І ВИЗНАЧЕННЯ ПОВНОГО НАПОРУ НАСОСІВ ПЕРШОГО ПІДЙОМУ

Для систем першої та другої категорій надійності напірні водоводи зазвичай виконують у дві нитки. Тому за розрахункову витрату для кожного водоводу приймають величину

, (2. 1)

де Q_вод.– розрахункова витрата одного водоводу, л/с;

Q_вз.– розрахункова витрата водозабору, м³/с.

Згідно з [1, п. 8.21] напірні водоводи слід виконувати з неметалевих труб. Застосування сталевих труб має бути обґрунтованим. Діаметри напірних водоводів приймають в залежності від економічного фактору за граничними економічними витратами. У таблиці 2.1 наведено величини граничних витрат для труб з різних матеріалів згідно з [2]. Для території України величину економічного фактора можна приймати за Э = 0,75.

Втрати напору на тертя у водоводах слід визначати за таблицями для гідравлічного розрахунку трубопроводів [2] за формулою

h_L = 1000 i´L, (2. 2)

де h_L– втрати напору на тертя, м;

1000 і – втрати напору на 1000 погонних метрів трубопроводу, які залежать від діаметра, матеріалу труб та витрат і приймаються за таблицями [2], м;

L – довжина напірних водоводів, км.

Таблиця 2.1 – Значення граничних економічних витрат (л/с)

Втрати напору на тертя також можуть бути визначені за формулою, м:

, (2. 3)

де h_L – втрати напору на тертя, м;

– опір трубопроводу;

S₀ – питомий опір трубопроводу, який визначають в залежності від матеріалу і діаметра труб (величини S₀ за даними [2] наведені в таблиці 2.2);

k – поправочний коефіцієнт, що залежить від швидкості руху води і матеріалу труб (значення k за даними [2] наведені в таблиці 2.3);

L – довжина напірних водоводів, м;

Q_вод– розрахункова витрата одного водоводу, м³/с.

Гідравлічний опір стикових частин слід визначати за довідниками, а гідравлічний опір арматури – за паспортами заводів-виробників. У разі відсутності даних про кількість стиків та арматури втрати напору в них можна враховувати додатково в розмірі 10–20 % від втрат напору на тертя:

, (2. 4)

де h_м – втрати напору на місцеві опори, м;

h_L – втрати напору на тертя, м.

Втрати напору в напірних водоводах складають

h_вод= h_L + h_м, (2. 5)

де h_вод – втрати напору в напірних водоводах, м;

h_м – втрати напору на місцеві опори, м;

h_L – втрати напору на тертя, м.

Таблиця 2.2 – Розрахункові значення питомих опорів S₀

водопровідних напірних труб (для витрат Q, м³/с)

Таблиця 2.3 – Значення поправочного коефіцієнта k для водопровідних труб

Повний напір насосів першого підйому за мінімального рівня води у всмоктуючій камері визначають із залежності

Н_п = Н_г + Sh_всм + Sh_ст + h_вод + h_в , (2. 6)

де Н_п – повний напір насосів першого підйому, м;

H_г – повна геодезична висота підйому води, м;

Sh_всм – сумарні втрати напору у всмоктуючому трубопроводі, які складаються із втрат напору на тертя і на місцеві опори (для підбору насосів ці втрати можна приймати рівними 0,5–1,0 м);

Sh_ст – сумарні втрати напору в комунікаціях насосної станції, що приймають рівними 3,0–5,0 м;

h_вод – втрати напору в напірних водоводах, м;

h_в– вільний напір, що приймають рівним 1,0–1,5 м.

Повну геодезичну висоту підйому води визначають за формулою, м

H_г = Z_зм – Z_вс , (2. 7)

де H_г – повна геодезична висота підйому води, м;

Z_зм– позначка рівня води в змішувачі, м;

Z_вс – позначка мінімального рівня води у всмоктуючій камері водозабірних споруд, м.

