5 Определение затрат электроэнергии на подачу воды
По варианту 1а на различных ступенях работают один, два и три насоса марки 1Д500-63 с электродвигателем мощностью 125 кВт.
Расход электроэнергии, кВт∙ч, за один часовой интервал составит
,
где m – количество работающих в данном часовом интервале насосов;
– мощность,
потребляемая электродвигателем из
сети;
t – время работы насосов в данном часовом интервале, мин.
Полный расход электроэнергии при подаче суточного объема воды составит
кВт·ч.
Для данного варианта получим
По варианту 2 на различных ступенях работают три и четыре насоса марки 1Д320-71 с электродвигателем мощностью 100 кВт.
Для этого варианта
Окончательно принимаем вариант 1а как более экономичный.
6 Расчет на тушение пожара
Подача полного расчетного расхода воды на тушение пожара должна быть обеспечена в час максимального водоразбора, т.е. в момент возникновения пожара насосы II подъема должны подать расход воды, равный сумме полного расчетного расхода на тушение пожара и расхода воды в час максимального водопотребления, т.е. подача НС-II на пожаротушение будет равна:
м3/с.
Требуемый напор в момент пожара определяется по формуле
,
где
– потери напора во всасывающих линиях
при подаче
;
– потери напора
в напорном водоводе при той же подаче;
– свободный напор
в расчетной точке пожара, принимаемый
равным 10 м для системы пожаротушения
низкого давления;
– приведенная
геометрическая высота подъема воды.
Приведенная геометрическая высота подъема воды определяется по формуле
м;
где
– статический напор, равный разности
отметок в расчетной точке пожара и
отметки дна резервуара чистой воды,
т.е. 150-120 = 30 м;
7,5 – коэффициент запаса потерь во всасывающих и напорных коммуникациях насосной станции, м.
Согласно [2], при
= 217 л/с и
=
400 мм гидравли-ческий уклон
= 0,00902.
Тогда
м.
Согласно [2], при
л/с
и
=
450 мм гидравлический уклон
= 0,00561.
Тогда
м.
Необходимый пожарный напор будет равен:
м.
Значение необходимого пожарного напора выходит за пределы рабочей части характеристики насоса 1Д500-63, однако, ввиду кратковременности пожаротушения, допускается работа насосов в пожарном режиме вне рекомендуемой рабочей части характеристики с некоторым снижением коэффициента полезного действия.
Определим необходимое число насосов при их работе в пожарном режиме:
В выбранном варианте для обеспечения водопотребления на хозяйственные нужды на станции устанавливаются три рабочих и два резервных насоса марки 1Д500-63. Согласно произведенному расчету для работы в пожарном режиме требуется шесть насосов. Учитывая, что в кратковременном режиме пожаротушения могут быть использованы резервные насосы, дополнительно требуется установка одного противопожарного насоса такого же типоразмера.
7 Определение отметки оси насосов и заглубления нс-II
Заглубление насосной станции определяется отметкой оси насосов.
Геодезическая отметка расположения оси рабочего колеса насоса определяется исходя из условий обеспечения быстрого, надежного пуска насоса и безкавитационной его работы во всех режимах эксплуатации насосной станции.
Поэтому насосы на НС-II, как правило, устанавливаются под заливом. Исключение составляют станции, располагаемые на песчаных и супесчаных грунтах, при высоком уровне грунтовых вод и т.д. В этих условиях возможна установка насосов, работающих со всасыванием, что позволяет уменьшить заглубление и снизить строительную стоимость насосной станции.
Отметка
расположения оси насоса z
,
м, определяется по формуле
;
где
– допустимая геометрическая высота
всасывания насоса, определяемая по
формуле
.
При неточном
определении величины Н
,
т.е. завышении отметки оси насоса, может
возникнуть кавитационный режим работы
его, что приведет к снижению подачи и
КПД насоса.
Для правильного определения отметки расположения оси насоса величину Н вычисляем для всех режимов работы станции. Расчеты представлены в таблице 6.
