Определение расчетного напора

Определение расчетного напора производим по формуле:

(1.1)

где H _{г. ср} – средневзвешенный геометрический напор, м; ∑h_т – суммарные гидравлические потери во всасывающей и нагнетательной трубе, м; H _СВ – свободный напор, м, учитывается в том случае если водоприемником служит гидрант, если канал H _СВ = 0.

Средневзвешенный геометрический напор определения по формуле:

= Н _гi ∙t _i / ∑t _i; (1.2)

=14971,64/214=69,9 м

Таблица 1.1

Определение геометрических напоров Н _гi и их продолжительность t _i

 

№ месяца	Число дней в месяце, t i	Отметка УВ в отводящем канале	Отметка УВ в источнике	Н гi геодезическое состояние в данный период	Произведение Н гi ∙t i
		245,34	175,00	70,34	2110,20
		245,50	175,50	70,00	2170,00
		245,65	176,00	69,65	2089,50
		245,75	176,50	69,25	2146,75
		245,65	176,00	69,65	2159,15
		245,50	175,50	70,00	2100,00
продолжение таблицы 1.1
		245,34	175,00	70,34	2196,04
					14971,64

 

Для определения отметки УВ в отводящем канале в определенный месяц, необходимо к отметке дна отводящего канала () прибавить наполнение воды (h) в канале соответствующее данному водопотреблению на характеристике поперечного сечения канала (рис. 1.1).

 

 

Рис. 1.1 Характеристика поперечного сечения канала

Суммарные гидравлические потери напора состоят из гидравлических потерь на трение всасывающего и напорного трубопроводов и гидравлических потерь на местные сопротивления ,т.е.

∑h_т = h_тв+ h_тн + h_м,м (1.3)

∑h_т = 0,75 + 0,4 + 1,5= 2,65 м

Так как насосная станция и трубопровод ещё не запроектированы, то потерями напора можно задаться на основе существующего опыта проектирования. Местные потери напора можно принять равным h_м = 1,0…1,5 – для центробежных насосов. Потери напора на трение по длине во всасывающем трубопроводе принимают предварительно равными = 0,5…0,75 м, а в напорном трубопроводе их рекомендуют вычислять следующим образом:

 

h_тн = i · L_т.н,м (1.4)

h_тн = 4 · 0,1= 0,4 м

где: i – удельное сопротивление по длине трубопровода, м (таб. 1.2); L_т.н – длина напорного трубопровода, определяемая предварительно по продольному профилю; км. (рис.5.1)

Таблица 1.2

Удельное сопротивление трубопроводов

 

Максимальная подача насосной станции, м3/c.Qmax	Сопротивление i на 1 км напорного трубопровода, м.
До 3	4,0
3…10	3…3,5
Больше 10	2,5…3.0

 

 

1.2 Определение расчетного расхода насоса и числа агрегатов

 

В качестве расчетной подачи основного насоса Q_р принимается минимальная подача насосной станции Q_min. Тогда число рабочих агрегатов определяется по формуле:

n = Q_max / Q_min; (1.5)

n = 2 / 0,5 = 4

 

где: Q_min, Q_max – минимальное и максимальное водопотребление, м^з/c из задания.

 

1.3 Выбор марки основного насоса

 

Насос выбирают в пределах устойчивой зоны характеристики с максимальным КПД и хорошими кавитационными показателями при гарантированной заводом производителем допустимой высоты всасывания;

а) он должен обеспечивать наиболее точно Н_р и Q_р;

б) насос должен иметь большее число оборотов, что уменьшает его вес, а также вес двигателя, снижая стоимость агрегата;

в) насос должен обладать лучшими эксплуатационными (удобство монтажа и демонтажа, более совершенные подшипники и сальники);

г) насосы должны быть серийного изготовления. Марку насоса подбирают согласно Q_p и Н_р по каталогам насосного оборудования.

Согласно расчетным напору Н_р и расходу Q_p по сводным характеристикам насосов выбирают тип и марку насосов [3], находят частную рабочую характеристику выбранного насоса, которую снимают на кальку и на нее наносят расчетную точку А с координатами Н_p и Q_р (рис. 1.2).

Центробежный насос (для орошения чаще применяется тип Д и В) считается правильно подобранным в том случае, если расчетная точка А расположится на кривой Н = f (Q) или несколько ниже нее и в пределах рабочей области. При этом расчетный напор Н_р и напор, снятый с кривой Н = f (Q) или расчетном расходе Q_p, не должен отличатся более чем на 5... 10%.