Позначка мінімального рівня води у всмоктуючій камері водозабірних споруд визначається за формулою:

Z_вс = Z_ГНВ – h_гр – h_с.л., – h_с., м (2. 8)

де Z_вс – позначка мінімального рівня води у всмоктуючій камері водозабірних споруд, м;

Z_ГНВ– позначка мінімального рівня води у водному джерелі, м;

h_гр – втрати напору в гратах, які приймають рівними від 0,1 до 0,2 м;

h_с.л. – втрати напору в самопливних трубопроводах, що для затоплених і комбінованих водоприймачів за попередніх розрахунків приймають рівними 0,2 м, а для берегових – нулю;

h_вод – втрати напору в сітках, які приймають рівними від 0,1 до
0,3 м.

Приклад 2. Визначити подачу і напір насосів насосної станції першого підйому, якщо розрахункова витрата водозабору складає Q_вз = 0,5 м³/с, позначка мінімального рівня води у всмоктуючій камері водозабірних споруд – Z_min = 100,00, позначка рівня води у змішувачі очисних споруд – Z_зм = 155,00, довжина напірних водоводів –
L = 5000 м.

Подача насосів насосної станції першого підйому складає

Q_н.ст. = 3600Q_вз =3600´0,5 = 1800 м ³/год.

Якщо прийняти два напірних водоводи, то витрата по кожному з них буде складати

₌

За таблицями [2] приймаємо залізобетонні труби діаметром 500 мм. При цьому питомі втрати напору у водоводах складатимуть 1000і = 3,81 м/км, швидкість руху води – V = 1,27 м/с.

За формулою (2. 2) визначимо втрати напору по довжині напірного водоводу:

Втрати напору на місцеві опори приймаємо рівними 10% від втрат напору по довжині, тобто

h_м =0,1 h_L =0,1´19,05 = 1,9 м.

Втрати напору в напірних водоводах складають

h_вод= h_L + h_м = 19,05 + 1,9 = 20,95 м.

За формулою (2. 7) визначаємо повну геометричну висоту підйому води:

H_г = Z_зм – Z_вс = 155,00 – 100,00 = 55,00 м.

Повний напір насосів першого підйому визначаємо за формулою (2. 6), приймаючи Sh_усм = 1,0 м, Sh_ст = 5,0 м і h_в= 1,0 м:

Н_п = Н_г + Sh_всм + Sh_ст + h_вод + h_в = 55,0+1,0+5,0+20,95+1 =82,95 м.

ПІДБІР НАСОСІВ

Під час вибору кількості насосів користуються вказівками
[1, п.7.3]. Так для насосних станцій першої та другої категорій надійності слід приймати не менше двох робочих насосних агрегатів (за відповідного обґрунтування в насосних станціях другої категорії надійності можна встановлювати один робочий насосний агрегат). Кількість резервних насосних агрегатів також залежить від категорії надійності дії насосної станції та від кількості робочих агрегатів (табл. 3.1)

Таблиця 3.1 – Кількість резервних насосів

Необхідне насосне обладнання вибирають за розрахунковою подачею Q_н і напором H_н.

Подача одного насоса складає

Q_н = Q_н.ст. / n_р.н., (3. 1)

де Q_н –подача одного насоса, м³/год. (або л/с);

Q_н.ст. –подача насосів насосної станції, м³/год. (або л/с);

n_р.н. – кількість робочих насосних агрегатів.

Подача насосів насосної станції першого підйому має дорівнювати розрахунковій витраті водозабору (Q_вз).

Для водопровідних насосних станцій найбільшого розповсюдження набули відцентрові насоси типів: Д (горизонтальний з двобічним входом рідини в робоче колесо), В (вертикальний), К (консольний) і КМ (консольний моноблочний). Насоси типу Д можуть використовуватись майже для всіх типів насосних станцій (заглиблених, напівзаглиблених та наземних) з подачею від 200 до 12500 м³/год. (від 50 до 3000 л/с) і напорами від 12 до 130 м. Вони можуть працювати як під заливом, так і з розрідженням у вхідному патрубку насоса. Вертикальні відцентрові насоси доцільно використовувати в заглиблених насосних станціях (з метою зменшення їх площі). Подача вертикальних насосів складає від 1 до 25 м³/с, а напори – від 22 до 110 м. Консольні відцентрові насоси типів К і КМ використовують для насосних станцій, що подають порівняно невеликі витрати води (від 5 до 350 м³/год.) з напором до 95 м.

