Расчет потерь напора внутри насосной станции

№ участка	Расход, м3/с	Длина l,м	ДиаметрD,м	Скорость V,м/с	Сумма коэф. сопротивлений	Потери напора, м
1-2	0,191	3	0,466	1,12	1,7	0,121
2-3	0,191	2	0,466	1,12	0,4	0,033
3-4	0,191	2	0,466	1,12	1,5	0,104
4-5	0,191	2	0,466	1,12	0,4	0,034
5-6	0,191	4	0,315	2,45	2,05	0,743
6-7	0,191	3	0,315	2,45	1,5	0,546
					Сумма 1,58

Суммарные потери напора на всасывающих трубопроводах и внутри насосной станции позволяют вычислить дополнительное сопротивление, отнесенное к подаче (м³/ч) одного насоса:

ч²/м⁵

3. Перестроение рабочей характеристики

Рабочая характеристика в координатах Q-H, взятая из каталога, понижается на величину потерь на всасывающих трубах и внутри насосной станции (рис. 7).

Ординаты понижения h₅ рассчитываются по формуле

,

для чего значения расхода задаются в пределах подачи одного рабочего насоса:

Q, м³/ч 200 300 400 500 600 800 1000

h_S, м 0,133 0,30 0,534 0,835 1,20 2,13 3,34

3. Построение совместных характеристик насосов и трубопроводов

Характеристика каждого трубопровода строится отдельно по формуле

Н=Н_г + h_т,

где Н_г – геометрическая высота подъема воды;

h_т – потери напора, .

Напорный трубопровод работает совместно с всасывающим, поэтому потери напора для первого трубопровода (D₁= 0,355м, Q₁=288,7м³/ч) и для второго трубопровода (D₂= 0,404м, Q₂=398,9 м³/ч) будут равны:

h₁= (S _вс + S₁) · Q² и h₂= (S _вс + S₂) · Q² , (1)

где S _вс=h _вс/Q_p² = 0,25/689,4² = 5,26 · 10^-7 ч²/м⁵;

S ₁=H_w/Q₁²= 15.93/288,7² = 1,911· 10^-4 ч²/м⁵;

S ₂=H_w/Q₂²= 15,93/398,9= 1,00 · 10^-4 ч²/м⁵/.

При совместной работе двух трубопроводов

h_1,2 = (S_вс +S_1,2) · Q², (2)

где S_1,2=H_w/Q_р² = 15,93/689,4² = 0,335 · 10^-4 ч²/м⁵.

В примере Н_Г = 21,2 м.

Задаются значениями расхода в пределах (1,2...1,3) · Q_р, и вычисляют значения потерь напора по формулам (1, 2). Результаты сводят в табл.5.

Таблица 5

Данные для построения характеристик трубопроводов

Q, м3/ч	100	200	300	400	500	600	700	800
h1	1.91	7.65	17.22	30.60
h2	1.00	4.02	9.03	16.06	25.1	36.1
h1,2	0.34	1.34	3.02	5.36	8.38	12.07	16.42	21.45

По данным 1-й строки (на оси Q) и данным 3,4,5-й строк (на оси H) строят характеристики 1-го, 2-го трубопроводов и их суммарную характеристику. Характеристики трубопроводов и перестроенная рабочая характеристика насоса наносятся на один график (рис. 7), абсциссы характеристик насосов и трубопроводов складывают; точки пересечения дают значения подачи насосной станции.

2.8. Определение необходимого количества перемычек и подачи воды при аварии на одном из трубопроводов

Необходимое количество перемычек определяется из условия возникновения необходимости отключения одного из участков на большом трубопровода (рис. 8); при этом должен быть обеспечен аварийный расход:

Q_ав = 0,7 Q_p.

Количество перемычек:

,

где ,

h_АB – допустимые потери напора в трубопроводах при подаче Q_АB,

h_АB определяется непосредственно по графику (см. рис. 7);

S_Т2 – сопротивление меньшего по диаметру трубопровода.

В примере Q_АB = 459,4 м³/ч; h_АB = 52,2 - 21,2 = 31,0 м,

тогда

.

Принимаем m = 1; расстояние до перемычки определяем по формуле

L₁ = 1/(m+1)=5000/(1+1) = 2500 м.

Для построения совместной аварийной характеристики трубопроводов Н_AВ = Н₁ + h_AB, работающих при одном отключенном участке на большем трубопроводе, определяется сопротивление:

.

3. Определение допустимой высоты всасывания

Сумма потерь напора на всасывающем трубопроводе и внутри насосной станции на всасывающих участках 1-2-3-4-5 (табл. 4) при расходе 0,191 м³/с составляет:

h^ _BC=0,250+0,121+0,033+0,104+0,034 = 0,542 м.

Допустимая высота всасывания:

,

где Р_ат – атмосферное давление, Па, Р_ат = Р_о · е^А;

Р_о = 101325 Па (давление на уровне моря);

е =2,72 – основание натуральных логарифмов.

Здесь А= -(_в g z)/P_o;

где ρ_в = 1.2 кг/м³ – плотность воздуха; g = 9,81 м/с²;

z = абсолютная отметка уровня воды в камере всасывания;

Р_нас – давление насыщенного водяного пара, Па, зависящего от температуры воды:

t, 0С	0	10	20	30	40
Pнас, Па	590	1180	2377	4246	7375

В примере z = 547, t = 5⁰, Р_нас = 800 Па

;

Δh = 3.4 м (кавитационный запас);

H_вс.доп = (95086-800) / (1000·9,81) - 0,542 - 3,4 = 5,66 м

Оси насосов на НС1 должны быть не менее допустимой высоты Н_вс.доп от нижнего уровня воды в камере всасывания водоразборного колодца.

Отметка оси насосов должна быть не выше

Z_нас = Z₂+h_вс.доп = 547,1 + 5,66 = 552,76 м.

При повышении уровня воды в реке и в водозаборном колодце (например, во время паводка Z₂ = 552 м) геометрическая высота подъема уменьшится (Н_г = 568,3-552 = 16,3 м), возникнет существенный запас напора (Н_изв = 4,9 м, рис. 7), который придется гасить частичным закрытием задвижки; при этом будет теряться мощность N, кВт:

Детальные расчеты НС1 требуют, таким образом, учета сезонных колебаний уровня воды; это может повлиять на выбор насосов. Например, для работы при «среднегодовом» уровне воды будут предназначены одни насосы, и только при очень низком уровне воды может включаться дополнительный насос, обладающий более высоким напором.

По данным расчета НС1 строится пьезометрическая линия на высотной схеме, на которой обычно стараются соблюдать только вертикальный масштаб (см. рис. 3).