Определение полного напора насосов, выбор насосов

Всасывающие трубы и потери напора в них рассчитываются так же, как в насосных первого подъема.

Так же рассчитывается экономически обоснованный диаметр напорных водоводов, однако с учетом того факта, что расход в течение суток резко меняет свою величину, в формулу для определения диаметра подставляется некоторый средневзвешенный расход Q_э = 0,185 Q_{макс.час} + 0,814 Q_ср.час , выраженный в м³/с; принимают обычно 2 напорных водовода, так что непосредственно в формулу входит расход Q_э/2, м³. Выбирается стандартный диаметр, рассчитываются потери напора h_н .

Задаются предварительно потерями напора внутри насосной станции h_вн= 2,5 - 5 м. Геометрическая высота подъема (см. рис.5) Н_г = Z_д+ H_э - Z _рн , потери напора в сети h_c.

Определяется полный напор насосов Н_полн =Н_г +h_вс + h_н + h_с + h_вн м. По величинам Н_полн и Q_{макс.час} подбирается количество и марка насосов. Рабочих насосов должно быть не менее двух – трех, резервных – не менее двух; только для станций 2-й и 3-й категории допускается установка одного резервного насоса.

Составляется схема коммуникаций станции, после чего уточняется величина потерь напора внутри насосной станции. При определении диаметров трубопроводов и арматуры внутри насосной задаются скоростями в соответствии с табл. 4 (п. 7.9 [ 1]). Размещение запорной арматуры на всасывающих и напорных трубопроводах должна обеспечивать возможность замены или ремонта любого из насосов и арматуры без снижения производительности станции не более чем на 30%.

Таблица 4

Диаметр труб, мм	Скорости движения воды в трубопроводах внутри насосных станций
	всасывающие	напорные
До 250	0,6 – 1	0,8 – 2
Св. 250 до 800	0,6 – 1,5	1,0 – 3
Св. 800	1,2 - 2	1,5 - 4

Пример. Q_ср.час=1042 м³/ч; Q_{макс.час}=1562 м³/ч (0,434 м³/с); q_пож=60 л/с (216 м³/ч). Отметки на высотной схеме: Z_рв=1236; Z_рн=1231; Z_д=1240. Застройка в диктующей точке зданиями 5 этажей; длины трубопроводов всасывающих – 30 м, напорных – 1200 м. Потери в сети h_c=8 м. Трубы стальные с внутренним пластмассовым покрытием, стоимость 40 тыс.руб/т.Цена электроэнергии 2,5руб/кВт-ч.

Диаметр всасывающих труб (2 трубы)

м

Принимаем стандартный диаметр D_ст=0,50 м.

При пропуске полного расхода по одной трубе скорость

V=0,434٠4/(3,14٠0,50²)=2,21 м/с.

Коэффициент сопротивления

λ=0,011( 1+3,51/2,21)^0,19 /0,50^0,19=0,015.

Потери напора по длине h_дл=0,015٠2,21² ٠30/ (0,50٠2٠9,81)=0,22 м.

Потери на местные сопротивления h_вс,м=1,4٠2,21²/19,62=0,35 м. Итого h_вс =0,22+0,35=0,57 м.

Н_э= 10+(5 – 1) 4=26 м.

Геометрическая высота подъема Н_г= 1240+26 – 1231 =35 м.

Для расчета экономичного диаметра расход Q_э = 0,185 Q_{макс.час} + 0,814 Q_ср.час= 0185 1562 +0,814 1042=1137,1 м³/ч, (0,316 м³/с).

D_эк=[0,02٠ (0,316/2)³ ٠2,5٠ 10⁶ /(9,48٠ 0,01٠ 7800٠ 40)]^0,167 = 0,433 м. Принимаем стандартный диаметр 0,45 м. Расчетная скорость V=(0.434/2) 4 /(3,14 0,45²)=1,37 м/с.

Коэффициент сопротивления λ=0,011( 1+3,51/1,37)^0,19 /0,450^0,19=0,0162.

Потери напора в напорных трубопроводах

h_н=16٠ 0,158² (0,0162٠ 1200/0,45 +2,5) / (0,45⁴٠3,14² ٠2٠ 9,81)=2,30 м.

Предварительно принимаем потери напора внутри насосной – 5,0 м.

Ориентировочно полный напор Н_полн= 35+0,57+2,30+8+5,0=50,87 м.

По напору 50,87 м и по расходу 1562 м³/ч (781 м³/ч – 2 насоса или 521 м³/ч – 3 насоса) подбираем насос – Д 500-65 1450 об/мин, с диаметром рабочего колеса 460 мм, 3 рабочих и 2 резервных.

В соответствии с требованиями табл.4 определены диаметры труб внутри насосной (показаны на схеме коммуникаций, рис.4).

Рис.4.Схема коммуникаций станции 2-го подъема

Расчет потерь напора внутри насосной станции

Потери на местные сопротивления. Таблица 5

Фасонная часть, арматура	ζ	Участок	Ско-рость	Потери напора, м
Колено 90°	0,5	1-2	1,10	h=0,5٠1,102/(2٠9,81)=0,03
		8-9	3,07	h=0,5٠ 3,072/(2٠9,81)=0,24
Тройник с ответ- влением расхода	1,5	2-3, 3-4, 4-5 5-6	1,15 2,05	h=1,5 ٠1,152/(2٠9,81)=0,10 h=1,5٠2,052/(2٠9,81)=0,32
Тройник проходной	1	7-8, 8-9	3,07	h=1,0 ٠3,072/(2٠9,81)=0,48
Переход сужающ. c диам. D0 на D1	0,1٠ (D0/D1)4	4-5	1,15	h=0,1٠ (0,4/0,25)4 1,152 / /(2٠ 9,81)=0,044
Переход расшир. с диам. D1 на D0	0,25٠ (D0/D1)4	5-6	2,05	h=0,25٠ (0,4/0,15)4 2,052 / /(2٠ 9,81)=2,71
Обратный клапан	1,5	5-6	2,05	h=1,5٠ 2,052/(2 9,81)=0,32
Затвор	0,5	3-4 , 1-2 4-5	1,10 1,15	h=0,5٠ 1,102/(2 9,81)=0,031 h=0,5٠ 1,152/(2 9,81)=0,034
Задвижка	0,1	5-6 6-7	2,05 3,07	h=0,1٠ 2,052/(2 9,81)=0,02 h=0,1٠ 3,072/(2 9,81)=0,048

Необходимо также учесть потери напора по длине участков. С небольшой погрешностью можно принять коэффициент сопротивления λ=0,03.Суммарные потери определены в табл.6.

Уточненный полный напор

Н_полн= 35+0,57+2,30+8+6,66=52,53 м.

Насос Д 500-65, n=1450 об/мин, диаметр рабочего колеса 465 мм расход 1-го насоса 512 м³/ч подобран правильно.

Таблица 6

Суммарные потери напора внутри насосной

Участок	Длина, м	Расход, м3/с	Диаметр, м	Скорость, м/с	Потери местн.	Сумма
1 – 2	2	0,217	0,5	1,10	0,331	0,338
2 – 3	3,7	0,217	0,5	1,10	0,10	0,114
3 – 4	3,7	0,217	0,5	1,10	0,130	0,145
4 – 5	1	0,145	0,4	1,15	0,178	0,183
5 – 6	2	0,145	0,3	2,05	4,23	4,273
6 – 7	3,7	0,217	0,3	3,07	0,368	0,546
7 – 8	3,7	0,217	0,3	3,07	0,48	0,658
8 – 9	3	0,217	0,3	3,07	0,26	0,404

Итого 6,66 м.

Рис.6.

Этот же насос применен в примере расчета насосной первого подъема.

Уравнение характеристики Q – H одного насоса Н = - 0,00007٠Q² +0,0128٠Q +74,759.