Вибір насосів виконують за каталогами насосів, що випускають фірми-виробники, використовуючи зведені графіки з полями (зонами) Q–H або зведені таблиці, в яких наведені значення подачі (Q) та напору (H) насосів, що випускаються. У процесі курсового та дипломного проектування можна користуватися методичними вказівками [3].

Робочі зони кожного типорозміру насосів, що випускаються промисловістю, наведено у вигляді криволінійних паралелограмів. Верхня лінія кожного поля відповідає характеристиці насоса з найбільшим заводським діаметром робочого колеса, а нижня – з найменшим. Тому під час вибору насосів слід враховувати, що очікувана робоча точка має знаходитись в межах робочої зони.

Після визначення марки насоса або декількох її можливих варіантів звертаються до більш докладних характеристик, що представлені в каталогах. Ці характеристики наведені у вигляді графіків залежності Q–H (подача – напір), Q–N (подача – потужність), Q–h (подача – коефіцієнт корисної дії), Q–Н^вак_доп (подача – допустима вакуумметрична висота всмоктування) або Q–Dh (подача – допустиме значення кавітаційного запасу), що нанесені на єдине поле.

Напір підібраного насоса, що відповідає значенню подачі Q_н,, має дорівнювати необхідному повному напору Н_п або перевищувати його не більше, ніж на 10 %. Якщо ця умова не забезпечується, виконують обточування робочого колеса насоса.

Величина обточування, що допускається, і формули для перерахунку робочих характеристик залежать від коефіцієнта швидкохідності насоса:

, (3. 2)

де n_S – коефіцієнт швидкохідності насоса, об./хв.;

n – частота обертання робочого колеса насоса, об./хв.;

Q_р – подача насоса за найбільшого значення коефіцієнту корисної дії (ККД) (для насосів типу Д приймають половину подачі), м³/с;

H_р – напір насоса при найбільшому значенні ККД, м;

Максимальна величина обточування, що допускається, може бути визначена за умови, що

(3. 3)

де n_s – коефіцієнт швидкохідності насоса, об./хв.;

D_к – діаметр робочого колеса насоса до обточування (за каталогом), мм;

D_об – діаметр робочого колеса насоса після обточування, мм.

Перерахунок основних енергетичних характеристик насоса при обточеному колесі здійснюють за наведеними нижче залежностями.

Для nS £ 150		(3. 4)     (3. 5)     (3. 6)
для nS ³150		(3. 7)     (3. 8)   (3. 9)

де Q_к, H_к, N_к – відповідно подача, напір і потужність насоса з номінальним діаметром робочого колеса (до обточування);

Q_об, H_об, N_об – ті самі параметри після обточування робочого колеса.

Для визначення діаметра обточеного робочого колеса необхідно побудувати параболу подібних режимів. Рівняння цієї параболи має вигляд:

, (3. 10)

де Q_А і H_А – координати режимної точки (точки, що має координати: Q_А = Q_н і H_А = Н_п).

Приймаючи різні значення витрат Q₁, Q₂, ... Q_і , визначають відповідні значення напорів Н₁, Н₂, ... Н_і і будують параболу подібних режимів. Перетин цієї параболи з характеристикою (Q–H) насоса дає точку Б, яка після обточування переміститься у точку А. Діаметр обточеного колеса визначають за формулами (3. 4)–(3. 6) або (3. 7)–(3. 9). При цьому має бути виконана умова (3. 3).

Далі за формулами перерахунку (3. 4)–(3. 6) або (3. 7)–(3. 9) будують характеристики (Q–H)_об, (Q–N)_об для нового діаметра робочого колеса. Характеристика Q–Н^вак_доп або Q–Dh практично не змінюється. Характеристику (Q–h)_об можна побудувати, скориставшись формулою Муді:

, (3. 11)

де h_об – значення ККД насоса після обточування робочого колеса;

h – значення ККД насоса до обточування робочого колеса;

D_к – діаметр робочого колеса насоса до обточування, мм;

D_об – діаметр робочого колеса насоса після обточування, мм.

