Насосные станции. Курсовая работа - Насосная станция. Курсовой проект Насосная станция
 Скачать 1.02 Mb.
|
|
Белорусский Национальный Технический Университет Факультет энергетического строительства Кафедра «Гидротехническое и энергетическое строительство» Курсовой проект: «Насосная станция» Выполнил: Руководитель: Минск 2002 Содержание:Содержание: 2 Введение 3 1. Обоснование схемы гидроузла машинного водоподъема 4 2. Определение расчетных напора и подачи насосов и выбор числа насосных агрегатов 5 2.1. Определение расчетного напора 5 2.2. Определение расчетной подачи и числа устанавливаемых агрегатов 6 3. Выбор насосов и приводных электродвигателей 7 3.1. Выбор основного насоса 7 3.2. Выбор электродвигателя 8 4. Проектирование всасывающих и напорных трубопроводов 9 4.1. Проектирование всасывающих трубопроводов 9 4.2. Проектирование напорных трубопроводов 9 4.2.1. Внутристанционные напорные трубопроводы 9 4.2.2 Внешние напорные трубопроводы 9 5. Составление графической характеристики совместной работы насосов и трубопроводов 11 6. Подбор вспомогательного оборудования 15 6.1. Сороудерживающие устройства 15 6.2. Затворы 15 6.3. Подъемно-транспортное оборудование 15 6.4. Дренажно-осушительная система 15 6.5. Система технического водоснабжения 16 6.6. Система маслоснабжения и пневматическое хозяйство 16 7. Конструктивно-компоновочные решения зданий насосной станции, водозаборных сооружений и их параметры 17 7.1. Выбор типа здания станции 17 7.2. Определение высотного положения основных насосных агрегатов 17 7.3. Определение основных размеров здания насосной станции 17 7.3.1. Определение высоты подземной части здания 17 7.3.2. Плановая компоновка и размеры насосного помещения здания станции 18 7.3.3. Верхнее строение здания станции 18 7.4 Проектирование водозаборного сооружения 19 Литература 20 ВведениеЗадача данного курсового проекта — составление и расчетное обоснование проекта насосной станции. Насосными станциями называют комплексы гидротехнических сооружений и оборудования, обеспечивающие забор воды из источника, транспортировку и подъем ее к месту потребления. Состав сооружений насосных станций, их взаимное расположение и конструктивное исполнение зависят от множества факторов: назначения, подачи и напоров, природных условий (рельеф местности, колебание уровней воды в верхнем и в нижнем бьефах, объем твердого стока, инженерно-геологические и гидрогеологические условия), наличия местных строительных материалов, технического оснащения строительной организации и др. 1. Обоснование схемы гидроузла машинного водоподъемаКомпоновка сооружений насосной станции при минимальной стоимости и площади застройки должна обеспечивать наиболее благоприятные условия их эксплуатации. В состав насосной станции входят следующие сооружения: подводящий канал, здание насосной станции блочного типа (совмещенное с водозаборным сооружением открытого типа) и машинный канал. Водозаборное сооружение — берегового типа. Проектируемая насосная станция предназначена для орошения (работающая на машинный канал). Максимальная подача станции — 13,5 м3/с. Грунт основания в районе строительства —суглинок. Береговой водозабор, совмещенный со зданием насосной станции, применяется в крупных водозаборах (Q >10м3/с) и при использовании насосов устанавливаемых под залив. Здание станции располагается на некотором удалении от берега в конце подводящего канала. 2. Определение расчетных напора и подачи насосов и выбор числа насосных агрегатов2.1. Определение расчетного напораРасчетный напор насоса:  (2.1)Геодезическая высота подъема — при значительных колебаниях уровней воды в бьефах используется средневзвешенная геодезическая высота подъема  (2.2)Расчеты по определению средневзвешенной геодезической высоты подъема удобно вести в табличной форме. Таблица 2.1. Определение средневзвешенной геодезической высоты подъема.
