манометрами.
Исходя из размеров водовоздушных резервуаров (табл. 4.4 рис. 4.3) определяют регулирующий объем для поддержания давления в сети при выключении и включении дождевальной машины:
где k – коэффициент учитывающий интенсивность роста подачи воды в дождевальную машину при открытии гидранта k = 07; qд.м – расчетная подача воды дождевальной машины м3с; t – время исполнения сигнала при автоматическом пуске или остановке насоса t = 7 10 с.
Основные размеры водовоздушных резервуаров
Вместимость резервуара м3
Затем вычисляют вместимость Wв.е водовоздушного резервуара:
где Нвкл – напор воды в напорном коллекторе насосной станции при котором включаются или отключаются насосы м; Нmin – минимально допустимый напор воды в напорном коллекторе м.
Рис. 4.3. Водовоздушный резервуар: 1 – корпус бака; 2 – поплавковый клапан; 3 – минимальный размер для вывода клапана из бака со снятым поплавком; 4 – люк (лаз); 5 – указатели уровня; 6 7 8 – патрубки соответственно для установки сигнализатора уровня присоединения предохранительного клапана манометра и подключения магистрали сжатого воздуха для спуска остатка
Wрег = 07*4444*91000=028 м3
Объем водовоздушного резервуара должен обеспечить допустимую частоту включения бустерных насосов которая не должна превышать 4 6 включений в час. Обычно для насосных станций с максимальной подачей до 500 лс требуется один резервуар вместимостью до 10 м3 более 500 лс – два резервуара вместимостью до 10 м3 каждый.
Компрессор. Так как сжатый воздух растворяется в воде количество его в водовоздушном резервуаре постепенно уменьшается. Для того чтобы восполнить утечки сжатого воздуха в заданных пределах на насосной станции устанавливают компрессор который автоматически включается и выключается в зависимости от положения уровня воды в водовоздушном резервуаре и мест установки электродных датчиков уровня на отметках соответствующих минимальному и максимальному объему воздуха в водовоздушном резервуаре. При работе бустерных насосов вода достигает верхнего электрода при котором контакт реле уровня включает компрессор на время необходимое для опускания уровня воды ниже верхнего электрода и создания давлений несколько превышающих максимальное давление бустерного насоса. Компрессор подбирают по большему давлению основных насосов (табл. 4.5).
Технические характеристики компрессоров
Рабочее давление МПа
частота вращения мин–1
Время наполнения резервуара tн:
где Qср – средняя подача вспомогательного насоса:
Q1 и Q2 – соответственно максимальная и минимальная производительность бустерного насоса лс; Qу – расход утечек принимаемый от максимального расхода сети Qу = (002 005) лс.
Время опорожнения резервуара tо:
Частота включений бустерного насоса в 1 ч:
Qу =22834*002=456 лс
Если по расчету частота включений превышает рекомендуемую необходимо принять резервуар большей вместимости или установить еще один резервуар.
Водовоздушный резервуар размещают в пределах площадки насосной станции на отдельном фундаменте и присоединяют к магистральному трубопроводу при помощи соединительного трубопровода и задвижки диаметром 200 мм.
Расходомер. Расходомеры (рис. 4.4) предназначены для измерения расхода воды. На автоматизированных насосных станциях они могут использоваться для пуска и остановки насосных агрегатов. По расходомерам можно определять количество одновременно работающих дождевальных машин на сети вести мониторинг состояния трубопровода.
Обычно расходомер устанавливают на напорном коллекторе. В большинстве случаев на насосных станциях применяются индукционные (ИР) или ультразвуковые (УРЗ) расходомеры которые подбирают по максимальному расходу сети (табл. 4.6 4.7).
