Расчет режима работы насосных станций
Насосные станции I подъема.
Подача воды насосами I подъема может осуществляться по трем основным схемам:
1) насосная станция подает воду на очистные сооружения для хозяйственно-питьевых или производственных нужд;
2) насосная станция подает воду в резервуары чистой воды без очистки; подача хозяйственно-питьевой воды в этом случае возможна лишь при условии, что качество воды соответствует требованиям ГОСТ 2874—82 «Вода питьевая»;
3) насосная станция подает воду без очистки непосредственно потребителям.
Подача насосной станции I подъема при поступлении воды на очистные сооружения. Как правило, станцию рассчитывают на подачу среднего часового расхода воды в дни максимального водопотребления с учетом расхода воды на собственные нужды насосной станции I подъема и станции очистки воды.
Подача насосной станции I подъема при поступлении воды без очистки в резервуары. Подача воды на хозяйственно-питьевые нужды без очистки возможна лишь при использовании артезианских вод или под-русловых вод с устройством скважин. В этом случае чаще всего вода насосами I подъема подается в резервуары чистой воды, откуда горизонтальными насосами II подъема — потребителям.
Такая схема подачи воды потребителям позволяет устаноаить равномерную круглосуточную работу насосов I подъема, произвести расчет на среднечасовую подачу и уменьшить число скважин или их диаметр. Кроме того, равномерный и непрерывный отбор воды улучшает режим работы скважин. Часто круглосуточный режим водоот-бора диктуется ограниченным дебитом скважины.
Для производственных систем водоснабжения воду можно подавать без очистки и из поверхностных источников, если ее качество удовлетворяет требованиям технологического процесса. Например, для систем охлаждения можно подавать воду с мутностью до 50 мг/л, цветность воды не ограничивается. Этим требованиям обычно удовлетворяет вода из равнинных рек и водохранилищ.
Для системы производственного водоснабжения подача насосной станции I подъема устанавливается в зависимости от того, куда подается вода: непосредственно на производство (система прямоточного водоснабжения) или в оборотную систему водоснабжения, имеющую циркуляционные насосные станции в системе водоохлаждающих устройств. При прямоточной системе водоснабжения должна быть обеспечена подача насосной станции, отвечающая режиму водопотребления производства. Если режим водопотребления равномерный, то подача станции определяется по формуле, если неравномерный — из условия обеспечения наибольшего часового расхода в дни максимального водопотребления, т. е. по методике расчета насосных станций II подъема городского водопровода. При оборотной системе производственного водоснабжения насосная станция I подъема подает средний часовой расход воды на восполнение безвозвратных потерь. Вода подается в резервуар охладительных устройств, откуда циркуляционными насосами — в систему производственного водоснабжения по графику режима водопотребления.
Подача насосной станции I подъема при поступлении воды без очистки непосредственно потребителям.
В этом случае все артезианские скважины условно делят на основные и неосновные. К основным относятся наиболее мощные скважины, имеющие большой удельный дебит и обеспечивающие среднечасовой расход аоды потребителями. Работают они круглосуточно, и их дебит определяют по формуле. К неосновным относятся скважины, которые работают в часы максимального водоразбора, а также во время ремонта основных скважин. Дебит их рассчитывается на подачу воды, равную разности подачи в час максимального водопотребления и подачи среднечасового водопотребления.
Подача воды насосной станции 1 подъема непосредственно потребителю приводит к увеличению числа скважин по сравнению с системой подачи воды в резервуар Однако в этом случае отпадает необходимость в строительстве резервуаров и насосной станции II подъема Выбор той или иной схемы подачи воды потребителям решается на основании технико-экономического сравнения вариантов с учетом конкретных гидрогеологических характеристик источника
Расчет скважинного водозаборного сооружения и сооружений системы подачи воды к потребителям представляет собой сложную инженерную задачу, связанную с выполнением трудоемких расчетов, которые весьма значительно усложняются с решением оптимизационной задачи. В связи с этим во ВНИИ ВОДГЕО в 1978—1980 гг. были проведены исследования математического обеспечения ЭВМ для проведения таких расчетов. Полученные результаты позволили разработать рекомендации по применению ЭВМ для выполнения комплексных расчетов водозаборов подземных вод.
При определении подачи насосной станции I подъема системы объединенного хозяйственно-питьевого и» противопожарного водопровода необходимо обеспечить возможность форсированной подачи воды в часы пополнения противопожарного запаса, который находится в резервуарах, расположенных у насосной станции II подъема. В течение времени восстановления противопожарного запаса воДы насосная станция I подъема должна обеспечивать также и расчетную подачу воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды.
