Проектирование насосной станции

ourse.doc

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
ПРОЕКТИРОВАНИЕ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ
Студент : Гиргидов А.А.
Преподаватель: Москальцов Ю.В.
Компановка и общие характеристики насосной станции .3
1Конструктивное решение насосной станции .. 3
2Оборудование насосной станции 3
3Машинный зал насосной станции . 3
4Сороудерживающие устройства . .4
Выбор основного оборудования насосной станции.. 5
1 Выбор насоса и построение характеристики системы . 5
2 Выбор электродвигателя . 8
3Подбор рабочей арматуры трубопроводов ..8
Гидравлический расчет основных элементов водозаборных сооружений
1Определение площади сороудерживающих решеток . .11
2Определение размеров сеток . . 11
Определение высотного положения и геометрических размеров насосной станции ..12
1Определение отметок оси насоса и пола насосной станции 12
2Определение величины заглубления окон .12
3Определение высоты здания насосной станции 13
Проверка устойчивости здания насосной станции на всплытие и сдвиг 14
Компановка и общие характеристики насосной станции
1Технологическая схема водозабора
Рассматриваемая в данном курсовом проекте насосная станция представляет собой станцию берегового типа с совмещенным водозабором. Водозабор осуществляется из открытого источника.
Для обеспечения необходимой высоты всасывания здание возводится на отметке 99.0 м подземная часть здания выполняется в виде прямоугольной тонкостенной полой конструкции – камеры с толщиной стен 1.0 м. Здание опирается на фундамент толщиной 1.5 м. Отметка дна котлована 93.5 м дна водозаборной камеры – 95.0 м пола насосной станции – 96.3 м. Здание оборудовано четырьмя насосами типа 12 НДс с горизонтальной осью отметка оси насоса – 96.9 м. Отметка оси насоса определяется в соответствии с допускаемой высотой всасывания и учетом возможных колебаний уровня воды в реке.
В состав станции входят:
водозаборные сооружения
здание насосной станции
напорные трубопроводы
2Оборудование насосной станции
Насосная станция оборудована четырьмя насосами типа 12 НДс с горизонтальной осью. Для привода насосов принимаем асинхронные электродвигатели типа ДАС . Трубы в пределах здания выполняются из стали отдельные звенья труб соединяются сваркой с применением фланцев. Диаметры труб в пределах здания станции подобраны по диаметром входного и выходного патрубков насоса; для перехода от одного диаметра к другому устройства поворотов трубопровода используются переходники и отводы соединяемые сваркой.
По длине трубопровода установлены задвижки с ручным приводом – на всасывающей линии и с электроприводом – на напорной линии. Они выполняют роль рабочих и аварийно-ремонтных затворов. Для предотвращения обратного тока воды через насосы на напорной линии устанавливаются обратные клапаны между напорным патрубком и задвижкой что позволяет отключать клапаны от напорного трубопровода для их осмотра и ремонта.
3Машинный зал насосной станции
Машинный зал насосной станции состоит из подземной части и верхнего строения. Подземная часть представляет собой железобетонную камеру с толщиной стен 1.0 м состоящую из трех отсеков:
Верхнее строение представляет собой здание каркасного типа оборудованное мостовым краном грузоподъемностью 20 т. также состоящее из трех помещений:
электрощитовое помещение
4Сороудерживающие устройства
Забор воды осуществляется с помощью двух открытых окон оборудованных решеткой с вертикальными стержнями для создания равномерной эпюры скоростей. Для предотвращения обмерзания решеток используется электрический ток.
Для очистки воды от мусора плавающих предметов и наносов при переходе из камеры грязной воды в камеру чистой воды устанавливаются сороудерживающие вращающиеся бескаркасные сетки с боковым подводом воды. Одна сетка обслуживает два насоса.
Выбор основного оборудования насосной станции
1 Выбор насоса и построение характеристики системы
Принимаем двухниточный магистральный трубопровод тогда расход воды через один водовод равен:
где Qв= 1.0 м3с – расход забираемый из реки
п = 2 – число ниток трубопровода.
По рекомендациям [1 стр. 47] выбираем стальные трубы наивыгоднейшего диаметра D = 700 мм. Для выбранных труб потери напора по длине составят 2.74 мкм. Данная величина увеличивается на 10%.
Определим полный напор насоса:
где НГ – геометрический напор
НГ = Под – УВmin=150.0 – 100.0 = 50.0 м
где Под = 150.0 м – отметка подачи воды
SDhi – суммарные потери напора
SDhi = hп + hн.с.+ Dh1+01Dh1
где hп = 1.2 м – потери напора на подводящем участке
hн.с = 5.0 м – потери напора на насосной станции
Dh1= 2.98×1.5 = 4.11 м – потери напора по длине магистрального трубопровода.
SDhi = 1.2+5.0+4.11 = 10.31 м
НП = 50.0 + 10.31 = 60.31 м.