Рис. 4.4. Схема индукционного расходомера: 1 – трубопровод; 2 – фланец; 3 – электромагнит; 4 – электрод; 5 – сигнальный кабель; 6 – электронный блок
Техническая характеристика индукционного расходомера ИР-II
Диаметр условного прохода мм
Верхние пределы измерения м3ч
Габаритные размеры (длина ширина высота)
–40–50–60–80–100–125–160–200–250
–100–125–160–200–250–320–400–500–600
5–160–200–250–320–400–500–600–800–1000
0–400–500–600–800–1000–1250–1600–2000–2500
Технические характеристики индукционных расходомеров 4РИ
0–500–600–800–1000–1250
0–800–1000–1250–1600–2000–2500
00–1250–1600–2000–2500–3200–4000–5000
Принимаем расходомер марки 4РИ-400-Н-I.
Расходомеры устанавливают или внутри здания станции или снаружи в специальном колодце.
Вспомогательное гидросиловое оборудование проектируется для нормальной работы основного оборудования насосной станции и обеспечивает заполнение водой корпусов насосов и всасывающих трубопроводов монтаж и демонтаж оборудования собственные нужды насосной станции (хозяйственно-питьевое водоснабжение противопожарная система канализация дренажная система).
Расчет водозаборного сооружения
Водозаборные сооружения на транзитных каналах располагают непосредственно на дамбе. Они состоят в общем случае из ковша сопрягающего канал с водоприемником и самого водоприемника из которого вода забирается всасывающими трубами насосов (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Схема бокового водозаборного сооружения насосной станции
с выступом (а) и без выступа (б): 1 – камерный водоприемник; 2 – ковш; 3 – транзитный канал; 4 – выступ
Для насосных станций малой и средней подачи оборудованных горизонтальными насосами обладающими положительной высотой всасывания и амплитудах колебаний уровней воды в реке не превышающих 8 10 м обычно устраивают водоприемник – береговой колодец раздельно от здания станции (рис. 5.2.)
Рис. 5.2. Водозаборное сооружение берегового раздельного типа:1 – береговой колодец; 2 – всасывающая труба насоса; 3 – ремонтный дроссельный затвор; 4 – пороги; 5 – водоприемные отверстия; 6 – пазы для решеток и ремонтных затворов; 7 – колонка управления дроссельным затвором
Вода из канала в береговой колодец поступает через водоприемные отверстия устраиваемые в передней стенке колодца. Устраивают обычно несколько ярусов отверстий. Одноярусное расположение водоприемных отверстий возможно при заборе воды из относительно чистых рек с малой амплитудой колебаний уровней воды. Водоприемные отверстия оборудуют: грубыми сороудерживающими решетками; ремонтными затворами – стандартными укороченными задвижками или дисковыми затворами плоскими гидротехническими затворами; рыбозащитными устройствами.
Вертикальную всасывающую трубу размещают у задней стенки камеры. Диаметр ее входного отверстия Dвх определяют по допустимым скоростям вх = 06 08 мс.
где Qн – подача одного насоса м3с; вх – допустимая скорость у входа во всасывающую трубу вх = 06 08 мс для малых подач насоса Qн 01 м3с вх = 08 1 при Qн > 01 м3с.
Принимаем диаметр входного отверстия всасывающей трубы Dвх = 04 м.
Ширина водоприемной камеры:
bкам = 3Dвх = 304 = 12 м. (5.2)
При расположении всасывающей (вертикальной) трубы у задней стенки камеры расстояние ее входного отверстия от дна:
h1 = (08 1)Dвх = 0804 = 032 м.(5.3)
Заглубление входного отверстия вертикальной всасывающей трубы под минимальный уровень воды в камере должно быть не мене 05 м:
s = (1 15)Dвх = 1404 = 056 м. (5.4)
Глубина воды в камере у всасывающей трубы:
hкам = h1 + s = 032 + 056 = 088 м.(5.5)
Дну камеры придают уклон 005 в сторону передней стенки.
