Проектування каналізаційної насосної станції

Проектування каналізаційної насосної станції

Вихідні дані

1. Добова подача насосної станції в часи максимального водовідведення Q_макс._доб = 40 087 м³/доб.

2. Загальний коефіцієнт нерівномірності К_ч = 1,5

3. Число мешканців у населеному місці N = 60 550 жит.

4. Довжина напірних водоводів l_вод.= 1500 м

5. Відмітки:

5.1 лотка підвідного колектора Z_лот = 48.560м

5.2 поверхні землі в місці розташування насосної станції, Zнс = 53.150м;

5.3. приймальної камери очисних спорудZ_ос = 60.000 м

5.4 Заглиблення підвідного коллектора4,59 м

6. Диаметр підвідного колектора 1000 мм

7. Рівень грунтових вод 49.000м Рис. 1. Висотна схема каналізаційної насосної станції

1. Визначення розрахункових витрат Розрахункова витрата насосної станції має бути рівна або дещо перевершувати максимальний секундний приплив стоків. За графіком водовідведення максимальний і мінімальний годинні припливи стічних вод відповідно дорівнюють до 6,25% і 1,6% від Q_доб при загальному коефіцієнті нерівномірності припливу СВ К_заг = 1,5.

Щоб підібрати обладнання необхідно визначити розрахункові витрати й повний напір насосів за різними режимами роботи.

Середня витрата:

Q_ср. = Q_доб./24 = 40 087/24 = 1670,3 м³/ч = 464 л/с

б) Максимальна витрата:

Q_мах = (40 087:100)· 6,25= 2505,44 м³/ч:3,6 = 696 л/с;

або Q_мах= Q_ср.К_заг=1670,3· 1,5 = 2505,44 м³/ч :3,6 = 696 л/с

в)Мінімальна витрата:

Qмin = 40 087•1,6/100 = 641,4 м³/ч:3,6 = 178,2л/с

Результати розрахунків зводимо в таблицю 1.

Таблиця 1. Визначення розрахункових витрат

2. Визначення діаметру водовода и повного напору

Насосна станція подає воду в місто по двох паралельних водоводах, тому що за вимогами СНиП 2.04.03−85 ми повинні забезпечити безперебійну роботу насосної станції.

Для визначення діаметра водовода й втрат напору в ньому, можна користуватися таблицями А. Ф. Шевелева, в яких наведено втрати напору 1000і на довжину 1 км. Діаметри водоводів також можна визначити за формулами гідравліки.

По числу жителів і максимальній добовій подачі відносимо НС до другої категорії надійності дії, тому згідно п. 5.8. СНиП 2.04.03−85 приймаємо два водоводи.

Виходячи з економічних швидкостей (п. 7.9. СНиП2.04.02.84) призначаємо діаметр напірних водоводів за формулою:

d_вод = v ((4· Q_вод)/(р· V_эк)), м

де Q_вод= Q_max/2 = 696:2=348л/с = 0,348 м³/с ;

Vэк — економічні швидкості при d < 600 мм дорівнюють 1,2 — 1,8 м/с;

d_вод = v ((4· Q_вод)/(р· V_эк)) = v (4•0,348/3,14•1,5) = 0,544 м

Приймаємо діаметр труб 500 мм, матеріал — чавунні труби.

При цьому V= 1,71 м/с;

1000i = 8,21 м;

А_т = 0,6 778 с²/м⁶;

Де А_т — питомий опір труб на 1 м довжини у с²/м⁶, приймаємо за табл. 2.1. додатку ;

1000i — втрати напору на 1 км довжини водовода.

Втрати напору у водоводі визначають за формулами:

h_вод = 1,1 •(1000і• l_вод) = 1,10• (8,21×1,5) = 13,54 м;

h_вод = 1,1 · SQ² = 1.1 · 101,67• (0,348)² = 13,54 м;

S_вод = A_т· l_вод = 0,6 778 • 1500 = 101,67 с²/м⁵;

Визначення повного напору насоса

Повний напір насоса при максимальній подачі дорівнює

Н = Н_г + ?h_w;

де H_г — геометричний напір, H_г = Z_ос — Z_рез, Z_рез = Zлот — 1,0 м ;

?h_w = h_вод +(h_вс + h_н) + h_зл;

(h_вс + h_н) — сума втрат напору в комунікаціях насосної станції;

h_зл — витрати на злив (0,5 — 1,0 м);

H_г = Z_ос — Z_рез = 60,0 — 47,56 = 12,44 м;

Z_рез = Z_лот — 1,0 = 48,56- 1,0 = 47,56 м .

