3.2. Определение количества рабочих насосов

В безбашенной системе количество однотипных рабочих насосов можно ориентировочно определить из соотношения N=K_макс/К_мин,

где К_мин – минимальный коэффициент часовой неравномерности,

К_мин = 0,42 (К_макс-2)² + 0,27. Если насосов получается больше трех, желательно устройство водонапорной башни или применение разнотипных насосов; один из насосов рассчитывается на подачу в часы минимального водопотребления, а остальные насосы, включенные параллельно, должны обеспечивать максимальный (расчетный) расход.

В системе с башней пожарный расход может оказаться существенно большим, чем расчетный расход без пожара. В этом случае желательно подобрать такие насосы, которые обеспечат подачу пожарного расхода при включении одного или двух дополнительных насосных агрегатов.

3.3. Подбор насосов

В примере 2 минимальный коэффициент часовой неравномерности К_мин = 0,42·(1,55-2)² + 0,27 = 0,355. Число насосов N = 1,55/0,355 = 4,4. Для обеспечения подачи воды в город принимаем установку четырех насосов, три из которых обеспечивают подачу максимального расхода. Каждый из этих насосов подбирается по рабочей точке: Н=60,32 м; Q₁ = 968,8/3 = 322,9 м³/ч.

Подбираем насосы типа Д 320-70, имеющих n = 2950 об/мин, диаметр колеса D_k = 242 мм, КПД η = 74% (рис.11). Что касается четвертого «малого» насоса, предназначенного для подачи воды в часы минимального водопотребления, то его параметры наилучшим образом могут быть определены при анализе совместной работы насосов и трубопроводов.

Так как три насоса (рис.12) принятого типа не обеспечивают необходимого пожарного расхода 1220 м³/ч при напоре 55,89 м, устанавливаем дополнительный насос Д 320-70, у которого n = 2950 об/мин, D_k = 242 мм. В этом случае подача каждого насоса составит 1220,4/4 = 305,1 м³/ч; необходимый напор обеспечивается.

Всего на станции 6 насосов, один из которых пожарный, один резервный (рис. 10). На рисунке цифрами обозначены расходы воды, м³/ч.

Сумма потерь на всасывающих трубопроводах и внутри насосной станции рассчитывается аналогично приведенному выше примеру для НС1. В данном примере величина потерь .

Дополнительное сопротивление, отнесенное к подаче, Q₁м³/ч, одного насоса:

Понижение характеристики одного насоса производится по данным таблицы 6.

Таблица 6

Дополнительные потери напора в насосе

Q	150	200	250	300	350
h=Sдоп·Q2	0,44	0.786	1,23	1,77	2,41

Совместная характеристика 4 насосов и 2 трубопроводов диаметром 400 мм и сети приведены на рис. 12. Для построения характеристики трубопроводов и сети определяется суммарное сопротивление:

где ,

Здесь - потери напора во всасывающей линии;

h = 11,32+7,5+0,34 = 19,16 м.

Суммарное сопротивление

Характеристика двух трубопроводов строится по данным табл. 7, рассчитанным по формуле

.

Значениями Н задаются приблизительно в пределах от Н_Гдо Н_Г+ 2∑h.

Таблица 7

Характеристика двух трубопроводов

Н, м	40	45	50	55	60	65	70	75
Q, м3/ч	156	519	717	871	1002	1118	1222	1319

Если параллельные трубопроводы разного диаметра, то расчет ведется по формулам, использованным в примере расчета НС1.

Для построения характеристики 1-го трубопровода необходимо:

_{- рассчитать потери напора в трубопроводе от НС2 до сети при пропуске полного расхода по одной трубе}

_{- определить общее сопротивление трубопровода и сети}

_{- построить характеристику по данным, рассчитанным по формуле (табл. 8):}

_.

_{Таблица 8}

_{Характеристика одного трубопровода}

Н	40	45	50	55	60	65	70	75	80
Q	94,0	312	431	524	602	672	734	792	845

По данным примера 2 аварийный расход 678,2 м³/ч обеспечивается и при отключении одного из трубопроводов, устройства перемычек не требуется (рис. 12).