Длину lкам водоприемной камеры определяют из условия создания в ней необходимого объема воды Wкам:
Wкам = (15 20)Qн = 20004583 =09166 м3. (5.6)
Конструктивно длина камеры должна быть достаточной для размещения оборудования – дискового затвора вертикальной всасывающей трубы и обеспечения проходов шириной не менее 1 м (см. формулу (5.10).
Площадь wотв водоприемного отверстия (окна):
где k – коэффициент учитывающий стеснение отверстий стержнями решетки k = 1 15; отв – допустимая скорость в водоприемном отверстии отв = 02 06 мс.
Форма водоприемного отверстия может быть круглой квадратной прямоугольной. В нашем случае принимаем круглую форму нижнего отверстия чтобы использовать в качестве ремонтного затвора стандартный дисковый затвор.
Принимаем Dотв = 06 м. Дисковый затвор устанавливаем внутри камеры и закрепляем на фланце стального патрубка длиной 04 м и диаметром 06 м. Патрубок заделываем в стенку камеры. Длина затвора 06 м. Исходя из этого условия длина камеры:
lкам = lпат + lзат + lпрох + Dвх + 02 = 04 + 06 + 1 + 03 + 02 = 25 м (5.10)
где lпрох – длина прохода lпрох = 1 м.
Принимаем lкам = 25 м.
Ширину водоприемного отверстия согласовывают с шириной камеры и размерами установленных в ней ремонтных затворов. Принятая ширина камеры bкам = 25 м достаточна для размещения дискового затвора. Верх берегового колодца должен возвышаться над максимальным уровнем воды с учетом высоты волны не менее чем на 06 08 м.
Каждое водоприемное отверстие оборудуем съемной вертикально расположенной сороудерживающей решеткой. Очистка последней производится вручную при подъеме на верх колодца. Верх нижнего отверстия заглубляем под минимальный уровень воды в реке на hзагл = 05 м. Для уменьшения поступления донных наносов в отверстия устраиваем порог высотой р = 05 м. Таким образом минимальная глубина воды в реке у берегового колодца:
hк = hзагл + Dотв+ р = 05 + 06 + 05 = 16 м. (5.11)
Верхнее водоприемное отверстие устраиваем прямоугольным шириной 1 м и высотой 08 м. Оборудование отверстия – плоский ремонтный затвор 1008 м и сороудерживающую решетку – устанавливаем в один паз.
Делаем приямок у передней стенки глубиной 05 м для сбора наносов в каждой водоприемной камере.
Помимо берегового водозабора на насосных станциях малой подачи устраивают водоподводящие сооружения которые служат для транспортирования воды от водоприемных оголовков к береговым колодцам. Их применяют в том случае когда здание станции размещают в нижнем бьефе плотины. На насосных станциях III категории надежности подачи используют самотечные напорные и сифонные водоводы.
Выходное отверстие самотечного водовода расположенного в береговом колодце должно быть заглублено под минимальный уровень воды в колодце на (4 5)2g.
Диаметры любых водоводов рассчитывают по допустимым скоростям для условий нормального режима работы сооружения. Для самотечных водоводов = 1 15 мс а для сифонных – = 2 мс.
Водоводы оснащают запорной арматурой. Колодец оборудуют устройствами для промывки водоводов и сороудерживающих решеток затопленных оголовков.
В связи с жесткими требованиями предъявляемыми к качеству воды при ее подаче к дождевальным машинам на водозаборных сооружениях кроме решеток предусматривается установка мелких сеток или кассетных фильтров.
Конструкция водозаборного сооружения должна быть запроектирована таким образом чтобы обеспечивать надежный забор воды из источника в соответствии с графиком водоподачи насосной станции и не допускать попадания в оросительную систему плавающего мусора водорослей наносов льда шуги рыбы.
Выбор вспомогательного оборудования насосной станции
К вспомогательному оборудованию насосной станции работающей на закрытую оросительную сеть можно отнести: пневматическое оборудование трубопроводную арматуру грузоподъемное оборудование контрольно-измерительную аппаратуру электротехническое оборудование.
