Анализ совместной работы насосов и водоводов

6.1. Установление режима работы насосной станции при из­менении уровня воды в источнике и резервуаре башни

На режим совместной работы насосов и напорных водоводов значительное влияние оказывает колебание уровней воды в источ­нике и напорном резервуаре башни.

Из рис. 11 следует, что наиболее неблагоприятный режим в работе насосов и водоводов отмечается, когда уровень воды в ис­точнике минимальный, а в резервуаре водонапорной башни - мак­симальный, а также когда уровень в источнике максимальный, а в напорном резервуаре - минимальный. В указанных вариантах величина колебания статического напора изменяется от максималь­ного значения Н_ст^макс в первом случае, до минимального значения Н_ст^мин во втором. Но колебания Н_ст приведут к изменению поло­жения характеристики водовода, которая при этом пересечёт харак­теристику насоса в двух крайних точках А и В (см. рис. 11). В связи с этим основная задача проектировщика — “удержать” точки А и В в пределах допустимой экономической работы принятого насоса, т. е. с высоким КПД.

 

Для нашего примера:

Н_ст^макс= Z_макс.б-Z_р^мин=431,51-396= 35,51 м,

где Z_макс.б - отметка максимального уровня воды в резервуаре башни (14);

Z_р^мин – отметка минимального уровня воды в резервуаре чистой воды (из задания).

Н_ст^мин= Z_min-Z_р^макс=425,62-404= 21,62 м,

где Z_min - отметка минимального уровня воды в резервуаре башни, которую можно вычислить по геометрическим размерам бака, а именно:

Z_min=Z_макс.б-h_р=Z_макс.б-4·W_p/(p·D_р²)=431,51-4·462/(3,14·10²)=425,62 м;

h_р – высота слоя воды регулирующего объёма в баке башни, м;

W_p,D_р – регулирующий объём (12), м³, и диаметр бака башни (табл. 4), м, соответственно.

Z_р^макс – отметка максимального уровня воды в резервуаре чистой воды (из задания).

а)

 

Рис. 11. Характеристика системы насосы-водоводы при изменении уровня воды в резервуаре: а) теоретическая схема; б) схема к приведенному расчету

 

б)

 

Продолжение рис. 11

 

Анализируя график на рис. 11б можно сделать вывод, что работа насоса Д800-57 на напорный водовод при Н_ст^мин будет осуществляться вне зоны оптимального КПД. Предлагаем для оптимизации применить насос Д1250-65 с диаметром рабочего колеса 430 мм (см. приложение 2 и каталог насосов). Также для данного насоса необходимо выполнить либо снижение частоты вращения, либо обточку рабочего колеса для снижения кривой Q-H до расчётных параметров Q_p, H_тр. В курсовом проекте выполнить самостоятельно.

 

Работа насосной станции и

водонапор­ной башни при пожаротушении

Подачу расчётного расхода воды на тушение пожара Q_пож следует предусматривать в час максимального водопотребления по табл. 3 и формуле (10).

При тушении пожара свободный напор в диктующей точ­ке сети может снижаться до 10 м. В то же время пропуск увеличенного при пожаре расхода сопровождается ростом гидравлических сопротивлений в сети. При схеме с водонапорной башней в начале сети, если пьезометрическая линия у башни окажется выше дна башни, при опорожнён­ном баке часть пожарного расхода может поступать во вре­мя пожара в башню, а не к месту пожара. Во избежание этого башню приходится отключать (рис. 12).

Рис. 12. Схема отключения водонапорной башни

при пожаре

 

Подача насосной станции при пожаре с отключенной водонапорной башней определяется по формуле

Q^п_нс=q_ч.max+Q_пож, (42)

где q_ч.max - максимальный часовой расход из табл. 2 (1815/3,6=504,17 л/с);

Q_пож - пожарный расход, определяемый по формуле (10) (75 л/с).

Q^п_нс=504,17+75=579,17 л/с.

Без отключения башни:

Q^п_нс=Q_р+Q_пож, (43)

Q^п_нс=453,75+75=528,75 л/с.

 

Башня в начале сети долж­на отключаться при усло­вии

Z^п+h^п_с>Z_max.б-h_р, (44)

где Z^п - пьезометрическая отметка в диктующей точке сети при пожаре; Z^п = Z_д.т+10=412 (из задания)+ 10=422 м;

h^п_с - гидравлические потери в городской во­допроводной сети при пожаре (из задания 58 м);

Z_max.б - отметка максимального уровня воды в башне, определяемая по (14) и составляющая для нашего примера 431,51 м;

h_р - высота резервуара башни, принимаемая по табл. 4, в нашем случае – 7 м;

422+58>431,51-7

Действительно, в нашем примере в случае возникновения пожара башню следует отключать. Следовательно, расход насосной станции при возникновении пожара Q^п_нс составит 579,17 л/с (42).

 

Требуемый напор насосов при пожаре оп­ределяют по формуле

Н^п=Н^п_ст+h^п_в+h^п_к+h^п_н+h^п_с , (45)

где

Н^п_ст=Z^п-Z_р.min, (46)

здесь Z_р.min - минимальный уровень воды в резервуаре чистой воды (задание), м;

Z^п – см. формулу (44);

Н^п_ст – статический напор при пожаре, м;

h^п_в – потери во всасывающей линии при пожаре, м;

h^п_н – потери в напорной линии при пожаре, м;

h^п_к – потери в коммуникациях насосной станции (трубопроводы, водомер и т.д.) при пожаре, м;

h^п_с – потери в сети при пожаре (задание), м.

 

Выполним расчёт для нашего примера.

Н^п_ст=422-396=26 м.

При диаметре всасывающего трубопровода 700 мм (п. 4.1), состоящего из двух линий, длина которых 30 м (задание), потери h^п_в определятся по (40). Значение 1000i принимаем по таблицам Шевелёвых для Q^п_нс/2 (две параллельные линии).

h^п_в=1000i·l_в·1,15/1000=0,881·30·1,15/1000=0,03 м.

При диаметре напорного трубопровода 450 мм (п. 4.2), состоящего из двух линий, длина которых 2000 м (задание), потери h^п_н определятся по (39). Значение 1000i принимаем по таблицам Шевелёвых для Q^п_нс/2 (две параллельные линии).

h^п_н=1000i·l_н·1,1/1000=9,4·2000·1,1/1000=20,68 м.

Потери напора в коммуникациях насосной станции h_к в (41) были приняты 2 м. Увеличение потерь напора при повышении расхода от Q_р до Q^п_нс можно принять пропорционально квадрату увеличения расхода.

h^п_к=(Q^п_нс/Q_р)²·h_к=(579,17/453,75)²·2=3,28 м.

Подставляем полученные компоненты в (45):

Н^п=26+0,03+3,28+20,68+58=107,99» 108 м.

Режим работы насосной станции при пожаротушении следует устанавливать по графику совместной работы насо­сов и трубопроводов. Характеристика трубопроводов стро­ится путем определения требуемых напоров по формуле (41).

Возможны три варианта режимов работы насосной стан­ции при подаче воды на пожаротушение:

1. Необходимый расход Q^п_нс подается основными рабо­чими насосами за счёт снижения напоров в сети (рис. 13, а). Снижение статического напора в диктующей точке сети при пожаре ΔН определяют параллельным переносом характе­ристики трубопроводов.

В нашем примере точка с заданными параметрами составляет Q^п_нс =579,17 л/с и Н^п= 108м, что явно превышает возможности по напору подобранных нами хозяйственно-питьевых насосов Д1250-65 с диаметром рабочего колеса 430 мм.

Рис. 13.

2. Расход Q^п_нс подается включением одного-двух дополнительных насосов того же типоразмера, что и хозяй­ственные (рис. 13,б). При этом соответственно увеличивается число насосов в насосной станции. Число резервных насосов при­нимается в соответствии с нормами.

Для нашего примера этот вариант также неприемлем, так как увеличение числа параллельно включенных насосов увеличит расход, однако нам недостаточен напор.

3. Если необходимый напор для пожаротушения больше напора, развиваемого хозяйственными насосами, и невоз­можно решить задачу включением дополнительных насосов, следует устанавливать пожарные насосы требуемого напора Н^п с суммарной подачей Q^п_нс с (рис. 13, в). При работе пожар­ных насосов хозяйственные отключают. Для группы пожар­ных насосов предусматривается один резервный.

Выполним подбор пожарных насосов для нашего случая. По каталогу насосов типа Д видно, что подать расход Q^п_нс =579,17 л/с одним насосом не представляется возможным. Рассматриваем параллельную установку двух насосов. Нам подходит насос Д1250-125. Причём кривая Q-H для максимально обточенного рабочего колеса (575 мм) практически идеально проходит через точку Q^п_нс/2 =579,17/2=290 л/с и Н^п= 108м.

Принимаем установку двух рабочих и одного резервного пожарных насосов типа Д1250-125.

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Распределение суточного расхода воды по часам суток, %

Часы суток	Расходы по населённым пунктам при коэффициенте часовой неравномерности водопотребления
1,2	1,25	1,3	1,35	1,4	1,45	1,5	1,7	1,8	1,9		2,5
0-1	3,5	3,35	3,2		2,5		1,5		0,9	0,85	0,75	0,6
1-2	3,45	3,25	3,1	3,2	2,65	2,1	1,5		0,9	0,85	0,75	0,6
2-3	3,45	3,30	3,2	2,5	2,2	1,85	1,5		0,9	0,85		1,2
3-4	3,4	3,20	3,2	2,6	2,25	1,9	1,5
4-5	3,4	3,25	3,2	3,5	3,2	2,85	2,5		2,35	2,7		3,5
5-6	3,55	3,4	3,4	4,1	3,9	3,7	3,5		3,85	4,7	5,5	3,5
6-7		3,85	3,8	4,5	4,5	4,5	4,5		5,2	5,35	5,5	4,5
7-8	4,4	4,45	4,6	4,9	5,1	5,3	5,5	6,5	6,2	5,85	5,5	10,2
8-9		5,2	5,4	4,9	5,35	5,8	6,25	6,5	5,5	4,5	3,5	8,8
9-10	4,8	5,05		5,6	5,85	6,05	6,25	5,5	4,85	4,2	3,5	6,5
10-11	4,7	4,85	4,8	4,9	5,35	5,8	6,25	4,5		5,5		4,1
11-12	4,55	4,6	4,6	4,7	5,25	5,7	6,25	5,5	6,5	7,5	8,5	4,1
12-13	4,55	4,6	4,5	4,4	4,6	4,8			7,5	7,9	8,5	3,5
13-14	4,45	4,55	4,4	4,1	4,4	4,7			6,7	6,35		3,5
14-15	4,6	4,75	4,6	4,1	4,6	5,05	5,5	5,5	5,35	5,2		4,7
15-16	4,6	4,7	4,6	4,4	4,6	5,3		4,5	4,65	4,8		6,2
16-17	4,6	4,65	4,4	4,3	4,9	5,45			4,5		3,5	10,4
17-18	4,3	4,35	4,3	4,1	4,6	5,05	5,5	6,5	5,5	4,5	3,5	9,4
18-19	4,35	4,4	4,4	4,5	4,7	4,85		6,5	6,3	6,2		7,3
19-20	4,25	4,3	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5		5,35	5,7		1,6
20-21	4,25	4,3	4,5	4,5	4,4	4,2		4,5		5,5		1,6
21-22	4,15	4,2	4,8	4,8	4,2	3,6
22-23	3,9	3,75	3,8	4,6	3,7	2,85						0,6
23-24	3,80	3,7	3,7	3,3	2,7	2,1	1,5					0,6
Итого

ПРИЛОЖЕНИЕ 2