2. . Определение потерь напора в напорных трубопроводах

от НС1 и напора насосов

При расчете потерь напора учитывается расход, пополняющий пожарный запас; в примере 1 расчетная подача НС1 равна

Q_р1^П =689,4 м³/ч или 0,191 м³/с.

Рассчитываем коэффициент сопротивления (для среднего значения диаметра D_ср = (0,3546 + 0,404)/2 = 0,379 м и среднего расхода Q_ср = 0,191/2 =0,0955 м³/с). По уточненной формуле

,

где t – температура воды, ⁰ С, (t = 5 ⁰ С);

λ= 0,0179·[1+0,867·(1,16–0,0165)3,140,379² / (40,0955)^0,3/0,379^0,3 = 0,030;

К = 16  0,030 / (3,14²  2  9,81) = 0,00248.

Потери напора при длине трубопровода l, равном 5000 м:

,м.

Коэффициент учитывает дополнительные потери на местных сопротивлениях по длине трубопровода.

Полный напор насосов 1–го подъема: Н = h_вс +Н_W + Н_Г + Н_НС,

где Н_Г – геометрическая высота подъема, равная разности отметок воды в смесителе на входе очистных сооружений Z₁ и нижней отметки воды в водозаборном колодце Z₂ (рис. 4), Н_Г = Z₁ - Z₂; для примера 1 Н_Г = 568,3 – 547,1 = 21,2 м;

h_вс – потери напора во всасывающем трубопроводе;

Н_НС – потери напора внутри насосной станции (предварительно принимают Н_НС= 1,5 ... 2,5м и затем эту величину уточняют).

Впримере полный напор насосов 1-го подъема:

H=0,25+15,93+21,2+2=39,38 м.

Расход по трубопроводу D₁ = 0,355 равен, тогда

м³/с (288,7 м³/ч);

по трубопроводу D₂ = 0,404

м³/с (398,9 м³/ч).

3. Выбор насосов 1-го подъема

Так как НС1 работает в равномерном режиме, количество рабочих насосов может быть небольшим, например 1, 2 или 3.

На насосных станциях водопроводов 1-й категории надежности число рабочих агрегатов – не менее двух. Для выбора насосов составляется табл. 2, в которой указывается тип насоса, число оборотов в минуту п, КПД, запас напора Н_изб, кавитационный запас ∆Н_к, диаметр колеса D_к, мм, мощность N, кВт.

Рабочими точками в каждом из получившихся вариантов являются значения подачи одного насоса Q₁и напора Н.

По сводным графикам характеристик насосов типа D и К подбирают типы насосов, удовлетворяющие намеченным рабочим точкам, и рассматривают по каталогам детальные характеристики для определения КПД и мощности, соответствующих рабочим точкам.

Необходимо принять вариант, у которого:

• меньшее количество насосов (для НС1);

• более высокий КПД;

• небольшой кавитационный запас (для НС1, выполненной отдельно от водозаборного колодца, по рис. 5, б);

• меньшая мощность электродвигателя, поставляемого с завода комплектно с насосом;

• имеется некоторый запас напора в пределах 10-20% от Н с учетом того, что со временем сопротивление труб увеличивается и необходимый напор может возрасти.

Если не удается найти насос, характеристика которого достаточно близко проходит над рабочей точкой, можно попытаться на существующих насосах изменить число оборотов двигателей или произвести обточку рабочего колеса (см. далее разд. 5).

Таблица 2

Показатели насосов

Напор Н, м	Количество рабочих насосов и подача, м3/ч
	1 насос Q=Qр1= 689,4	2 насоса Q=Qр1/2= 344,7	3 насоса Q=Qр1/3= 229,8
39,38	D800-57 n=1450 об/мин Dк= 405 мм η=80% N=180 кВт ∆Нк= 3,4Hизб=8 м	D320-50 n=1450 об/мин Dк= 405 мм η=73% N=75 кВт ∆Нк= 6Hизб=10 м	D320-50 n=1450 об/мин Dк= 405 мм η=73% N=55 кВт ∆Нк= 3,5Hизб=15 м
39,38	-	D630-90 n=980 об/мин Dк= 525 мм η=75% N=110 кВт ∆Нк= 4,2Hизб=2 м

Примечание.В таблице обозначено: ∆Н_к– кавитационный запас, м;D_к- диаметр колеса, мм;n– число оборотов в минуту.

В рассматриваемом примере этим условиям в наибольшей мере отвечает вариант с одним рабочим насосом D 800-57, имеющим число оборотов n = 1450, диаметр колеса 405 мм, который отличается высоким КПД; насос имеет достаточный запас напора и низкий кавитационный запас, что позволяет снизить глубину насосной станции, сооружаемой по рис. 5, б.