1. Подбор трубопроводной арматуры внутристанционных коммуникаций насосной станции
На внутристанционных коммуникациях насосной станции устанавливают запорную арматуру – задвижки дисковые поворотные затворы вентили пробковые и шаровые краны; запорно-предохранительную – обратные клапаны; монтажную – вставки и сальниковые компенсаторы.
Арматуру на внутристанционных коммуникациях подбирают по условному диаметру водоводов для следующих условных давлений pу: 01 МПа; 025; 04; 06; 1; 16; 25; 4; 64; 10 и 16 МПа. При определении условного давления для подбора необходимой арматуры допускается превышение до 5 % фактического рабочего давления.
На всасывающих линиях запорную арматуру устанавливают только для насосов работающих под заливом т.е. с отрицательной высотой всасывания (ОН maxУВНБ). Напорную линию оборудуют запорной арматурой и обратным клапаном.
Запорная арматура принимается следующим образом: при Dтр ≤ 100 мм – краны и вентили; при Dтр ≥ 100 мм – параллельные задвижки с выдвижным (Dзад = 100 400 мм) и невыдвижным (Dзад = 500 1200 мм) шпинделями (рис. 6.1 табл. 6.1) клиновые задвижки для небольших значений ру = = 025 06 МПа (рис. 6.2 табл. 6.2) дисковые фланцевые затворы с гидравлическим ручным и электрическим приводом.
Задвижки с ручным приводом применяют на небольших неавтоматизированных насосных установках на трубопроводах диаметром не более 400 мм.
Рис. 6.1. Параллельная задвижка с выдвижным шпинделем:
а – с электроприводом; б – с гидравлическим приводом; 1 – корпус; 2 – шпиндель; 3 – электропривод; 4 – сальник; 5 – поршень; 7 – запорный диск
Основные размеры и масса параллельных задвижек для различных диаметров условных проходов
С электрическим приводом
С гидравлическим приводом
Основные размеры и масса клиновых задвижек с укороченной строительной длиной для различных диаметров условных проходов
Примечание. Задвижки диаметром 200 600 и 800 1200 мм выпускают на давление соответственно 06 и 025 МПа.
Задвижки не рассчитаны на работу в положении частичного открытия поэтому их не следует использовать для регулирования насосов.
В настоящее время благодаря меньшим габаритным размерам массе и стоимости в качестве трубопроводной запорной арматуры применяют поворотные дисковые затворы (рис. 6.3 табл. 6.3).
Рис. 6.3. Дисковый поворотный затвор с электроприводом:
– привод; 2 – ручной дублер; 3 – приводной вал; 4 – корпус; 5 – седло; 6 – диск; 7 – уплотнительное кольцо; 8 – шпиндель
Основные размеры и масса дисковых фланцевых затворов
для различных диаметров условного прохода при ру = 1 МПа
Для предотвращения перетекания жидкости из напорного трубопровода в насос при его внезапной остановке т.е. для предотвращения опорожнения трубопроводов при отключении насосов и реверсивного вращения роторов насосных агрегатов применяют обратные клапаны (рис. 6.4. табл. 6.4)
Основные размеры и масса обратных клапанов для различных диаметров условного прохода
С эксцентрично расположенной осью
В качестве монтажных вставок используют как сальниковые компенсаторы так и специально изготовленную арматуру (рис. 6.5 табл. 6.5)
Рис. 6.5. Монтажная вставка типа сальникового компенсатора; 1 3 – внутренний и наружный патрубки; 2 – фланец; 4 – сальниковая набивка
Среднее значение длины и масса сальниковых компенсаторов для различных диаметров условного прохода
2. Выбор подъемно-транспортного оборудования
Для машинных залов насосных станций подъемно-транспортное оборудование выбирают в зависимости от габаритных размеров зданий и массы монтируемых агрегатов.
