Определение максимального часового водопотребления

Федеральное государственное образовательное

Учреждение высшего профессионального образования

«КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ГИДРОМЕХАНИКА И НАГНЕТАТЕЛИ

Методические указания по выполнению курсовой работы

для студентов высших учебных заведений,

обучающихся в бакалавриате

по направлению подготовки «Строительство»

(профиль подготовки «Теплогазоснабжение и вентиляция»)

Калининград

Издательство ФГБОУ ВПО «КГТУ»

УДК 628.12 (076)

Рецензент

докт. техн. наук, профессор А.А. Герасимов

Автор

Плавич, А.Ю., канд. техн. наук, доцент кафедры теплогазоснабжения и вентиляции ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет»

Методические указания рассмотрены и одобрены кафедрой теплогазоснабжения и вентиляции ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет» 12 сентября 2012 г., протокол № 1

Методические указания рекомендованы к изданию учебно-методической комиссией факультета судостроения и энергетики ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет» 15 ноября 2012 г., протокол № 48

УДК 628.12 (076)

© Федеральное государственное

бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Калининградский государственный

технический университет», 2013 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

	Введение……..……………………………………………………..
	Задание……………………………………………………………...
	1. Определение расчётной часовой производительности насосной станции…………………………………………………..
	1.1. Определение производительности насосной станции в сутки максимального, среднего и минимального водопо­требления…………………………………………………………...
	1.2. Расчёт коэффициентов часовой неравномерности водо­потребления………………………………………………………..
	1.3. Определение максимального часового водопотреб­ления….
	1.4. Распределение максимального суточного расхода воды по часам суток и построение ступенчатого графика водопотребле-ния…………………………………………………………………..
	1.5. Определение действительной расчётной часовой подачи воды насосной станцией…………………………………………..
	2. Проектирование водонапорной башни………………...………
	2.1. Ориентировочное определение требуемого напора насосов...
	2.2. Подбор насосов……………………………………………….
	2.2.1. Выбор типа и количества насосов и подбор их по ката­логу………………………………………………………….……...
	2.2.2 Определение количества резервных насосных агрегатов……………………………………………………………
	2.2.3. Параллельная работа насосов……………………………...
	2.2.4. Расположение насосных агрегатов………………………...
	2.2.5. Подбор двигателей для привода насосов………………….
	3. Подбор центробежного насоса путем изменения частоты вращения рабочего колеса и методом уменьшения диаметра рабочего колеса…………………………………………………....
	3.1. Расчёт рабочих параметров насоса при изменении частоты вращения рабочего колеса………………………………………...
	3.2. Расчёт характеристики насоса путём уменьшения диа­метра рабочего колеса (обточка рабочего колеса)………………
	4. Проектирование внешних всасывающих и напорных водоводов и трубопроводов внутри насосной станции…………
	4.1. Проектирование внешних всасывающих водоводов……….
	4.2. Проектирование внешних напорных водоводов…………….
	4.3. Проектирование трубопроводов внутри насосной станции..
	5. Построение вертикальной схемы системы насосная станция-водонапорная башня-диктующая точка и уточнение величины требуемого напора. Анализ работы этой системы………………
	5.1. Построение вертикальной схемы системы насосная стан­ция- башня-диктующая точка…………………………………….
	5.2. Расчёт необходимого свободного пьезометрического на­пора у диктующей точки………………………………………….
	5.3. Определение отметки положения низа регулирующего объёма в резервуаре водонапорной башни………………………
	5.4. Уточнение величины расчётного напора насосной станции……………………………………………………………..
	5.5. Характеристика системы напорных водоводов……………..
	5.6. Эксплуатационная характеристика совместной работы насосов и водоводов…………………………………..…………...
	6 Анализ совместной работы насосов и водоводов……………...
	6.1. Установление режима работы насосной станции при из­менении уровня воды в источнике и резервуаре башни……….
	6.2. Работа насосной станции и водонапор­ной башни при пожаротушении…………………………………………………….
	Приложения………………………………………………………..
	Приложение 1………………………………………………………
	Приложение 2………………………………………………………
	Приложение 3………………………………………………………
	Приложение 4………………………………………………………
	Литература………………………………………………………….

ВВЕДЕНИЕ

Курсовая работа по дисциплине «Гидромеханика и нагнетатели» предусматривает расчёт водопроводной насосной станции второго подъёма, питающей водопроводную сеть с башней в начале сети.

В основу предлагаемой для выполнения курсовой работы методики положено построение ступенчатого или интегрального графиков водопотребления и подачи воды. В результате анализа этих графиков следует подобрать насосы, назначить режим подачи и определить величину регулирующей ёмкости резервуара водонапорной башни.

Методические указания разработаны в соответствии с действующими строительными нормами и правилами.

С целью обеспечения удобства использования студентами настоящих методических указаний в состав их включены практически все необходимые для расчётов данные из нормативной и справочной литературы.