  Отметки уровня воды в верхнем бьефе рассчитывают по глубине наполнения машинного канала в зависимости от пропускаемого расхода по кривой связи  .Потери напора в трубопроводах складываются из потерь по длине и потерь на местные сопротивления  . Потерями предварительно задаются на основе существующего опыта проектирования. Местные потери напора  , потерями напора по длине всасывающего трубопровода  можно пренебречь, а в напорном трубопроводе они вычисляются по формуле: (2.3)i=3м/км — удельное сопротивление по длине трубопровода. l=0,38км —длина напорного трубопровода.  — запас напора. 2.2. Определение расчетной подачи и числа устанавливаемых агрегатовРасчетная подача насоса  определяется максимальной подачей насосной станции  и принятым числом насосных агрегатов. (2.4)Число рабочих насосных агрегатов определяется как отношение максимального и минимального расходов из графика водопотребления.  (2.5)  Резервные насосы предназначены для замены основных в случае выхода их из строя. На насосных станциях II категории надежности водоподачи устанавливается 1 резервный насосный агрегат при числе основных 1 – 8. Число установленных агрегатов:  (2.6) — число рабочих агрегатов; — число резервных агрегатов;3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ыбор основного насоса ведется по расчетному напору и расчетному расходу по сводным графикам полей насосов соответствующих типов. На сводный график наносится точка А с расчетными координатами Нр=63 м. и Qр=4,5 м3/с. Точка А попала в зону насоса марки 1200В —6,3/63 n=375 об/мин.
(3.1)
| Мощность двигателя, кВТ | до 20 | 21 – 50 | 51 – 300 | более 300 |
| Коэффициент запаса К | 1,25 | 1,2 | 1,15 | 1,1 |
П
Рисунок 3.3.
Схема насосного агрегата
о расчетной мощности двигателя и частоте вращения по каталогу подбирается марка электродвигателя: ВСДН-18-49-16.
4. Проектирование всасывающих и напорных трубопроводов
4.1. Проектирование всасывающих трубопроводов
П
ри использовании на насосной станции мощных (Q > 2 м3/с) вертикальных центробежных насосов подвод воды к ним осуществляется с помощью изогнутых всасывающих труб с давлением в них всегда выше атмосферного. Они выполняются в монолитном железобетоне в зданиях блочного типа. Число всасывающих труб равно числу установленных насосных агрегатов.Форма и размеры таких труб устанавливаются заводом изготовителем и зависят от диаметра входного патрубка.
4.2. Проектирование напорных трубопроводов
4.2.1. Внутристанционные напорные трубопроводы
Напорные трубопроводы в пределах здания станции служат для подачи воды от насосов к внешним напорным водоводам и включают в себя напорные линии насосов и соединительные трубопроводы. Для обеспечения отключения насосов от внешнего напорного трубопровода они оборудуются дисковыми затворами.
Диаметры напорных линий Dн внутри здания станции назначают по скоростям движения воды в них: при Dн > 800мм Vн = 1,8…3,0 м/с.
(4.1)Так как значение Dн больше диаметра напорного патрубка насоса dн =0,9м, переходы выполняют в виде диффузоров длиной
(4.2)4.2.2 Внешние напорные трубопроводы
Напорные трубопроводы служат для транспортировки воды к водовыпускным сооружениям. Трубопровод состоит из двух ниток, расстояние в свету между ними 2м для исключения подмыва при аварии.
Так как на насосной станции установлены насосы с идентичными характеристиками, график водоподачи ступенчатый и количество насосов подключенных к каждой нитке одинаковое расчетный расход этой нитки:
(4.3)
- условный постоянный расход, который проходя по напорным трубопроводам, вызывает такие потери энергии, какие вызвал бы фактический переменный расход, проходя по тем же трубопроводам за тот же период времени;n – число ниток напорного трубопровода;
t – продолжительность периода, сут.
Для графика водоподачи и схемы соединения напорных трубопроводов с насосами, приведенных на рисунке эта формула будет иметь вид:
Д
ля определенного определяется диаметр напорного водовода:
(4.4)Рисунок 4.2.
Схема соединения напорных трубопроводов с насосами
5. Составление графической характеристики совместной работы насосов и трубопроводов
Порядок построения графической характеристики системы «насосы – трубопроводы» при параллельной работе следующий:
Составляется схема соединений внутри насосной станции.
О
пределяются внутристанционные потери по формуле:
(5.1)где
- потери напора по длине всасывающего и напорного внутристанционного трубопроводов соответственно, которыми можно пренебречь; - потери напора в местных сопротивлениях соответственно во всасывающем и в напорном внутристанционном трубопроводах.Для технологической схемы насосной станции с насосами типа «В» и коленчатым подводом потери напора в местных сопротивлениях во всасывающем трубопроводе включают: потери на входе в трубу 1, в переходе сужающемся 2, 4, в колене 3.
(5.2)
- скорости соответственно на входе в трубу, в колене и в переходе сужающемся, м/с:
Потери напора в местных сопротивлениях в напорном внутристанционном трубопроводе определяются с учетом потерь напора в переходе расширяющемся 5, в дисковом затворе 6, колене 8 и тройнике присоединения к магистрали 9:
(5.3)
- скорости соответственно в переходе расширяющемся, в дисковом затворе, в колене и в ответвлении тройника, м/с.
Определяется удельное сопротивление внутристанционной линии:
(5.4)Строится кривая внутристанционных потерь Q – Нвн.ст :
(5.5)Определение координат кривой внутристанционных потерь удобно вести в табличной форме:
Таблица 5.1. Определение координат кривой внутристанционных потерь.
| Q, м3/с | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
 | 0 | 0,088 | 0,352 | 0,792 | 1,408 | 2,2 | 3,168 | 4,312 | 5,632 |
Строится характеристика напорного трубопровода Q – Нтр1,2:
(5.6)к – коэффициент, учитывающий местные потери в напорном водоводе, равен 1,1;
S0=0,00020023 с2/м5 – удельное сопротивление водовода (зависит от его диаметра);
l = 380 м – длина водовода.
Определение координат кривой характеристики сопротивления одного напорного водовода удобно вести в табличной форме:
Таблица 5.2. Определение координат кривой характеристики сопротивления одного напорного водовода.
| Q, м3/с | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
 | 0 | 0,08 | 0,34 | 0,75 | 1,34 | 2,09 | 3,01 | 4,10 | 5,36 | 6,78 | 8,37 | 10,1 | 12,1 | 14,1 | 16,4 |
Для построения этой кривой откладывается определенная ранее средневзвешенная геодезическая высота подъема (Нгср+ΔН – для станций работающих на излив) и проводится линия параллельная оси абсцисс.
Суммарная характеристика обоих водоводов строится путем сложения расходов в водоводах при постоянном напоре.
Наносится паспортная характеристика насоса Q – Н1,2,3, строятся характеристики двух и трех параллельно работающих насосов Q – Н1+2 и Q – Н1+2+3.
Отложив на шкале расходов заданную производительность насосной станции Qнст и поднявшись до пересечения с кривой Q – Нтр1+2 – получим точку А с координатами (Qнст;Н1). Н1 – напор необходимый в начале водовода при расчетной производительности Qнст.
Далее строится точка В с координатами (Qн;Н1). Qн – подача одного насоса.
В точке В к напору Н1 прибавляется величина внутристанционных потерь, соответствующих расходу одного насоса. Получается точка С, соответствующая значению полного напора насоса при максимальной производительности насосной станции.
Так как точка С не попадает на паспортную характеристику насоса, то производится обточка рабочего колеса насоса.
Изменение положения характеристики насоса обточкой рабочего колеса производится в следующей последовательности :
Строится парабола подобных режимов:
k – параметр параболы, который находится из условия прохождения ее через точку С т. е. 
(5.7)Находятся параметры точки Е пересечения параболы с паспортной характеристикой насоса при нормальном диаметре рабочего колеса (QЕ;НЕ).