Вид грузоподъемного оборудования выбирают по массе наиболее тяжелой монтажной единицы с учетом 10 %-й надбавки массы траверс и строп. За монтажную единицу принимают насос или двигатель для малых насосов – массу агрегата с фундаментной плитой.
Длину крана L принимают в зависимости от ширины здания насосной станции и вычисляют по формуле:
L = lф.с + lк + lн + lм.в + lвс + lо.к + lвс + lз + lд + lф.с (6.1)
где lд – длина диффузора м.
L 5 мМ=480+237+57=774 кг 1 т
При массе подъемного оборудования до 1 т устанавливают неподвижные балки с талями (рис. 6.6). Размеры тали мм: А = = 190 В = 130 С = 135 Н = 350 L = 220 L1 = 90. Для рельсового пути используют двутавр № 16–33 радиус закругления – 16 м; высота подъема – 3 м; масса – 39 кг.
При массе груза до 5 т устанавливают подвесные ручные краны (табл. 6.6 рис. 6.7 а). В помещениях длиной более 18 м при подъеме груза на высоту более 6 м и наличии на насосной станции более четырех насосных агрегатов используют краны с электроприводом (табл. 6.7 рис. 6.7 б). В отличие от талей краны передвигают груз в двух направлениях (продольном и поперечном относительно здания насосной станции). Длина крана может изменяться в зависимости от ширины здания.
Рис. 6.6. Схема ручной тали грузоподъемностью 1 т: 1 – грузовой крюк; 2 – тяговые цепи; 3 – тяговое колесо подъемного механизма; 4 – двутавровая балка; 5 – ходовое колесо; 6 – колеса механизма передвижения; 7 – грузовая цепь
Технические характеристики подвесных ручных кранов
00 для L = = 102 114 м
Технические характеристики подвесных кранов с электроприводом
Рис. 6.7. Схемы однобалочных подвесных кранов: а – ручных грузоподъемностью 05 5 т с высотой подъема от 3 до 12 м; б – электрических грузоподъемностью 1 5 т с высотой подъема 6 18 м
Принимаем кран с электроприводом длиной 51 м грузоподъёмностью 2 т.
Правильный подбор вспомогательного оборудования насосной станции позволит обеспечить надежность и безопасность работы насосной станции в течение всего нормативного периоды ее эксплуатации проведение организационно-технических мероприятий в т.ч. аварийных ремонтных и профилактических работ.
Выбор типа здания насосной станции и определение его размеров
Конструкция здания насосной станции зависит от ее назначения типа и размера основных агрегатов рельефа местности геологических условий строительных материалов и т.д.
Для подачи воды в закрытую оросительную сеть применяют стационарные здания насосных станций двух типов: наземный и камерный а также передвижные и плавучие насосные станции.
Наземный тип здания (рис. 7.1) выбирают в случае установки в нем горизонтальных насосов работающих с положительной высотой всасывания при колебаниях уровней воды в водоисточнике в пределах допустимой высоты всасывания. В этом случае предусматривают только систему для заполнения насосов перед пуском без дренажной системы.
Основные насосные агрегаты размещают на отдельно стоящих фундаментах а пол здания располагают выше уровня земли пристанционной площадки на 15 20 см. Фундамент здания – ленточный.
Если здание станции размещают в нижнем бьефе плотины то пол насосного помещения должен быть ниже минимального уровня воды в водоисточнике.
Рис. 7.1. Здание насосной станции наземного типа: а – поперечный разрез; б – план; 1 – всасывающий трубопровод; 2 – стена здания станции; 3 – конфузор; 4 – горизонтальный центробежный насос; 5 – монтажная вставка; 6 – обратный клапан; 7 – задвижка; 8 – диффузор; 9 – напорная линия насоса.
