Розрахунок і побудова допоміжних систем : технічних системи водопостачання та дренажної системи

Втрати напору визначаємо лише на місцевих опорах, тому що ділянки  трубопроводів короткі на них  втрати напору по довжині дуже малі і ними можна знехтувати, компенсуючи збільшенням втрат на місцевих опорах.

Розрахунок втрат напору проводимо  за формулою (10):

(10),

де v²/2g – швидкісний напір на трубопроводі,

ξ – значення коефіцієнту місцевого  опору.

Згідно прийнятого найбільш навантаженого  маршруту подачі рідини сумарні втрати напору на місцевих опорах розраховуємо у табличній формі (таблиці 3, 4).

 

 

Таблиця 3 (для  першої зміни)

№	Назва місцевого  опору	Вибрана ділянка				v, м/с	ξ *v2/2g, м	Сумарні втрати, м
		Кількість місцевих опорів	ξ	Внутрішній  діаметр d, м	Q, м/с
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Всмоктуючий колектор
1	Пл. поворот	1	0,5	0,7	389	1,02	0,03	0,08
2	Засувка	4	0,18	0,7	389	1,02	0,04
3	Трійник на прохід	3	0,1	0,7	389	1,02	0,02
Всмоктуючий трубопровід
5	Трійник на відокремленні	1	1,5	0,7	389	1,02	0,08	0,09
6	Засувка	1	0,18	0,7	389	1,02	0,01
8	Перехід	1	0,1	0,7	389	1,02	0,01
Напірний  трубопровід
9	Перехід	1	0,1	0,6	389	1,39	0,01	0,34
10	Зв. клапан	1	1,7	0,6	389	1,39	0,17
11	Засувка	1	0,18	0,6	389	1,39	0,02
12	Трійник на злиття потоків	1	1,5	0,6	389	1,39	0,15
Напірний  колектор
14	Засувка	4	0,18	0,7	389	1,02	0,04	0,08
15	Трійник на прохід	3	0,1	0,7	389	1,02	0,02
16	Пл. поворот	1	0,5	0,7	389	1,02	0,03
Загальні  втрати на станції HWМ, м								0,60

 

 

 

Таблиця 4 (для другої зміни)

№	Назва місцевого опору	Вибрана ділянка				v, м/с	ξ *v2/2g, м	Сумарні втрати, м
		Кількість місцевих опорів	ξ	Внутрішній  діаметр d, м	Q, м/с
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Всмоктуючий колектор
1	Пл. поворот	1	0,5	0,7	914	2,37	0,14	0,44
2	Засувка	4	0,18	0,7	914	2,37	0,21
3	Трійник на прохід	3	0,1	0,7	914	2,37	0,09
Всмоктуючий трубопровід
5	Трійник на відокремленні	1	1,5	0,7	0,457	1,2	0,11	0,13
6	Засувка	1	0,18	0,7	0,457	1,2	0,01
8	Перехід	1	0,1	0,7	0,457	1,2	0,01
Напірний трубопровід
9	Перехід	1	0,1	0,6	0,457	1,63	0,01	0,47
10	Зв. клапан	1	1,7	0,6	0,457	1,63	0,23
11	Засувка	1	0,18	0,6	0,457	1,63	0,02
12	Трійник на злиття потоків	1	1,5	0,6	0,457	1,63	0,20
Напірний  колектор
14	Засувка	4	0,18	0,7	914	2,37	0,21	0,44
15	Трійник на прохід	3	0,1	0,7	914	2,37	0,09
16	Пл. поворот	1	0,5	0,7	914	2,37	0,14
Загальні втрати на станції HWМ, м								1,47

 

 

Загальні втрати напору на комунікаціях насосної станції складають:

(11),

де h_l – втрати напору по довжині. h_l= 0,0 м,

2,5 – запас на втрати  напору на місцевих опорах.

Тоді згідно (11) маємо:

 м.

 м.

До найбільш розповсюджених лічильників  рідини відносять звужуючі пристрої: діафрагми, труби Вентурі, сопла  Вентурі. Їх недолік – великі гідравлічні втрати напору. До витратомірів відносяться лічильники індукційного типу, але вони містять електронний реєструючий пристрій, який занадто складний і не надійний в експлуатації. Відомі також лічильники турбінного типу, але вони призначені для невеликих витрат.

Звужуючі пристрої характеризуються відношенням звуження потоку:

(12),

де d та D – діаметри відповідно звужуючого пристрою і підвідного трубопроводу.

Значення  m  приймають такими, щоб втрати напору складали: для діафрагми – 1…2 м, для труб і сопел Вентурі – 0,5…1,5 м.

Встановлювати лічильники рідини необхідно  на прямолінійних ділянках трубопроводу. Найменші відстані до найближчого місцевого опору перед і за витратоміром залежать від виду цих опорів, а також інших факторів.

В даній роботі використана труба  Вентурі ( m= 0,2), втрати на якій обчислюються за формулою (13):

  (13).

При цьому лічильник влаштовано на відстані 100 м у спеціальному вимірювальному колодязі на лінії напірних трубопроводів.

Тоді згідно (13) маємо:

 м.

 м.

 

Рис. 3. Схема труби Вентурі

1 – вхідний циліндр; 5 – горловина;

  2 – фланець; 6 – дифузор;

3 – колектор; 7 – вихідний циліндр.