Таблица 5.3. Координаты параболы подобных режимов.
| Q, м3/с | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| H, м | 0 | 3,3 | 13,2 | 29,7 | 52,8 | 82,5 | 118,8 |
Определяется коэффициент быстроходности насоса
(5.8)Qн,Нн – расход и напор насоса при максимальном КПД.
Определяется диаметр рабочего колеса:
(5.9)Процент обточки
(5.10) при ns=153,63Через точку С строим характеристику насоса с обточенным рабочим колесом.
(5.11) 
(5.12)Таблица 5.4. Результаты пересчета характеристики насоса при обточке рабочего колеса.
| Точки | Параметры насоса | |||
| При D =1850 мм | При Dобт =1810 мм | |||
| Q, м3/с | Н, м | Q, м3/с | Н, м | |
| 1 | 1 | 72,5 | 0,978378 | 69,39876 |
| 2 | 2 | 72 | 1,956757 | 68,92015 |
| 3 | 3 | 71 | 2,935135 | 67,96292 |
| 4 | 4 | 70 | 3,913514 | 67,0057 |
| 5 | 5 | 69 | 4,891892 | 66,04847 |
| 6 | 6 | 67,5 | 5,87027 | 64,61264 |
| 7 | 7 | 59,5 | 6,848649 | 56,95484 |
| 8 | 8 | 53 | 7,827027 | 50,73289 |
Строится приведенная характеристика насоса, проходящая через точку В. Для этого от ординат кривой Qобт – Нобт 1,2,3 отнимаются потери hвн.ст.
Строятся приведенные кривые совместной работы параллельно включенных насосов.
Определяются величины подач и напоров при индивидуальной и параллельной работе насосов на один и два водовода.
Таблица 5.2. Величины подач и напоров при индивидуальной и параллельной работе насосов на один и два водовода.
| № | Режим работы | Н, м | Q, м3/с |
| 1 | Индивидуальная работа на один водовод | 63,5 | 5,3 |
| 2 | Индивидуальная работа на два водовода | 61,8 | 5,7 |
| 3 | Параллельная работа двух насосов на один водовод | 65,8 | 7,6 |
| 4 | Параллельная работа трех насосов на один водовод | 67,5 | 8,8 |
| 5 | Параллельная работа двух насосов на два водовода | 63,3 | 10,4 |
| 6 | Параллельная работа трех насосов на два водовода | 64,9 | 13,5 |
6. Подбор вспомогательного оборудования
Вспомогательное оборудование включает в себя механическое оборудование и обслуживающие станцию системы и хозяйства: дренажно-осушительная система; системы технического водоснабжения и маслоснабжения; пневматическое хозяйство.
6.1. Сороудерживающие устройства
Устраиваются в виде поверхностных съемных вертикальных сороудерживающих решеток на всех водоприемных отверстиях основных насосов. Служат для предотвращения попадания в водоприемные отверстия сора и плавающих тел, а в отдельных случаях и рыбы.
Решетки систематически очищаются с помощью специальных решеткоочистительных устройств.
6.2. Затворы
Основные или рабочие затворы – служат для оперативного регулирования расходов и уровней воды, поднимаются и опускаются в текущей воде, т. е. под напором.
Ремонтные затворы – используются для временного перекрытия входных отверстий при ремонтах и осмотрах основных затворов, а также насосов и другого оборудования станции в целом.
6.3. Подъемно-транспортное оборудование
Это оборудование необходимо для монтажа, ремонта и демонтажа насосных агрегатов, другого оборудования станции.
Его грузоподъемность определяется массой наиболее тяжелой монтажной единицы умноженной на коэффициент запаса к=1,1…1,15. Масса деталей принимается в пределах до 60% от общей массы насоса или приводного электродвигателя.
Насос марки 1200В – 6,3/63 имеет массу 24 тонны, значит масса самой тяжелой детали насоса составляет 14,4 тонн, масса двигателя ВСДН-18-49-16 — 32 тонны значит масса самой тяжелой детали двигателя составляет 19,2 тонны.
