3.3 Определение фактической подачи насосов
Окончательное назначение количества работающих на каждой ступени насосов производится после определения фактической подачи насосов.
Фактическая подача насосов определяется по формуле
,
где
– геометрическая высота подачи насосов,
равная
48
м;
S
– сопротивление водовода, определяемое
с учетом удельного сопротивления
(приложение Е) по формуле
с2/м5;
a и b – параметры, определяемые соответственно по формулам:
;
.
По
сводному графику полей выбранной марки
насоса 1Д500-63 берутся
значения Н
=
75 м, Н
=
54 м; при этом
= 0,097 м3/с
и
=
0,18 м3/с.
Значения параметров будут равны:
913 с2/м5;
м.
Определяем подачу одного насоса, работающего на два водовода:
0,182 м3/с
= 655,2 м3/ч.
Два насоса, работающих на две линии водовода, обеспечат подачу:
0,301 м3/с
= 1083,6 м3/ч.
Для трех насосов:
0,367 м3/с
= 1321,2 м3/ч.
4 Выбор оптимального режима работы насосов и определение
требуемых емкостей РЧВ и бака водонапорной башни
Проведенные выше расчеты показывают, что при непрерывной работе один насос в течение часа подает 655,2 м3, что составляет 3,28 % от максимального суточного водопотребления; два насоса – 1083,6 м3, или 5,24 %; а три насоса – 1321,2 м3, или 6,61 %.
Руководствуясь режимом водопотребления, принимаем трехступенчатую работу насосов:
I ступень – с 0 до 7 часов при среднем водопотреблении 2,34 %;
II ступень – с 7 до 16 часов и с 20 до 24 часов при среднем водопотреблении 4,46 %;
III ступень – с 16 до 20 часов при среднем водопотреблении 6,39 %.
Принимаем на I ступени один насос, на II – два насоса и на III – три насоса. Ступенчатый график водопотребления и водоподачи представлен на рисунке 2.
Сравнение средних значений водопотребления с вычисленными фактическими подачами одного, двух и трех насосов показывают, что подача выбранных насосов на каждой ступени превышает водопотребление. На основании этого делаем заключение, что работа насосов на каждой ступени должна быть прерывной (насосы в каждом часовом интервале должны работать неполный час).
Рисунок 2 – График водопотребления и водоподачи
Рассчитаем необходимое время непрерывной работы насосов для обеспечения подачи, равной среднечасовому водопотреблению в пределах каждой ступени.
На I ступени насос за непрерывный час работы подает в сеть объем воды, составляющий 3,28 % от максимального суточного водопотребления, а расчетная подача в течение каждого часа на этой ступени должна составлять 2,34 %. Следовательно, время непрерывной работы насоса в каждом часовом интервале I ступени должно равняться:
=
42,8 мин.
Принимаем
=
43 мин, что соответствует подаче 2,35 % от
максимального суточного водопотребления.
Аналогично находим необходимое время непрерывной работы в течение часа насосов на II и III ступенях.
=
49,4 мин.
Принимаем
=
49 мин, что соответствует подаче 4,43 %.
=
58 мин.
Принимаем
=
58 мин, что соответствует подаче 6,39 %.
Дальнейший расчет суточного баланса водопотребления и подачи воды насосами представлен в таблице 3.