Таблица 6 – Расчет отметки оси насоса
, м3/с |
m |
м3/с |
м |
м |
м |
, м |
м |
0,182 0,301 0,367 0,435 |
1 2 3 6 |
0,182 0,1505 0,122 0,0725 |
3,1 3,8 4,6 6,1 |
0,02 0,02 0,01 0 |
0,04 0,11 0,17 0,23 |
3,0 3,7 4,4 5,9 |
123 123,7 124,4 125,9 |
,
,
,
,
В таблице 6 приняты обозначения:
– подача насосной станции на различных ступенях ее работы, в том числе и в режиме пожаротушения;
m – количество работающих на каждой ступени насосов;
– подача одного насоса при параллельной работе m насосов;
– допустимая вакуумметрическая высота всасывания насоса при данной подаче;
– скоростной напор во всасывающем патрубке насоса;
– потери напора во всасывающей линии.
Величина определялась по формуле
,
где
– величина атмосферного давления,
выраженная в м вод. ст. (принята равной
10 м);
- давление насыщенных паров перекачиваемой
жидкости, выраженное в м вод. ст. (принято
равным 0,24 м);
Допустимый кавитационный запас определяется по формуле
,
где
– минимальное значение кавитационного
запаса, м.
Минимальное значение кавитационного запаса определяется:
;
где n – число оборотов вала насоса в минуту;
– подача насоса,
м3/с,
(для насосов двустороннего входа в
формулу подставляется половинная
подача);
с
– постоянная, зависящая от коэффициента
быстроходности n
.
Коэффициент быстроходности определяется по формуле
;
где
– подача в оптимальной точке (при
максимальном КПД) характеристики насоса
выбранной марки,
= 0,139 м3/с;
– напор в оптимальной
точке характеристики насоса, равен 65
м.
Тогда
.
При n = 86 постоянная с = 800 [1].
Ниже приводятся вычисления и для всех ступеней работы насосов станции:
1)
=
4,47 м;
м.
2)
= 3,95 м;
м.
3)
= 3,43 м;
м.
4)
=
2,42 м;
м.
Из всех определенных отметок оси насосов (см. таблицу 6) выбираем минимальную отметку = 123 м. Следует иметь в виду, что это не окончательное значение отметки оси насоса.
Согласно [1], у насосов, установленных под залив, верх корпуса должен быть расположен на 0,3–0,5 м ниже расчетного уровня РЧВ; для объединенной хозяйственно-пожарной группы или пожарной группы насосов – ниже верхнего уровня воды (определяемого от дна) пожарного объема при одном пожаре; ниже среднего уровня пожарного объема – при двух и более пожарах; для хозяйственно-питьевой группы – ниже среднего уровня воды. Если данные о хранении пожарного запаса отсутствуют, то верхний уровень пожарного объема можно принять на 1 м выше отметки дна РЧВ. Отметка пола машинного зала и заглубление насосной станции определяются, как правило, посадкой пожарных насосов.
Дальнейшее вычисление отметок производится по формулам:
отметка верха
насоса:
отметка оси насоса:
отметка верха
фундамента:
отметка пола в
машинном зале:
отметка пола в
наземной части:
Отметка
пола в наземной части здания принимается
за относительную нулевую отметку. При
двух одновременных пожарах за расчетный
принимаем средний уровень пожарного
объема
0,5
м.
Схема к определению отметки оси насосов второго подъема представлена на рисунке 3. Машинный зал имеет заглубление 3,5 м по отношению к полу наземной части здания.
Составляем схему размещения насосных агрегатов, трубопроводов, арматуры и фасонных частей. Схемы размещения насосных агрегатов и коллекторных переключений подробно рассмотрены в [5, 6, 7, 8]. Выбираем двухрядное в шахматном порядке размещение насосных агрегатов и трубопроводов (без соблюдения масштаба) (рисунок 4).
Рисунок 3 – Схема к определению оси насосов второго подъема
Рисунок 4 – Схема расположения насосных агрегатов,