Расчетные расходы бытовых сточных вод от города. Гидравлический расчет и построение продольных профилей водоотводящих сетей. Определение подачи и числа насосов, регулирующей емкости приемного резервуара. Экономические показатели работы насосной станции.
Принимая во внимание, что сточные воды поступают на станцию неравномерно по часам суток, регулирующая емкость приемного резервуара имеет пределы (см. типовые проекты), состав оборудования насосной станции не известен, предварительно минимальный объем регулирующей емкости приемного резервуара определяется по формуле: Wприт = Qприт/n [1 - Qприт/Qmax.час ], где Подача каждого насоса и количество насосов на насосной станции назначаются в зависимости от режимов поступления сточных вод, условий совместной работы насосов, водоводов, регулирующих емкостей и очередности ввода в действие объекта. / m) * kp= (6,02: 3) * 1,18 = 2,36%, где: кр - коэффициент, учитывающий увеличение подачи насоса при отключении из работы одного насоса (см. табл. Графиком поступления сточных вод обосновывается, что насосная станция может откачивать 3мянасосами стоки, поступающие в час максимального притока, а 1 насосом - стоки, поступающие в час минимального притока. Полный рабочий напор насосов определяется для режима наибольшего притока воды, т.е. когда насосная станция должна подавать 2037 л/с, а каждый насос - Q = 799,0 л/с,по формуле: Н=Нг h hзап,, где: Нг=Zoc-Zp-геометрическая высота, м, Нг = 108 - 94,96 = 13,04 м;Принимается 4% от СМР и оборудования по гл.2 12105,977 1278,104 2852,261 - 16236,344 Принимается 0,5% от СМР и оборудования по гл 2 1513,247 159,763 356,532 - 2029,543 Принимаем 3,8% от СМР и оборудования 11500, 678 1214,199 2709,648 - 15424,526 Глава 6 Наружные сети и сооружения ВИВ, теплоснабжения газоснабжения.
Введение
Во все времена поселения людей и размещение промышленных объектов реализовались в непосредственной близости от пресных водоемов, используемых для питьевых, гигиенических, сельскохозяйственных и производственных целей. В процессе использования воды человеком, она изменяла свои природные свойства и в ряде случаев становилась опасной в санитарном отношении. Впоследствии с развитием инженерного оборудования городов и промышленных объектов возникла необходимость в устройстве организованных способов отведения загрязненных отработанных потоков воды по специальным гидротехническим сооружениям.
В настоящее время значение пресной воды как природного сырья постоянной возрастает. При использовании в быту и промышленности вода загрязняется веществами минерального и органического происхождения. Такую воду принято называть сточной водой. В зависимости от происхождения сточных вод они могут содержать токсичные вещества и возбудители различных инфекционных заболеваний. Водохозяйственные системы городов и промышленных предприятий оснащены современными комплексами самотечных и напорных трубопроводов и других специальных сооружений, реализующих отведение, очистку, обезвреживание и использование воды и образующихся осадков. Такие комплексы называются водоотводящей системой. Водоотводящие системы обеспечивают также отведение и очистку дождевых и талых вод. Строительство водоотводящих систем обуславливалось необходимостью обеспечения нормальных жилищно-бытовых условий населения городов и населенных мест и поддержания хорошего состояния окружающей природной среды.
В 1898 году в Москве введена в эксплуатацию первая водоотводящая система, включавшая самотечные и напорные водоотводящие сети, насосную станцию и люблинские поля орошения. Она стала родоначальницей самой крупной в Европе московской системы водоотведения и очистки сточных вод.
Особое значение имеет развитие современной системы водоотведения бытовых и производственных сточных вод, обеспечивающих высокую степень защиты окружающей природной среды от загрязнений. Наиболее существенные результаты получены при разработке новых технологических решений в вопросах эффективного использования воды систем водоотведения и очистки производственных сточных вод.
Предпосылками для успешного решения этих задач при строительстве водоотводящих систем являются разработки, выполняемые высококвалифицированными специалистами, использующие новейшие достижения науки и техники в области строительства и реконструкции водоотводящих сетей и очистных сооружений.
Таким образом, при проектировании очистных сооружений, выборе их состава необходимо исходить из условия сохранения фоновых концентраций в реке в допустимых пределах. Считаю, что разработанный мной состав сооружений удовлетворяет этим требованиям.
На городских станциях аэрации до 70% от общего количества потребляемой энергии расходуется на обеспечение необходимого кислородного режима аэротенков. Высокая эффективность использования кислорода воздуха при низких энергозатратах - основная цель при создании современных систем аэрации.
В настоящее время на станциях канализации, как правило, в аэротенках используется пневматическая система аэрации через керамические фильтросные пластины. В условиях эксплуатации применение пористых материалов сопряжено с определенными трудностями, связанными с периодическим опорожнением, демонтажем и заменой фильтрующих элементов.
С точки зрения надежности и простоты эксплуатации практический интерес представляют дисковые мелкопузырчатые аэраторы, разработанные как зарубежными, так и отечественными фирмами.
В данном проекте в разделе «Расчет аэротенков» рассматривается вопрос применения аэраторов фирмы «Патфил» (г. Казань). Аэраторы фирмы «Патфил» относятся к мелкопузырчатым дисковым диффузорам с перфорированной резиновой мембраной, имеющей относительно высокое постоянство потерь напора, что должно облегчить установку и эксплуатацию аэраторов. Кроме того, эти аэраторы наиболее приемлемы для работы аэрационных сооружений при переходе на новую биотехнологию очистки сточных вод по схеме прерывистой аэрации нитри и денитрификации.
