Література: [2],с167...182, [З ] с 134...145

Завдання на самостійну роботу: зробити необхідні розрахунки, оформити звіт, вивчити теорію з літературних джерел.

Лабораторна робота № 9

Вивчення автоматизованої насосної станції «КАСКАД»

Мета роботи: отримати навички в дослідженні, розрахунку та використанні автоматизованої насосної станції "Каскад".

Прилади та обладнання:

1. Вольтметри ~ 300 В.

2. Амперметри ~ 30 А (3 шт.).

3.Універсальний лабораторний стенд з джерелами напруг змінного струму 0-220В промислової частоти 50Гц.

7.З’єднувальні провідники.

Основні теоретичні положення:

У сільському господарстві воду використовують для комунально-побутових (водопостачання жилих і громадських будинків поливання зелених насаджень і квітників тощо) та виробничих потреб (напування тварин і птиці, приготування рідких і вологих кормів, обробки і переробки сільсько-господарської продукції і т. ін.).

Середньодобові витрати води в господарстві, м³,

Q_ср.д = , (1)

де: q_i - добова норма витрат води одним споживачем і-го виду, м³; m_i— кількість споживачів і-го виду; n— кількість видів споживачів.

Система водопостачання складається з джерела води, водоза­бірної споруди, насосної установки та водопровідної мережі.

Джерелами води можуть бути відкриті водойми (ріки, озера, водосховища, канали, ставки) та підземні води (ґрунтові, міжпластові), якість води в яких відповідає вимогам водоспоживачів. Для господарсько-питних водопроводів треба максимально використо­вувати підземні води, що задовольняють санітарно-гігієнічні вимоги. Використання підземних вод питної якості для потреб, не зв'язаних з господарсько-питним водопостачанням, як правило, не допускається .

Для забирання води з джерел використовують спеціальні водозабірні споруди. З відкритих водойм воду забирають за допомогою берегових незатоплюваних водоприймачів, руслових затоплюваних водоприймачів та нестаціонарних водоприймальних пристроїв фунікулерного і плавучого типів, а з підземних джерел — за допомогою шахтних і бурових (трубчастих) колодязів.

Піднімають воду з водозабірних споруд і подають її у водопро­відну мережу за допомогою насосної установки, що складається з насоса, електропривода, всмоктувальної і напірної труб та на­пірно-регулювальної ємкості.

З водозабірних споруд усіх видів, динамічний рівень води в яких не глибше 5...7 м від поверхні землі, воду піднімають пе­реважно насосними установками з відцентровими насосами типів К і КМ та вихровими насосами типів В і ВК, а глибоких шахтних і бурових колодязів — насосними установками з заглибними від­центровими насосами типів ЭЦВ і ЭПН.

Відцентровий насос типу К (консольний) складається з корпуса, горизонтального вала з підшипниками та лопатевого робочого колеса, насадженого на кінець вала. Електропривод насоса — індивідуальний, здійснюється від трифазного асинхронного короткозамкненого двигуна вологоморозостійкого або сільськогосподарського виконання. Конструктивне виконання і спосіб монтажу двигуна — ІМ1001 (з двома підшипниковими щитами, на лапах). Передавальний пристрій — пружна муфта.

Відцентровий насос типу КМ (консольний моноблок-насос) конструктивно відрізняється від насоса типу К тим, що його робоче колесо не має свого вала, а насаджується без­посередньо на подовжений кінець вала приводного електродвигуна. Конструктивне виконання і спосіб монтажу двигуна — ІМ2001 (на лапах з фланцем на одному підшипниковому щиту), корпус насоса кріпиться до фланця двигуна.

Перед пуском відцентрового насоса його корпус і всмоктувальну трубу треба заповнити водою. Для того щоб при заповненні вода не витікала, на кінці всмоктувальної труби встановлюють зворотний клапан.

Вихрові насоси типів В і ВК є різновидністю відцентрових. Робоче колесо вихрового насоса має вигляд диска, на якому по колу в радіальному напрямі вифрезеровані пази. При цьому перемички, що утворилися між пазами, виконують функції лопатей робочого колеса. Всмоктувальний і напірний патрубки кор­пуса насоса розміщені у верхній його частині, тому під час зупинки насоса вода з корпуса не витікає і заливати її в корпус перед по­вторним пуском не потрібно. На початку роботи насоса повітря із всмоктувальної труби усувається самим насосом, внаслідок чого в ній створюється розрідження і вода під дією атмосферного тиску надходить в корпус насоса і далі за допомогою робочого колеса подається в напірну трубу.

Вихрові насоси порівняно з відцентровими мають низький к. к. д. (25...35% проти 50...70 % у відцентрових) і порівняно малу подачу. Напір, створюваний цими насосами, в 3...4 рази пе­ревищує напір відцентрових насосів.

Електропривод вихрових насосів такий самий, як і відцентро­вих насосів типу К.

Заглибний електронасос типуЭЦВ — це насосний агрегат, який складається з вертикального багатоступін­частого відцентрового насоса і заглибного трифазного асинхронного короткозамкненого двигуна типу ПЭДВ, співвісно з'єднаних між собою жорсткою муфтою. Агрегат утримується у свердловині в під­вішеному стані за допомогою водопідйомної труби. Насос має кілька окремих секцій. Кожна секція складається з робочого колеса, напрямного апарата (лопатевого відводу), перегородки та зовнішньої обойми. Електродвигун розміщений в нижній частині агрегату. Від електромережі він живиться по кабелю, прикріпленому вздовж водопідйомної труби. Вхідний отвір насоса розташований між дви­гуном і насосом і закритий сітчастим фільтром. Всмоктувальний патрубок насоса з'єднаний з корпусом верхнього підшипника дви­гуна, а напірний — з водопідйомною трубою.