В пояснительную записку следует включить выполненную в масштабе характеристику насоса из каталога. Из справочника следует определить диаметры входного и выходного патрубков, размеры насосов.

Общее количество насосов (рабочие + резервные) определяются с учетом табл. 3. В примере 1 при норме водопотребления 0,35 м³/(сут•чел) число жителей N = 42860, т.е. насосная станция относится ко второй категории, принимаем один резервный насос.

Таблица 3

Количество рабочих и резервных насосов

Число жителей	< 5000	5000-50000	> 50000
Категория системы	3	2	1
Число рабочих насосов Менее 6 Более 6	Число резервных насосов 1 1 2 - 1 2

3. Схема коммуникаций станции

Для НС1 требуется вначале решить, по какой схеме выполняется комплекс водозаборных сооружений:

• либо по рис. 5, а, где насосная станция объединена в одном, как правило, круглом колодце с водозаборной частью, и тогда насосы устанавливаются ниже низкого уровня воды (работа «под залив»);

• либо по рис. 5, б, где насосная отделена от водоразборного колодца и насосы устанавливаются выше низкого уровня воды в колодце на допустимую высоту всасывания; схема 5,б требует при запуске насосов их предварительного заполнения водой с помощью вакуум-насосов; эта схема не рекомендуется для систем водоснабжения 1-й категории надежности.

Какой вариант выгоднее – предоставляется решить автору проекта; в общем случае необходимо произвести технико-экономическое сравнение вариантов.

На рис. 6 намечаются значения расходов воды, м³/с, протекающей по каждому участку внутри НС.

Определяются диаметры труб внутри насосной станции – всасывающие и напорные:

, .

Значения скоростей на напорных трубопроводах V_H = 1,5 ... 2,5 м/с, на всасывающих V_ВС = 0,8...1,5 м/с; на насосных станциях, где насосы устанавливаются выше уровня воды (по рис. 4, б), величина V_ВС принимается возможно меньшей. Затем выбираются диаметры стандартных стальных трубопроводов D_H, D_ВС на каждом участке и определяются значения скоростей на каждом участке.

На схеме коммуникаций (рис. 6) принимается:

• не менее двух общих всасывающих и двух напорных трубопроводов и отдельные задвижки на каждом из этих трубопроводов;

• входные воронки на всасывающем трубопроводе каждого насоса (рис. 5, б);

• эксцентрический переход для подключения всасывающего трубопровода к входному патрубку насоса (см. далее рис. 18);

• концентрический переход для соединения выходного патрубка с напорным трубопроводом;

• обратный клапан и задвижка на каждом насосе.

Кроме того, всасывающие и напорные трубопроводы могут соединяться общими линиями (перемычками), на которых также устанавливаются задвижки.

При определении количества задвижек и мест их расположения на перемычках исходят из требования, чтобы на станциях 1-й категории надежности в случае выхода из строя любой задвижки, можно было бы произвести ее замену и при этом подача станции не должна снижаться более чем на 30%.

Переходы, отводы (колена), тройники выполняются сварными стальными и соединяются на сварке; задвижки и обратные клапаны – на фланцах.

3. Учет потерь напора внутри НС

Примем в примере 1 схему водозабора с отдельно стоящей насосной станцией (рис. 5, б). На рис. 6 приведена схема коммуникаций. Расходы указаны по отдельным участкам; рассматриваем «извилистый путь» движения воды от входа в насосную станцию 1 до напорного трубопровода – это путь воды через работающий насос 5. Результаты расчета сводятся в табл. 4.

На насосных станциях 1-й и 2-й категорий каждый из двух всасывающих трубопроводов рассчитывается на полный расход.

Рассчитываем диаметры в соответствии с расходами (рис. 7):

м

Принимаем на всасывающих трубопроводах стальные трубы наружным диаметром 480 мм, толщиной стенки 7 мм (труба 480х7), внутренним диаметром 466 мм (условный диаметр D_У = 450).

На напорных трубопроводах

м,

принимаем стандартный диаметр 325х5, внутренний диаметр - 315 мм (D_У = 300).

На участке 1-2 сумма коэффициентов сопротивлений [3]: задвижка -  = 0,2, тройник поворотный -  = 1,5; на участке 2-3 - 2 задвижки - _2-3 = 0,4; на участке 3-4 - _3-4 = 1,5; на участке 4-5 задвижка и переход на сужение – _4-5 = 0,4; на участке 5-6 переход на расширение -  = 0,25, обратный клапан –  = 1,7, задвижка -  = 0,2, итого: _5-6 = 2,05; _6-7 = 1,5.

Потери напора рассчитываются по формуле

,

здесь принимаем λ = 0,03.

Таблица 4