Восстановление противопожарного запаса может производиться:
рабочими насосами, предназначенными для подачи воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды, если эти насосы работают не круглые сутки; пополнение производится во время перерывов в их работе;
рабочими насосами за счет возможного сокращения водопотребления;
резервным насосным оборудованием;
противопожарными насосами, установленными на насосной станции I подъема.
Максимальный срок восстановления противопожарного запаса воды должен быть не более:
24 ч— в населенных пунктах и на предприятиях пожарной опасности категорий А, Б, В;
36 ч — на предприятиях пожарной опасности категорий Г и Д,
74 ч — в сельских населенных пунктах и сельскохозяйственных производственных комплексах
Для промышленных предприятий с пожарными расходами воды на наружное пожаротушение 20 л/с и менее допускается увеличивать период восстановления противопожарного запаса воды: для производств категории В — до 36 ч, для производств категорий Г и Д — до 48 ч.
При недостаточности дебита источника для пополнения противопожарного запаса воды можно увеличить период восстановления запаса и соответственно запас воды в резервуаре.
Насосные станции 1 подъема, получающие воду из артезианских скважин, обычно рассчитывают на круглосуточную работу при максимальном суточном расходе. Для подачи дополнительного количества воды во время пополнения израсходованного неприкосновенного пожарного запаса должны быть предусмотрены резервные скважины с полным комплектом оборудования. Лишь при крайне незначительном относительном количестве воды, требуемой для пополнения пожарного запаса, подачу воды из скважины рассчитывают на форсированный режим в период пополнения этого запаса. В любом случае необходимо технико-экономическое обоснование принятого варианта восстановления неприкосновенного противопожарного запаса воды в резервуарах.
Насосные станции II подъема. В зависимости от планировки снабжаемого водой объекта и взаимного расположения насосной станции и напорных аккумуляторов различают следующие системы: безбашенную; с башней в начале сети; с контррезервуаром.
Объем и режим водопотребления меняются непрерывно в зависимости от случайных событий и характеризуются значительной неравномерностью.
Насосы II подъема подают воду непосредственно в сеть потребителя и поэтому режим работы насосной станции II подъема определяют в зависимости от режима водопотреб-ления объекта. Для насосной станции II подъема должны быть проведены расчеты режима работы на следующие случаи:
работа в часы наибольшего и наименьшего водопотребления в сутки максимального расхода воды;
работа системы при тушении пожара в часы наибольшего водопотребления;
работа насосной станции при возникновении аварий.
Для системы с контррезервуаром кроме указанных расчетов необходимо проводить расчет на случай наибольшего транзита воды в контррезервуар.
В безбашенной системе вода подается насосной станцией непосредственно в сеть, поэтому насосы подбираются из расчета на час наибольшего водопотребления в сутки максимального водопотребления. Для этого строится совмещенный график работы насосной станции и сети и анализируется обеспеченность подачи в различные часы суток. Как правило, в безбашенной системе требуется установка большего числа насосов, но отпадает необходимость в строительстве напорного аккумулятора.
В системе водоснабжения с напорным аккумулятором максимальную подачу насосной станции принимают меньше максимального часового расхода и приближают график режима работы насосной станции II подъема к графику водопотребления, но это не значит, что графики должны в точности совпадать. Водопотребление в системах водоснабжения весьма неравномерно, поэтому, если мы примем режим подачи воды насосами в точности соответствующим режиму водопотребления, потребуется очень часто включать и выключать насосные агрегаты, что чрезвычайно усложнит эксплуатацию насосных станций.
При подаче воды насосами II подъема, большей водопотребления, избыток . воды поступает в аккумулирующую емкость. В часы, когда водопотребление превышает подачу, недостающее количество воды поступает в сеть из аккумулирующей емкости. Следовательно, чем больше разность между подачей и потреблением воды, тем больше должна быть аккумулирующая емкость.
При определении подачи насосной станции II подъема необходимо найти оптимальный вариант режима ее работы — минимальную вместимость аккумулирующей емкости и наименьшую частоту включения насосных агрегатов. Работу насосной станции принимают двух- или трехступенчатой (ступенчатой называется работа различного числа насосов в разные часы суток).