По каталогу подбирается мостовой электрический кран грузоподъемностью 20 тонн.
6.4. Дренажно-осушительная система
Дренажно-осушительная система необходима для удаления дренажной воды из подземной части здания и для откачивания воды из проточных трактов станции.
Дренажно-осушительная система включает в себя дренажные насосные установки для откачки профильтровавшейся воды в помещение агрегатной части здания станции и систему осушения или опорожнения станции.
Для насосных станций с подачей свыше 10 м3/с подача дренажных насосов назначается Qд=10л/с.
Суммарная подача насосов системы опорожнения
(6.1)W=15 м3 – суммарный объем воды, находящийся во всасывающей трубе и в камере осушаемого насоса при максимальном УНБ;
t=5 ч – время откачки;
q=1 л/с=3,6 м3/ч. — фильтрационный расход.
Так как удаление дренажной воды из подземных помещений ведется периодически, в дренажно-осушительной системе устраиваются только два рабочих насоса.
6.5. Система технического водоснабжения
Предназначена для подачи технически чистой воды к устройствам насосных агрегатов, к сальниковым уплотнениям. Источник водопитания — нижний бьеф.
Подача на каждый насосный агрегат — 1 л/с, при напоре — 50 м.
В системе технического водоснабжения используют центробежные насосы консольного типа «К» — один рабочий и один резервный.
6.6. Система маслоснабжения и пневматическое хозяйство
Система маслоснабжения необходима для обеспечения маслами масляных ванн и подшипников электродвигателей, насосов, трансформаторов и других маслонаполненных электроаппаратов. Насосы подбираются из условия заполнения емкости вместимостью до 20 тонн за 2 часа, а больших емкостей не более чем за 4 часа.
Пневматическое хозяйство служит для обеспечения сжатым воздухом станции, т. е. для питания устройств очистки сороудерживающих решеток и обдувки обмоток электродвигателей, котлов маслонапорных установок, торможения агрегатов, а также для снабжения аппаратуры контроля, пневмоинструментов.
7. Конструктивно-компоновочные решения зданий насосной станции, водозаборных сооружений и их параметры
7.1. Выбор типа здания станции
Так как забор воды ведется из реки с большим колебанием уровня воды в ней 2,2 м, большой отрицательной высоты всасывания насоса и подачей более 2м3/с, принимается заглубленное здание станции блочного типа.
7.2. Определение высотного положения основных насосных агрегатов
Отметка оси насосов определяется алгебраической суммой расчетного (минимального) уровня воды в источнике и значения допустимой геометрической высоты всасывания насоса
:
ОН= УВmin+Нвсдоп, м. (7.1)
(7.2)Допустимая высота всасывания требуемая заводом изготовителем — -1,4…-2,9м.
Окончательно
.Напор воды соответствующий атмосферному давлению на уровне установки насоса –
(7.3)
— упругость насыщенных паров жидкости, =0,24м при t=20оС;
=11,5м — допустимый кавитационный запас, снимается с характеристики насоса; =0,23м — потери напора во всасывающей линии. ОН=169,9 - 1,83 = 168,07 м.7.3. Определение основных размеров здания насосной станции
7.3.1. Определение высоты подземной части здания
Высота подземной части здания насосной станции заглубленного типа определяется по формуле:
(7.4)
=0,1Нст≈0,6м – толщина фундаментной плиты; ФП= ОН-hн=168,07 – 2,34 = 165,73м (7.5) — отметка верха фундаментной плиты;hн=2,34 — превышение оси рабочего колеса насоса над верхом фундаментной плиты;
(7.6) — максимально возможный напор воды на конструкцию в расчетном сечении;
— допустимая геометрическая высота всасывания;
(7.7) — амплитуда колебаний уровня воды в водоисточнике;
— конструктивный запас.
7.3.2. Плановая компоновка и размеры насосного помещения здания станции
Насосные агрегаты располагаются в один ряд вдоль водоприемного фронта.
