Розрахунок водопостачання і вибір насоса для підприємств сільського господарства

ВГСХА

Кафедра технологічного та енергетичного обладнання

Контрольна робота

«Розрахунок водопостачання і вибір насоса Розрахунок водопостачання і вибір насоса для підприємств сільського господарства»

Варіант 22

Кіров-2010

Вихідні дані

Схема водопроводу (рисунок 1)

Рисунок 1 - Розрахункова схема водопроводу: К - колодязь (джерело води); НС - насосна станція (водопідйомник); HP-напірно-регулюючий споруда; П1, П2, П3 - споживачі; ℓ 1, ℓ 2 - лінія всмоктувального трубопроводу; ℓ 3 - лінія напірного трубопроводу; ℓ 5, ℓ 6, ℓ 7 - лінія розводящого трубопроводу; НВС - висота всмоктування геометрична (відстань по вертикалі між рівнем води в джерелі і віссю насоса); Нб - висота бака; Нг - геометрична різниця нівелірних позначок землі біля вежі і найбільш високо розташованої точки водоспоживання.

Джерело має дебіт Д = 205м3 / ч.

3. Напірно-регулюючий споруда - баштова водокачка або резервуар Нб = 2,8 м.

4. Геометрична різниця нівелірних відміток НГ = О.

Час роботи насосної станції Т = 15 годин (працює з 5 до 20 годин).

Споживачі:

а) П1 - кролики m1 = 5100 голів; качки m2 = 34600 голів);

б) П2 - коні m3 = 620голов, лошата m4 = 350 голів.

7. Лінії водопроводу,

а) ℓ 1 = НВС = 5м; ℓ 2 = 73 м.

б) ℓ 3 = 49 м.

в) ℓ 5 = 630 м; ℓ 6 = 250 м.; ℓ 7 = 3405м.

8. Величина вільного напору в кінцевій точці водорозбору Нсвн = 8 м.

9. Насос відцентровий (привід ремінний).

10. Витрата води по годинах доби у відсотках від добового:

Зміст роботи та порядок її виконання

Під системою водопостачання розуміють весь комплекс споруд та пристроїв на території господарства, що забезпечують всі пункти споживання доброякісної водою в необхідних кількостях.

На тваринницьких і птахівницьких фермах вода витрачається на напування тварин і птиці, а також на технологічні, гігієнічні, господарські та протипожежні потреби. Витрата води на фермі залежить від виду тварин, від виконуваних робіт протягом доби і від пори року.

Згідно з існуючими нормами споживання води різними групами тварин; і задоволення технологічних потреб різних об'єктів ферми, розраховується середній добовий витрата води на фермі (комплексі) за формулою

Qcyт.cp = q1m1 + q2m2 + ... qnmn (1)

де Qcyт.cp - середній добовий витрата dоди на фермі, м3/cyт.

q1, q2, ..., qn-середньодобова норма споживання води одним

споживачем, м3/сут;

m1, m2 ,..., mn - кількість споживачів, що мають однакову норму споживання (голів, одиниць і далі);

1,2 ,..., n - число груп споживачів.

Згідно норм водоспоживання (додаток А, таблиця АЛ і таблиця Л.2) приймаємо:

для кроликів q1 = 3 л / добу,

для качок q2 = 1,25 л / добу,

для коней q3 = 60 л / добу;

для лошат q4 = 45 л / добу;

Тоді, маючи число споживачів: для кроликів m1 = 5100 голів;

для качок m2 = 34600 голів;

для коня m3 = 620 голів;

для лошат m4 = 350 голів;

визначаємо за формулою (1) середній добовий витрата води

Qcyт.cp = 3 * 5100 +1,25 * 34600 +60 * 620 +45 * 350 = 111500 л / сут = 111,5 м3/сут.