Равномерный режим работы насосов рекомендуется для систем водоснабжения с подачей не более 15 тыс. м3/сут, так как при большей подаче потребуются большие аккумулирующие емкости. При ступенчатой работе насосной станции объем аккумулирующей емкости принимают 2,5 — 6%, при равномерной 8— 15% суточной подачи станции. Следовательно, режим работы насосной станции II подъема в значитель^ ной степени зависит от вместимости принятой аккумулирующей емкости. При выборе объема напорных аккумуляторов рекомендуется принимать типовые проекты водонапорных башен.
Общее количество воды, поступающей в бак водонапорной башни за сутки при режиме работы насосной станции по II варианту, равно 4,2% максимального суточного; при режиме работы по III варианту поступление воды в башню уменьшается до 3,55%, что позволяет сократить эксплуатационные расходы, так как напоры при подаче воды в сеть меньше, чем при подаче воды в бак водонапорной башни. Установлено, что при подаче воды в напорный аккумулятор напоры в сети возрастают, а между напором и потерями воды существует прямая связь. При снижении напора на вводе в здание на 10 м суточный расход воды уменьшается на 5- 10%.
Окончательный выбор режима работы насосной станции устанавливается на основании технико-экономического расчета конкурирующих вариантов с учетом местных условий.
Требуемую вместимость аккумулирующей емкости определяют по интегральному графику как сумму абсолютных величин максимальной положительной и максимальной отрицательной разностей ординат кривых подачи и водопотребления. Например, при ступенчатой работе насосов вместимость бака составит: по варианту III +0,8 + + (—1,45) = 2,25%, а по варианту II —2,5%. Если кривую подачи (линию 2) сдвинуть вдоль оси абсцисс влево таким образом, чтобы она стала касательной к наиболее выпуклой части кривой водопотребления, то разности ординат линий / и 2 будут одного знака, а максимальная разность ординат даст расчетную величину регулирующей вместимости.
Анализ режимов работы насосных станций показывает, что при ступенчатой работе возможно значительное уменьшение вместимости бака водонапорной башни и некоторое снижение требуемой полной высоты подъема воды насосами за счет меньшей высоты бака. Как видно из приведенного примера, при ступенчатой работе насосов вместимость бака водонапорной башни может быть значительно (почти в 3 раза) меньше, чем при равномерной работе, но зато увеличивается площадь насосной станции вследствие установки большего числа насосов (хотя и меньшей подачи) и вместимость подземных резервуаров, поскольку станция I подъема обычно работает равномерно.
В ряде случаев увеличивается и диаметр водоводов, так как при ступенчатой работе они должны быть рассчитаны на пропуск большего количества воды, чем прн равномерной. Практика проектирования и эксплуатации систем водоснабжения показывает, что для малых водопроводов обычно выгодна равномерная работа насосов, для больших — ступенчатая, а для средних водопроводов, чем больше длина водоводов, тем выгоднее равномерная работа.
Источник
Насосные станции первого подъема при заборе воды из поверхностных источников
При заборе воды из поверхностных источников — рек, озер, водохранилищ — насосные станции первого подъема подают ее обычно на сооружения водоочистки. График подачи насосных станций определяется работой очистных сооружений и назначается, как правило, равномерным круглосуточным, или равномерным в течение одной — двух смен за сутки.
Вид водозаборного сооружения и его расположение относительно водоисточника предопределяет размещение и заглубление насосной станции. На рисунке 4.5. приведены наиболее типичные схемы насосных станций. Выбор какой-либо из них производится одновременно с проектированием водозабора. Раздельное расположение водозабора и насосной станции применяется при пологих берегах. При крутых берегах или вертикальных насосах насосную станцию проектируют, как правило, совмещенного типа, принимая ее заглубление равным заглублению водоприемника.
Последовательность расчета и проектирования насосной станции первого подъема.
1. Устанавливается согласно [1] категория насосной станции (в курсовом проекте категория может быть задана). Расчетная часовая производительность насосной станции определяется по формуле (4.1). Принимается число рабочих насосов (не менее двух для насосной станции I категории). Подача каждого из параллельно работающих насосов вычисляется по формуле (4.5).
2. По величине расчетного секундного расхода по формуле (4.2) и значениям экономичных скоростей в соответствии с таблицей 3.1 определяются диаметры всасывающих и напорных водоводов. Для насосных станций первой и второй категорий число ниток водоводов должно быть не менее двух. Всасывающие водоводы первой и второй категорий рассчитывают на пропуск полного расчетного расхода при отключении одной из ниток, для насосных станций третьей категории допускается снижение расхода на 30 %.