Результатом выполнения курсовой работы является пояснительная записка в объёме настоящих методических указаний. Пьезометрические графики, а также графики работы насосов выносятся на отдельный лист формата А1.

Номер варианта задания выбирается как сумма двух последних цифр номера зачётной книжки.

ЗАДАНИЕ

Требуется рассчитать технологическую часть насосной станции второго подъёма по нижеприведённым данным.

1. Географический район строительства: г. Ишим.

2. Число жителей: 100 тыс. чел.

3. Степень благоустройства: застройка зданиями, оборудованными внутренним водопроводом и канализацией с централизованным горячим водоснабжением (СНиП 2.04.02-84*, табл. 1).

4. Этажность застройки: n=3.

5. Расстояние от насосной станции до водонапорной башни: l_н=2 км.

6. Длина всасывающей линии: l_в=30 м.

7. Отметка земли:

- насосной станции: 410 м;

- водонапорной башни: Z_б=417 м;

- диктующей точки: Z_д.т=412 м.

8. Отметка уровня воды в резервуаре чистой воды:

- минимального: Z_р.min=396 м;

- максимального: Z_р.max=404 м.

9. Потери напора в сети:

- в час максимального водопотребления: Sh_сети=40 м;

- то же при пожаре: h^п_с=58 м.

10. Положение уровня грунтовых вод ниже поверхности земли: 1,5 м.

Варианты задания

Номер варианта (сумма двух последних цифр номера зачётной книжки)

Город

Киев

Уфа

Минск

Москва

Челя­бинск

Калинин­град

С.-Петер­бург

Астра­хань

Ниж. Новго­род

Смо­ленск

Население района, тыс. чел.

Степень благоустройства

Застройка зданиями, оборудованными внутренним водопроводом и канализацией, с централизованным горячим водоснабжением (СНиП 2.04.02-84*, табл. 1)

Этажность, n

Расстояние от насосной станции до водонапорной башни: lн, км

1,2

1,4

1,6

1,8

2,2

2,4

2,6

2,8

Длина всасывающей линии: lв,м

Отмет­ки зем­ли, м

насосной станции

водонапорной башни: Zб

диктующей точки: Zд.т

Отметка уровня воды в резервуаре чистой воды, м

минималь­ного: Zр.min

максималь­ного: Zр.max

Потери напора в сети, м

в час макси­мального водо­потребления: Shсети

то же при пожаре: hпс

Положение уровня грунтовых вод ниже поверхности земли, м

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2,1

1,9

1,8

Варианты задания (продолжение)

Номер варианта (сумма двух последних цифр номера зачётной книжки)

Город

До­нецк

Сыз­рань

Орен­бург

Воро­неж

Курск

Псков

Рига

Пенза

Харьков

Население района, тыс. чел.

Степень благоустройства

Застройка зданиями, оборудованными внутренним водопроводом и канализацией, с централизованным горячим водоснабжением (СНиП 2.04.02-84*, табл. 1)

Этажность, n

Расстояние от насосной станции до водонапорной башни: lн, км

3,2

3,4

3,6

3,8

4,2

4,4

4,6

Длина всасывающей линии: lв,м

Отмет­ки зем­ли, м

насосной станции

водонапорной башни: Zб

диктующей точки: Zд.т

Отметка уровня воды в резервуаре чистой воды, м

минималь­ного: Zр.min

максималь­ного: Zр.max

Потери напора в сети, м

в час макси­мального водо­потребления: Shсети

то же при пожаре: hпс

Положение уровня грунтовых вод ниже поверхности земли, м

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2,1

1,9

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЁТНОЙ ЧАСОВОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ

В настоящих методических указаниях рассмотрен расчёт сис­темы водоснабжения, в которой водопроводная сеть питается от насосной станции и водонапорной башни, расположенной в начале сети. В такой системе водоснабжения объекта насосная станция второго подъёма подает воду в башню, из которой вода поступает в раз­водящую сеть. В часы, когда подача воды насосами превышает водопотребление населенным пунктом, вода накапливается в резер­вуаре башни. Если же отбор воды из сети превышает подачу насо­сами, то недостающее количество воды поступает из башни. При такой схеме питания водопроводной сети насосная станция второго подъёма обычно рассчитывается на два случая: подачу воды для удовлетворения максимального хозяйственно-производственного расхода и подачу воды на тушение расчётного количества пожаров при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении.

1.1. Определение производительности насосной станции в сутки максимального, среднего и минимального водопо­требления

Расчёт производительности насосной станции II подъёма обыч­но сводится к определению расчётного (среднего за год) суточного расхода воды, требуемого населенным пунктом. Этот расход опре­деляют по формуле

м³/сут, (1)

где N_ж - расчётное число жителей (по заданию 100000 чел.);

q_ж - среднесуточная норма водопотребления на одного жи­теля, л/сут (принимаем по табл. 1 СНиП 2.04.02-84, здесь принимаем 250 л/сут).