Ширина агрегатного блока принимается равной:
(7.8)
- толщина стены насосного помещения станции;а1=1,24м – монтажный проход;
bНА=3,26м – поперечный размер насосного агрегата;
lком=5м – длина участка внутристанционных коммуникаций;
а2=0,5м – монтажное удаление коммуникаций от стены помещения.
Расстояние между осями агрегатов, т. е. длина агрегатного блока определяется условиями размещения насосных агрегатов и обеспечением монтажно-эксплуатационных проходов:
(7.9)lНА=3,675м – габарит насосного агрегата в продольном направлении;
а3=1,125м – монтажный проход между агрегатами.
Длина всего здания станции определяется проходами между торцевыми стенками и агрегатами, продольным размером самих агрегатов, их числом, расстоянием между ними, а также длиной монтажной площадки:
(7.10)
– длина монтажной площадки;а4=1м – проход между торцом оборудования и стеной;
n – число основных агрегатов.
7.3.3. Верхнее строение здания станции
Верхнее строение служит для размещения подъемно-транспортного оборудования, электродвигателей насосных агрегатов. Эта часть здания состоит из электромашзала с монтажной площадкой и примыкающих к нему пристроек для электротехнического оборудования, а также служебных, административных и бытовых помещений.
Конструктивно верхнее строение оформляется в виде промышленного здания каркасного типа. Оно состоит из сборных железобетонных элементов – системы колонн, ферм и ригелей покрытия, подкрановых балок на консолях.
Стены каркасных строений не несущие и выполняются из сборных стеновых панелей из легких бетонов толщиной 200 мм.
Верхнее строение насосной станции, оборудованной мостовым краном, имеет высоту:
(7.11)hкр=3м – габарит кранового оборудования;
hст=1м – высота строповки груза;
0,1 – минимальное расстояние от низа перекрытия до верха балки крана;
hгр=3,85м – высота самой крупной транспортируемой детали;
0,5 – минимальный запас высоты от груза до установленного оборудования;
hоб=3,85м – высота установленного оборудования.
Определенную высоту здания насосной станции (расстояние от уровня чистого пола до низа несущих конструкций покрытия на опоре) округляют до стандартного значения
.Пролет верхнего строения или ширина машзала также округляется до стандартного значения В=12м.
Длина верхнего строения также, как и насосного помещения кратна 6м
. Шаг колонн – 6м.7.4 Проектирование водозаборного сооружения
Водозаборное сооружение открытого типа представляет собой открытые сверху камеры, разделенные бычками, между которыми устанавливаются затворы и сороудерживающие решетки.
Ширину камеры принимают равной:
(7.12)Длина камеры назначается конструктивно исходя их условия размещения служебных мостиков, сороудерживающих решеток, основных и ремонтных затворов
.Коэффициент секундного водообмена:
> 15сек. (7.13)Глубина воды в камере при минимальном уровне воды 4,17м.
Служебные мостики устраиваются выше максимального уровня воды на 1м.
Общая длина водоприемного фронта:
(7.14)
- толщина быка;n – число камер.
Насосная станция оборудуется затворами пролетом 4м и высотой 7 м, ширина паза 0,4м, глубина паза 0,2 м.
Сопряжение каналов с береговыми сооружениями станции обеспечивает аванкамера в виде симметрично расширяющейся (центральный угол конусности 37о) и заглубляющейся концевой части канала (уклон дна i=0,4). Дно аванкамеры в плане представляет собой трапецию, меньшее основание которой b=6м (ширина подводящего канала по низу), большее Вф=18,4м.
Литература
Учебно-методическое пособие к курсовому проекту «Насосная станция» по дисциплине «Насосные станции» для студентов специальности Т.19.04 – «Водохозяйственное строительство». Минск 2000
Насосы и насосные станции: Учебник / Под ред. В. Ф. Чебаевского. –М.: Агропромиздат, 1989. –416с.
Проектирование насосных станций и испытание насосных установок: Учеб. Пособие / Под ред. В. Ф. Чебаевского. –3-е изд., перераб. и доп. –М.: Колос, 1982. –320 с.