Таблица 3 – Расчет суточного баланса водопотребления и подачи воды
Вариант 1
Часы суток |
Подача НС-I, % |
Подача НС-II, % |
Потреб-ление,% |
Поступ. в РЧВ, м3 |
Расход из РЧВ, м3/ч |
Остаток в РЧВ, м3 |
Поступ. в бак ВБ, м3 |
Расход из бака, м3/ч |
Остаток в баке, м3 |
Число и время работы насосов НС-II |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-24 Итого |
4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 100 |
2,35 2,35 2,35 2,35 2,35 2,35 2,35 4,43 4,43 4,43 4,43 4,43 4,43 4,43 4,43 4,83 6,39 6,39 6,39 6,39 4,43 4,43 4,43 4,43 100 |
2,90 2,00 2,00 2,00 2,00 2,50 3,00 4,00 5,00 5,00 5,00 4,00 4,00 5,00 4,50 5,00 5,80 6,59 6,59 6,59 5,00 4,00 4,00 3,53 100 |
1,82 1,82 1,82 1,82 1,82 1,82 1,82 |
0,26 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26 0,66 2,22 2,22 2,22 2,22 0,26 0,26 0,26 0,26 |
1,82 3,64 5,46 7,28 9,10 10,92 12,74 12,48 12,22 11,96 11,70 11,44 11,18 10,92 10,66 10,00 7,78 5,56 3,34 1,12 0,86 0,60 0,34 0,08
|
0,35 0,35 0,35 0,35
0,43
0,43 0,43
0,59
0,43 0,43 0,90 |
0,55
0,15 0,65
0,57 0,57 0,57
0,57 0,07 0,17
0,20 0,20 0,20 0,57 |
-0,55 -0,20 0,15 0,50 0,85 0,70 0,05 0,48 -0,09 -0,66 -1,23 -0,80 -0,37 -0,94 -1,01 -1,18 -0,59 -0,79 -0,99 -1,19 -1,76 -1,33 -0,90 0 |
1Н - 43 мин 1Н - 43 мин 1Н - 43 мин 1Н - 43 мин 1Н - 43 мин 1Н - 43 мин 1Н - 43 мин 2Н - 49 мин 2Н - 49 мин 2Н - 49 мин 2Н - 49 мин 2Н - 49 мин 2Н - 49 мин 2Н - 49 мин 2Н - 49 мин 2Н – 53,5 мин 3Н - 58 мин 3Н - 58 мин 3Н - 58 мин 3Н - 58 мин 2Н - 49 мин 2Н - 49 мин 2Н - 49 мин 2Н - 49 мин
|
Регулирующая емкость РЧВ и бака водонапорной башни определяется суммой абсолютных величин: максимальной отрицательной и максимальной положительной в графах 7 и 10.
Регулирующий объем резервуара будет равен:
= 2548 м3.
Регулирующий объем бака водонапорной башни:
= 522 м3.
К полученным объемам резервуара и бака добавляется объем на пожаротушение.
Согласно [1],
резервуар чистой воды должен содержать
трехчасовой запас воды на пожаротушение,
а бак водонапорной башни – десятиминутный
запас воды на пожаротушение из расчета
одного наружного и одного внутреннего
пожаров. Расчетный расход на один
наружный пожар
=
35 л/с, число одновременных пожаров
=
2. Расход воды на внутренний пожар
принимаем равным 10 л/с.
Тогда объем резервуара будет равен:
= 3304 м3.
Объем бака:
= 549 м3.
Полученный объем бака соответствует нормам проектирования.
Попробуем уменьшить регулирующую емкость водонапорного бака, варьируя время работы насосов и их число в различных часовых интервалах.
Расчет приводим в таблице 4.
Согласно полученным данным, регулирующий объем резервуара получился равным
2572 м3,
т.е. практически не изменился по сравнению с предыдущим расчетом.
Регулирующий объем бака водонапорной башни:
332 м3.
Таким образом, изменением количества и времени работы насосов в отдельных часовых интервалах удалось значительно снизить регулирующий объем водонапорного бака.