На сегодняшний день самым передовым способом обеззараживания является УФ обеззараживание, не требующий внесения в воду химических реагентов, не влияет на вкус и запах воды.
В проекте рассмотрен вопрос применения технологии ультрафиолетового облучения биологически очищенных сточных вод.
С целью уменьшения площадей для размещения осадка применены эффективные методы обезвоживания на мембранных фильтр- прессах с применением высокомолекулярного флокулянта.
Современная система водоотведения - это сложный комплекс инженерных сооружений, предназначенных для отведения и очистки сточных вод бытового, производственного и атмосферного характера и их эффективного использования после очистки в водном хозяйстве.
Развитие экономики нашей страны, должно органично сочетаться с осуществлением необходимых мероприятий по охране и рациональному использованию земли, ее недр, водных ресурсов, растительности и животного мира.
Необходимо бережное отношение к материальным и сырьевым ресурсам, охраны природы.
1.
Водоотводящая сеть города
Необходимые данные для расчета водоотводящей сети.
Город расположен в Тверской области.
Плотность населения: 1 район - 400 чел/Га
2 район - 300 чел/Га
Степень благоустройства районов жилой застройки: здания оборудованы водопроводом, канализацией с централизованным горячим водоснабжением.
Удельная норма водоотведения: 1 район -230 л/чел.сут на 1 жителя
2 район - 250 л/чел.сут на 1 жителя
Город расположен по обеим берегам реки.
Характеристика грунтов - песчаные.
Наименование предприятия - металлургический завод.
На металлургическом заводе, в основном производстве, принята оборотная система водного хозяйства. На территории завода также имеется предприятие местной промышленности, сточные воды от которого сбрасываются в городскую водоотводящую сеть совместно с хозяйственно-бытовыми стоками. Расход сточных вод Qобщ=1800 м3/сут. Этот расход будет учтен в дальнейших расчетах очистных сооружений и насосной станции. Преобладающее направление ветров - Западное.
1.1 Система и схема водоотведения. Обоснование
Принимаем полную раздельную систему водоотведения.
Полная раздельная система водоотведения имеет несколько водоотводящих сетей, каждая из которых предназначена для отведения сточных вод определенного вида. Она имеет сети для отвода бытовых вод от города (бытовая сеть), производственных вод (производственная сеть) и дождевых вод (водостоки или дождевая сеть).
Наиболее сложными является водоотведение и очистка сточных вод промышленных предприятий, так как состав и свойства сточных вод зависят от специфики водных технологических и производственных процессов.
Производственные сточные воды перед поступлением в городскую сеть должны очищаться на локальных сооружениях до необходимого качества, требуемого согласно, [СНИП 2.04.03-85].
Применяем пересеченную схему водоотводящей сети. В соответствии с планировкой города и рельефом местности территория города разбита на 3 бассейна, от каждого из которых бытовые сточные воды по коллекторам отводятся в главные коллектора, расположенные вдоль берегов реки. Оба коллектора соединяются в один с помощью дюкера. Далее сточные воды поступают на насосную станцию с регулирующим резервуаром, откуда перекачиваются на очистные сооружения.
Очистные сооружения расположены за пределами города вниз по течению реки на расстоянии 500м от границы жилой постройки.
Основные элементы канализационной сети города: канализационные коллекторы, главный коллектор, канализационные насосные станции (районная, главная), напорные отводящие трубопроводы от ГНС, АРР-аварино-регулирующий резервуар, очистные сооружения канализации, водосбросный канал после очистных сооружений.
1.2 Расчетные расходы бытовых сточных вод от города
Для определения расчетных расходов бытовых сточных вод города вычисляем площади кварталов и районов.
Таблица 1.1
№ кв. F, Га № кв. F, Га № кв. F, Га № кв. F, Га № кв. F, Га
1 10,6 25 10,6 49 7,9 73 7,9 97 5,80
2 10,6 26 10,6 50 11,9 74 11,9 98 6,60
3 11,5 27 11,5 51 11,9 75 11,9 99 1,95
4 11,5 28 11,5 52 11,9 76 11,9 100 7,22
5 15,4 29 15,4 53 7,5 77 7,5 101 4,20
6 11,5 30 11,5 54 11,5 78 11,5 102 2,28
7 11,5 31 11,5 55 11,5 79 11,5 103 11,50
8 15,4 32 15,4 56 7,5 80 7,5 104 4,20
9 11,5 33 11,5 57 11,9 81 11,9 105 2,28
10 11,5 34 11,5 58 11,9 82 11,9 106 5,52
11 10,6 35 10,6 59 11,9 83 11,9 107 11,40
12 10,6 36 10,6 60 7,9 84 7,9 108 4,20
13 10,6 37 10,6 61 7,9 85 7,9 109 2,28
14 10,6 38 10,6 62 11,9 86 11,9 110 2,64
15 11,5 39 11,5 63 11,9 87 11,9 111 6,30
16 11,5 40 11,5 64 11,9 88 11,9 112 12,10
17 15,4 41 15,4 65 7,5 89 7,5 113 6,10
18 11,5 42 11,5 66 11,5 90 11,5 114 11,80
19 11,5 43 11,5 67 11,5 91 11,5 115 9,25
20 15,4 44 15,4 68 7,5 92 7,5 116 6,48
21 11,5 45 11,5 69 11,9 93 11,9 117 4,70
22 11,5 46 11,5 70 11,9 94 11,9 118 8,58
23 10,6 47 10,6 71 11,9 95 11,9 119 3,10
24 10,6 48 10,6 72 7,9 96 7,9
1 район 2 район
284,4 284,4 250,4 250,40 140,48
1 район 568,80 Га
2 район 641,28 Га
Итого: 1 210,08 Га
Средний суточный расход бытовых сточных вод от города
F - площадь, Га
P - плотность населения, чел/Га qб - удельное водоотведение, л/сут
С учетом степени благоустройства районов жилой застройки и рекомендаций [2] принимаем удельное водоотведение: qб для 1-го района - 230 л/сут, qб для 2-го района - 350 л/сут.
