Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
11
PAGE 7
Белорусский Национальный Технический Университет
Факультет энергетического строительства
Кафедра «Гидротехническое и энергетическое строительство»
Курсовой проект:
«Насосная станция»
Выполнил:
Руководитель:
Минск 2002
|
[1] Содержание: [2] Введение [3] 1. Обоснование схемы гидроузла машинного водоподъема [4] 2. Определение расчетных напора и подачи насосов и выбор числа насосных агрегатов [4.1] 2.1. Определение расчетного напора [4.2] 2.2. Определение расчетной подачи и числа устанавливаемых агрегатов [4.3] 3.1. Выбор основного насоса [4.4] 3.2. Выбор электродвигателя [5] 4. Проектирование всасывающих и напорных трубопроводов [5.1] 4.1. Проектирование всасывающих трубопроводов [5.2] 4.2. Проектирование напорных трубопроводов [5.2.1] 4.2.1. Внутристанционные напорные трубопроводы [5.2.2] 4.2.2 Внешние напорные трубопроводы [6] 5. Составление графической характеристики совместной работы насосов и трубопроводов [7] 6. Подбор вспомогательного оборудования [7.1] 6.1. Сороудерживающие устройства [7.2] 6.2. Затворы [7.3] 6.3. Подъемно-транспортное оборудование [7.4] 6.4. Дренажно-осушительная система [7.5] 6.5. Система технического водоснабжения [7.6] 6.6. Система маслоснабжения и пневматическое хозяйство [8] 7. Конструктивно-компоновочные решения зданий насосной станции, водозаборных сооружений и их параметры [8.1] 7.1. Выбор типа здания станции [8.2] 7.2. Определение высотного положения основных насосных агрегатов [8.3] 7.3. Определение основных размеров здания насосной станции [8.3.1] 7.3.1. Определение высоты подземной части здания [8.3.2] 7.3.2. Плановая компоновка и размеры насосного помещения здания станции [8.3.3] 7.3.3. Верхнее строение здания станции [8.4] 7.4 Проектирование водозаборного сооружения [9] Литература |
Задача данного курсового проекта — составление и расчетное обоснование проекта насосной станции.
Насосными станциями называют комплексы гидротехнических сооружений и оборудования, обеспечивающие забор воды из источника, транспортировку и подъем ее к месту потребления.
Состав сооружений насосных станций, их взаимное расположение и конструктивное исполнение зависят от множества факторов: назначения, подачи и напоров, природных условий (рельеф местности, колебание уровней воды в верхнем и в нижнем бьефах, объем твердого стока, инженерно-геологические и гидрогеологические условия), наличия местных строительных материалов, технического оснащения строительной организации и др.
Компоновка сооружений насосной станции при минимальной стоимости и площади застройки должна обеспечивать наиболее благоприятные условия их эксплуатации.
В состав насосной станции входят следующие сооружения: подводящий канал, здание насосной станции блочного типа (совмещенное с водозаборным сооружением открытого типа) и машинный канал. Водозаборное сооружение — берегового типа.
Проектируемая насосная станция предназначена для орошения (работающая на машинный канал). Максимальная подача станции — 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.
Расчетный напор насоса:
(2.1)
Геодезическая высота подъема — при значительных колебаниях уровней воды в бьефах используется средневзвешенная геодезическая высота подъема
(2.2)
Расчеты по определению средневзвешенной геодезической высоты подъема удобно вести в табличной форме.
Таблица 2.1. Определение средневзвешенной геодезической высоты подъема.
|
Период работы насосной станции |
Число суток в периоде ti, сут. |
Расход НС QI, м3/с |
Отметка уровня воды, м |
Геодезический напор Hгi, м |
QiHгiti |
Qiti |
|
|
ВБ |
НБ |
||||||
|
4 |
30 |
4,455 |
229,9 |
172,2 |
57,7 |
7711,61 |
133,65 |
|
5 |
31 |
8,775 |
230,4 |
172 |
58,4 |
15886,3 |
272,025 |
|
6 |
30 |
8,775 |
230,4 |
170,5 |
59,9 |
15768,7 |
263,25 |
|
7 |
31 |
13,5 |
230,86 |
170,3 |
60,56 |
25344,4 |
418,5 |
|
8 |
31 |
13,5 |
230,86 |
169,9 |
60,96 |
25511,8 |
418,5 |
|
9 |
30 |
8,775 |
230,4 |
171 |
59,4 |
15637,1 |
263,25 |
|
Σ |
105860 |
1769,18 |
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.