Таблица 4 – Расчет суточного баланса водопотребления и подачи воды
Вариант 1а
Часы суток |
Подача НС-I, % |
Подача НС-II, % |
Потреб- ление, % |
Поступ. в РЧВ, м3 |
Расход из РЧВ, м3/ч |
Остаток в РЧВ, м3 |
Поступ. в бак ВБ, м3 |
Расход из бака, м3/ч |
Остаток в баке, м3 |
Число и время работы насосов НС-II |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-24 Итого |
4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 100 |
3,28 3,28 1,64 1,64 1,64 2,46 3,28 3,28 5,42 5,42 5,42 3,28 4,06 5,42 4,06 5,42 5,42 6,61 6,61 6,61 5,42 4,06 4,06 2,26 100 |
2,90 2,00 2,00 2,00 2,00 2,50 3,00 4,00 5,00 5,00 5,00 4,00 4,00 5,00 4,50 5,00 5,80 6,59 6,59 6,59 5,00 4,00 4,00 3,53 100 |
0,89 0,89 2,53 2,53 2,53 1,71 0,89 0,89
0,89 0,11
0,11
0,11 0,11 1,91 |
1,25 1,25 1,25
1,25
1,25 1,25 2,44 2,44 2,44 1,25 |
0,89 1,78 4,31 6,84 9,37 11,08 11,97 12,86 11,61 10,36 9,11 10,00 10,11 8,86
7,61 6,36 3,92 1,48 -0,96 -2,21 -2,10 -1,99 -0,08 |
0,38 1,28
0,28
0,42 0,42 0,42
0,06 0,42
0,42
0,02 0,02 0,02 0,42 0,06 0,06 |
0,36 0,36 0,36 0,04
0,72
0,72
0,44
0,38
1,27 |
0,38 1,66 1,30 0,94 0,58 0,54 0,82 0,10 0,52 0,96 1,38 0,66 0,72 1,14 0,70 1,12 0,64 0,66 0,68 0,70 1,12 1,18 1,24 -0,03 |
1Н - 60 мин 1Н - 60 мин 1Н - 30 мин 1Н - 30 мин 1Н - 30 мин 1Н - 45 мин 1Н - 60 мин 1Н - 60 мин 2Н - 60 мин 2Н - 60 мин 2Н - 60 мин 1Н - 60 мин 2Н – 45 мин 2Н – 60 мин 2Н – 45 мин 2Н – 60 мин 2Н - 60 мин 3Н - 60 мин 3Н - 60 мин 3Н - 60 мин 2Н - 60 мин 2Н - 45 мин 2Н - 45 мин 2Н - 25 мин
|
П р и м е ч а н и е. При вычислении объемов резервуара и бака отрицательные значения остатков в конце граф 7 и 10 таблицы 4 в расчет не брались, так как они получены за счет округления предыдущих величин (при достаточно точном вычислении здесь должны быть нулевые значения).
Произведем расчет емкостей РЧВ и бака водонапорной башни по второму варианту, приняв на I ступени два работающих насоса.
Тогда
234
м3/ч;
51,3
м.
По [3] подбираем насосы марки 1Д315-50 при n = 1450 об/мин.
Проверим возможность обеспечения выбранными насосами требуемого напора при подаче, равной максимальному водопотреблению – 6,59 % от , что соответствует 0,366 м3/с.
Расход в трубопроводе всасывающей линии будет равен:
0,183 м3/с.
По [2] при
= 183 л/с и
= 400 мм определяем
=
0,00638 и вычисляем
м.
Согласно [2], при
= 183 л/с и
= 450 мм,
гидравлический уклон
=
0,00401 и вычисляем
=
м.
Тогда требуемый напор насосов будет равен:
=
0,16+10+30+8+22,06 = 70,22 м.
Насосы марки 1Д315-50 при n = 1450 об/мин не обеспечивают требуемого напора = 70,22 м при максимальном водопотреблении, следовательно, такой вариант неприемлем.
Принимаем к установке насосы марки 1Д315-71 при n = 2900 об/мин.
Определяем фактическую подачу насосов. Для этого по сводному графику полей насосов (приложение В) находим значения: Н = 79 м, Н = 61 м, = 0,061 м3/с, = 0,1 м3/с и вычисляем параметры:
2857
с2/м5;
м.
Определяем фактическую подачу одного, двух и более насосов:
=
= 0,1175 м3/с
= 423 м3/ч,
что составляет 2,12 % от .
=
= 0,2177 м3/с
= 783,7 м3/ч,
что составляет 3,92 % от .
=
= 0,2943 м3/с
= 1059,5 м3/ч,
что составляет 5,3 % от .
=
= 0,349 м3/с
= 1256,4 м3/ч,
что составляет 6,28 % от .
Анализ произведенных расчетов показывает, что при работе одного и двух насосов на сеть рабочая точка выходит за пределы поля данной марки насосов, т.е. за пределы рекомендуемых подач, при которых КПД насоса близок к максимальному. Таким интервалом подач для насоса марки 1Д315-71 по верхней кривой является интервал подач в пределах от 220 до 360 м3/ч. Поэтому эксплуатировать один или два насоса 1Д315-71 на данную систему при пониженном КПД нецелесообразно. Следовательно, в данном случае можно рассматривать вариант из трех и четырех работающих насосов данного типа. В таблице 5 приводятся результаты расчета по такому варианту.