Рис.4.5. Схемы насосных станций 1 подъема при поверхностных водозаборах: а) — раздельная с русловым водозабором; б) — совмещенная с береговым водозабором; в) — раздельная с береговым водозабором; г) — совмещенная с русловым водозабором; 1 — оголовок; 2 — самотечный водовод; 3 — сифонный водовод; 4 — водоприемная камера; 5 — плоская сетка; 6 — всасывающее отделение; 7 — всасывающий водовод; 8 — горизонтальный насос; 9 — береговой приемно-сетчатый колодец; 10 — насосная станция; 11 — камера переключений; 12 — вращающаяся сетка; 13 — павильон совмещенной насосной станции; 14 — вертикальный насос.
3. По данным гидрологической характеристики источника устанавливается отметка низшего уровня воды, м, в береговом колодце или приемной камере
где Zгнв — отметка горизонта низших вод в источнике, м; hс — потери напора в самотечных линиях и оголовке, или в водоприемных отверстиях, м; 0,1 — 0,15 м — потери напора в сетках.
4. Расчетный, требуемый напор насосов, м, при расчетной подаче вычисляется по формуле
где Zос – верхняя отметка воды в первом сооружении станции водоочистки, м; hвс – потери напора во всасывающем водоводе, определяемые по формуле (2.2), м; hвм – потери напора в водомере, обычно назначаемые в пределах 1-2 м; остальные обозначения даны в формуле (4.3).
5. По значениям расчетной подачи и напора производится выбор марки насоса по каталогу [3] или по [3 и 5], или по прил. 1 с учетом схемы его установки. Для уменьшения размеров заглубленных насосных станций предпочтительнее насосы с вертикальным расположением вала. При нескольких альтернативных вариантах подбора отдают предпочтение насосам с наибольшим КПД.
6. Строится график совместной работы выбранных насосов и водоводов. Характеристика водоводов строится по значениям расходов и соответствующим им требуемым напорам, м, подсчитанным по формуле
где Нг — геометрическая высота подьема воды, м, Нг = Zос — Zбк , как показано на рис. 4.6; Sвс, Sнап — сопротивления всасывающего и напорного водоводов, определяемые по формуле (2.3):
где А вс, А нап — удельные сопротивления соответственно всасывающего и напорного водоводов; Lвс , Lнап — протяженность всасывающего и напорного водоводов; n — число ниток всасывающих водоводов; m — число ниток напорных водоводов.
Если рабочая точка не совпадает с расчетной и отклонения напора или подачи превысят допустимые для потребителя (обычно до 10%), производят регулировку работы насосной станции изменением частоты вращения вала насоса, срезкой рабочего колеса, дросселированием задвижкой, совместной работой нескольких агрегатов и др. (см. п. 2.3, 2.4).
7. В зависимости от категории насосной станции по [1] определяется число резервных насосов. Они в сумме с рабочими составят общее количество насосов. Деление насосов на рабочие и резервные условное, правила их установки и работы одинаковые.
Составляется монтажная схема насосного агрегата, определяются размеры фундамента по п.2.5. Размещают насосные агрегаты в плане машинного зала. В заглубленных машинных залах применяют компактную планировку, уменьшая расстояние между агрегатами до 0,7 м.
8. Определяется высотное положение насосов и двигателей в насосной станции. Для удобства запуска насосы лучше устанавливать под залив, при этом верх насоса заглубляют на 0,3 — 0,5 м под низший уровень воды во всасывающем отделении берегового колодца или водоприемной камеры. При установке насосов не под залив (обычно для насосных станций ll и lll категории) отметку оси насоса определяют с учетом вакууметрической высоты всасывания по формуле (2.12).
Рис. 4.6. Схема к определению напора насосов первого подъема: 1 — приемно-сетчатый береговой колодец; 2 — насосная станция; 3 — всасывающий трубопровод; 4 — насос; 5 — водомер; 6 — напорный водовод; 7 — очистные сооружения; hвм – потери напора в водомере; Zгнв, Zгвв – отметки горизонтов низших и высоких вод в источнике
Вычисляют отметку пола машинного зала. В заглубленных насосных станциях, совмещенных с водозабором, пол удобно располагать на уровне дна водоприемной камеры.