м³/сут.

Расчётные расходы воды населением в сутки максимального и минимального водопотребления находим из выражений:

(2)

(3)

где К_сут.min, K_сут.max – коэффициенты суточной неравномерности водопотребления, их надлежит принимать равными:

K_сут.max= 1,1-1,3; K_сут.min= 0,7-0,9 [1].

В нашей работе принимаем K_сут.max= 1,2; K_сут.min= 0,8. Тогда

м³/сут;

м³/сут.

Однако значения суточных расходов, найденные по формулам (1) - (3), дают только общее представление о предполагаемой суточ­ной производительности насосной станции.

1.2. Расчёт коэффициентов часовой неравномерности водо­потребления

Следует заметить, что водопотребление населенным пунктом в течение суток осуществляется крайне неравномерно. Так, мини­мальное водопотребление, как правило, наблюдается в ночное вре­мя, а максимальное — днём. Такое колебание величины водопотребления в значительной мере усложняет гидравлический расчет не только насосной станции II подъёма, но и в целом системы водо­снабжения. Поэтому при расчёте системы насосы-сеть исходят из допущения, что водопотребление в течение одного часа остается неизменным. Тогда неравномерность водопотребления в течение суток определяют с учётом коэффициентов часовой неравномерно­сти водопотребления - К_ч.max и К_ч.min.

(4)

(5)

где a - коэффициент, учитывающий степень благоустройства зда­ний или режима работы промпредприятий (принимаем a_max=1,2-1,4; a_min = 0,4-0,6 [1]; здесь принимаем соответственно 1,3 и 0,5);

b - коэффициент, учитывающий количество жителей в насе­ленном пункте, принимают по табл. 1.

В нашем примере коэффициенты часовой неравномерности определяются как:

;

.

Таблица 1

Значение b в зависимости от количества жителей в населенном пункте, тыс. чел.

Кол-во жителей	До 0,1	0,15	0,2	0,3	0,5	0,75		1,5	2,5
bmax	4,5		3,5		2,5	2,2		1,8	1,6
bmin	0,01	0,01	0,02	0,03	0,05	0,07	0,1	0,1	0,1
Кол-во жителей								1000 и более
bmax	1,5	1,4	1,3	1,2	1,15	1,1	1,05
bmin	0,2	0,25	0,4	0,5	0,6	0,7	0,85

Определение максимального часового водопотребления

По вычисленным значениям К_ч.max и К_ч.min определяем макси­мальный и минимальный часовые расходы воды городом в сутки максимального водопотребления.

м³/ч; (6)

м³/ч. (7)

м³/ч; м³/ч.

1.4. Распределение максимального суточного расхода воды по часам суток и построение ступенчатого графика водо­потребления

Распределение максимального суточного расхода Q_сут.max (2) по часам суток зависит от коэффициента К_ч.max. Производим его по аналогии с распределением Q_сут.max с действующими объектами.

При выполнении учебных проектов допускается использование типовых графиков водопотребления, где распределение Q_сут.max по часам суток осуществляют в зависимости от величины коэффици­ента К_ч.max и принимают либо равным К_ч.max табличному, либо не­сколько большим (см. приложение 1). Результаты распределения расхода Q_сут.max по часам суток приводим в табл. 2.

Таблица 2

Часы суток	Расходы по населённым пунктам при коэффициенте часовой неравномерности водопотребления
Кч.max»1,45	qч, м3/ч
0-1
1-2	2,1
2-3	1,85
3-4	1,9
4-5	2,85
5-6	3,7
6-7	4,5
7-8	5,3
8-9	5,8
9-10	6,05
10-11	5,8
11-12	5,7
12-13	4,8
13-14	4,7
14-15	5,05
15-16	5,3
16-17	5,45
17-18	5,05
18-19	4,85
19-20	4,5
20-21	4,2
21-22	3,6
22-23	2,85
23-24	2,1
Итого	100%

По данным этой таблицы в координатах Q-T строим ступенчатый график водопотребления по часам суток (рис. 1) и анализируем его.

Рис. 1. График водопотребления и работы насосов

Надо заметить, что значения q_ч.maxи q_ч.min,вычисленные по (6), (7), могут оказаться либо равными q_ч.maxи q_ч.min, приведеннымвтабл. 2 и на графике (рис. 1), либо быть несколько отличны­ми. В дальнейших гидравлических расчетах следует принимать наи­большее значение q_ч.max.Однако необходимо заметить, что полу­ченный график (рис. 1) не в полной мере отражает режим водопотребления населенным пунктом, так как не учитывает водопотребление промышленными предприятиями, поливочные расходы и т. д. Более полные расчеты рассматриваются в разделе водопро­водные сети.