Сума втрат (h_вс + h_н) у всмоктувальній і напірних сполучних лініях попередньо приймаємо рівними 2,5 м (ці втрати у подальшому розрахунку уточнюються).

Н = Н_г + ?h_w = 12,44+ 13,54 + 2,5 + 0,5 = 28,98? 29.0 м;

По максимальній секундній витраті 696л/с і повному напору 29,0 м по каталогу насосів і зведеному графіку полів Q-H (рис. 2.15 МВ) підбираємо 3 робочих горизонтальних насоса марки СМ250−200−400/4Б. Подача одного насоса дорівнює 232л/с. Згідно п. 5.4. СНиП 2.04.03 — 85 на НС ІІ категорії при числі робочих агрегатів до 3-х варто приймати 2 резервних агрегатів.

Разом до установки прийнято 5 насосних агрегатів марки СМ250−200−400/4Б. Робочі характеристики насоса приведені на рисунку 2.

Рис. 2. Характеристики насоса СМ250−200−400/4Б

3. Розміщення основного обладнання в машинному залу

У машинному залу розміщуються 5 технологічних насосів СМ250−200−400б/4Б (3робочих і 2-х резервних), 2 насоси ВК2/26 (1 — робочий, 1 — резервний зберігається на складі) для подання води на ущільнення сальників основних технологічних насосів, 2 погружних дренажних насоса марки ГНОМ 10−10 (1 — робочий і 1 — резервний), які встановлюють у дренажному приямку.

Насоси СМ250−200−400б/4Б монтуються з електродвигуном на загальній плиті, що входить в об'єм постачання заводу виробнику і встановлюються під затокою відносно рівня води в приймальному резервуарі, при якому включається перший насос в роботу. Компонування насосів прийнято згідно з типовим проектом, однорядне, перпендикулярно подовжній розділовій стіні.

Проектуємо два діаметрально протилежні виходи напірного трубопроводу з насосної станції, d = 500 мм із сталевих труб. На напірному трубопроводі кожного насоса встановлюється зворотний клапан між засувкою і насосом. До кожного насоса передбачена окрема всмоктувальна труба. Засувки на загальному напірному трубопроводі встановлені електрифіковані, на всмоктувальних і напірних трубопроводах від кожного насоса теж.

4. Гідравлічний розрахунок всмоктувальних і напірних трубопроводів Для визначення внутрішньостанційних опорів викреслюємо аксонометричну схему (рис. 2.3.) всмоктуючих і сполучних напірних трубопроводів. На схемі вказуємо діаметри, арматуру, фасонні частини і визначаємо самий невигідний для розрахунку втрат напору шлях руху води.

Обчислення внутрішньостанційних опорів у всмоктувальних і напірних сполучних лініях зводимо в таблицю 2.

Гідравлічний розрахунок внутрішньостанційних опорів в комунікаціях розпочинаємо з визначення діаметрів труб.

Діаметри всмоктуючих і напірних труб визначаємо по формулах:

d_вс = v ((4•Q_вc) / (р•V_эк)) =v (4•0,232/3,14•1,0) = 0,54 м;

де V_ек — допустимі швидкості у всмоктуючих трубопроводах (при d = 300 — 800 мм швидкість 0,8 — 1,5 м/с; у напірних трубопроводах — 1,0 — 3 м/с).

Приймаємо d_.вс= 500 мм; при цьому згідно табл. Шевелева V_ек=1,1м/с;

d_н = v ((4•Q_н)/(3,14•2,0)) =v (4 • 0,232 / 3,14•2,0) = 0,39 м.

