книги / Насосные станции систем водоснабжения и водоотведения

где А – удельное сопротивление трубопровода; S – сопротивление трубопровода, l – длина трубопровода.

Распределение расходов по отдельным ветвям сети происходит прямо пропорционально проводимости каждой сети:

Р= 1 ,

S

где Р – проводимость каждой линии, и обратно пропорционально сопротивлению каждой линии:

Исходя из равенства потерь на каждой ветви, можно напи-

сать: h1 = h2 = h3 = Hобщ = SоQобщ2 .

Зная общие потери напора, можно определить общее сопротивление водоводов и рассчитать расход воды по каждой ветви.

Аналогичный результат можно получить графическим построением характеристики каждого трубопровода при их параллельной работе и получением суммарной характеристики всех водоводов (рис. 23).

Рис. 23. Схема построения суммарной характеристики водоводов при параллельной работе

51

Значение расхода по каждой ветке получается при нахождении точки А на суммарной характеристике водоводов и проведении через точку А линии, параллельной оси абсцисс, до пересечения с индивидуальными характеристиками водоводов.

В курсовом проекте предполагается, что длина, диаметр и пьезометрический напор в конце каждого водовода одинаковы.

Водоводы рекомендуется проектировать из металлических труб. В результате технико-экономического расчета выбирается диаметр напорных водоводов. При продолжительности максимальной расчетной подачи насосной станции менее 6 ч в сутки выбор экономически выгодного диаметра напорных водоводов можно производить для уменьшенного расхода (9...0,95)

Qн.в .

Подбор насосного оборудования производится на основании установленных величин напора и расходов. Расход устанавливается по величине максимального часового расхода в зависимости от нормы потребления и общего количества.

Значение величины требуемого напора для кольцевых водопроводных сетей производят с учетом их совместной работы с насосными станциями и с регулирующими емкостями (башня).

В зависимости от расположения насосной станции и водонапорной башни в начале сети:

–первый случай – на максимальный хозяйственнопроизводственный расход, совпадающий с расходом на внутреннее пожаротушение;

–второй случай – на максимальный хозяйственнопроизводственный расход, совпадающий с расходом на наружное и внутреннее пожаротушение.

Для случая расположения башни в начале сети полный требуемый напор определяется по формуле

Hтр = H г + hl ,

где Hг – геометрическая высота подъема воды.

H г = Hрез.башни − Нист,

52

где Нрез.башни – отметка низа резервуара башни; Нист – отметка зеркала воды в резервуаре.

Эта величина зависит от первого или второго расчетного случая и может колебаться в пределах 3–4 м.

Величина hl – потери напора в водоводах от насосной станции до башни; рассчитываются по формулам, приведенным ранее.

При расположении водонапорной башни в конце сети (сеть с контррезервуаром) рассматриваются следующие случаи:

1.На максимальный хозяйственно-производственный расход, совпадающий с расходом на внутреннее пожаротушение.

2.На максимальный хозяйственно-производственный расход, совпадающий с расходом ни наружное и внутреннее пожаротушение.

3.На минимальное водопотребление и максимальный транзит в башню.

Полный требуемый напор насосов насосных станций определяется по формуле

Hтр = Hг + ∑hl ,

где Нг – геометрическая высота подъема воды; ∑hl – потери напора в кольцевой сети, определяемые как общая наибольшая потеря напора по правому или левому контуру сети.

Исходя из равенства потерь напора по правому или левому контуру, можно написать:

∑hlлев = ∑hlправ = S0Qобщ2 = Hобщ,

где S0 – общее сопротивление кольцевой водопроводной сети;

– общий максимальный хозяйственно-производственный расход, совпадающий с расходом на внутреннее пожаротушение.

С использованием равенства S0Qобщ2 = Hобщ находится

общее сопротивление сети.

Величина требуемого полного напора насосов насосной станции определяется следующим образом:

53

Hтр = Hг + ∑hl = Hрез.башни − Нист + S0Qобщ2 .

На основании формулы требуемого напора строится графическая зависимость от Нтр =f(Q) в координатах Q и H.

На рабочую точку А подбираются рабочие насосы (2–3 штуки). Пересечение суммарных характеристик насосов с общей характеристикой сети позволяет определить производительность насосной станции при работе на всех ступенях

(рис. 24).

В случае пересечения суммарной характеристики подобранных насосов с общей характеристикой сети за пределами точки А питание сети осуществляется только из насосной станции – Qа > Qобщ; при установлении неравенства Qа < Qобщ питание водопроводной сети осуществляется от двух источников насосной станции и водонапорной башни.

Рис. 24. График совместной работы сети и насосов

Для второго случая величина Hгпож определяется по формуле

Hгпож = Нг.расч.точки + Нсвобпож − Нистпож,

где Нг.расч.точки – отметка земли в расчетной точке тушения пожара (определяется при гидравлическом расчете сети); Hпожсвоб –

требуемый свободный напор в точке тушения пожара, Нсвоб = = 10 м.

54

Для случая пожаротушения строится суммарная характеристика насосов и характеристика системы трубопроводов

(рис. 25).

Рис. 25. Параллельная работа насосов и характеристики систем трубопроводов

На данной схеме QА = Qобщ+qпож, где qпож – пожарный расход для данной кольцевой сети.

В случае значения QA < QБ, при котором расчетный расход меньше подаваемого, дополнительных мероприятий не требуется; а для случая QA>QБ, при котором расход подаваемый станцией меньше требуемого противопожарного, необходима установка противопожарного насоса или включение на момент пожара резервных насосов.