Камерный тип здания с сухой камерой (рис. 7.2) выбирают в том случае когда колебания уровней воды в водоисточнике превышают допустимую высоту всасывания основных насосов или высота всасывания отрицательна. Насосное помещение здания располагают ниже уровня земли пристанционной площадки. Горизонтальные насосные агрегаты устанавливают как ниже так и выше минимального уровня воды в источнике (предусматривают устройства для заполнения водой перед пуском). Подземную часть здания перекрывают не полностью; по периметру здания устраивают лишь проходы.
Компонуют здания насосных станций и определяют их размеры исходя из условий обеспечивающих нормальную эксплуатацию оборудования и надежность его работы при минимальных капитальных вложениях и сроках строительства.
Компоновать здание насосной станции начинают с определения отметки установки насосов (см. гл. 2.4). Ширину здания определяют из условия размещения насосных агрегатов и внутристанционных коммуникаций с учетом необходимости наличия монтажных проходов между агрегатами между стенами и агрегатами а также возможности удобного монтажа и демонтажа оборудования с соблюдением правил техники безопасности.
Для наземного типа здания насосной станции (см. рис. 7.1) ширину Вр рассчитывают следующим образом:
Вр = 2ст + lф.с + lк + lм.в + lн + lм.в + lвс + lо.к + lвс + lз + lд + lф.с (7.1)
где ст – толщина стен здания м; lд – длина диффузора м.
=203 +05+04 +0966+055+03+05+011+05+03=4726 м
Расчетную ширину здания Вр увязывают со стандартной длиной балки перекрытия т.е. пролеты зданий В назначают равными 6 м 9 12 15 18 21 и 24 м. В бескаркасных зданиях при пролете 6 м длина может быть кратной 15 м в зданиях с пролетом 12 м – 3 м. Тогда окончательная ширина здания:
Вн.ч = Вст + 2ст. (7.2)
Вн.ч = 6 + 2*03=66 м
Расстояния от стен до насоса и до двигателя должны быть не менее 1 м для низковольтного двигателя и 12 м для высоковольтного.
Расчетная длина lр внутренней части здания насосной станции:
=++ +(+(( - 1)) + (7.3)
где nосн nб – число установленных основных и бустерных насосных агрегатов; bагр – ширина агрегата м.
=1+41775+2+(4 +((2-1)*07)+097+136+08 = 1764 м
Длину внутренней части здания увязывают с шагом колонн равным 6 и 12 м. С учетом толщины торцовых кирпичных стен окончательная общая длина здания насосной станции:
Lнч = Lст + 2ст (7.4)
где Lст – стандартное значение длины здания насосной станции м.
Учитывая дополнительный запас по длине помещения станции увеличивают если это необходимо размеры монтажного прохода между агрегатами lпр (или ) с таким расчетом чтобы внутристанционные трубопроводные коммуникации не пересекали колонны.
Расчетную высоту здания насосной станции определяют из условия возможностей монтажа и демонтажа оборудования с соблюдением правил техники безопасности. При этом учитывают размеры оборудования самих грузоподъемных устройств и высоту уже смонтированного оборудования:
где – расстояние от чистого пола до верха насосного агрегата м; hз – запас на пронос детали над установленным оборудованием hз = 05 07 м; – максимальная высота проносимого оборудования м; hстр – размер строп для захвата поднимаемой детали или узла hстр = 03 м; hкр – высота подвесного крана при стянутой тали от крюка до низа монорельса м; hмон – высота монорельса м; hз.м – запас монорельса (расстояние от его верха до низа балки перекрытия) hз.м = 01 015 м.
=099 +06 +125+ 03 +136 + 033 + 012 = 495 54 м
Высоту верхнего строения определяют из условия возможности разгрузки оборудования с транспортной платформы и погрузки на нее. Монтажную площадку располагают на полу верхнего строения. Установленное оборудование не должно мешать проносу деталей и узлов так как в остальной части здания насосной станции нет перекрытия между верхним и нижним строениями.
Высота верхнего строения принимается кратной стандартным значениям: 3 м; 36; 42; 48; 54; 6; 72; 84 м. При высоте машинного зала более 48 м служебные помещения и электрическую часть выносят в отдельную пристройку имеющую меньшую высоту.