Електродвигун типу ПЭДВ має водостійку ізоляцію з полівініл-хлоридного пластикату і призначений для роботи у воді. Робота двигуна в повітряному середовищі недопустима навіть коротко­часно.

У водопровідну мережу насос може подавати воду безпосередньо, через напірно-регулювальну ємкість або комбіновано. Спосіб подачі залежить від територіального розташування водоспоживачів, нерівномірності водопостачання тощо. При дуже нерівномірному використанні води насос не можна приєднувати безпосередньо до водопровідної мережі, тому що при такому приєднанні разом із зміною витрат води в широких межах змінюватимуться подача насоса і напір у водопровідній системі, внаслідок чого порушуватиметься дія елементів автоматики та виникатимуть незручності в користуванні водопроводом. При різкому скороченні витрат води напір може збільшитись настільки, що виникне небезпека серйозних аварій у системі розподілу води, розрахованій на певний напір.

Щоб забезпечити більш надійний і економічно вигідний, рівномірний режим роботи насоса з незмінною подачею і постійним напором у водопровідній мережі, в насосних установках обладнують напірно-регулювальну ємкість. Такою ємкістю може бути бак водонапірної башти (баштові водонасосні установки) або герметичний повітряно-водяний котел (безбаштові водонасосні установки). Промисловість випускає комплекти обладнання автоматизованих водонасосних установок із збірно-блочними водонапірними баштами БР-15У, БР-25У, БР-50У тощо і безбаштові автоматизовані водо­підйомні установки ВУ-7-65, ВУ-10-80, ВУ-16-28 та ін.

Баштові насосні установки найбільш поширені. До комплекту обладнання баштової насосної установки входять: насос, електродвигун, станція (комплектний пристрій) керування, водонапірна башта, датчики рівня води в її баку тощо.

Водонапірну башту вибирають так, щоб об'єм її бака v_Б і висота від землі до дна бака Н_Б були не меншими від розрахункових значень цих параметрів v_Б,Р і Н_Б.Р тобто щоб виконувалися умови:

VБ ≥ vБ,Р і НБ ≥ НБ.Р .

Розрахунковий об'єм бака водонапірної башти, м³,

v_Б,Р = v_РЕГ + v_АВ + v_ПОЖ ,(2)

де: v_РЕГ — регулювальний об'єм води в баку водонапірної башти, м³; v_АВ — аварійний запас води, м³; v_ПОЖ— протипожежний запас води, м³.

Регулювальний об'єм води в баку водонапірної башти автомати­зованої насосної установки, м³, орієнтовно можна визначити за формулою

v_РЕГ = , (3)

де: і — коефіцієнти добової і годинної нерівномірності витрат води (приймають за даними будівельних норм і правил); n — кіль­кість вмикань насоса за годину (приймають до 6).

Аварійний запас води, м³,

v_АВ = Q_МАКС.Г t_АВ(4)

де: t_АВ — час, потрібний для усунення можливої аварії (здебільшого приймають t_АВ = 2 ... З год).

Протипожежний запас води, м³,

V_ПОЖ = 3,6 Q_ПОЖ n_ПОЖ t_ПОЖ ,(5)

де: Q_ПОЖ — витрати води на гасіння пожежі, л/с (приймають за да­ними будівельних норм і правил); n_ПОЖ — розрахункова кіль­кість одночасних пожеж (для сільськогосподарських виробничих комплексів приймають залежно від площі, яку вони займають - одна пожежа при площі 150 га, дві пожежі - понад 150 га); t_ПОЖ - три­валість гасіння пожежі (бак водонапірної башти повинен мати протипожежний запас води, розрахований на 10-хвилинну тривалість гасіння пожежі), год.

Розрахункову висоту водонапірної башти, м, визначають за формулою

Н_Б.Р = Н_В + h + (Z_Д – Z_Б),(6)

де:Н_В — потрібний вільний напір вихідного струменя води у точці розрахункового (найбільш невигідного) водорозбору (у диктуючій точці), м; h — втрати напору у водопроводі від бака водонапірної башти до диктуючої точки, м; (Z_Д – Z_Б)- різниця геодезичних відміток землі біля диктуючої точки і біля башти, м.

Мінімальний вільний напір у водопровідній мережі населеного пункту при господарсько-питному водоспоживанні потрібно при­ймати: на вводі в будинок (над поверхнею землі) при одноповерховій забудові не менше 10 м, при більшій кількості поверхів на кожний поверх треба додавати 4 м, біля водорозбірних колонок —не менше 10 м.

Втрати напору у водопроводі від бака до диктуючої точки, м,

h = ,(7)

де: — сума втрат напору на подолання тертя вздовж труб на всіх ділянках водопроводу, м; — сума втрат напору в місце­вих опорах (коліна, вентилі, крани тощо), м.

Втрати напору на подолання тертя вздовж труби на заданій ді­лянці водопроводу h_Т, м, та в кожному з місцевих опорів h_М, м, визначають за формулами:

h_Т = ,(8)

h_М = ,(9)

де: — коефіцієнт гідравлічного опору; l — довжина труби, м; d —діаметр труби, м; V — швидкість руху води в трубі, м/с; g— прискорення вільного падіння, м/с2; — коефіцієнт місцевого опору.

Насос баштової водонасосної установки вибирають так, щоб його номінальна подача Q_Н.НОМ була не меншою від максимальних годинних витрат води в господарствіQ_МАКС,Г, а номінальний напір Н_Н.НОМ був не меншим від розрахункового напоруН_Р , потрібного для подачі води в бак водонапірної башти, тобто, виходячи з умов,