4 – звужуючий колектор;

На основі перерахованих втрат  напору на внутрішніх трубопроводах  насосній станції та на лічильнику є можливим встановити дійсний напір насосної станції з урахуванням типу та кількості насосних агрегатів, діаметрів труб та схеми компоновки нагнітачів із з’єднуючими трубопроводами.

Згідно формули (7) маємо:

H_НС^І = 31,0+5,74+0,23+3,1+0,24+1,0= 41,31 м,

H_НС^ІІ = 31,0+31,0+1,17+3,93+0,47+1,0= 68,57 м. 

1.4 Аналіз сумісної  роботи насосів і трубопроводів.  Побудова характеристики насосів при спільній роботі з мережею

Відомо, що робота одного чи декількох  сумісно працюючих насосів визначається «робочою точкою», тобто точкою перетину напірної характеристики нагнітача ( чи декількох нагнітачів) із характеристикою трубопроводу. Згідно цієї точки визначаються всі робочі параметри насосного агрегату.

Характеристику трубопроводу розраховують за наступною формулою:

H=H_Г+SQ² (14),

де  H – напір насосної станції. H₁= 41,31 м; H₂= 68,57 м

S – приведений опір трубопроводу;

Q – подача насосної станції. Q₁= 389 л/с; Q₂= 914 л/с.

Значення приведеного опору  можна визначити з формули (15).

(15).

Звідки:

Оскільки значення приведеного  опору для обчислюваної нами незмінної ( у конструктивному плані) системи  є сталим, то для побудови характеристики трубопроводу розрахуємо її у табличній формі:

Таблиця 5 (для першої зміни)

Q, л/с	43	86	129	172	215	258	301	344	387	430	473
H=HГ+SQ2	31	32	32	33	34	36	37	39	41,2	44	46

Таблиця 6 (для другої зміни)

Q, л/с	102	204	306	408	510	612	714	816	918	1020	1122
H=HГ+SQ2	31	33	35	38	43	48	54	61	68,9	78	88

 

В даній роботі використані паралельно підключені однотипні насосні агрегати, тому їх напірна характеристика будується шляхом збільшення подачі одного насосу на кількість робочих нагнітачів  при одному і тому ж напорі. Робочі параметри кожного насосного агрегату у даному режимі визначаються шляхом проведення горизонталі з «робочої точки» до перетину з напірною характеристикою одного насосу. Отримана точка показує напір нагнітача, а проведені з неї перпендикуляри до перетину зі всіма іншими характеристиками насосу дають точки перетину з характеристиками потужності та ККД. Віднесені на відповідні шкали вони показують значення використаної енергії та економічність роботи насоса, а перетин перпендикуляра з віссю абсцис показує яку подачу розвиває нагнітач при даному режимі.

Характеристики трьох паралельно підключених нагнітачів –  їх сумісна робота з мережею та характеристики одного насосу зображено за допомогою графіків (рис. 4).

З економічної точки зору доцільно вибирати насосні агрегати, які б  при подачі рідини на даний трубопровід працювали в умовах максимального ККД або близького до нього. Тобто роботу нагнітача необхідно організувати так, щоб система насос–трубопровід відповідала розрахунковим параметрам.

В інженерній практиці відомо декілька методів узгодження напірної характеристики насосу з дійсними параметрами мережі – це метод обточування робочого колеса та метод зміни частоти обертання цього ж колеса при незмінній його конструкції.

З графіка сумісної роботи паралельно підключених нагнітачів та мережі видно, що розрахункові параметри нагнітачів співпадають з параметрами при не обточеному робочому колесі. Згідно цього не потрібно змінювати робочі характеристики насосу, а тому крива його напірної характеристики лишається без змін.

 

 

2. Розрахунок і  побудова допоміжних систем : технічних системи водопостачання та дренажної системи

2.1 Вибір допоміжного  обладнання

Крім основного обладнання в  будівлі насосної станції розміщують допоміжне обладнання:

• вакуум насоси;
• дренажні насоси;
• технічні насоси;

Технічні потреби НС задовольняються технічними насосами. Застосовують вихрові самовсмоктуючі насоси продуктивністю 10-30 л/с, що створюють напір порядку 10-20 м.

Вибираємо технічний насос типу ВКС 2/26 з такими характеристиками:

Q=7,2 м³/год;

Н=26 м;

h_∆д=5 м;

N=4,6 кВт;

n=1450 об/хв.

У якості дренажної системи водовідведення системи водовідведення, виходячи із умов місцевості застосовують дренажні насоси.

Для монтажу і демонтажу обладнання, арматури і трубопроводів передбачено підйомно-транспортне обладнання, а саме електрична кран-балка вантажопідйомністю 5 т.

 

 

2.2 Обладнання насосів  електродвигунами

В якості приводу насосу використовують двигуни трьохфазного змінного струму: асинхронні та синхронні з коротко замкнутим  і фазним роторами.

При потужності двигуна більше 300 кВт економічно вигідніше використовувати синхронні електродвигуни.

Потужність на валу насоса при відомих  подачі та напорі визначається за формулою:

(19),

де ρ – густина рідини;

g – прискорення вільного падіння,

η – ККД насоса при подачі рідини.

Згідно (16) маємо:

 кВт.

Потужність електропривода приймається  дещо більшою від потужності, яку споживає насос: