8. Графоаналитический расчет

8.1. Гидравлический расчет трубопроводов насосной станции

После размещение насосных агрегатов, определения диаметров трубопроводов, подбора запорнорегулирующей арматуры и составления схемы (рис. 8.1) приступают к определению гидравлического сопротивления всасывающего внутристанционного трубопровода S₂, напорного внутристанционного трубопровода S₃ и напорного внестанционного трубопровода S₄.

В связи с малой протяженностью внутристанционного всасывающего и напорного трубопроводов потерями напора по длине пренебрегают, учитывая только потери напора на местные сопротивления, с²/м⁵

где Σζ_2,3 – сумма коэффициентов местных сопротивлений соответственно, во всасывающих и напорных внутристанционных коммуникациях принимаются по [2];

ω_вс.н - площадь сечения всасывающего и напорного трубопроводов, м².

Наиболее часто встречающиеся значения коэффициентов местных сопротивлений :

Вход в трубу с острыми кромками 1

Вход в трубу заподлицо со стенкой 0,5

Плавно очерченный вход в трубу 0,1…0,2

Обратный клапан 1,7

Приемная сетка без клапана 2…3

Задвижка в открытом положении 0,05…0,2

Отвод 90⁰ (колено) 0,5…0,6

Поворот

Переход концентрический 0,1

Переход эксцентрический 0,25

Тройник на поворот 1,5

Тройник на проход 0,1

Сопротивление в напорном внестанционном трубопроводе, с²/м⁵;

где ΣН_н.в.- потери в напорном трубопроводе, м (из табл. 2.2);

h_вдм - потери напора в водоизмерительном устройстве, м (разд. 5).

8.2. Графоаналитический расчет совместной работы насосов и трубопроводов

Цель данного расчета - определение координат рабочей точки насоса. Для отыскания рабочей точки системы насос - трубопровод необходимо найти общую точку на характеристиках насоса и трубопровода. Математически это сводится к решению системы двух уравнений с двумя неизвестными. Учитывая, что характеристика насоса Q - Н задана в графическом виде, то задачу нахождения рабочей точки проще решать графическим способом.

Для этой цели на миллиметровой бумаге строятся характеристики выбранного насоса, Затем строятся суммарные характеристики Q - Н насосов при параллельной их работе для каждой из ступеней работы насосной станции. При параллельной работе производительности насо-сов складываются при одинаковых напорах (рис. 8.2). Характеристику трубопровода строят по уравнению:

где S_пр - приведенный коэффициент сопротивления системы, учитывающий сопротивление в коммуникациях насосной станции и в напорных водоводах, отнесенный к расходу одного насоса, с²/м⁵ .

Q_н, - Расчетный расход а напорного внестанционного трубопровода;

m - число рабочих насосов;

n - число напорных водоводов.

В общем виде потери напора в системе трубопроводов определяются по формуле

В зависимости от количества параллельно работающих насосов возможны следующие варианты:

три насоса работают на два всасывающих и напорных внестанционных трубопровода (верхняя ступень)

или

два насоса на два всасывающих и напорных водовода (средняя ступень)

один насос на два напорных водовода (нижняя ступень)

аварийный режим

Задаваясь величинами расходов насоса Q_н, и подставляя в уравнение значения S₂, S₃, S₄, находим потери напоров для каждого режима работы насосной станции, в зависимости от количества работавших в этом режиме насосов. Результаты расчетов сводятся в таблицу.

Таблица 8.1.Расчет режимов работы насосной станции.

Режимы работы насосной станции	Количество работающих насосов	Количество напорных водоводов	Расчетные величины	Подача насоса м3/с
				Qн
				Qн2
Нормальный	m	n
Аварийный	m	n-1

Примечание. Под нормальным режимом понимается работа различного числа насосов (m) на расчетное количество внестанционных водоводов (n); под аварийным - выход из строя одного напорного водовода (n-1).

Используя данные табл. 8.1 (Q_cm+∑h), наносят их в виде точек на график с характеристиками насосов (рис. 8.2). Соединяя эти точки плавной кривой, получают характеристику системы трубопроводов.

Рабочая точка системы "А" находится на пересечении суммарной характеристики трех насосов Q₁₊₂₊₃-H характеристики системы трубопроводов.

Рабочая точка системы "Г" характеризует работу трех насосов (Q₁₊₂₊₃-H) и системы трубопроводов при выходе из строя одного напорного внестанционного трубопровода (n-1). Для насосных станций второй и третьей категорий надежности действия и при наличии аварийного выпуска насосной станции Q_Г должен составлять не менее 70 % Q_А

В случае, если данное условие не выполняется, т.е. производительность насосной станции падает более чем на 30%, то для достижения необходимой степени обеспеченности подачи воды между водоводами следует устраивать перемычки с установкой задвижек. При наличии перемычек в аварийной ситуации отключается не весь внестанционный трубопровод, а только его часть. Насосная станция первой категории действия при аварийной ситуации должна обеспечивать 100 % - расчетный расход. Это достигается включением в работу резервного насоса и устройством ρ-го количества перемычек между напорными водоводами.

Количество перемычек между напорными трубопроводами одинакового диаметра определяется следующим образом. На суммарной характеристике насосов Q₁₊₂₊₃-H отыскивают точку "Д", соответствующую требуемой подаче насосной станции при аварии и определяют потери напора в данной точке как разность между напором в указанной точке и статическим напором,

Из выражения:

обозначив через α ,

определяют эту величину:

Количество перемычек

Характеристику трубопроводов с перемычками строят по сопротивлению, найденному из соотношения

В случае, если действительная производительность насосной станции Q_А намного превышает расчетную Q_P, следует предусмотреть количественную либо качественную регулировку подачи насосов (обточка рабочего колеса, изменение числа оборотов, дросселирование). Выбор того или иного способа регулирования подачи насосов производится по согласованию с руководителем проекта.

Σ