Приймаємо труби, диаметром d_н = 400 мм, при цьому згідно табл. Шевелева швидкість дорівнює V_{эк. нап} = 1,71м/с;

Внутрішньостанційні трубопроводи приймаємо із сталевих труб, що сполучаються на зварюванні, а в місцях установки арматури — на фланцях.

Рис. 3. Аксонометрична схема внутрішньостанційних комунікацій для визначення опорів у всмоктувальних та напірних трубопроводах в середині насосної станції з п’ятьма горизонтальними насосними агрегатами типу СМ250−200−400

Номери опорів на схемі відповідні номерам опорів у таблиці 2.

Примітка: Аксонометрична схема внутрішньостанційних комунікацій вертикальних насосів типу СДВ і таблиця з обчислень опорів наведена у додатку (див. рис. 8 і табл. 6.)

Втрати напору у всмоктувальних і напірних трубопроводах визначаємо за формулами:

h_вс= S_вс •Q² = 3,72•(0,348)²= 0,45 м

h_н= S_н •Q² = 15,45•(0,348)²= 1,87 м

Отримане розрахунком значення суми внутрішньостанційних втрат напору у всмоктувальних та напірних сполучних лініях

?h_нс = (h_вс + h_н)

має бути не більше за суму цих величин, прийняту попередньо при підборі насосів, а саме

? (h_вс + h_н) = 2,32 м < менше 2,5 м, де S_вс S_н — відповідні питомі опори всмоктувальних і напірних сполучних лінях, визначаються як:

S_вс = ?Ат· L+ ?A_c · ж, c²/м⁵,

A_c= 0,0827/d⁴ ,

де Ат = f (d), c²/м⁶ — питомий опір трубопроводу, який визначено по діаметру і матеріалу труб (таблиця 1);

Ac — коефіцієнт, що залежить від діаметру за даним місцевим опором (таблиця 1.);

L — довжина прямих ділянок труб в метрах (приймаєтся 3−5м);

ж — коефіцієнт цього місцевого опору;

Величини коефіцієнтів Ат, Ас і ж приводяться в таблицях додатку 13 .

Розрахунок можна вести в табличній формі, табл.2.

Таблица 2. Визначення опорів у всмоктувальних та сполучних напірних внутрішньостанційних трубопроводах

5. Побудова графіка спільної роботи насосів і водоводів

Характеристику трубопроводу будуємо методом підбора, задаючись витратою Q₁, Q₂,… Q_n і визначаючи відповідний напір за рівнянням Н = Нг + ?h_w

де Нг — геометричний напір насосів, дорівнює 12,44 м; ?h_w — загальні втрати напору у системі ?h_w = h_вод +h_вс +h_н +h_злив ;

S — загальній опір системи (водоводи, всмоктувальні та сполучні напірні лінії в середині насосної станції), с²/м⁵.

Розрахунки доцільніше вести в табличній формі (див табл.2.3).

S = S_вод + S_вс + S_н =101,67+3,72+ 15,45 = 120,84с²/м⁵,

де S_вод = А_т· l_вод = 101,67с²/м⁵, S_вс = 3,72с²/м⁵; S_н =15,45 с²/ м⁵

Таблиця 3. Для побудови графіка спільної роботи насосів та водоводів

Аналіз графіка спільної роботи насосів і водоводів (рис. 2.4.) показує, що мінімальний режим водовідведення, при витраті води Q = 178л/с і тиску Н=16,4 м недоцільно забезпечувати підібраними насосами СМ250−200−400/4б, оскільки подачу насоса Q_мін= 178л/с він забезпечує при тиску Н = 37,5 м, а в мережі необхідний при цьому тиск всього 16,4 м, тобто різницю напору (Н-Н_мін)=37,5−16,4 =21,1 м в години мінімального водоспоживання необхідно глушити засувкою, це допускається, але в невеликих межах, коли Н/Н_мін буде не більш 1,2, а в нас відношення дорівнює 37,5/16,4 = 2,28 .