Середньодобова витрата води влітку вище, ніж взимку. Нерівномірність добового водоспоживання висловлюють коефіцієнти добової нерівномірності. Тоді максимальний добовий витрата води на фермі чи комплексі визначиться за формулою

Qсут.max = Qсут.ср * К1, (2)

де Qсут.max - максимальний добовий витрата, м3/сут;

К1-коефіцієнт добової нерівномірності; К1 = 1,3 ... 1,5, приймаємо К1 = 1,32

Тоді

Qсут.max = 111,5 * 1,32 = 147,18 м3/сут,

Для визначення разової потреби у воді необхідно враховувати, що протягом доби витрата води коливається: у денні години він досягає максимуму, а в нічний - мінімуму. При розрахунку максимальної годинної витрати води приймається коефіцієнт годинної нерівномірності, що визначається за формулою

К2 = Qч.max / Qч.ср,

де Qч.max - максимальний добовий витрата, м3/сут;

К2-коефіцієнт добової нерівномірності;

Qч.ср = Qсут.max/24

Qч.ср-середній годинниковий витрата, м3 / год;

Qч.max = Qч.ср * К2

або

Qч.max = Qсут.max * К2/24 (3)

Приймаються К2 = 2,5

Qч.max = 147,18 * 2,5 / 24 = 15,33 м3 / ч,

(Число 24 - кількість годин у добі)

Максимальний секундний витрата розраховується за формулою

Qс.max = Qч.max/3600, (4)

де Qс.max = 15,33 / 3600 = 0,0043 м3 / с.

(Число 3600 - кількість секунд в одному годині).

Розрахунок для кожного споживача заносимо в таблицю 1.

Витрата води на гасіння пожежі на фермі залежить від ступеня вогнестійкості будівель та об'єму. У завдання вода на гасіння пожежі не передбачена.

Таблиця 1 - Розрахункові дані потреби у воді для схеми водоспоживачів

Для знайдених Qч.max і Qс.max розраховують діаметри трубопроводів розводящої мережі за формулою

Qс.max = π * d2 * U / 4,

де π * d2/4-площать кола, м2;

π = 3,14;

d-діаметр труби, м;

Тоді, провівши перетворення, отримаємо

(5)

де U - швидкість руху води в трубі, м / с;

U = 0,5 ... 1,25 м / с.

Приймаються U = 0,95 м / с.

Розрахунок діаметрів труб для різних ділянок визначається за формулою (5) і округляється до стандартних величин (практично завжди в більшу сторону, якщо швидкість руху води прийнята максимально можлива).

Тоді а) для ділянки (труба ℓ 5) визначається діаметр d5;

м. Приймаються d5 = 75мм

б) для ділянки (труба ℓ 6) визначається діаметр d6;

м. Приймаються d6 = 50мм

в) для ділянки (труба ℓ 7) визначається діаметр d7;

8м. Приймаються d7 = 50мм

Вибір водопод'емніка

При виборі водопод'емніка повинно бути відомо:

1.Істочнікі води з певним дебітом Д = 205м3 / ч.

2. Напірно-регулюючий споруда - баштова водокачка або резервуар Нб = 2,8 м.

3. Максимальний часовий витрата води Qч.max = 15,33 м3 / ч.

4. Величина вільного напору в кінцевій точці водорозбору Нсвн = 8м.

5. Довжина траси всіх ділянок водопровідної мережі ℓ j, м.

Умови для вибору насоса (водопод'емніка)

Добова продуктивність насоса повинна бути дорівнює або більше максимального добової витрати

Qсут. насоса ≥ Qсут.max.

Годинна продуктивність насоса повинна бути обрана а залежності від тривалості роботи водопод'емніка і визначається за формулою

Q.ч насоса = Qсут.max / Т,

Т-тривалість роботи насосної станції, ч. (за вихідними даними Т = 15 годин).

Тоді Q.ч насоса = 147,18 / 15 = 9,81 м3 / ч.

Секундна продуктивність насоса визначається за формулою

Qс насоса = Q.ч насоса / 3600

Тоді

Q.с насоса = 9,81 / 3600 = 0,0027 м3 / с або 2,7 л / с.