Общий средний суточный расход от города-
Средний суточный расход от предприятия местной промышленности - 1800м3/сут = 75м3/ч =20,83 л/с
Общий средний суточный расход от города и предприятия местной промышленности - 119664 1800= 121464 м3/сут.
Средний часовой расход от города составляет: = / 24 м3/ч
Для 1го района- = 52329,6 / 24 = 2180 м3/ч
Для 2го района- =67334,4 / 24 = 2805,6 м3/ч
Средний секундный расход от города составляет: = *1000/24*3600 л/с
Для 1го района- =52329,6*1000/24*3600 = 605,7 л/с
Для 2го района- =67334,4*1000/24*3600 = 779,3 л/с
Общий средний секундный расход от города: = 605,7 779,3= 1385 л/с
Общий средний секундный расход от города и предприятия местной промышленности: = 1385 л/с 20,83 л/с=1405,83=1406 л/с
Исходя из полученных данных, согласно [2,табл.2], максимальный коэффициент суточной неравномерности Kgen.max.=1.4, минимальный - Kgen.min.=0.7
Максимальный секундный расход от города и предприятия местной промышленности составляет: = * Kgen.махл/с
= 1406*1,4 = 1968 л/с
Максимальный часовой расход от города и предприятия местной промышленности составляет: = *3600
= 1968 *3600 = 7086 м3/час
Определим модуль стока:
1.3 Гидравлический расчет и построение продольных профилей водоотводящих сетей
Важнейший этап проектирования водоотводящей сети - гидравлический расчет трубопроводов.
Задача гидравлического расчета водоотводящей сети состоит в определении диаметров и уклонов труб, скоростей движения и наполнения воды в них. Далее следует построение продольного профиля проектируемого коллектора.
1.3.1 Гидравлический расчет сети.
Определим расчетные расходы для каждого участка сети. Используем метод расчета по тяготеющим площадям.
Модули стока для районов города: , Попутный расход - .
Расчетный расход сточных вод на отдельном участке сети:
Определим расчетные расходы в обоих районах города.
Расчет заключается в определении диаметра трубопровода, уклона и параметров его работы: наполнения и скорости. Расчет производим по формуле Н.Н. Павловского, используя таблицы Лукиных.
Минимальные расчетные скорости движения сточных вод, минимальные уклоны и максимальные наполнения труб и каналов принимаем в соответствии с [2, п.2.33-2.37, табл.16] Минимальную глубину заложения трубопроводов и их соединения - в соответствии с [2, п.4.7 и 4.8]
Для диаметров менее 500 мм выбираем трубы керамические канализационные (ГОСТ 282-82) с внутренним диаметром 150-600мм через каждые 50мм.
Для диаметров от 600 до 2000мм принимаем трубы железобетонные безнапорные (ГОСТ 6482.0-79 с изм.) диаметром 600-800-1000-1200-1500-2000мм.
В колодце № 5 резко изменяется скорость воды, для гашения скорости потока воды в соответствии с [2, п. 4.26] устраиваем перепадной колодец шахтного типа в виде стояка сечением не менее сечения подводящего трубопровода (500мм). В колодце над стояком предусматриваем приемную воронку, под стояком - водобойный приямок с металлической плитой в основании.
В точке № 22 располагаем РНС, так как дальнейшее заглубление коллектора экономически нецелесообразно и технически сложно.
При проектировании водоотводящей сети: 1. Необходимо обеспечить условия самоочищения сети, т.е. скорости движения сточных вод на любом участке сети не должны быть меньше минимально допустимых для принятого диаметра труб.
2. Необходимо обеспечить возможность самотечного присоединения всех боковых линий.
3. Необходимо обеспечить наименьшую по техническим условиям глубину заложения сети.
4. Необходимо уменьшить количество насосных станций.
1.3.2 Расчет дюкера
В результате расчета главных коллекторов районов города получаем: Расходы сточных вод в последнем узле: 1 район - 913,19 л/с. - 2 район - 1153,15 л/с.
Отметка лотка трубы в последнем узле: 1 район - 98,279 м. - 2 район - 96,422 м.
Разница в отметках - 1,857 м.
Для объединения расходов сточных вод от обоих районов города для подачи их на очистные сооружения необходимо соединить главные коллектора 1-го и 2-го районов. Имеется естественное препятствие в виде реки. Пересечение реки выполняем в виде дюкера с устройством верхней камеры на правом берегу реки (район №1).
Дюкер - это напорный трубопровод, соединяющий два самотечных трубопровода. Глубина заложения подводной части - не менее 0,5 м до верха трубы.
Принимаем 2 рабочих нитки дюкера и рассчитываем их на пропуск половины расхода: Диаметр труб определяется исходя из условия обеспечения самоочищающих скоростей V?1м/с.
Принимаем d=800мм. n = 0.013 - коэффициент шероховатости стальных труб.
По таблицам Павловского получаем V=1,22м/с,i=0.0023
Потери напора в дюкере: L = 550м. i * L = 0.0023*550=1,27м
Сопротивление на входе в дюкер:
Сопротивление на выходе из дюкера: , меньше 0, значит, не учитываем.
Сопротивление в закруглениях 4 отводов по 10°. hзакр=4*0,00115=0,0046
В итоге полное сопротивление в дюкере: Dh=1.27 0.065 0.0046=1.34 м, что меньше разницы в высотных отметках лотков трубопроводов.