Если же при отключении одного из трубопроводов аварийный расход не обеспечивается, количество перемычек рассчитывается по формуле

,

где S₁– сопротивление одного трубопровода,

;

Здесь Н_w – потери напора в водоводах до сети;

h_а– допустимые потери напора при подаче аварийного расхода, при

работе всех рабочих насосов, определяется непосредственно из

графика совместной работы насосов и трубопроводов.

«Аварийная» характеристика Q-Hстроится с использованием уравнения

,

где m– число перемычек;

h_C– потери в сети;

Н_г– геометрическая высота подъема.

4. Режим работы насосов по часам суток

Город потребляет воду в течение суток неравномерно. Необходимо задаться графиком потребления по часам суток. Можно принять, что максимальный часовой расход наблюдается в 17-й, 18-й, 19-й часы суток; в процентах от суточного расхода. Минимальный расходи- во 2-й, 3-й, 4-й часы суток.

Составляя таблицу потребления (табл. 9), в остальные часы суток можно задаться процентами, определенными из рис.13. В зависимости от коэффициента К_макс, необходимо скорректировать значения процентов так, чтобы в сумме получилось 100 % (в максимальные» и «минимальные» часы найденные проценты не изменять!).

В примере (табл.9 ):

.

В соответствии с процентами в графе 3 указываются часовые расходы. При работе безбашенной системы из графика совместной работы насосов, трубопроводов и сети определяют количество работающих каждый час насосов и избыток напора; например, для расхода 900 м³/ч (рис.12) избыток напора составляет. Из графика видно, что при расходе менее 780 м³/ч третий насос можно выключить, а при расходе менее 410 м³/ч – оставить в работе только один насос.

При расходе менее 280 м³/ч во избежание перерасхода электроэнергии следует включать только один насос Д320-70 с уменьшенным до 205мм диаметром колеса.

Таблица 9

Расчет избыточного напора и перерасхода электроэнергии

Часы суток	П, %	Q, м3/ч	N	Низб	Η	Э
1	1,5	225	1(м)	7	0,74	5,8
2	1,4	210	1(м)	11	0,75	8,4
3	1,4	210	1(м)	11	0,75	8,4
4	1,4	210	1(м)	11	0,75	8,4
5	1,5	225	1(м)	7	0,74	5,8
6	2,8	420	1	9	0,77	13,4
7	4,4	660	2	15	0,73	36,9
8	6,2	930	3	9	0,76	30,0
9	6,3	945	3	8	0,75	27,4
10	6,3	945	3	8	0,75	27,4
11	6,0	900	3	13	0,76	41,9
12	5,2	780	2	2	0,77	5,5
13	4,6	690	2	11	0,70	29,5
14	3,9	585	2	23	0,76	48,2
15	3,5	525	2	27	0,74	52,2
16	3,9	585	2	23	0,76	48,2
17	4,5	675	2	13	0,73	32,8
18	6,46	969	3	5	0,75	17,6
19	6,46	969	3	5	0,75	17,6
20	6,46	969	3	5	0,75	17,6
21	6,3	945	3	8	0,76	27,1
22	5,32	798	3	20	0,76	57,2
23	2,4	360	1	18	0,75	23,5
24	1,8	270	1	1	0,74	1,0

∑ 100 15000 591,8

Перерасход электроэнергии каждый час 1-й час рассчитывается по формуле:

N_изб=QgH_изб / (_д _н 36001000) кВт,

где Q– часовой расход, м³/ч,

η_н– КПД насоса (найти по характеристике одного насоса для расхода

Q/N, гдеN– количество работающих насосов);

η_д– КПД электродвигателя, η_д= 0,98.

Значения N_избзаносят в графу 7 табл. 9. Сумма значенийN_избдает суточный перерасход электроэнергии в кВт-ч, который определяется тем, что насосы с асинхронными двигателями обычно не имеют возможности плавной регулировки числа оборотов и плавного снижения характеристик до рабочей точки.