Діаметр трубопроводу для всмоктуючої (ℓ 1 і ℓ 2) і нагнітальної (ℓ 3) лінії (умовно, зважаючи на малу відстань, приймаємо їх рівними по діаметру) визначається як

Тоді м

Приймаємо діаметр трубопроводу всмоктуючої (ℓ 1 і ℓ 2) і

нагнітальної (ℓ 3) лінії dнасоса = 75мм. (При розрахунку швидкість руху води прийнята однаковою в всмоктуючому і нагнітальному трубопроводах).

Після визначення годинної продуктивності насоса необхідно дотримуватися умова D ≥ Qч. насоса

4. Напір, що створюється насосом, визначається за формулою

H насоса ≥ НВС + Нн + Нб + Σh

де H насоса напір, створюваний насосом, м;

НВС - висота всмоктування, м;

Нн - висота нагнітання, м;

Нб-висота бака, м;

Σ h-сума втрат напору на всмоктуючої і нагнітальної лініях, м;

Σ h = Σh '+ Σh'',

де Σh'-сума втрат напору по довжині всмоктуючого і

нагнітального трубопроводу, м;

Σ h''-місні потерн напору у всмоктуючому і нагнітальному трубопроводах, м.

5. Висота нагнітання водонапірного бака (резервуара) вибирається з розрахунку Нн ≥ Нсвн + Σh1 ± Нг, (7) де Нсвн величина вільного напору, м;

Нг - геометрична різниця нівелірних відміток, м;

Σ h1-сума втрат напору в розвідних трубопроводів, м;

Σ h1 = Σh'1 + Σh''1,

де Σh'1-сума втрат напору по довжині розводящого трубопроводу, м;

Σ h''1-сума місцевих втрат напору в розвідних трубопроводів, м.

Місцеві втрати напору в мережі складають 5 ... 10% від величини втрат на тертя по довжині (ці дані використовуються в практичних розрахунках), а втрати напору по довжині визначаються за формулою

hj = i * ℓ j,

де hj - втрати напору на конкретній ділянці. м;

ℓ j - довжина конкретної ділянки, м:

i - гідравлічний ухил в метрах (втрати капора на 1 м довжини трубопроводу).

Дані по i вибираємо з таблиці (додаток Г, таблиця Г.1).

Вибрані дані разом з розрахованим (прийнятим) діаметром трубопроводів і секундним витратою заносимо в таблицю 2.

Таблиця 2 - Значення діаметрів, секундного витрати, 100 i і i для трубопроводів

Трубопроводи	Діаметр трубопроводу d, мм	Секундний витрата Qc.max. Л / С	100i. м	i, м
ℓ 5	75	4,3	2,65	0,0265
ℓ 6	50	2,3	6,44	0,0644
ℓ 7	50	2,0	5,09	0,0509
ℓ 1, ℓ 2, ℓ 3	75	2,7	1,11	0,0111

Тоді величина втрат напору по довжині визначиться за формулою (8), а місцеві втрати напору в даному розрахунку приймаємо 10% від втрат по довжині

Величина втрат напору визначається за формулою

h5 = i5 * ℓ 5

і буде дорівнює h5 = 0,0265 * 630 = 16,7 м

Місцеві втрати напору, становлять 10% від втрат напору по довжині трубопроводу ℓ 5 будуть рівні 1,67 м (10% від 0,5 м). Для всіх інших трубопроводів розрахунки аналогічні. Далі розрахункові дані для всіх трубопроводів записуємо без додаткових пояснень.

Втрати по довжині Місцеві втрати

h5 = 0,0265 * 630 = 16,7 м 10% (від 0,5 м) дорівнює 1,67 м

h6 = 0,0644 * 250 = 16,1 м 10% (від 15 м) дорівнює 1,61 м

h7 = 0,0509 * 340 = 17,3 м 10% (від 13,65 м) дорівнює 1,73 м

Тоді сума втрат напору в трубопроводах дм:

ℓ 5 буде дорівнює h5 = 16,7 +1,67 = 18,37 м,

ℓ 6 буде дорівнює h6 = 16,1 +1,61 = 17,71 м,

ℓ 7 буде дорівнює h7 = 17,3 +1,73 = 19,03 м

Тоді сума втрат напору в розвідних трубопроводів визначиться з виразу

Σ h1 = h5 + h6 = 18,37 +17,71 = 36,08 м.