При прохождении через дюкер сточная вода испытывает сопротивление трения при движении по трубам и ряд добавочных местных сопротивлений: при входе в дюкерную трубу, при выходе из нее и при прохождении через повороты, обуславливаемые очертанием дюкера.
2.
Расчет главной насосной станции системы водоотведения
Проектируемая насосная станция системы водоотведения населенного пункта забирает воду из приемного резервуара и подает ее по водоводам на очистные сооружения.
В месте расположения насосной станции залегают преимущественно пески.
Напряжение тока в сети энергоснабжения - U=10 000 В
Проектное (среднее за год) суточное поступление сточных вод на насосную станцию составляет - 121464 м3/сут.
На основании анализа исходных данных и требований согласно, [СНИП 2.04.03-85] - проектируется насосная станция 1 категории, совмещенная с приемным резервуаром; строительство подземной части станции предусматривается методом опускного колодца.
Схема станции выбирается по типовым проектам, а ее размеры и оборудование уточняются по расчетным и справочным данным о количестве и марках насосных агрегатов, запорно-регулирующей арматуры, по параметрам трубопроводов и другого технологического оборудования.
2.2 Расчетный приток сточных вод
Подача насосной станции назначается исходя из расчета канализационной сети.
Расчетный расход составляет: с учетом общего коэффициента неравномерности притока сточных вод.
-
среднее за год суточное поступление сточных вод, м3/сут.
Кобщ.=1,4 - общий коэффициент неравномерности, согласно [2, стр.3.]
Принимая во внимание, что сточные воды поступают на станцию неравномерно по часам суток, регулирующая емкость приемного резервуара имеет пределы (см. типовые проекты), состав оборудования насосной станции не известен, предварительно минимальный объем регулирующей емкости приемного резервуара определяется по формуле: Wприт = Qприт/n [1 - Qприт/Qmax.час ], где
n- максимально-допустимое количество включений насоса в час.
Включения и отключения насосов в течение часа позволяют сократить объем приемного резервуара. Вместе с тем подобный режим работы насосов усложняет эксплуатацию насосной станции и оказывает неблагоприятное влияние на ее электрооборудование.
При мощности электродвигателя N> 50 КВТ рекомендуется принимать не более З-х включений насосного агрегата в час.
Принимая во внимание вышесказанное: Wрег = 0,5? 7086 / 3? [1 - 0,5 ? 7086 / 7086 ] = 612 м3
Окончательный объем приемного резервуара выбирается после подбора насосных агрегатов и компоновки насосной станции.
Количество насосных агрегатов определяется на этапе анализа графика притока сточных вод и режима работы насосной станции по часам суток, с учетом возможности обеспечения этого режима существующими марками насосов.
Количество напорных водоводов принимается не менее 2[2], поскольку категория надежности насосной станции - 1.
2.3 Определение подачи и числа насосов, регулирующей емкости приемного резервуара
Подача каждого насоса и количество насосов на насосной станции назначаются в зависимости от режимов поступления сточных вод, условий совместной работы насосов, водоводов, регулирующих емкостей и очередности ввода в действие объекта.
Предварительно принимаем однотипные насосные агрегаты на насосной станции в целях упрощения эксплуатации НС. [8]
Подача насосной системы водоотведения принимается равной максимальному часовому притоку сточных вод: Qнас.ст. = 6,02% от Qcyt.
Если допускать, что на насосной станции достаточно установить 3 однотипных рабочих насоса, то подача отдельно работающего насоса составит: Q1 = ( Qнас.ст. / m) * kp= (6,02: 3) * 1,18 = 2,36%, где: кр - коэффициент, учитывающий увеличение подачи насоса при отключении из работы одного насоса (см. табл. 1);
m- количество рабочих насосных агрегатов.
Коэффициенты, учитывающие увеличение подачи насосной станции при отключении из параллельной работы насосов.
Таблица 2.1
К-во насосов, m 1 2 3 kp 1,11 1,18 1,25
При анализе графиков притока и откачки сточных вод по часам сутокустанавливается, что достаточное количество рабочих насосных агрегатов на насосной станции равно m = 3.
Графиком поступления сточных вод обосновывается, что насосная станция может откачивать 3мянасосами стоки, поступающие в час максимального притока, а 1 насосом - стоки, поступающие в час минимального притока. При поступлении стоков в количестве 50% от Qmakc.час. - их откачивают 2 насоса.
Предварительно минимальная регулирующая емкость приемного резервуара была выбрана в пределах: Wрег= 612м3 = 0,5% от Qcyt.
Принимая во внимание результаты выполненного выше анализа, расчетные подачи насосной станции будут равны: при работе одного насоса: QI= 2,36% от Qcyt или Q1=(121464 ? 2,36) / 100 = 2875 м3 \ час = 799 л/с;
при совместной работе двух насосов: Qi ii=Q1?2?0,9=5175 м3/ч= 1438 л/с. при совместной работе трех насосов: Qi ii III= Q1?3?0,85=7331 м3/ч=2037 л/с.
Общее количество насосных агрегатов на насосной станции, согласно требованиям [2, табл.21], принимается равным: m n= 3 2 =5 насосных агрегатов, где: m -число рабочих агрегатов;
n -число резервных агрегатов.