В системе с водонапорной башней подача насосов меняется незначительно, а неравномерность потребления сглаживается подачей из башни.

Пример 3.

По данным примеров 1 и 2 рассчитана насосная станция в системе с водонапорной башней емкостью 800 м³. Расчетный максимальный расход сети 968,8 м³/ч, расчетный расход насосной станции должен быть не менее 787,5 м³/ч. Принимаем тот же набор насосов, что в примере 2 (рис.14).

Потребление воды городом по часам суток дано в примере 2.

Отметка необходимого напора в диктующей точке определяется по формуле (7): У_Д= 575,5 + (10 + (5-1)·4) = 609 м. Отметка нижнего уровня воды в башне водонапорной башни:

При высоте бака 4,0 м верхний уровень в баке равен

У_б= 609+4=613 м.

Геометрическая высота подъема насосов:

Н_г= У_б–Z₁= 613 - 562,0 = 51 м.

Характеристики трубопроводов по формуле строятся только для труб от НС2 до башни.

Сопротивление всасывающего и напорного трубопроводов рассчитываются по формуле

где D= 0,4 м,l= 2500 м, К = ,

тогда ч²/м⁵,

ч²/м⁵.

Совмещение характеристик трубопроводов с характеристиками насосов (рис.14) дает величину подачи трех насосов 1020 м³/ч, двух насосов - 750 м³/ч, одного насоса – 400 м³/ч.

При пожаре геометрическая высота подъема

Н_г=Z_Д+ 10 –Z₁= 575 : 6 + 0 - 562 = 23,5 м.

Характеристика трубопроводов и сети при пожаре, наносимая на график, берется из примера 2.

Назначение количества работающих в каждый час насосов производится одновременно с проверкой принятой регулирующей емкости водонапорной башни. Последовательность расчета рассмотрим на примере. Остаток в баке указывается к началу каждого часа.

Данные расчета сведены в табл. 10. В 7-й час, перед началом большого расходования воды, считать, что бак полон, т.е. содержит 800 м³воды. В каждый последующий час необходимо назначить такое минимальное количество рабочих насосов и соответственно такую подачу воды, чтобы в баке, по возможности, оставалась вода (но не более 800 м³, иначе вода уйдет в перелив). В некоторые часы можно все насосы отключать (нулевая подача). К семи часам утра следующих суток бак опять должен быть полным. Обычно в предшествующий, шестой час, приходится некоторым насосам работать неполный час, чтобы получить полный бак. Необходимо отметить, что при автоматическом включении, в зависимости от уровня в баке, насосы могут включаться и отключаться чаще, чем один раз в час.

Чтобы найти суточный и часовые расходы электроэнергии, необходимо для каждого часа из рис. 14 найти значения Н, Qи η_ни определить мощность (кВт) и суточный расход электроэнергии (кВт-ч).

Таблица 10

Час суток	Расход Q,м3/ч	Кол-во насосов	Подача насосов	Поступление в бак	Остаток в башне
1	2	3	4	5	6
1	225	0	0	-225	405
2	210	0	0	-210	195
3	210	1	400	+190	385
4	210	1	400	+190	575
Продолжение табл. 10
1	2	3	4	5	6
5	225	1	400	+175	750
6	420	1	400	-20	730
7	660	2	730*	+70	800
8	930	2	750	-180	620
9	945	2	750	-195	425
10	945	2	750	-195	230
11	900	2	750	-150	80
12	780	2	750	-30	50
13	690	2	750	+60	110
14	585	2	750	+165	275
15	525	2	750	+225	500
16	585	2	750	+165	665
17	675	2	750	+75	740
18	969	2	750	-219	521
19	969	2	750	-219	302
20	969	2	750	-219	83
21	945	3	1020	+75	158
22	798	2	750	-48	110
23	360	2	750	+390	500
24	270	1	400	+130	630
∑ 15000 ∑ = 0