Для забезпечення економічної роботи насосної станції необхідно для мінімального режиму водоспоживання підібрати інший насос з меншою продуктивністю (або один з прийнятих насосів обладнати електродвигуном з частотним приводом для можливості регулювання витрати насоса зміною частоти обертання валу насоса). У кожному конкретному випадку вибирають варіант на основу техніко-економічних розрахунків.

6. Визначення відмітки осі насоса — ЎВН

Згідно СНиП на каналізаційних насосних станціях насоси слід встановлювати під затокою.

Тому для нормальної роботи насоса його корпус розташовують на 0,3−0,5 м нижче рівня води в приймальному резервуарі, при якому включається перший насос в роботу — Zвкл (див. мал. 2.5.)

Z_вкл = Z_max — 0,2(n-1) = 48,56 — 0.2 (3 — 1) = 48,16 м,

Z_max = Z_лот = 48,56 м, де: n — кількість насосів;

Відмітку осі насоса визначаємо за формулою:

ВН = Z_вкл — 0,5 — h _{до осіагр} = 48,16 — 0,5- 0,56 = 47,100 м де h_{доосіагр} — габарит насоса від верху корпусу до осі насоса приймається по монтажному кресленню каталогу насосів (табл.2.16.Додатку).

Відмітка підлоги машинного зала визначена за формулою:

Z_м.з. = ВН — h_{агрдо низу} — h_ф = 47,100- 0,7 = 46,400 м.

h_ф — висота фундаменту для малих насосів не менше 0,25 м, для середніх- (0,4−0,7м).

Глибина приймального резервуару для насосів типу СМ дорівнює

h_рез = 1,5- 2,0 м. Приймаємо h_рез =2,0 м.

Тоді глибина машинного залу дорівнює

H_м.з. = 53,30 — 46,4 = 6,9 м;

Геометричну висоту всмоктування визначаємо за формулою Н_s= 10-?hh_вс — h_н._п.ж = 10−8,5−0,45−0,24= 0,81 м;

Тоді відмітка осі насоса становить ВН = РВ_min + Н_s = 46.56 + 0.81 = 47.37м, а розрахункова відмітка осі насоса дорівнює 47.100м, тобто насос в змозі працювати, якщо у приймальному резервуару мінімальний рівень води і насос працюватиме з позитивною висотою всмоктування.

Рис. 4. Графік паралельної работи 3-х насосів СМ250−200−400/4б і двох водоводів

7. Визначення потужності і підбір електродвигунів і трансформаторів

Потужність електродвигунів визначаємо за формулою (13):

N_дв. = К_з · N_вал ;

N_вал = Q₁ · H₁/(102 · з₁), кВт;

где Q₁, H₁, з₁ — параметри, які приймаємо за графіком спільної роботи, при роботі 1-го насоса на два водоводи (див.рис.2.4).

К_з — коефіцієнт запасу, який дорівнює:

при: N до 100 кВт К_з = 1,2

N > 100 кВт К_з = 1,1

N_вал = Q₁ · H₁/(102 · з₁) = 272•23/102•0,64 = 96кВт ;

N_дв. = 96 •1,2 = 115 кВт, Приймаємо (з табл.2.15.) електродвигун марки 4А315S4У3, потужністю 160 кВт, потужність якого повинна дорівнювати, або перевищувати розраховану.

Потужність трансформаторів визначаємо за формулою:

Р = (К_с · ?N_уст)/(з_дв · cos ц) + 10 = 0,85· 3·160/0,85·0,93+10 = 526кВА, де: N_уст — підсумкова потужність електродвигунів без резервних;

К_с — коефіцієнт попиту по потужності;

— при двох електродвигунах — К_с = 0,9;

— при трьох електродвигунах — К_с = 0,85;

— при чотирьох — К_с = 0,8;

— при п’яти — К_с = 0,7;

10кВ· А додаємо на потреби насосної станції та допоміжне обладнання (дренажні насоси, технічної води або ін.). Значення з_дв і cos ц — беруться з технічних характеристик електродвигунів: попередньо можна прийняти з_дв = 0,93; cos ц = 0,85.

Рис. 5. Схема для визначення відмітки осі насосу в залежності від рівня води в приймальному резервуарі І, ІІ, ІІІрівень включення першого, другого та третього насосу; І^', ІІ^', ІІІ^'— рівень вимкнення насосів.