Расчетная подача насоса определяется максимальной подачей насосной станции и принятым числом насосных агрегатов.
(2.4)
Число рабочих насосных агрегатов определяется как отношение максимального и минимального расходов из графика водопотребления.
(2.5)
Резервные насосы предназначены для замены основных в случае выхода их из строя. На насосных станциях II категории надежности водоподачи устанавливается 1 резервный насосный агрегат при числе основных 1 – 8.
Число установленных агрегатов:
(2.6)
— число рабочих агрегатов;
— число резервных агрегатов;
3. Выбор насосов и приводных электродвигателей
Выбор основного насоса ведется по расчетному напору и расчетному расходу по сводным графикам полей насосов соответствующих типов. На сводный график наносится точка А с расчетными координатами Нр=63 м. и Qр=4,5 м3/с. Точка А попала в зону насоса марки 1200В —6,3/63 n=375 об/мин.
Имея тип и марку насоса, по каталогу находят рабочую характеристику насоса. На характеристику насоса наносят точку В с координатами Нр=63 м. и Qр=4,5 м3/с, которая при правильно подобранном насосе должна находиться на кривой H – Q или несколько ниже нее в пределах рабочей области. Если величины расчетного напора Нр=63 м и напора Н=69 м, снятого с кривой H – Q при расчетном расходе Qр=4,5 м3/с, отличаются не более чем на 5 – 10%, насос считается подобранным.
Требуемая мощность электродвигателя определяется по максимально возможной подаче насоса Qн=4,5 м3/с, и соответствующему ей напору Нн=63 м.
(3.1)
К – коэффициент запаса, учитывающий возможность перегрузки двигателя (в первом приближении К=1).
ηн – КПД насоса в долях единицы, снимаемый с характеристики насоса для Qн.
Таблица 3.1. Зависимость коэффициента запаса от мощности двигателя.
|
Мощность двигателя, кВТ |
до 20 |
21 – 50 |
51 – 300 |
более 300 |
|
Коэффициент запаса К |
1,25 |
1,2 |
1,15 |
1,1 |
По расчетной мощности двигателя и частоте вращения по каталогу подбирается марка электродвигателя: ВСДН-18-49-16.
При использовании на насосной станции мощных (Q > 2 м3/с) вертикальных центробежных насосов подвод воды к ним осуществляется с помощью изогнутых всасывающих труб с давлением в них всегда выше атмосферного. Они выполняются в монолитном железобетоне в зданиях блочного типа. Число всасывающих труб равно числу установленных насосных агрегатов.
Форма и размеры таких труб устанавливаются заводом изготовителем и зависят от диаметра входного патрубка.
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)
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:
Для определенного определяется диаметр напорного водовода:
(4.4)
Порядок построения графической характеристики системы «насосы – трубопроводы» при параллельной работе следующий:
(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.
(5.4)
(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 |
(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.
Далее строится точка В с координатами (Qн;Н1). Qн – подача одного насоса.
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 |
(5.8)
Qн,Нн – расход и напор насоса при максимальном КПД.
(5.9)
(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 |
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 |
Вспомогательное оборудование включает в себя механическое оборудование и обслуживающие станцию системы и хозяйства: дренажно-осушительная система; системы технического водоснабжения и маслоснабжения; пневматическое хозяйство.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
EMBED Excel.Sheet.8
Н
Н
Н
Н
1
2
3
4
5
6
8
9
Рисунок 4.1. Всасывающая труба насоса с коленчатым подводом
Рисунок 4.2.
Схема соединения напорных трубопроводов с насосами
Рисунок 5.1. Технологическая схема насосной станции:
1 – вход в трубу плавный; 2 – переход сужающийся; 3 – колено; 4 –переход сужающийся; 5 – переход расширяющийся; 6 – задвижка; 7 – колено; 8 – тройник; 9 – напорные водоводы
Рисунок 3.1. Сводный график рабочих полей насосов типа В
Рисунок 3.2.
Рабочая характеристика насоса 1200В-6,3/63
Рисунок 3.3.
Схема насосного агрегата
Рисунок 2.1.
График связи h=f(Q) для машинного канала
EMBED Equation.3