Приймаються Σh1 = 36,08 м.

Далі за формулою (7) знаходимо висоту нагнітання (водонапірного бака, резервуара).

Нн = 8 +36,08 +0 = 44,08 м.

Це означає, що дно резервуара повинно бути на висоті 44,08 м.

Далі загальна довжина ℓ обш всмоктуючого ℓ 1, ℓ 2 і нагнітального ℓ 3 трубопроводів визначається за формулою

ℓ заг = ℓ 1 + ℓ 2 + ℓ 3

Тоді визначаємо

ℓ заг = 5 + 73 + 49 = 127 м.

Тоді величина втрат напору на всмоктуючому і нагнітальному трубопроводах по довжині і місцеві втрати визначаються:

будуть рівні ℓ заг = 0,0111 * 127 = 1,4 м і 10% (від 1,4) одно 0,14 м.

Тоді сума втрат напору в трубопроводі Σh буде дорівнює

Σ h = 1,4 +0,14 = 1,54 м

Далі за формулою (6) визначаємо натиск, який повинен створювати насос

Ннасоса = 5 +44,08 +2,8 +1,54 = 53,42 м.

Маючи розрахункові дані: Ннасоса = 53,42 м; Q.ч насоса = 9,81 м3 / год

Q.с насоса = 0,0027 м3 / с або 2,7 л / с. виробляємо енергетичний розрахунок.

Розрахункова потужність приводного двигуна до насоса визначається за формулою

де Ррасч-розрахункова потужність приводного двигуна, кВт;

Р-щільність води, кг/м3;

g - прискорення вільного падіння, м/с2;

Q.с насоса - подача насоса, м3 / с;

Ннасоса-повний напір насоса, м;

η насоса - коефіцієнт корисної дії насоса;

η передачі - коефіцієнт корисної дії передачі; Р = 1000кг/м3; η насоса = 0,4 ... 0,64; η передачі = 0,95.

Використовуючи розрахункові значення Q.с насоса, Ннасоса і беручи η насоса = 0,4 визначаємо розрахункову потужність

кВт

(Число 1000 у знаменнику - перевідний коефіцієнт для отримання результату в кВт).

З урахуванням коефіцієнта запасу, потужність двигуна визначиться за формулою;

Рдв = Ррасч * α,

де α - коефіцієнт запасу потужності; α = 1,1 ... 2,0

Приймаються α = 1,3;

Рдв - потужність двигуна з урахуванням усіляких перевантажень, кВт.

ТогдаPдв = 3,63 * 1,3 = 4,72 кВт.

З урахуванням всіх параметрів вибираємо насос відцентровий 3К-6

Ннасоса = 54,21 м; Q.ч насоса = 9,81 м3 / год; НВС = 5 м; n = 2900мін-1; р = 16 кВт; η = 50%

Розрахунок потреби ємності бака (резервуара) водопорной вежі

Водонапірні башти служать для створення напору в розводящої мережі і для зберігання: запасу, води, необхідного для рівняння різниці між подачею води насосною станцією і витратою її споживачами. (Іноді в резервуарі зберігається пожежний запас води). Необхідна мінімальна ємність напірного бака залежить від величини добової витрати води господарством, характеру витрачання її за годинами доби та часу роботи насосної станції.

Витрата води по годинах доби може бути встановлений досить точно з урахуванням коефіцієнтів нерівномірності і з урахуванням розпорядку дня на фермі і виражатися у вигляді графіка, представленого на малюнку 2. (Графік побудований за вихідними даними).

За відомим даними Qcyт.max графіка витрачання води протягом доби та режим роботи насосної станції, необхідна ємність бака визначається:

1. Методом складання розрахункової таблиці.

АБО

2.Методи побудови інтегрального графіка.