Уравнение 2-х насосов H =- 0,0000175٠Q² +0,0064٠Q +74,759

Уравнение 3-х насосов H =- 0,000007777٠Q² +0,00427٠Q +74,759

Сопротивление системы (2 трубопровода) S=(Н_полн – Н_г ) / Q ²_{макс.час}=(52,53 – 35)/1562² = 0,000007184 ч²/м⁵.

Характеристика трубопроводов Н=0,000007184 Q² +35.

Таблица для построения графика совместной работы насосов и трубопроводов (табл.7).

При подаче воды дополнительно на тушение пожара (60 л/с, 216м³/ч, итого 1562+216=1778 м³/ч) геометрическая высота подъема изменится, так как необходимый напор в диктующей точке при тушении пожара составляет 10 м.

Н_г,п=Z +10 – Z_рн = 1240 + 10 – 1231 = 19 м. Характеристика трубопроводной системы при пожаре Н=0,000007184 Q² +19.

Таблица 7.

Q мз/ч	1 насос	2 насоса	3 насоса	Трубопр. система	При пожаре	Н геом.	Н геом при пож.
200	74,51	75,33	75,29	35,29	19,29	35	19
400	68,67	74,51	75,21	36,15	20,15	35	19
600	57,23	72,29	74,51	37,59	21,59	35	19
800	40,19	68,67	73,19	39,60	23,60	35	19
1000		63,65	71,25	42,18	26,18	35	19
1200		57,23	68,69	45,34	29,34	35	19
1400		49,41	65,50	49,08	33,08	35	19
1600		40,19	61,69	53,39	37,39	35	19
1800		29,57	57,26	58,28	42,28	35	19
2000			52,21		47,74	35	19
2200			46,54		53,77	35	19

Рис.7.

Рис.6.

В течение суток вода потребляется неравномерно. В соответствии с табл.3 при коэффициенте часовой неравномерности 1,5 распределение показано в таблице 8. В разные часы количество работающих насосов разное, при этом в городе наблюдается избыточный напор Н_изб, который определяется разностью между напором, создаваемым насосами и напором, который требует трубопроводная система.

Например, при работе 3–х насосов

Н_изб ==- 0,000007777٠Q² +0,00427٠Q +74,759 - 0,000007184 Q² - 35.

Перерасход электроэнергии N=(Q/3600) 9,81H_изб /КПД кВт в час.

Таблица 8

часы	% от Qсут	Q мз/ч	n насосов	Н изб	КПД	N кВт-ч
00-01	1,7	425	1	31,26	0,75	48,58
01-02	1,5	375	1	33,71	0,73	47,50
02-03	1,5	375	1	33,71	0,73	47,50
03-04	1,5	375	1	33,71	0,73	47,50
04-05	2,5	625	1	17,61	0,68	44,42
05-06	3,5	875	2	26,46	0,75	84,37
06-07	4,5	1125	2	15,72	0,72	66,67
07-08	5,2	1300	2	6,36	0,65	34,71
08-09	5,5	1375	2	1,89	0,60	11,74
09-10	5,4	1350	2	3,41	0,62	20,25
10-11	5,2	1300	2	6,36	0,65	34,71
11-12	5	1250	2	9,19	0,68	46,37
12-13	4,6	1150	2	14,48	0,72	63,43
13-14	5,2	1300	2	6,36	0,65	34,71
14-15	5,3	1325	2	4,90	0,64	27,87
15-16	5,4	1350	2	3,41	0,62	20,25
16-17	5,8	1450	3	14,49	0,75	76,39
17-18	6,2	1550	3	10,43	0,74	59,29
18-19	6,2	1562	3	9,92	0,74	56,94
19-20	6	1500	3	12,50	0,75	68,38
20-21	4,5	1125	2	15,72	0,72	66,67
21-22	3,3	825	2	28,24	0,74	85,61
22-23	2,6	650	1	15,47	0,65	42,19
23-24	1,8	450	1	29,89	0,75	48,90
	100				Сумма	1185

Установкой оборудования для частотного регулирования можно сэкономить около 1000 кВт-ч ежесуточно.

Как видно из графика (рис.7) , пожарный расход 1778 м³/ч обеспечивается.