Подземную часть зданий насосных станций выполняют из сборного или монолитного железобетона.
Для зданий с кран-балками используют нулевую привязку (рис. 7.3)
Расстояние от продольных разбивочных осей здания до оси подкранового рельса принимают 750 мм.
Верхнее строение стационарной насосной станции для закрытой оросительной сети проектируют как бескаркасным так и каркасным.
Бескаркасные здания насосных станций состоят из ленточных фундаментов несущих стен и покрытий. Фундаменты должны быть уложены ниже глубины промерзания из бутобетона монолитного бетона или бетонных блоков. Несущие стены высотой до 6 м могут быть выложены из кирпича камня кирпичных или бетонных блоков. Для покрытий зданий применяют сборные железобетонные ребристые плиты размерами 36; 312 м с использованием доборных плит 156 и 1512 м которые устанавливают на несущие стены верхнего покрытия.
Здания каркасного типа строят из сборных железобетонных элементов промышленного изготовления. Каркас верхнего строения выполняют в виде рам колонны которого защемлены в отдельно стоящих фундаментах или в массивных конструкциях подземной части здания. Стены верхнего строения выполняют из сборных ребристых железобетонных панелей.
Основные лестницы проектируют из стандартных сборных железобетонных маршей или отдельных ступеней укладываемых по стальным косоурам. Уклон марша принимают 1:2 1:175 и 1:115 и соответствующие им высота ступеней 15 см 16 и 173 см шириной 30 29 и 26 см. Ширина марша может быть 90 220 см площадки – не менее ширины марша.
Для подачи оборудования на монтажные площадки устанавливают раздвижные или распашные ворота размерами 333 м; 636; 43; 442; 4854 и 4756 м определяемыми габаритными размерами оборудования и транспортной платформы.
Ширину оконных проемов в машинном зале принимают 3 м при высоте окна 12 или 18 м.
Помимо вышеуказанных зданий насосных станций применяют более легкие и экономичные блочно-комплектные насосные станции (БКНС). Они состоят из отдельных блоков боксов с установленными в них оборудованием.
При проектировании здания оросительной насосной станции должны быть решены вопросы обеспечения оптимального режима работы оборудования наибольших удобств эксплуатации сооружения учтен сезонный режим подачи воды насосной станций в оросительную сеть.
Мероприятия по предотвращению недопустимого повышения давления в напорных трубопроводов
При обеспечении надежности работы закрытых оросительных систем необходимо рассматривать как их отдельные элементы (насосные станции закрытые оросительные сети) так и системы в целом.
Противоударные мероприятия включают в себя установку арматуры на сети с учетом топографических условий местности взаимного расположения магистральных распределительных и полевых трубопроводов а также эксплуатационных режимов работы сети.
Средства защиты от гидроудара можно разделить на две большие группы:
) средства предназначенные для сброса воды из напорных трубопроводов;
) средства препятствующие развитию значительных скоростей движения воды в обратном направлении.
Воду из напорных трубопроводов сбрасывают через насосы во всасывающую линию и далее в водоисточник при отсутствии на напорных линиях обратных клапанов а также через насосы по обводным линиям.
При внезапной остановке насосных агрегатов в трубопроводе давление на насосной станции начинает снижаться а также снижается и скорость движения воды в трубопроводе. В какой-то момент вода остановится и далее начнет двигаться с ускорением в обратном направлении с уже повышенным давлением. Когда вода встречает на пути обратный клапан происходит гидравлический удар. Для предотвращения этого явления перед обратным клапаном устраивают обводную линию (рис. 8.1).
Рис. 8.1. Схема установки арматуры
при гашении гидроудара обратным течением воды: а – при отсутствии обратного клапана у насоса; б – при наличии у обратного клапана обводной линии; в – при устройстве обводной линии вокруг насоса и обратного клапана; г – при установке на напорной линии кольцевой задвижки или медленно закрывающегося обратного клапана; 1 – насос; 2 – задвижка; 3 – обводная линия; 4 – обратный клапан; 5 – кольцевая задвижка или медленно закрывающийся обратный клапан
Диаметр обводных линий принимают равным 13 15 диаметра обратного клапана. Обводная линия должна быть оборудована автоматически закрывающейся запорной арматурой.
Воду помимо насосов сбрасывают и через обычные предохранительные клапаны или специальные клапаны-гасители открывающиеся еще до повышения давления сверх рабочего через кольцевые задвижки и разрывные мембраны.
К средствам защиты от гидравлического удара препятствующим развитию значительных скоростей относятся:
впуск воздуха в места образования разрывов сплошности потока в трубопроводе с последующим сжатием воздуха. Для этого на трубопроводе устанавливают аэрационные клапаны (клапаны для впуска и защемления воздуха – КВЗВ) или универсальные вантузы;
при больших напорах используют комбинированную защиту от гидроудара: установку водовоздушной емкости и обратный клапан (рис. 8.2). При нормальном режиме тарель обратного клапана закрыта давлением воды в трубопроводе при уменьшении давления в трубопроводе ниже уровня воды в резервуаре обратный клапан открывается и вода поступает в трубопровод;
Рис. 8.2. Водовоздушный резервуар с устройством для впуска
воздуха: 1 – водовоздушния емкость; 2 – задвижка; 3 – обратный
клапан; 4 – запорный вентиль; 5 – напорный трубопровод
разделение трубопровода на несколько частей и установка на нем дополнительных обратных клапанов. В результате гидроудара вода начинает двигаться в обратном направлении клапаны закрываются и разделяют трубопровод на несколько частей в пределах каждой из которых статический напор невелик. Это средство защиты может быть эффективно использовано при значительном геодезическом подъеме воды.
Противоударные мероприятия на напорных трубопроводах способствуют повышению надежности работы всей оросительной системы в целом. Основные и наиболее эффективные средства защиты от гидравлического удара располагают вблизи здания насосной станции. Их основная цель – защитить здание и гидросиловое оборудование насосной станции от разрушения.
Бегляров Д. С. Насосные станции закрытых оросительных систем : учебное пособие Д. С. Бегляров ; МГУП. – М. 1994. – 44 с.
Бегляров Д. С. Защита напорных коммуникаций насосных станций от гидравлического удара Д. С. Бегляров Гидротехника и мелиорация. – 1981. – № 10. – С. 55–57.
Вишневский К. П. Проектирование насосных станций закрытых оросительных систем : справочник К. П. Вишневский А. В. Подласов. – М. : Агропромиздат 1990. – С. 93.
Вишневский К. П. Переходные процессы в напорных системах водоподачи К. П. Вишневский. – М. : Агропромиздат 1986. –136 с.
Агрегаты центробежные консольные : каталог № 3 Российский производитель насосов. – М. 2002. –12 с.
Лопастные насосы : справочник В. А. Зимницкий [и др.]. – Л. : Машиностроение 1986. – 334 с.
Рычагов В. В. Проектирование насосных станций и испытание насосных установок : учебное пособие В. В. Рычагов В. Ф. Чебаевский К. П. Вишневский. – М. : Колос 1982. –320 с.
Проектирование насосных станций и испытание насосных установок В. Ф. Чебаевский [и др.]. – М. : Колос 2000. – 376 с.
Проектирование ЗОС : учебное пособие С. В. Затинацкий [и др.] ; Сарат. с.-х. ин-т. – Саратов 1994. – 59 с.

Нас стан.cdw

Проектирование мелиоративной насосной
станции и водозаборного сооружения
для внутрихозяйственной закрытой
СГАУ КИВ-401-1 вар. 5
Строительных конструкций и
гидротехнических сооружений
Поперечный разрез 3-3
Продольный разрез 2-2