До установки приймаємо 2 трансформатори, які знижують напругу з 6кВ до 0,380кВ потужністю Р = 400кВ· А кожний.

При роботі одного трансформатора на все навантаження, на випадок аварії, перевантаження трансформатора складе:

К_пер = 526/400=1,31 < 1,4, що в межах норми.

Сучасні трансформатори випускають потужністю

160−250кВ· А; 400−630; 750−1000; 1350−1800 кВ· А

9. Визначення місткості приймального резервуару Робоча місткість приймального резервуару — це об'єм, що знаходиться між максимальним і мінімальним рівнями води в резервуарі. Для прямокутної в плані підземної частини будівлі

W_р = В_р · L_р · h_р,

де В_р і L_р — відповідно внутрішні розміри ширини і довжини приймального резервуару, h_р = Z _max — Z_min — робоча глибина приймального резервуару.

Для круглої в плані підземної частини станції можна приблизно визначити так:

W_р = р? D²/8 ?h_р, м³,

де D — внутрішній діаметр підземної частини будівлі насосної станції, для насосів типу СМ (D = 12 м при чотирьох насосних агрегатах типу СМ і 14м — більше 4-х насосних агрегатів СМ; для вертикальних насосів типу СДВ діаметр підземної частини будівлі D =24м; hр — робоча глибина приймального резервуару (прийнята для горизонтальних насосів h_р = 1,5- 2,0 м; для вертикальних hр = 2,0−2,5м).

W_р = р? D²/8 ?h_р = 3,14×14² х 2 = 153,0 м³

Мінімальна місткість повинна бути менше робочої, но не менше п’ятисемі мінутної подачи одного насоса

W_min= 5· Q₁/60,

Q₁— подача одного насоса при його роботі на два водоводи

W_min = 1080•5/60 =90 м³,

W_min < W_р.

10. Складання специфікації

Специфікація складається для попереднього замовлення виготовленого на заводах обладнання, для зручності читання креслень при будівництві станції, монтажі обладнання і його експлуатації.

Специфікація складається на основне та допоміжне обладнання, трубопровідну арматуру і вантажопідйомне обладнання.

В специфікації спочатку перераховуємо основні насоси, далі допоміжне обладнання (це дренажні та технічні насоси), підйомне-транспортне обладнання та запірна трубопровідна арматура (починаючи з найбільшого діаметру). Можна додати контрольно-вимірювальні прилади.

Розміри зазначені у міліметрах. Висота строки приймається 8−10мм.

Трубопровідну арматуру підбираємо по табл.2.2- 2.4.

Рис. 6. Форма таблиці для складання специфікації

Таблиця 4. Специфікація

На автоматизованих насосних станціях незалежно від діаметру, трубопровідну арматуру слід проектувати з електроприводом. На всмоктувальній лінії установлюють засувки для тиску Ру = 0,25 МПа, або Ру = 0,6 МПа, а на напірних лініях — Ру = 0,6−2,5МПа. Тиск напірних трубопроводах визначають за максимально можливого напору насосів (робота на закриту засувку). Трубопровідну арматуру виготовляють для таких умовних тисків Ру: 0,25МПа; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,4; 10,0; 16,0 МПа. Трубопровідну арматуру підбірають за діаметром та тиском. Розташування за кожним з насосів зворотного клапана значно спрощуэ автоматизацію увимкнення та вимкнення насосів. Звичайно, рекомендують використовувати «безударні» клапани. Ці клапани мають меншу масу більш плавну «безударну» посадку диску на сідло при закритті клапана. Технічні характеристики клапанів подано в таблиці 4.

водовод всмоктувальний електродвигун гідравлічний

Список літератури

1. Карелин В. Н., Минаев А. В. Насосы и насосные станции.-М.: Стройиздат, 1986.-320с.

2. Залуцкий Э. В., Петрухно Л. И. Насосные станции. Курсовое проектирование. — К: Выща школа, 1987.-167с.

3. Лобачев П. В. Насосы и насосные станции. — М.:Стройиздат, 1990. — 320с.

4. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Нормы проектирования: СНиП 2.04.02−84 Гос. Ком. СССР по делам строительства. М: ЦИТП Госстроя СССР, 1985.

5. Шевелев Ф. А., Шевелев А. Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб. — М.: Стройиздат, 1984.

6. Николова Р. А. и др. Каталог насосного оборудования. МУ. ОГАСА, 1999. 109с.

7. Каталог насосов С. М. Рыбницкий насосный завод Номенклатура выпускаемой продукции

8. Справочник по гидравлическим расчетам, под редакцией П. Г. Киселева изд. 4-е, переработ. и доп. М., «Энергия», 1972.-312с.

Додатки Таблиця 1. Розрахункові дані питомих опорів для сталевих, чавунних та азбестоцементних труб та коефіцієнтів Ас Ас = 0,827/d⁴

Таблиця 2. Технічні характеристики засувок з електроприводом

Таблиця 3. Технічні характеристики дискових поворотних затворів

Примітка: Усі затворифланцеві, ИА та МА — затвори з електроприводом, МТРз ручним приводом.

Таблиця 4. Технічні характеристики зворотних без ударних клапанів

Таблиця 5. Середньодобове водоспоживання у % по годинах доби в залежності від годинного коефіцієнта нерівномірності водоспоживання

Рис. 8. Розрахункова аксонометрична схема всмоктувальних та напірних трубопроводів насосної станції з пятьма вертикальними насосами типу СДВ2700/26,5 (номер опорів на аксонометричній схемі відповідний номеру опорів у таблиці 6.)

Таблиця 6. Визначення опорів у всмоктувальних та сполучних напірних лініях

Рис. 9. Зведений графік полів Q-H само всмоктувальних насосів типу ВК, ВКС і ЦВ Рис. 10. Визначення розмірів фасонних частин Фасонні частини Д < 500 мм виготовляються монтажниками на місті.

Рис. 11. Установлення консольного насоса типу СМ Таблиця 7. Приведена висота атмосферного тиску в залежності від розташування насосу над рівнем моря

Таблиця 8. Тиск насиченої пари води, h_н.п., в залежності від її температури

Таблиця 9. Технічні характеристики вихрових само всмоктувальних насосів ВКС та ЦМК

Таблиця 10. Технічні характеристики ручних кранів (кран-балки рис. 12.)

Рис. 12. Кран-балки підвісні: а — ручні, вантажопідйомністю 0,5−5,0 т з висотою підйому 3−12м; белектричні вантажопідйомністю 1−5т з висотою підйому 6−18 м Рис. 13. Кран мостовий електричний вантажопідйомністю 5−30т

Таблиця 11. Технічні характеристики підвісних кранів з електроприводом (рис. 12. б)

Таблиця 12. Технічні характеристики мостових кранів з електроприводом (рис. 13.)

Примітка: в знаменнику вказані параметри допоміжнього крюка Таблиця 13. Середні значення коефіцієнтів місцевих опорів — ж

Рис. 14. Монтажне креслення вертикальних насосів СДВ з електродвигунами для перекачування стічної рідини: 1-корпус насоса; 2 — вал; 3 — електродвигун; 4- всмоктувальний патрубок; 5 — напірний патрубок;

Таблиця 14. Розміри вертикальних насосів типу СДВ з електродвигунами

Рис. 15. Зведений графік полів Q-H горизонтальних насосів типу СМ Рис. 16. Монтажне креслення горизонтального насосу типу СМ250−200−400

Таблиця 15. Габаритні розміри насосів типу СМ

Таблиця 16. Загальні показники насосних агрегатів типу СМ

Рис. 17. Загальний вид креслення насосної станції: а) з горизонтальними насосами типу СМ Рис. 18. Розріз 2−2 насосної станції з насосами типу СМ Рис. 19. Розріз 1−1 з горизонтальними насосами типу СМ Рис. 20. Компоновка горизонтальних насосів типу СМ250−200−400/4б в машинному залі

Рис. 21. креслення з вертикальними насосами Рис. 22. Розріз 1−1 з вертикальними насосами типу СДВ