Примем число рабочих насосов на станции равное 4 и 2 насоса резервных.. Тогда расход воды приходящийся на один насос:
По величинам полного напора и расчетного расхода определяем тип насоса и его габаритные размеры. По рекомендациям приведенным в [2 стр.56] выбираем насос типа 12НДс имеющий следующие характеристики:
частота вращения п = 1450 обмин
диаметр рабочего колеса D = 415 мм
мощность электродвигателя N = 315 кВт
КПД h = 90 % вес 1180 кг.
Габаритные размеры насоса в мм (рис. 2)
Габаритные размеры патрубков:
входной патрубок выходной патрубок
D = 350 мм D1 = 300 мм
a = 520 мм а1 = 460 мм
d = 25 мм d1 = 25 мм
o = 470 мм о1 =410 мм
количество отверстий – 16 количество отверстий – 12
Для построения характеристики “насос – сеть” задаемся рядом значений расхода вычисляем полные напоры соответствующие этим расходам:
Потери по длине трубопровода на 1.5 км
Характеристика представлена на рис. 4
Характеристика наглядно показывает что для оптимальной работы насосной станции следует окончательно принять четыре рабочих насоса марки 12Дс и два насоса запасных при условии работы двух магистральных стальных трубопроводов диаметром 700 мм.
2Выбор электродвигателя
Электродвигатель выбирается таким образом чтобы обеспечивать бесперебойную работу насоса. Определяющими характеристиками в этом случае являются требуемая мощность электродвигателя (N = 315 кВт ) и число оборотов насоса ( п = обмин ). По рекомендациям приведенным в [5стр. 10] принимаем асинхронный двигатель ДАЗО4-450УК-8У1 весом 3200 кг мощностью 400 кВт и КПД двигателя равным .%
Габаритные размеры (в мм):
b11 = 1040 l11 =1290
b30 = 1420 l30 =1925
3Подбор рабочей арматуры трубопроводов
По длине трубопровода устанавливаются задвижки выполняющие роль рабочих и аварийно-ремонтных затворов. На напорной линии устанавливаются задвижки оборудованные электроприводом что позволяет управлять ими дистанционно с ПУ насосной станции. На всасывающей линии устанавливаются задвижки с ручным приводом т.к. они почти постоянно открыты – необходимость перекрыть доступ воды к насосу возникает редко. Но в случае когда диаметр входного патрубка превышает 1000 мм манипулировать задвижкой вручную становится тяжело и тогда устанавливается задвижка с электроприводом.
Выбор задвижек осуществляется по диаметру входного и напорного патрубков взятых с 20% увеличением.
На всасывающей линии устанавливаем задвижку 30ч25бр клиновую стальную с невыдвижным шпинделем рассчитанную на давление 25 кгсм
Схема задвижки 30ч25бр показана на рис.5
На напорной линии устанавливаем задвижку 30ч906бр с электроприводом параллельную чугунную с невыдвижным шпинделем рассчитанную на давление 10 кгсм. Тип электропривода 87В-045-D1 весом 117 кг. Электродвигатель АОС41-402.
L =600 H =1670 D =320
L1=603 d0=200 P=730кг
A =620 Н1=1681 L2=382
Схема задвижки 30ч906бр показана на рис.6
Напорный трубопровод необходимо оборудовать обратным клапаном который препятствует обратному току через насос воды находящейся в трубопроводе. Если этого не предусмотреть трубопровод будет опорожняться через насос обратный
ток воды заставит насос работать как водяную турбину а электромотор – как генератор работающий без нагрузки что опасно для целостности насоса и мотора.
Обратный клапан устанавливается между напорным патрубком насоса и задвижкой. Это позволяет отключать его от водовода во время ремонта.
Следуя рекомендациям [4стр. 179] подбираем обратный клапан по диаметру условного прохода D0 = 400 мм:
выбираем чугунный поворотный клапан 19ч16р массой 480 кг рассчитанный на давление 10 кгсм с
Гидравлический расчет основных элементов водозаборных сооружений
1 Определение площади решеток
Требуемая площадь водоприемных отверстий
где Qв =0.25 м3с – забираемый расход через одно отверстие
Vв =0.15 мс – рекомендуемая скорость воды на решетке
к1 =1.25 – коэффициент сжатия потока стержнями решетки
- коэффициент зависящий от расстояния между стержнями решеток и толщины стержней.
Принимаем Fобщ =2.7×4»11 м2 ; т.к. в нашем случае принято два водоприемных окна размеры решеток : F0 = 4.05 м2 h =2.7 м b =1.5 м.
2Определение размеров сеток
Выбираем сетку вращающуюся каркасного типа с фронтальным подводом воды. Принятый тип сетки имеет следующие технические характеристики:
расчетный расход 1.0 м3
ширина полотна сетки 1.5 м
скорость движения полотна 382 ммин
размер ячеек в свету 11 мм
Требуемая площадь сетки:
где Qв =0.5 м3с – расход на одну сетку
Vв =0.25 мс – рекомендуемая скорость воды на сетке
где a – размер ячейки сетки в свету
d – диаметр проволоки сетки;
к3 =1.1 – коэффициент стеснения каркасом
Определение высотного положения и геометрических размеров насосной станции
1 Определение отметок оси насоса и пола насосной станции
Отметку оси насоса определим по формуле:
где УВmin= 995 м – минимальный уровень воды в реке
Dhвс = 15 м – общие потери напора на всасывающей линии включая потери на сороудерживающем оборудовании.