2.4 Определение расчетного напора насосной станции
Полный рабочий напор насосов определяется для режима наибольшего притока воды, т.е. когда насосная станция должна подавать 2037 л/с, а каждый насос - Q = 799,0 л/с,по формуле: Н=Нг h hзап,, где:
Zoc - отметка уровня воды на очистных сооружениях, Zoc = 108 м;
Zp -минимальная отметка уровня воды в приемном резервуаре; Zp = 94,96 м;
h = hвс hнап hвс -потери напора на пути движения жидкости во всасывающем трубопроводе, м;
hнап -потери напора в напорном трубопроводе, м;
hзап =1-запас на излив жидкости из трубопровода, м. hв.с. = i? L ? 1,2 1,5 hнач = i?L? 1,1 2, где: 1,5 и 2 м - потери напора в коммуникациях насосной станции всасывающей и напорной линий;
1,2 и 1,1-коэффициенты, учитывающие местные сопротивления в напорном и всасывающем трубопроводах.
Диаметры всасывающих и напорных трубопроводов насосной станции определяют по экономическим скоростям, которые в свою очередь назначаются по данным таблицы 2.
Таблица 2.2
Dусл, мм V, м / c
Всасывающий трубопровод Напорный трубопровод
<250 0,6-1 0,8-2
300 - 800 0,8-1,5 1-3
>800 1,2-2 1,5-4
При определении диаметра всасывающего трубопровода насоса учитывается, что насос имеет свою, не связанную с другими насосами, всасывающую линию (трубопровод). На насосной станции совмещенного типа длина всасывающей линии практически L® 0 и потери напора незначительны.
Действительно, если признать для всасывающей линии каждого насоса стальные трубы и расчетную скорость движения воды Vвс<1,5 м/с (в пределах насосной станции все трубопроводы проектируются стальными), то по таблицам для гидравлического расчета трубопроводов определим: при Qвод = 799 л/с, D = 900 мм, V = 1,25 м/с, 1000 i = 1,95, hвсас.® 0 м, здесь потери во всасывающей линии практически отсутствуют (h< 0,5 м).
Напорные трубопроводы проектируются с учетом экономического фактора Э, который учитывает район строительства объекта, стоимость электроэнергии, транспортные затраты и другие факторы.
Насосная станция строится в Тверской области с умеренным континентальным климатом. Напорные водоводы укладываются на глубину: Н = Нпр. 0,5м= 1,3 0,5 = 1,8 м, В этой связи, для строительства напорных водоводов предусматривается применение стальных труб с внутренним цементно-песчаным покрытием, (пластмассовые трубы не выдержат статических нагрузок).
Согласно [2, п.5.8], число напорных трубопроводов от насосных станций первой категории необходимо принимать не менее двух с устройством в случае необходимости между ними переключений для обеспечения пропуска 100%-ного расчетного расхода в случае аварии на одном из них.
Принимаем в расчете два напорных трубопровода.
По таблицам для гидравлического расчета труб под редакцией Шевелева Ф.А., определим: Э=0,75, Дэ =1000 мм, i=0,00147, V = 1,29 м/с, где: i=А * Q2 * К, А= 0,001447[7, по табл.3], К=0,98[7, по табл.4]. расчетный расход по одному водоводу равен: Q = 1018,7 л/с, длина напорного водовода - L=900 м, скорость воды в напорном водоводе -V=1,29 м/с.
Тогда потери напора в напорном водоводе и насосной станции будут равны: hпот= 0,00147 ? 1,1 ? 900 2 =3,46 »3,5 м.
Полный расчетный напор насосной станции или каждого насоса, при их совместной работе на водоводы, рассчитываются по формуле: Н1 = Нг h hзап = 13,04 1 3,5 = 17,54 м » 18 м, где: Нг= 13,04 м hзап = 1 м
2.4 Предварительный подбор насосов и электрических двигателей
Выбор марки насоса осуществляем по каталогу насосов с учетом параметров: Qнас. =799 л\с, Н=18 м, N = 799 ? 18 ? 1 ? 1,15 / (102 ? 0,8 ?1) = 191 КВТ.
Данные параметры соответствуют характеристике погружного насоса для перекачивания сточных вод марки FLYGTCP 3400 с электродвигателем N 160 КВТ, вес агрегата - 3950 кг, U= 0,4КВ, n= 735об\мин.
Здесь паспортные данные электродвигателя меньше расчетных параметров, полученных выше по формуле: N = Q? Н ?g?k \(102 ?hпр?hн,), где:
Q - подача насоса, м3/с; Н - напор, м; g - объемный вес жидкости, 1000 кг/м3; hпр- КПД привода = 1; hн - КПД насоса =0,8; k-коэффициент запаса, принимается по табл. 3
Таблица 2.3
Мощность N КВТ 300 k 1,25 1,2 1,15 1,1
Недогрузка двигателя по мощности составляет: N= 190 - 160 = 30 КВТ или 16 %, что меньше допустимых 20-40 % (уровень кратковременной недогрузки или перегрузки энергооборудования).
Окончательный выбор электродвигателя, также как и самого насоса (количество насосов), будет проведен после проверки работы насосной станции на случай подъема воды в час максимального притока, возможности подачи воды при аварии на водоводах.
Проверка работы насосов в разных режимах производится по характеристикам совместной работы насосов и водоводов.
2.5 Построение характеристик насосов и водоводов при их совместной работе
Характеристики насосов вычерчиваются на графиках по паспортам выбранных марок насосов. Характеристика параллельно работающих однотипных насосов строится методом сложения подач Qi (каждого насоса) при напорах Ні(линии равных напоров проводятся с произвольно выбранным шагом DH).
h=I?L?k Нзап=SQ2, принимается в целях соблюдения единства функциональной зависимости при построениях Н-Q и характеристики водоводов;
S=h/Q2
-удельное сопротивление трубопровода;
h=SQ2 = 3,5(4,2) м - потери напора в трубопроводе (посчитаны ранее);
i = 1, 2, 3 … - последовательность итерационных расчетов.
Удельное сопротивление напорного водовода при нормальном режиме: S = 3,5 / (1,019)2 = 3,37
Построение характеристики водовода по формуле Ні= Нг SQ2i выполняется итерациями по точкам, при каждом значении Qi.
Величины hi =SQI2 приведены в таблице 4
Таблица 2.4
Q, м3/с Q 2, м3/с S=3,37 h=Si *Q2, м H=Нг h, м
0,1 0,01 3,37 0,03 14,07
0,2 0,04 3,37 0,13 14,17
0,4 0,16 3,37 0,54 14,58
0,6 0,36 3,37 1,21 15,25
0,8 0,64 3,37 2,16 16,20
Q, м3/с Q 2, м3/с S=3,37 h=Si *Q2, м H=Нг h, м
1 1 3,37 3,37 17,41
1,2 1,44 3,37 4,85 18,89
1,4 1,96 3,37 6,61 20,65
1,6 2,56 3,37 8,63 22,67
1,8 3,24 3,37 10,92 24,96
2 4 3,37 13,48 27,52
Если перенести на график совместной работы насосов и водоводов ординаты Ні=Нг hiдля расходов Qiпо одному водоводу, то получим точки, по которым строится характеристика SQ2одного водовода. Характеристика 2SQ2для двух водоводов и 3SQ2для трех водоводов строится методом сложения подач при равных напорах.
Точка пересечения характеристик H-Q1 2 3 и 2SQ2 расположилась в области, превышающей расчетные значения Qpac и Нрас (т.е. 2240>2037л/с, а 18,3>17,5 м).
Чтобы избежать избыточных потерь DN=N -Npac энергии, необходимо предусмотреть регулирование насосов по подаче и напору.
Обточка рабочего колеса позволяет изменить параметры Н - Q насоса для одного режима его работы. Более совершенный метод регулирования подачи и напора насоса - это изменения частоты вращения колеса насоса, при изменении скорости вращения ротора электродвигателя.
Изменять скорость вращения ротора электродвигателя можно следующими способами: а) параметрическим - изменением сопротивлений обмоток ротора или статора (введением реостатов в цепи ротора, или статора) или изменением прикладываемого напряжения. Регулирование осуществляется вниз от основной скорости. Диапазон регулирования зависит от нагрузок. Потери в роторной цепи пропорциональны скольжению;
б) частотным - изменением частоты f (напряжения U) подводимого к двигателю тока с помощью преобразователя частоты. Изменение частоты и напряжения связаны соотношением U2/U1 = f2/f1 при постоянном нагрузочном моменте;
Применяя частотный способ, удастся получать работу двигателя с примерно постоянными значениями h и Cosj, причем скольжение не зависит от частоты и нагрузочного момента. в) изменением числа пар полюсов - осуществляемого либо переключением обмоток статора, либо введением дополнительных обмоток, а также переключением обмоток статора с треугольника на звезду. Этот способ позволяет изменить число оборотов ротора двигателя ступенчато, что для привода насоса неудобно;
г) способом каскадного включения дополнительного двигателя в цепь ротора, при котором дополнительная машина возвращает энергию скольжения (при изменении числа оборотов ротора основной машины) на вал основной машины или в сеть, питающую двигатель.
Различают электромеханический и электрический каскады.
Существо этого способа заключается в том, что в цепь ротора асинхронного двигателя вводится, с помощью дополнительной машины, добавочная электродвижущая сила с частотой, совпадающей с частотой ротора. При согласованном включении скорость повышается, при встречном - понижается. Для привода насосного агрегата может быть использован электрический каскад;
д) применением коллекторных двигателей;
е) применением электромагнитных муфт скольжения;
ж) применением гидромуфт.
Выбранный выше погружной насос с электродвигателем имеет преобразователь частоты тока. Поэтому в проекте принимается частотный метод регулирования подачи и напора насоса.
Подача Q и напор Н насоса изменяются при изменении числа оборотов колеса насоса с n на n1 в соответствии с зависимостями:Q/Q1 = n
1; H/H1=(n
1)2 или H = Q2?H1/Q21- уравнение параболы с вершиной в начале координат.
(n
1)2-назначается в зависимости от требуемого отношения (Q/Q1)2 ИЛИН/H1.
Принимая во внимание условие: k = H1 /Q21 = 17,5/ 0,7992 = 27,41 выполняется построение параболы Н=27,41?Q2, по которой смещаются расчетные значения Н и Q при подобных режимах.
Построение измененной характеристики H- Q1 по отношению к первоначальной характеристике Н - Q насоса осуществляется в следующей последовательности: на характеристике водоводов 2SQ2найдем точку “А”, которая соответствует расчетным значениям подачи и напора насосной станции;
проведем горизонталь из точки “А”;
- отложим на горизонтали, начиная от оси ординат, расчетную величину
Q1=Qнас.стан/m, где: m=3 - количество насосов, работающих параллельно и получим точку “В” с координатами: Q =680 л/с, Н= 17,5 м.
- Точка “В” соответствует параметрам характеристики насоса с измененным числом оборотов n1.
Ранее было отмечено, что при подобных режимах работы насоса, когда частота оборотов колеса меняется с n на n1, на графике расчетные параметры насоса Н и Q смещаются по кривой Н=k?Q2. Чтобы найти точку на первоначальной характеристике Н-Q, с координатами, пропорциональными точке “В”, построим кривую соответствия режимов работы насоса по уравнению: Н=27,41Q2. Данная кривая пересекается с характеристикой Н-Q в точке “С” с координатами: Qc =790л/с, Нс=17 м.
1 = 735/633 = 1,161, аналогично: “k2 “= Н/Н1=17,5/17,0=1,029 ?1,1612- это несоответствие обусловлено неточностью графических построений и рядом допущений, который содержит “закон пропорциональности”.
Выполняя аналогичные построения для других (произвольно выбранных) точек кривой Н-Q можно найти ряд точек, соответствующих кривой H1 - Q1 при числе оборотовn1=721 об/мин.
Таблица 2.5
“k”=1,161 т. 2 т.3 т.4
“k2”=1,029 Н, м Qm3/с м/с Н, м Q, м3/с м/с Н, м Qm3/с n = 720 19,2 0,700 16,8 0,800 13,5 0,900 n1= 721 18,66 0,603 16,33 0,689 13,12 0,775
Таким образом, меняя число оборотов колеса (вала) насоса можно регулировать подачу и напор насоса в оптимальных пределах.
Для уточнения режима работы насосной станции, у которой энергетические параметры насосов будут соответствовать данным графических построений, составляется таблица баланса поступлений и откачки сточных вод при выбранной емкости.
Wрег=312м3= 0,5% от Qcyt.
Примечание: Q1 = 890л/с=3204м3/час=1,82% Qcyt.
QI II = 1602л/с=5767м3/час=3,28%, QI II=III = 2269,5л/с=8170м3/час=4,64%, QI II=III IV = 2848л/с=10253м3/час=5,82%, Wp = 0,5%
Время работы насосов по минутам в часы суток рассчитываются: с 0-1 час 2,2 = 2,36 x,x = 0,93 или 1 насос - 56 мин с 6-7 час 3,7 = 2,36x 4,25(1-х), x = 0,29 или 1насос- 17 мин, 2насоса- 43 мин. с 7-8 час 5,6 = 4,25x 6(1-x), x=0,23 или 2насоса-14мин, а 3насоса - 46мин с 8-10 час 3 насоса на 2 водовода полный час. с 10-11 час4,5 = 4,25x 6(1-x), x =0,86 или, 2 насоса -51 мин, а 3насоса - 9мин.
Таблица 2.6
Баланс поступления и откачки сточных вод
Часы суток Приток, % Откачка, % Поступление в резервуар Поступление из резервуара W рег., % Число и время работы насосов, минут
1 2 3 4
0-1 1,71% 1,71% 0,15% 56
1-2 1,70% 1,70% 0,14% 56
2-3 1,70% 1,70% 0,14% 56
3-4 1,70% 1,70% 0,13% 56
4-5 1,71% 1,71% 0,14% 56
5-6 4,38% 4,38% 0,14% 60 60 54
6-7 5,76% 5,76% 0,14% 60 60 60 57
7-8 5,77% 5,77% 0,14% 60 60 60 57
8-9 5,81% 5,82% 0,01% 0,14% 60 60 60 60
9-10 5,81% 5,82% 0,01% 0,13% 60 60 60 60
10-11 5,81% 5,82% 0,01% 0,12% 60 60 60 60
11-12 5,22% 5,22% 0,13% 60 60 60 30
12-13 4,23% 4,23% 0,13% 60 60 42
13-14 5,81% 5,82% 0,01% 0,11% 60 60 60 60
14-15 5,81% 5,82% 0,01% 0,11% 60 60 60 60
15-16 5,81% 5,82% 0,01% 0,12% 60 60 60 60
16-17 5,78% 5,82% 0,04% 0,08% 60 60 60 60
17-18 5,77% 5,82% 0,05% 0,03% 60 60 60 60
18-19 5,18% 5,03% 0,15% 0,18% 60 60 60 20
19-20 4,78% 4,78% 0,18% 60 60 60 7
20-21 4,29% 4,29% 0,18% 60 60 45
21-22 1,81% 1,82% 0,01% 0,17% 60
22-23 1,81% 1,82% 0,01% 0,16% 60
23-24 1,81% 1,82% 0,01% 0,15% 60
100,00% 100,00% 0,15% 0,15% 0,18% 1 420 960 921 651 колво минут часов
1 насос 1 420 24
2 насоса 960 16
3 насоса 921 15
4 насоса 651 11
3 257 54 с 00-05 час1 насос на 1 водовод 56 минут с 05-06 час4,38 = 1,82x 4,64(1-x), x =0,09 или 2 насоса - 6 мин, а 3 насоса - 54 мин с 06-08 час5,76 = 4,64x 5,82(1-x), x =0,05 или 3 насоса - 3 мин, а 4 насоса - 57 мин с 08-11 час4 насоса на 2 водовода полный час. с 11-12 час5,22 = 4,64x 5,82(1-x), x =0,5 или 3 насоса - 30 мин, а 4 насоса - 30 мин с 12-13 час4,23 = 3,28x 4,64(1-x), x =0,3 или 2 насоса - 18 мин, а 3 насоса - 42 мин с 13-17 час4 насоса на 2 водовода полный час. с 18-19 час5,03 = 4,64x 5,82(1-x), x =0,66 или 3 насоса - 40 мин, а 4 насоса - 20 мин с 19-20 час4,78 = 4,64x 5,82(1-x), x =0,88 или 3 насоса - 53 мин, а 4 насоса - 07 мин с 20-21 час4,29 = 3,28x 4,64(1-x), x =0,25 или 2 насоса - 15 мин, а 3 насоса - 45 мин
2.6 Проверка подачи насосной станции при аварии
Согласно требованиям [2, п.5.8], насосная станция должна обеспечить подачу воды 100% от Qpac. на очистные сооружения при аварии на одном из водоводов.
Избежать недопустимого снижения подачи воды насосной станции возможно устройством переключений на водоводах (водоводы делятся на ремонтные участки с переключениями между ними) и установкой дополнительного насосного агрегата.
Требуемое количество переключений на водоводах можно рассчитать.
Выразим удельное сопротивление водоводов при аварии в долях от удельного сопротивления водоводов в период нормальной их работы S: Sa =a* S,где:а= (z 3) / z z - число ремонтных участков на каждом из водоводов.
Известно, что: h = S?Q2;ha = Sa?Q2a.
При нормальном режиме: h = 3,1м, Q = 2037 л/с = 2,037 м3/с, S = 3,1 / 2,0372 = 0,747
При аварии на водоводах, исходя из характеристик выбранных насосных агрегатов, необходимо и достаточно, чтобы: ha= 5,0 м, Qa = 2037 л/с = 2,037 м3/с., тогда: Sa = 5,0 /2,0372 = 1,2; a = Sa/ S = 1,2/0,747= 1,61; 1,61 = (z 3) / z, z~5.
Предусматривая z =5, разделяя водоводы на 6 ремонтных участков, фактическая величина Sa будет равна:
Характеристика водоводов ha = Sa?Q2апри аварии может быть построена по точкам, координаты которых рассчитываются по уравнению: Н= Нг ha.
Таблица 2.7
Q, м3/с Q 2, м3/с S=1,2 h=Si *Q2, м H=Нг h, м
0,1 0,01 1,2 0,02 14,05
0,2 0,04 1,2 0,05 14,09
0,4 0,16 1,2 0,2 14,23
0,6 0,36 1,2 0,44 14,47
0,8 0,64 1,2 0,78 14,81
1 1 1,2 1,21 15,24
2 4 1,2 4,81 18,84
В точке "Д" пересекаются характеристики насосной станции и водоводов, если перекрывается один из ремонтных участков при аварии на водоводах. По графику видно, что проектируемые при строительстве водоводов мероприятия позволят выполнить требование: Qa? 2037 л/с.
Список литературы
1. САНПИН № 2.1.5.980-00. "Гигиенические требования к охране поверхностных вод".
2. СНИП 2.04.03 - 85 «Канализация. Наружные сети и сооружения»; М.: Стойиздат, 1996.
3. Яковлев С.В., Воронов Ю.В. «Водоотведение и очистка сточных вод». Учебник для вузов, 2е изд.: - М.: АСВ, 2004.
4. Канализация населенных мест и промышленных предприятий. «Справочник проектировщика», под ред. В.М. Самохина. Изд. 2-е. М.: Стройиздат, 1981.
5. Лукиных А.А., Лукиных А.Н. «Таблицы для гидравлического расчета канализационных сетей и дюкеров по формуле акад. Н.Н. Павловского». - М.: Стойиздат, 1987.
14. С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, Ю.М. Ласков, Ю.В. Воронов. "Водоотводящие системы промышленных предприятий"- М.: Стройиздат,1990.
15. Е.А. Пугачев, С.Е. Алексеев, «Методические указания к выполнению курсового проекта по водоотводящей сети для студентов специальности 2908.00 «Водоснабжение и водоотведение», Москва, МГСУ, 1998г.
16. И.С. Туровский «Обработка осадков сточных вод». - Изд.2-е. М.: Стройиздат, 1982.
17. В.И. Алексеев, Т.Е. Винокурова, Е.А. Пугачев, "Проектирование сооружений переработки и утилизации осадков сточных вод с использованием элементов компьютерных информационных технологий".
18. ЕНИР. Сборник Е2. Земляные работы. Выпуск 1. Механизированные и ручные земляные работы. М., Стройиздат, 1989.
19. ЕНИР. Сборник Е4. Здания и промышленные сооружения. Выпуск 1.
20. ЕНИР. Сборник Е8. Отделочные работы. Выпуск 1. Отделочные покрытия строительных конструкций. М., Строеиздат,1987.
21. ЕНИР. Сборник Е11. Изоляционные работы. М., Стройиздат,1988.
22. СНИП 23-05-95 Естественное и искусственное освещение. Минстрой России. ГП ЦПП, 1995.
23. СНИП 21-09-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений.
24. А.П. Шальнов, Г.И. Яковлев «Технология и организация строительства водопроводных и канализационных сетей и сооружений», - М.: Стройиздат, 1981.
25. С.С. Атаев, Н.Н. Данилов и др. Технология строительного производства. М., Стройиздат,1984.
27. Монтаж сборных и устройство монолитных железобетонных конструкций. М., Стройиздат 1987.
28. Пособие по объему и содержанию технической документации внеплощадочных систем водоснабжения и канализации (к СНИП 2.04.02.-84 и 2.04.03.-85), Союзводоканалпроект Госстроя СССР Москва 1988г.
30. Безопасность труда в строительстве (Инженерные расчеты по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности») под редакцией проф., д.т.н. Д.В. Коптева. - М.: «Ассоциации Строительных Вузов», 2003.
31. Правила эксплуатации электроустановок потребителей. - М.: Энергоиздат, 1993.
32. Экономика водопроводно-канализационного строительства под ред. С.М. Шифрина. Изд.2-е. М.: Стройиздат. 1982.
33. М.А. Пищиков, Л.Л. Калинина «Экономика проектных решений систем водоснабжения и водоотведения», Москва, МИСИ, 1991г.
34. Е.А. Пугачев, Е.В. Алексеев «Методические указания к выполнению дипломного проекта по водоотведению и очистке сточных вод для студентов специальности 2908.00 «Водоснабжение и водоотведение», Москва, МГСУ, 2004г.
35. Е.В. Алексеев, Т.Г. Федоровская, О.Я. Маслова, В.П. Саломеев, «Методические указания к разработке курсового проекта “Очистка городских сточных вод” для студентов специальности 2908.00 «Водоснабжение и водоотведение», Москва, МГСУ, 2004г.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