Рис. 1.2 Характеристика насоса Д 1600-90

 

Подбор электродвигателя

Электродвигатели выбираются, по максимальной потребной мощности на валу насоса, частоте вращения и форме исполнения (горизонтальные и вертикальные).

Максимальная мощность двигателя определяется по формуле:

N_дв = (9,81 · Q_р ∙ Н_р / ή_н · ή_пер)·К; (1.6)

N_дв = (9,81 · 72,5 · 0,5 / 0,82 · 1) ·1,05 = 455,4 кВт

 

где: Q_р, H_р – расчетные расход и напор насоса, м³/с, м; К-коэффициент запаса К = 1,05; ή - коэффициент полезного действия насоса в долях от единицы; ή_пср - КПД передачи при прямом соединении двигателя и насоса, ή_пер =1,0.

Марку двигателя подбирают по справочникам [5]. При этом мощность подобранного электродвигателя может отличаться от расчетной только в сторону увеличения до 30%, частота вращения его должна быть немного больше частоты вращения насоса. Схему марки электродвигателя снимают на кальку и выписывают габаритные размеры и параметры. В рассматриваемом примере принимаем двигатель СД 12-42-473, высота 1630мм, ширина 1360мм, длина 1880мм, n = 1500 об/мин, ή_дв = 0,935; N_дв=500кВт; U=380В, масса 1630кг.

 

 

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ВЫСОТЫ ВСАСЫВАНИЯ

 

Отметка оси насоса устанавливается исходя из условий бескавитационной работы насоса.

Практически отметка оси установки насоса определяется по кавитационным характеристикам (∆h_доп – Q) или (H_доп – Q), которые используются для получения допустимой геометрической высоты всасывания (h^в_доп ):

h^в_доп = ∆h_доп – h_вт –V²_в / 2g; (2.1)

h^в_доп = 10 – 0,75 – 1,5² / 2 · 9,81 = 9,1 м

где ∆h_доп - допустимая вакуумметрическая высота всасывания насоса (снимается с характеристики ∆h_доп – Q минимальное значение ∆h_доп в рабочей зоне насоса); h_вт - потери напора на всасывающем тракте насоса, обычно задаются в пределах h_вт = (0,5…0,75)м; V_В - скорость течения жидкости во всасывающем патрубке насоса при расходе, соответствующем принятому значению ∆h_доп V_В = (1…1,5) м/с; ∆h_доп –допустимый кавитационный запас (снимается с характеристики “∆h_доп” в рабочей зоне насоса).

 

 

3. ВЫБОР ТИПА ЗДАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ

 

Конструкция здания мелиоративной насосной станции зависит от типа и производительности насосов, режима водоисточника и других условий.

Насосные станции подразделяются на заглубленные (блочные, шахтно-блочные, камерные, шахтно-камерные) и незаглубленные.

Местоположение сооружений на трассе водоподачи, протяженность каналов и особенно напорных трубопроводов определяются технико-экономическими расчетами.

При выборе типа здания станции можно руководствоваться следующими указаниями:

а) "Блочный" тип здания станции применяется при установке насосов с вертикальным валом типа В, О или ОП и подаче одного насоса более 2 м³/с. Рабочее колесо насоса должно быть расположено ниже минимального уровня воды в водоисточнике.

б) Здание насосной станции камерного типа с сухой камерой применяется при подаче одного насоса менее 2 м³/с. Насосы для этого типа здания устанавливаются любой конструкции. Насосы могут устанавливаться с любой высотой всасывания: положительной или отрицательной. Колебания уровней воды в водоисточнике могут быть любыми.

в) Здание насосной станции "камерного" типа "с мокрой камерой" и затоплением насоса оборудуется осевыми, вертикальными насосами с подачей одного насоса менее 2 м³/с, насосы устанавливаются только с отрицательной высотой всасывания (подпор не менее 1,0 м). Колебания уровней воды в водоисточнике должны быть такими, чтобы не затапливался сальник насоса, т.е. величина колебаний уровней воды имитируется габаритами насоса. Это устаревший, редко применяемый в настоящее время, тип здания. В случае если колебания уровней воды будут больше, чем указано, и происходит затопление сальника насоса, то применятся здание насосной станции с мокрой камерой и сухим помещением для насоса, либо здание блочного типа.

г) Незаглубленный тип здания станции применяется при подаче одного насоса менее 1,5 м³/с, оборудуется насосами с горизонтальным валом, имеющими положительную высоту всасывания. Колебания уровней воды в водоисточнике должны быть в пределах допустимой геометрической высоты всасывания насоса.

Таблица 3.1

Тип здания насосной станции

 

Наименование факторов	Тип здания насосной станции
Блочный	Камерный	Незаглубленный
С сухой камерой	С мокрой камерой и затопленным насосом	С мокрой камерой и сухим насосным помещением
1. Подача одного насоса Qр, м3/с	>2,0	<2,0	<2,0	<2,0	<1,5
2. Тип насоса	В, О, Оп	Любой	Любой	Любой	Центробежный с горизонтальным валом
3.Геометрическая высота всасывания	Отрицательная	Любая	Отрицательная	Отрицательная	Положительная
4. Колебания УВ в водоисточнике	Любые	Любые	Малые, в пределах габаритов насосов	Средние до 8.0 м	В пределах допустимой высоты всасывания насоса

 

Определение размеров здания насосной станции сводится к установлению ширины, высоты и длины надземной и подземной частей здания.

 

3.1 Здание насосной станции наземного типа

Горизонтальные насосы типа Д, К, КМ обычно устанавливаются в зданиях наземного или камерного типа.

Действительная отметка оси установки насоса на станции наземного типа уточняется из формулы:

 

∆ _{оси.нас}=∆_mах УВ + 0,5 + h; (3.1)

 

где ∆_mах УВ - отметка максимального уровня воды в водоисточнике, м; h - расстояние от оси насоса до отметки чистого пола, м.

Разберем в отдельности последовательность компоновки здания станции наземного и камерного типа. Насосные станции наземного типа проектируются как обычные промышленные здания. Если они оборудованы подвесными кранами грузоподъемностью 5 т, их выполняют как каркасными, так и бескаркасными, а при установке мостовых кранов - только каркасными [2].

Ширину здания определяем по формуле:

 

B = 2b₁ + b_нас + L_мв + L_об.кл + L_зд; м (3.2)

 

где b₁ - минимально допустимое расстояние между стеной здания и насосным агрегатом b₁ = (1…1,2) м; b_нас- ширина насоса, определенная по заводскому чертежу [3]; L_мв - длина монтажной вставки L_мв = (0,5…0,6) м; L_об.кл - длина обратного клапана, определяется в зависимости от диаметра напорного патрубка насоса (таб. 3.3); L_зд - длина задвижки, определяется в зависимости от диаметра напорного патрубка насоса (таб. 3.2).

Определив расчетный пролет (В), получаем минимально допустимую ширину машинного зала. В схему внутристанционных напорных коммуникаций входят следующие фасонные части и арматура (рис. 3.1):

 

 

Рис. 3.1 Внутристанционные коммуникации насосных станций:

1 - косой переход, 2 – L_мв монтажная вставка, 3 - b_нас насос, 4 - L_мв монтажная вставка,

5 – L_{об. кл} обратный клапан, 6 – L_зд задвижка, 7 - диффузор, 8 - напорная труба.

 

Таблица 3.2

Типы задвижек

 

Основные размеры и масса параллельных задвижек с ручным приводом
Условный проход d, мм	Тип задвижки	Размеры, мм	Масса, кг
Lзд	Нзд	d
	30ч6бр
	"
	"
	к
	30ч15бр
	"
	К
	30с514нж1
	30с514нж1

 

Таблица 3.3

Габаритные размеры и масса обратных клапанов

Диаметр условного прохода d, мм	Тип обратного клапана	Длина Lоб. кл, мм	Масса М, кг
	Обратный поворотный клапан фланцевый		52,5
		45,5
	Обратный клапан с эксцентричной поездкой

Расчетные пролеты зданий редко совпадают со стандартными, поэтому проводят их корректировку: обычно варьированием размеров (b₁) увеличивая его с той стороны здания, где предполагается устанавливать вспомогательное оборудование.

По грузоподъемности и габаритной ширине здания выбирается подъемно-транспортное оборудование машинного зала. При массе монтируемых агрегатов до 5 т устанавливаются ручные подвесные краны (рис. 3.2), более 5 т - краны мостовые ручные (рис. 3.3). Пролет ручного подвесного крана принимаетсяна 1,5...1, а ручного мостового крана на 1,5 м меньше пролета здания. Лишняя длина крана отрезается.

Таблица 3.4

Техническая характеристика подвесных кранов

 

Длина крана Lкр, м	Грузоподъем ность, т	Пролет крана lк, м	Размеры, мм	Размеры тележки, мм	Мощность двигателя, кВт
hкр	h1	l1	l	База	Ширина	подъема	передвижение
тали	крана
4,2									1,7	0,18	0,36
						2,8	0,4	0,54
3,2						4,5	0,4	0,8
							1,2	1,2
7,2									1,7	0,18	0,36
						2,8	0,4	0,54
3,2						4,5	0,4	0,8
							1,2	1,2
10,8									1,7	0,18	0,36
						2,8	0,4	0,54
3,2						4,5	0,4	0,8
							1,2	1,2

 

Таблица 3.5

Техническая характеристика мостовых кранов

 

Грузоподьемность,т	Пролет Lk,м	Размеры
Н (hкр)	h	H1	В1	В2	Масса крана,т
	11...32			-	5000...6500	3500...5000
	10,5...34.5			-	5508...5802	4400...5000	13,6...33,3
12,5	10,5...34,5			-	6200...7200	4500...5500	11...34,9
	11...26			-			16,3...40,8
15,3	11...26						20,5...34,4
20,5	10,5...25,5						20,5...34,4
30,5	10,5...31,5						23...40,5
5…12,5	19,5...31,5						33,5...66

 

Рис. 3. 2 Кран грузоподъемностью (0,5...5) т подвесной однобалочный электрический

Грузоподъемность крана принимается по массе наиболее тяжелой монтажной единицы с учетом 10% надбавки на массу траверс и строп. За монтажную единицу можно принимать: ротор вертикального электродвигателя, если электродвигатель поставляется в разобранном виде (в каталоге указан вес ротора); горизонтальный агрегат в сборе при наличии заводской фундаментной плиты; в остальных случаях в отдельности насос, электродвигатель, задвижку.

Определяется высота здания станции по формуле:

Н_н.ч.з = h₁ + h_зап+ h_{габ.дет} + h_стр + h_кр + h_м +0,2; м (3.3)

 

где h₁ - расстояние от чистого пола до верха корпуса насоса (или двигателя), размер снимается по чертежу [3]; h_зап - запас на пронос детали над установленным оборудованием; h_зап = (0,5…0,7) м; h_{габ.дет} - размер самой габаритной монтажной единицы; h_стр- размер строп для захвата поднимаемой детали, h_стр= (0,7…1,0) м; h_кр - высота крана при стянутой тали, принимают по таб. 3.4, 3.5; h_м - высота монорельса, принимают по таб. 3.4.

 

Рис. 3.3 Кран грузоподъемностью (5…50) т мостовой электрический

 

Полученную высоту здания округляют до ближайшей большей стандартной высоты в соответствии с вышеизложенными рекомендациями.

Определяется длина машинного зала по уравнению:

L_зд = L₁ + n ·L_агр + L₂ ·(n -1) + L_мп, м (3.4)

 

где L₁ - расстояние между торцом оборудования и стеной (L₁ = 1,0…1,2 м); n - количество установленных на станции насосов; L_агр - габаритные размеры насосного агрегата в сборе (длина насоса плюс длина двигателя) м; L₂- расстояние между торцами оборудования (L₂ = 0,3…0,5 м); L_мп - длина монтажной площадки, определяется из условия расположения ремонтируемого оборудования:

L_м.п = L_{гат.дет} + 2,5; м (3.5)

 

где L_{гат.дет} - длина самой габаритной ремонтируемой детали (насоса или двигателя), м.

Окончательную длину здания принимают с учетом стандартного шага колонн (6 и 12 м).

 

3.2 Здания насосных станций камерного типа

 

Насосная станция камерного типа состоит из подземной и надземной части здания.

Верхнее (надземное) помещение, в котором размещаются пусковые и распределительные устройства, грузоподъемное оборудование, монтажная площадка и другие вспомогательные помещения, представляет собой конструкцию обычного промышленного здания, которая разобрана в предыдущем параграфе. Фундаментом каркасных колонн и стеновых панелей верхней части здания являются массивные стеныподземной части.

Подземная часть здания служит для размещения основного и вспомогательного насосно-силового оборудования, всасывающих и напорных коммуникаций, трубопроводной арматуры и представляет собой камеру, выполненную из гидротехнического бетона марки не ниже 150, водонепроницаемостью не ниже В-4, морозостойкостью М_рз - 50 и выше.

Основные размеры здания определяются по размерам подземной части. При этом следует учитывать, что в отличие от станции наземного типа, на всасывающих линиях насосов в данном случае необходима установка задвижек.

Конструирование здания станции производится в следующей последовательности:

с учетом вышеуказанных рекомендаций определяется расчетный пролет здания:

В_пч = b₁ + L_зв + L_мв + b_нас + L_мв + L_обр.кл + L_зн +b₂;м (3.6)

 

где b₁ - минимально допустимое расстояние между стеной и фланцевым соединением (b₁ = 0,3…0,4 м); L_зв - длина задвижки на всасывающей линии насоса, определяется в зависимости от диаметра всасывающего патрубка насоса (таб. 3.2); b₂ - минимально допустимое расстояние между стеной и фланцевым соединением, если у стены подземной части здания предполагается устройство служебного мостика, то принимать b₂ ≥ 80 см.

Полученную ширину подземной части здания увязываем с шириной надземной части здания, которая должна быть стандартной. Некоторую разницу в ширине надземной и подземной частей здания можно компенсировать устройством консолей в подземной части(в пределах (100…150) см).

По грузоподъемности и габаритной ширине здания выбирается подъемно-транспортное оборудование (таб. 3.4, 3.5).

Определяется высота подземной части здания по формуле:

 

Н_п.ч = h_ф + h₁ +∆h +h_зап – h^в_доп ; м (3.7)

 

где h_ф - толщина фундаментной плиты в основании камеры h_ф = (1,0…1,2) м; h₁ - расстояние от чистого пола до оси рабочего колеса насоса, размер снимается по чертежу [3]; ∆h - расстояние между максимальным и минимальным уровнями воды в водоисточнике; h_зап - превышение верха фундамента над максимальным уровнем воды в водоисточнике (h_зап = (0,8…1,2 м); h^в_доп - см. раздел 2 (принимать с учетом знака).

Определяется высота надземной части здания:

H_нч = h_огр + h_зап + h_{габ.дет} + h_кр + h_стр + 0,2; м (3.8)

 

где h_огр - высота ограждения монтажной площадки h_огр =1,0 м.

Полученную высоту наземной части здания увязывают с размером стеновых панелей. Колонны каркаса замоноличиваются в стены подземной части здания не менее чем на 60 см.

Вычисляется длина подземной части здания по уравнению:

L_пч = L₁ + n·L_агр + L₂·(n – 1) + L_мп +L_зап; м (3.9)

 

Окончательную длину подземной части здания увязывают с длиной надземной части здания с учетом стандартного шага колонн.

 

3.3 Здания насосных станций блочного типа с насосами В, О, ОП

 

Конструктивно здание насосной станции блочного типа отличается от здания станции камерного типа наличием в основании здания массивного железобетонного блока. Подвод воды в этом случае осуществляется по всасывающим трубам, расположенным в бетонном блоке.

Конструирование здания станции производится аналогично конструированию здания станции камерного типа.

Основные размеры здания определяются по размерам подземной части. Конструирование здания станции производится в следующей последовательности:

с учетом вышеуказанных рекомендаций определяется расчетный пролет здания:

 

В_пч = 0,8 + L_зв + L_мв + b_нас + L_мв + L_зн + 1,2; м (3.10)

 

Увязываем ширину подземной части здания со стандартной шириной "В_ст" надземной части;

по грузоподъемности и габаритной ширине здания выбирается подъемно-транспортное оборудование;

определяется высота подземной и надземной частей здания толщина стены подземной части:

Н_пч = h_ф + h₁ + h^в_доп + ∆h + h_зап; м (3.11)

 

H_нч = h_огр + h_зап + h_{габ.дет} + h_ст + h_кр + 0,2; м (3.12)

 

Полученная высота наземной части здания увязывается с мерами стеновых панелей;

вычисляется длина подземной части здания:

 

L_пч = L₁ + n·L_агр + L₂·(n – 1) + L_мп +L_зап; м (3.13)