Або, вважаючи, що в процесі обточування робочого колеса в межах допустимої величини, ККД насоса зменшується на 1 % на кожні 10 % обточування при n_S £ 200, і на 1 % – на кожні 4 % обточування при
n_S = 200–300.

Приклад 3. Підібрати марку насосів та їх кількість, якщо подача насосів насосної станції складає Q_н.ст. = 4380 м³/год, а потрібний напір H_п = 73,5 м. Категорія надійності – перша.

Оскільки споруди мають першу категорію надійності, приймаємо не менше двох робочих насосів.

Скориставшись даними каталогу насосів [3], маємо два варіанти:

1) два робочих насоси марки Д 2000–100 з робочим колесом діаметром 790 мм, для яких подача складає

Q_н.=Q_н.ст./2=4380/2=2190 м³/год,

а напір – Н_н = 75 м;

2) три робочих насоси марки Д 1600–90 з робочим колесом діаметром 540 мм, для яких подача складає

Q_н.=Q_н.ст./3 =4380/3 = 1460 м ³/год,

а напір – Н_н = 75 м.

Окрім робочих насосів, і для першого, і для другого варіанта слід приймати ще два резервних насоси.

За розрахунковий приймаємо перший варіант, так як майже за всіх однакових енергетичних параметрів (сумарна потужність на валу в першому варіанті складає 2´600 кВт = 1200 кВт, а в другому –
3´400 кВт = 1200 кВт) розміри насосної станції за меншої кількості насосів будуть меншими, що зменшить вартість будівництва.

Приклад 4. Визначити величину обточування робочого колеса насоса Д 2000–100 та відповідні значення основних параметрів роботи насоса після обточування і побудувати характеристику (Q–H)_об., якщо номінальний діаметр робочого колеса насоса складає 855 мм, подача насоса – Q_н.=2190 м³/год, а потрібний напір – H_п = 73,5 м.

Спочатку переносимо з каталогу насосів на аркуш міліметрового паперу графік Q–H насоса Д 2000–100 і наносимо на нього розрахункову точку А (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 – Побудова характеристики Q–H насоса Д 2000–100

з обточеним робочим колесом

Після цього, задаючись довільними значеннями Q, будуємо параболу подібних режимів за формулою

Результати розрахунків заносяться в таблицю (табл. 3.2):

Таблиця 3.2 – Координати параболи подібних режимів

Перетин параболи подібних режимів з характеристикою Q–H насоса дає точку Б з координатами Q_Б = 2400 м³/год і Н_Б = 88 м (див. рис. 3.1).

Визначаємо коефіцієнт швидкохідності насоса за формулою:

(для насоса Д 2000–100частота обертання робочого колеса складає
n = 980 об./хв., за найбільшого значенні ККД подача насоса складає 2000 м³/год (відповідно величина Q_р = 2000/(2´3600) = 0,278 м³/с), а напір – H_р =100 м).

За формулами перерахунку отримуємо діаметр обточеного робочого колеса:

Приймаємо діаметр обточеного робочого колеса D_об = 780 мм.

Величина обточування робочого колеса насоса складає

,

що не перевищує допустимі значення.

За формулами перерахунку (3. 4)–(3. 6) визначаємо координати точок характеристик насоса (Q–H)_об і (Q–N)_об, а за формулою Муді – координати характеристики (Q–h)_об. Результати розрахунків заносимо в таблицю (табл. 3.3).

Таблиця 3.3 – Визначення координат характеристик насоса Д 2000–100 з робочим колесом D_об=780 мм

Приклад побудови характеристики насоса (Q-H)_об наведено на рисунку 3 1. Побудова інших характеристик виконується аналогічно.

Після обточування значенню подачі насоса Q_н.=2190 м³/год відповідає потужність 575 кВт, а ККД – 74,4 %.

Поиск по сайту: