Гидротехнический узел машинного водоподъема для орошения или водоснабжения

Определение отметки дна канала

 

№ п/п	Периоды с одинаковыми отметками  уровней воды в источнике	Расход канала Q. М3/с	Глубина наполнения h
	0,4	2,5	1	72	70,93
	0,5	5	1,49	73	71,44
	0,6	7,5	1,9	74	72,03
	0,7	10	2,2	75	72,73
	0,8	7,5	1,9	74	72,03
	0,9	5	1,49	73	71,44
	1,0	2,5	1	72	70,93

Из таблицы  видно, что необходимо принимать наименьшую отметку дна  =70,93м, при которой обеспечивается забор воды необходимого расхода в любой период времени. Однако в период с большими расходами глубины наполнения будут больше, чем расчетные, а скорости заиляющими, поэтому саморегулирующие каналы со значительным количеством насосов необходимо проверять на условия незаиляемости.

 

5.4. Расчет отводящего  канала

Обычно отводящим каналом является магистральный канал оросительной системы, конструкция которого и  отметка его дна в голове бывают заданы, если нет, то расчет отводящего канала производится по тем же формулам, что и подводящий

Колебание уровня воды и его отметки  в отводящем канале определяются по режиму работы канала в его голове.

В нашем примере параметры отводящего канала принимаются такими же, как  и параметры подводящего.

 

 6. Построение графика водопотребления и графика колебаний уровней воды в водоисточнике и водоприемнике

 

Уровни воды в водоприемнике  колеблются в соответствии с подачей  насосной станции. При большей отдаче насосной станции глубина воды в  канале больше. Зная отметку дна отводящего канала и глубину воды в нем при соответствующем расходе, взятой с кривой h=f(Q), определим отметку уровня воды в канале в данный период водоподачи насосной станции. Построим график колебаний уровней воды в водоприемнике.

Графики разбиваются  на периоды, в которых подача, уровни воды в верхнем и нижнем бьефах или  нижнего бьефа имеют постоянные значения.

Пользуясь топографическим  планом, строим продольный профиль  по трассе водоподачи. Масштабы: вертикальный 1:100; 1:200; горизонтальный 1:500; 1:1000; 1:2000; в зависимости от высоты подъема и длины трассы. На рисунок наносим данные задания: геологическое строение местности, исходные отметки уровней воды.

 

 6.1. Построение продольного профиля по трассе водоподачи.

Пользуясь топографическим планом, строим продольный профиль по трассе водоподачи. Масштабы: вертикальный 1:100; 1:200; горизонтальный 1:500; 1:1000; 1:2000; в зависимости  от высоты подъема и длины трассы    . На рисунок наносим данные задания: геологическое строение местности, исходные отметки уровней воды.

 

7. Подбор основного  гидромеханического и энергетического  оборудования

 

7.1. Определение расчетного  напора.

Определение расчетного напора производим по формуле:

Hp=

+Σh+ H_св

Hp=17,68м

где : 

  H_Г.СР  - средневзвешенный геометрический напор, М.

          ∑h - суммарные гидравлические потери во всасывательной и          нагнетательной трубе.

H_св - свободный напор, (м), учитывается в том случае если водоприемником служит гидрант.

Для определения Н_г.ср пользуемся совмещенный график колебаний уровней верхнего и нижнего бьефа ), по которому устанавливаются геометрические напоры Н_ri и их продолжительность t_i .

 Тогда:                                                     

=1771,99/214=8,28 м 

 

 

 

№	Число дней периодов	Отметка УВ в отв. канала	Отметка УВ в источнике	Нpi  геодез сост. В данный период	Нpi*ti
1	30	81	72	9	270
2	31	81,49	73	8,49	263,19
3	30	81,9	74	7,9	237
4	31	82,2	75	7,2	223,2
5	31	81,9	74	7,9	244,9
6	30	81,49	73	8,49	254,7
7	31	81	72	9	279
	214				1771,99

 

  Суммарные гидравлические потери напора состаят из гидравлических потерь на трение по всасывающего и трубопроводов и гидравлических потерь на местные сопротивления ,т.е.

∑h_т = h_тв+ h_тн + H_{m ,}м        

∑h_т = 0,6 + 7,8 + 1= 9,4 м

Так как насосная станция и трубопровод  ещё не запроэктированы, то потерями напора можно задаться на основе существующего  опыта проэктирования. Местные потери напора можно принять равным h_m=0,7…1,2 и при использовании осевых насосов Q > 1 м³/c,  h_m=1.0…1,5 – для центробежных насосов. Потери насоса на трение по длине во всасывающем трубопроводе принимают предварительно равным = 0,5…0,75 м, а в напорном трубопроводе их рекомендуют вычислять следующим образом:

h_т.н = i · L_т.н ,м  

h_т.н=3·2,6=7,8 м

где:   i – удельное сопротивление  по длине трубопровода, =3м

         L_т.н – длина напорного трубопровода, определяемая предварительно по продольному профилю; =2,6км.

 

7.2. Определение расчетного расхода  насоса и числа агрегатов

 

Расчетный расход насоса определяется из условия лучшего обеспечения  графика водопотребления и максимальной экономической эффективности работы насосной станции. 

В качестве расчетной подачи основного  насоса Q_P принимается минимальная подача насосной станции Q_min , которая соответствует минимальной ординате графика потребления . Тогда число рабочих агрегатов определяется по формуле:

 

n_P = Q_max / Q_min                

 

n_P = 10/ 2,5 =  4

где : Q_min , Q_max – минимальная и максимальная ордината графика водопотребления, м^з/c.

 

7.3. Выбор марки основного насоса.

Центробежный вертикальный 800В-2,5/40-0

 

 

 

 

 

7.4. Подбор электродвигателя

 

Электродвигатели выбираются, по максимальной потребной мощности на валу насоси, частоте вращения и форме исполнения (горизонтальные и вертикальные).

Максимальная мощность двигателя определяется по формуле :

 

N_дв = (9,81 · H_н ·Q_н  / ή_н · ή_пер)·К =433,602 кВт   

 

где:  Q_н, H_н (=Hp)- расход и напор насоса, дающие наибольшую мощность по режиму работы;

К-коэффициент запаса;

ή - коэффициент полезного действия насоса в долях от единицы,

ή_пср - КПД передачи при прямом соединении двигателя и насоса, ή_нер =1,0.

 

Значения Qn, Нц, Лн рассчитываются по рабочей характеристике (у центробежных насосов при минимальном напоре рабочей области, а у осевых при минимальном расходе и КПД при угле разворота лопастей, определенному по положению расчетной точки А).

Первоначальную расчетную мощность по указанной формуле определяют без учета коэффициента запаса К, после чего находят коэффициент запаса по таблице  и уточняют значение мощности.

 

Коэффициент запаса мощности электродвигателя.

 

Мощность двигателя. кВт	1…2	2…10	10…50	50…100	100…200	> 200
Коэффициент К	2	2…1,3	1,3…1,2	1,2…1,1	1,1…1,05	1,05

 

 

 

 

 

8. Определение  геометрической  высоты всасывания  и отметки оси насоса

 

Отметка оси насоса устанавливается  исходя из условий бескавитационной работы насоса.

Кавитаций - опасное явление, приводящее к разрушению pa6очих органов насоса, поэтому ее необходимо предупреждать. Для нормальной работы насосов необходимо, чтобы минимальное абсолютное давление в области входных кромок лопаток рабочего колеса “P_min” превышало упругость паров жидкости при данной температуре “Р_нж”, то есть “ P_min > Р_нж” Для соблюдения этог( условия прежде всего требуются правильные расчеты геометричес кой высоты всасывания и размеров всасывающей линии.

Практически отметка оси установки  насоса определяется по кавитационным характеристикам "∆h_доп – Q " или " H_доп - Q ", которые используются для получения допустимой геометрической высоты всасывания “ h^в_доп ”

          

     

 

или по формуле:                             

h^в_доп = 10 - 0,2- 9 - 0,6 = 0,2  м

 

где  

           - допустимая вакуумметрическая высота всасывания насоса (снимается с характеристики “ - Q” минимальное значение " " в рабочей зоне насоса);  =9

           h_ВТ - потери напора на всасывающем тракте насоса, обычно задаются в пределах  h_ВТ = (0,5  ^- 0,6) м;

           V_В - скорость течения жидкости во-всасывающем патрубке насоса при расходе, соответствующем принятому значению " " V_В = (1-1,5) м/с.

           H_A - атмосферное давление, выраженное в м водяного столба жидкости, Н_А= 10 м;

           h_пж - давление насыщенных паров жидкости при температуре t = 20°, принимать h_пж = 0,2 м;

 ∆h_доп –допустимый кавитационный запас ( снимается с характеристики  “∆h_доп” в рабочей зоне насоса).

Учитывая возможности колебаний  уровней воды в водоисточнике  и недопустимости кавитации в  насосе при всех возможных его  работы, отметки установки оси насоса предварительно принимаем равной (с учётом знака у “h^в_доп”):

∆ _{оси.нас}=∆_min ГВНБ + h^в_доп                 

 

∆ _{оси.нас} = 72 + 0,2 = 72,2 м

С учетом типов насоса и здания ≈71м.

 

9. Выбор типа здания и определение  основных размеров насосной станции

Конструкция здания мелиоративной  насосной станции зависит от типа и производительности насосов, режима водоисточника и других условий.

Насосные станции подразделяются на заглубленные (блочные, шахтно-блочные, камерные, шахтно-камерные) и незаглубленные.

Местоположение сооружений на трассе водоподачи, протяженность каналов  и особенно напорных трубопроводов  определяются технико-экономическими расчетами.

При выборе типа здания станции можно  руководствоваться следующими указаниями:

а) "Блочный" тип здания станции применяется при установке насосов с вертикальным валом типа В, О или ОП и подаче одного насоса более 2 м³/с. Рабочее колесо насоса должно быть расположен ниже минимального уровня воды в водоисточнике.

б) Здание насосной станции камерного типа с сухой камерой применяется при подаче одного насоса менее 2м /с. Насосы для этого типа здания устанавливаются любой конструкции. Насосы могут устанавливаться с любой высотой всасывания: положительной или отрицательной. Колебания уровней воды в водоисточнике могут быть любыми.

в) Здание насосной станции "камерного" типа "с мокрой камерой" и затоплением  насоса оборудуется осевыми вертикальными  насосами с подачей 

одного насоса менее 2 м³/с, насосы устанавливаются только с отрицательной высотой всасывания (подпор не менее 1.0 м). Колебания уровней воды в водоисточнике должны быть такими, чтобы не затапливался сальник насоса, т.е. величина колебаний уровней воды имитируется габаритами насоса. Это устаревший, редко применяемый в настоящее время, тип здания. В случае, если колебания уровней воды будут больше, чем указано, и происходит затопление сальника насоса, то применятся здание насосной станции с мокрой камерой и сухим помещением для насоса, либо здание блочного типа.

г) Незаглубленный тип здания станции применяется при подаче одного насоса менее 1.5 м³/с, оборудуется насосами с горизонтальным валом, имеющими положительную высоту всасывания. Колебания уровней воды в водоисточнике должны быть в пределах допустимой геометрической высоты всасывания насоса.

д) Плавучие насосные станции  применяются для забора воды из рек  и водохранилищ при колебаниях уровней  воды более 5 м, размываемых руслах и  наличии глубин не менее 1 м. Подача насосных станций, как правило, не превышает 10-18 м³/с