8. Производится трассировка внутристанционных трубопроводов. К каждому насосу обычно протягивается самостоятельный всасывающий трубопровод от водозабора. При большом числе насосов для уменьшения количества всасывающих водоводов в насосной станции прокладывают объединительный коллектор, к которому подключаются насосы. Напорные трубопроводы объединяются таким же коллектором внутри насосной станции, или за ее пределами в специальной камере переключений.
Определяются места установки запорно-регулировочной арматуры. На всасывающем трубопроводе задвижка обязательно предусматривается при установке насосов под залив, на напорном трубопроводе за насосом устанавливают обратный клапан и задвижку. Наиболее распространенные схемы размещения насосов и арматуры в насосных станциях показаны на рис. 4.7. Задвижки должны обеспечивать отключение любого насоса и участка трубопровода в случае аварии. В приложении 10 приведен пример планировки насосной станции первого подъема.
Рис.4.7. Схемы размещения насосного оборудования, трубопроводов и арматуры в совмещенных насосных станциях: а), в) — круглые в плане с горизонтальными насосами; б) — круглая в плане с вертикальными насосами; г) — прямоугольная с горизонтальными насосами; д) — прямоугольная с вертикальными насосами; 1 — водоприемная камера; 2 — насос; 3 — напорный трубопровод; 4 — камера переключений; 5 — напорный водовод
Расходомеры размещают на напорном трубопроводе внутри насосной станции при наличии прямолинейного участка длиной 5 — 8 диаметров до и 3 — 5 диаметров после прибора. При отсутствии такого места водомер устанавливают в специальной камере за пределами станции. В насосной станции предусматривают вакууметр и манометр, приборы измерения электрических величин, системы автоматики.
9. Для заливки горизонтальных насосов, установленных выше уровня воды в водозаборной камере, используют вакуум-насосы. Их производительность, м 3 / мин, определяется по формуле (3.1).
Вакуум-насосы, основной и резервный, размещают по обычным для насосов правилам в здании насосной станции и присоединяются трубопроводами ко всем установленным водопроводным насосам. Для постоянного поддержания вакуума могут применяться вакуум-котлы. Для заливки небольших насосов используют напорный трубопровод, специальный резервуар и т.п. (см. п.3.5).
В заглубленных машинных залах предусматривают систему отвода дренажных и аварийных вод: уклон пола, водосборные лотки, приямок, дренажные насосы.
Для насосов типа В подводят из технического водопровода чистую воду для охлаждения подшипников. Для промывки самотечных водоводов предусматривают трубопровод от напорной линии насосов.
10. В качестве грузоподъемного оборудования в наземной части насосной станции устанавливают мостовой или подвесной кран, который способен перемещать оборудование с монтажной площадки до места монтажа и разгружать его с кузова автотранспорта. При невозможности заезда автомобиля предусматривается дополнительно выносной кран, или монорельс с талью, способный перемещать груз через ворота или монтажный проем на монтажную площадку.
При заглубленном расположении машинного зала один грузоподъемный механизм может обслуживать подземную и наземную части насосной станции, используя монтажный проем в перекрытии. Применяется также система грузоподъемных устройств, расположенных в наземной и подземных частях станции, и обеспечивающих последовательное перемещение ими грузов через связующие монтажные площадки, как показано на рис.3.5.
11. Подземная часть насосной станции выполняется обычно в одном уровне с водоприемно-сеточной камерой. Если уровень грунтовых вод ниже уровня пола, то подземная часть выполняется как у обычных промышленных зданий — с раздельными фундаментами под насосное оборудование и под строительные конструкции. При высоком уровне грунтовых вод подземная часть выполняется камерного типа — в виде тонкостенной доковой конструкции с опиранием фундаментов насосов на днище камеры. Объем подземной части должен быть минимальным, размеры прямоугольной в плане камеры принимаются кратными 1,5 м, круглой — 1 м.
Для сообщения наземного с наземным павильоном размещают лестницы с уклоном не более 45 0 и шириной не менее 0,9 м.
Для наземной насосной станции строительная высота рассчитывается по формуле (3.2) и округляется до ближайшей стандартной (см. раздел 3.5). При высоте машинного более зала 4,8 м служебные и вспомогательные помещения — бытовые, электрической части — могут быть вынесены в пристройку меньшей высоты.
При наличии мостового крана или при высоте наземного павильона более 6 м рекомендуется каркасная конструкция здания, как описано в разделе 3.5. В остальных случаях возможны бескаркасные конструкции с несущими кирпичными стенами. В бескаркасных зданиях длина обычно кратна 1,5 м.
Источник