Регулирующие объемы будут равны
=
2924 м3,
=
278 м3.
Таким образом, во втором варианте имеем дальнейшее уменьшение регулирующей емкости водонапорного бака при некотором увеличении емкости резервуара.
Здесь следует обратить внимание на следующее обстоятельство. При прерывной работе насосов (работа неполный час) существует понятие «часовой регулирующей емкости», которая может оказаться больше результирующей, полученной на основании суточного баланса водопотребления и подачи воды. Это возможно тогда, когда подача насосов в каком-то часовом интервале значительно превышает водопотребление.
Объем «часовой регулирующей емкости» может быть определен по формуле
.
Таблица 5 – Расчет суточного баланса водопотребления и подачи воды
Вариант 2
Часы суток |
Подача НС-I, % |
Подача НС-II, % |
Потреб- ление, % |
Поступ. в РЧВ, м3 |
Расход из РЧВ, м3/ч |
Остаток в РЧВ, м3 |
Поступ. в бак ВБ, м3 |
Расход из бака, м3/ч |
Остаток в баке, м3 |
Число и время работы насосов НС-II |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-24 Итого |
4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 4,17 100 |
2,21 2,21 2,21 2,21 2,21 2,21 3,14 3,14 5,30 5,30 5,30 3,97 3,97 5,30 3,97 5,30 6,28 6,28 6,28 6,28 5,30 3,97 3,97 3,69 100 |
2,90 2,00 2,00 2,00 2,00 2,50 3,00 4,00 5,00 5,00 5,00 4,00 4,00 5,00 4,50 5,00 5,80 6,59 6,59 6,59 5,00 4,00 4,00 3,53 100 |
1,96 1,96 1,96 1,96 1,96 1,96 1,03 1,03
0,20 0,20
0,20
0,20 0,20 0,48
|
1,13 1,13 1,13
1,13
1,13 2,11 2,11 2,11 2,11 1,13
|
1,96 3,92 5,88 7,84 9,80 11,76 12,79 13,82 12,69 11,56 10,43 10,63 10,83 9,70 9,90 8,77 6,66 4,55 2,44 0,33 -0,80 -0,60 -0,40 -0,08
|
0,21 0,21 0,21 0,21
0,14
0,30 0,30 0,30
0,30
0,30 0,48
0,30
0,16
|
0,69
0,29
0,86
0,03 0,03
0,53
0,31 0,31 0,31
0,03 0,03
|
-0,69 -0,48 -0,27 -0,06 0,15 -0,14 0 -0,86 -0,56 -0,26 0,04 0,01 -0,02 0,28 -0,25 0,05 0,53 0,22 -0,09 -0,40 -0,10 -0,13 -0,16 0
|
3Н – 25 мин 3Н – 25 мин 3Н – 25 мин 3Н – 25 мин 3Н – 25 мин 3Н – 25 мин 4Н – 30 мин 4Н – 30 мин 3Н – 60 мин 3Н – 60 мин 3Н – 60 мин 3Н – 45 мин 3Н – 45 мин 3Н – 60 мин 3Н – 45 мин 3Н – 60 мин 4Н – 60 мин 4Н – 60 мин 4Н – 60 мин 4Н – 60 мин 3Н – 60 мин 3Н – 45 мин 3Н – 45 мин 3Н – 42 мин
|
где
и
– соответственно
подача насосов и водопотребление в
данном часовом интервале, выраженные
в % от
;
– подача насосами в бак ВБ в течение
одной минуты, выраженная в % от
;
t – время непрерывной работы насосов в данном часовом интервале, мин.
Таким интервалом в рассматриваемом случае является интервал от 6 до 7 часов. В этом интервале часовая подача четырех работающих насосов составляет 6,28 % от , а водопотребление – 3 %.
За 30 минут работы насосов в бак поступит объем, равный
=
328 м3.
Этот объем и следует принять окончательным по данному варианту.
Для того чтобы сделать окончательный выбор между сопоставляемыми вариантами 1а и 2, производится ориентировочный подсчет затрат электроэнергии на подачу воды по обоим вариантам.