2.2.Определение расчетных напоров насосов

II подъема. Выбор основного насосного оборудования

Режим работы насосной станции и расчетные напоры существенно зависят от наличия и места расположения водонапорной башни на водопроводной сети. Различают следующие системы: с башней в начале сети, безбашенная и с башней в конце сети (с контррезервуаром). Система водопровода указывается в задании на курсовое проектирование.

55

Система с башней в начале сети (рис. 26). При этой сис-

теме расчетной отметкой z для определения статического напора в час максимального водопотребления является максимальная отметка поверхности воды в водонапорной башне. Потребный напор определяется суммой величин:

hв.в – потери во всасывающих трубопроводах от резервуаров чистой воды до насосной станции; определяются по формуле (15); hн.с и hвдм – потери в насосной станции и в водомере: в

первом приближении hн.с = 1... 2,5 м , hвдм = 1...1,5 м ; hн.в – потери в напорных водоводах, определяемые по формуле (18) при расходе Qн.в .

Рис. 26. Схема к определению напора насосов II подъема в системе с башней в начале сети

56

Рис. 27. График работы насосов II подъема в безбашенной системе водопровода

Безбашенная система. Здесь расчетный напор насосов определяется по той же формуле (26), только в качестве расчетной отметки z принимают пьезометрическую отметку в конце напорных водоводов, определенную гидравлическим расчетом сети для часа максимального водопотребления.

Рис. 28. Схема к определению напора насосов II подъема в системе с контррезервуаром

57

Безбашенная система является закрытой, и создаваемый в ней насосами напор будет зависеть от подачи насосов, т.е. от водоразбора. При уменьшении водоразбора напор в сети будет повышаться, при увеличении – снижаться. При расходах меньше максимального в сети возникают избыточные напоры, существенно снижающие КПД насосной установки и увеличивающие энергозатраты на подачу воды.

Максимальные избыточные напоры наблюдаются в безбашенной системе, оборудованной одним насосом. При увеличении числа рабочих насосов средний избыточный напор уменьшается.

На рис. 27 приведен пример работы трех насосов станции II подъема, подающих воду в безбашенную систему. Насосы подбирают так, чтобы режимные точки по возможности не выходили за пределы рабочей зоны. Для этого режимная точка при работе всех насосов в час максимального водоразбора должна находитьсяв левой части рабочей зоныхарактеристики.

Система с башней в конце сети (с контррезервуаром).

При системе с контррезервуаром (рис. 28) в качестве расчетной отметки z принимают отметку на высоте свободного напора в диктующей точке сети. Напор насосов вычисляют по формуле

где hc – потери в сети при подаче максимального хозяйственного

расхода; остальныеобозначения– теже, чтоивформуле(24).

В насосных станциях II подъема чаще всего устанавливают насосы типа Д. Число рабочих насосов nн принимают 2–4,

исходя из формы графика суточного водопотребления и характеристик выпускаемого насосного оборудования.

Назначив число основных насосов, определяют подачу одного. При этой подаче напор выбранного по сводному графику полей (Q – Н) насоса должен быть (1......1,15)Н, где Н – требуемый напор, определяемый по формулам (24) или (26). В схемах с контррезервуаром для обеспечения режима тран-

58

зитной подачи воды в башню желательно, чтобы рабочая точка в час максимального водопотребления лежала в правой части рабочей зоны характеристики насоса.

Водопотребление населенного пункта, обеспечиваемое насосными станциями II подъема, постоянно меняется: в течение суток, в течение недели в зависимости от рабочих и выходных дней, в течение года в зависимости от температуры воздуха и периода отпусков, от года к году в зависимости от роста населения и повышения уровня благоустройства жилищ.

Всвязи с этим доводить путем обточки рабочих колес характеристики насосов точно до расчетных расходов и напоров не обязательно, так как время, в течение которого эти расходы будут иметь место, – не продолжительно.

Выбрав типоразмер насоса, делают выкопировку его чертежа и характеристики. По формуле (5) определяют требуемую мощность и выбирают или проверяют пригодность поставляемого с насосом электродвигателя.

Потабл. 1 назначают необходимое число резервныхнасосов.

Подача транзитного расхода в водонапорную башню.

Всхеме с контррезервуаром максимальный напор насосов может потребоваться не в час максимального водоразбора, а при максимальном транзите воды в башню. Заполнение водонапорной башни желательно производить в часы малого водоразбора при уменьшенной подаче насосной станции. Подачу при

транзите Qнтр.с назначают, учитывая график водопотребления,

количество и характеристику насосов, а затем уточняют при построении графика совместной работы насосов и водоводов.

Напор насосов при транзите вычисляется, согласно схеме рис. 27, по формуле

при расходе Qнтр.в ; hcтр – потери напора в сети при транзите при-

водятся в исходных данных или при расчете водопроводной сети.

Следует отметить, что потери hcтр и hc различаются не

только по определяющим их расходам, но и учитываются на разных участках сети.

Сумму остальных потерь принимают пропорциональной квадрату расходов:

В системах с контррезервуаром строятся две характеристики водоводов и сети: в час максимального водопотребления и при транзите расхода в водонапорную башню. Поскольку суммарные гидравлические потери предполагаются пропорциональными квадратам расходов:

зависимость потерь напора в водоводах от подачи рекомендуется строить следующим образом.

По формуле (26) для расхода Qн.с в час максимального водопотребления рассчитываются полные гидравлические потери

соответствующие относительные потери будут равны 0,063, 0,25, 0,56 и 1,44 от потерь при максимальном водопотреблении. В табличной записи (табл. 10) выделяют потери в напор-

расчетов характеристик системы при авариях на водоводах, транзите расхода в башню и при пожаре.

Пример. Подобрать насосы для насосной станции II подъема, работающей на сеть с контррезервуаром. График водопо-

60