1. Метод. Метод складання розрахункової таблиці

Відомі вихідні дані:

1. Qcyт.mаx = 147,18 м3/сут. Максимальний добовий витрата вважаємо за 100%

2. Графік витрат по годинах доби представлений на малюнку 2. Час роботи насосної станції Т = 15 годин у період з 5до 20 годин.

3. Qч насоса = 9,81 м3 / ч.

Як складається розрахункова таблиця (у розрахунковому прикладі це таблиця 3)

Графа 1 в таблиці 3 - це години доби, Тсуток

Графа 2 в таблиці 3 - дані годинної витрати у відсотках від максимального добової витрати (від Qcyт.mаx)

Графа 3 у таблиці 3 - дані подачі води насосом у відсотках від максимального добової витрати (від Qcyт.mаx)

Графа 4 в таблиці 3 - алгебраїчна сума подачі води насосом і витрата води споживачем за кожну годину у відсотках від максимального добової витрати (від Qcyт.mаx).

Насос працює 15 годин на добу і подає в бак весь максимальний добовий витрата, який позначений за 100%. Значить, за кожну годину роботи насос подає 100%: 15 = 6,66%

За даними графи 4 не важко визначити, яка кількість води повинна бути в баку до початку доби для забезпечення витрат в години з 24 до 5 годин, коли насосна станція не працює.

Q0 (кількість води на початок доби) = 1,5 +1,0 +2,5 +3,0 +3,0 = 11%

Прийнявши на початок доби, кількість води в баку рівним 11%, визначається залишок води до кінця кожної години шляхом послідовного вирахування або додавання даних графи 4. Отримані дані заносимо в графу 5.

Таблиця 3-Дані до визначення ємності бака

Максимальна величина залишку води в баку визначає необхідну ємність бака Wб або резервуара. У даному випадку вона дорівнює 20,74% або

Wб = Qcyт.mаx * 20,74 / 100 = 147,18 * 20,74 / 100 = 30,5 м3

2. Метод. Метод побудови інтегрального графіка

Визначення ємності бака за методом побудови інтегрального графіка полягає в наступному. У вибраному масштабі по осі абцісс графіка (малюнок 3) відкладаємо години доби, а по осі ординат-сумарні годинні витрати води у відсотках від Qcyт.mаx. Завдавши точки і з'єднавши їх, отримаємо інтегральну криву витрати води. Так, наприклад, для даного розрахункового прикладу сумарні

годинні витрати води в відсоткам від Qcyт.mаx будуть рівні

в точці 11 до кінця 1:00 .... 1,5%

21 до кінця 2:00 .... 1,5 + 1,0 = 2,5%

З1 до кінця 3:00 .. 2,5 +2,5 = 5%

41 до кінця 4:00 .. 5,0 - 3,0 = 8,0%

51 до кінця 5 часа8, 0 + 3,0 = 11,0%

231 до кінця 1923 часа97, 5 +1,0 = 98,5%

241 до кінця 24 часа98, 5 +1,5 = 100,0%

Далі наносимо на графік сумарну лінію подачі води насосом. За кожну годину роботи насос подає однакову кількість води і в даному розрахунковому прикладі працює з 7 до 19 годин. Інтегральна крива подачі води насосом буде пряма лінія (показана на графіку 3).

Тоді обсяг бака Wб (резервуара) визначиться за формулою

Wб = Qcyт.mаx * (а + в) / 100,

де Wб. обсяг бака, м3;

(А + в) - сума двох відрізків - найбільших (визначають відстань по вертикалі між загальними кривими), взятих по різні сторони кривої витрати води,%. (Число 100) - відсотки.

Тоді

Wб = 147,18 * (11 +9,5) / 100 = 30,5 м3

У тому випадку, коли при побудові інтегрального графіка криві витрати та подання не перетинаються, в формулу підставляється значення найбільшого відстані по вертикалі між кривими витрат і подачі.

Зазвичай розрахункову ємність Wб збільшують на 2 ... 3% з метою постійного запасу води. У тому випадку, якщо проектується господарсько-пожежний водопровід, то ємність бака збільшується на обсяг додаткового пожежного запасу води.