Определим отметку верха фундамента насоса:
где А1= 950 мм – расстояние от оси насоса до фундамента (габаритный размер насоса Е)
Фн.= 98 – 095 = 9705 м » 970 м.
Тогда отметка пола насосной станции
П =Фн.- 07 = 97 – 07 = 963 м
отметка верха фундамента станции
Фн.с.= П – 03 = 960 м
отметка дна котлована под насосную станцию
=Фн.с.- 15 = 96 – 15 = 945 м
где 15 м – толщина фундаментной плиты.
2 Определение величины заглубления окон
Уровень верха водоприемных окон зависит от двух уровней воды –от минимального расчетного уровня воды УВmin =995 м и минимального уровня воды при ледоставе УВлед =1008 м. Уровень верха водоприемного окна равен минимальному из следующих значений:
О1=УВm О1= УВлед- dл
где dл =10 м - толщина льда;
О2 =1008 – 10 = 998 м
Следовательно принимаем отметку верха водоприемного окна О1 = 995 м.
3 Определение высоты здания насосной станции
Высота здания машинного зала насосной станции представляет собой сумму высот подземной части и верхнего строения.
Высота подземной части определяется по формуле:
Нп.ч. > hф + hнас + Hsдоп+ DНБ + hзап
где hф= 15 м - толщина фундаментной плиты
hнас = 2 м – высота насоса от верха фундаментной плиты до оси рабочего колеса
Hsдоп= 15 м – высота всасывания
DНБ = 105 м амплитуда колебаний воды в источнике
hзап = 2 м – необходимое превышение отметки пола верхнего строения над максимальным уровнем воды в источнике;
Нп.ч. > 15 + 20 + 15 + 105 + 20 = 175 м
Высоту верхнего строения определим следующим образом:
Нв.стр. > hат + hгр.+ hкр.+ hстр.+ hкрана+ hзап
где hат=15 м – высота от пола до дна кузова автомобиля
hгр=Е + D = 950 + 646 = 1596 » 1600 мм – высота груза (насоса)
hкр= hстр= 12 м – высоты крюковой обоймы и строповки
hкрана = 30 м – высота крана вместе с тележкой
hзап= 02 м – запас между крановой тележкой и фермой.
Нв.стр. > 15 + 16 + 12 + 12 + 30 + 02 = 87 м.
Проверка здания насосной станции на всплытие и сдвиг
а) Проверка на всплытие
Расчет проводим по первому предельному состоянию.
Критерием устойчивости является выполнение неравенства:
где 12 – коэффициент надежности
– коэффициент сочетания нагрузок
F = Н × S × gв – сила противодавления
S = L×B –площадь основания станции
gв = 1 тм3 – удельный вес воды
R = Gст +Gф +Gв.с +Gо – расчетная несущая способность равная весу станции с оборудованием
где Gст –вес стен подземной части
Gф – вес фундаментной плиты
Gвс – вес верхнего строения
Gо – вес оборудования насосной станции.
F =21×22×10×1= 4620 (т)
R = 5443.2 +1663.2 +200 = 7276.4 (т)
× 4620 = 5544 8004.04 = 7276.4 × 11
Неравенство выполняется здание всплывать не будет.
б) Проверка на сдвиг
Т.к. в нашем случае подвод воды осуществляется с помощью открытого канала и с лицевой стороны здание лишь частично присыпано грунтом необходимо провести проверку на сдвиг.
Расчет выполняется по первому предельному состоянию.
Критерием устойчивости здания является выполнение того же условия что и в предыдущем случае:
где R = (G-U+Е) × tgj
G – вес станции со всем оборудованием
U – сила противодавления
tgj - угол внутреннего трения грунта засыпки равный 35
Ебс – сила бокового сжатия
Ебс = 05 × h2 × L × gгр × tg2(45 - j2)
где gгр = 17 тм – удельный вес грунта обратной засыпки
h = 105 м –высота участка подвергающегося давлению грунта.
Е = 05 × 1052 × 22 × 17 × tg2 (45 - 352) = 559 (тс)
R = (72764 – 5544 + 559) × tg 35 = 1604.5 (тс).
× 559 = 670.8 1764.95 = 16045 × 11
Проверка выполняется следовательно мер для предотвращения сдвига здания принимать не надо.
Проектируемая насосная станция представлена на чертеже 1.
Шевелёв Ф.А. Таблицы для гидравлического расчета стальных чугунных пластмассовых стеклянных водопроводных труб - М.: Стройиздат 1973 г.
Каталог-справочник. Насосы - М.: Машиздат1959 г.
Москвитин А.С. Мосягин Н.Ф. Справочник по трубам арматуре и оборудованию водопроводно-канализационных сооружений - Москва 1958 г
Справочник по электрическим машинам том 1 под редакцией Крылова И.П. и Клюева: Энергоиздат 1988

Mashzal.dwg