UNIVERSITATEA DIN ORADEA FACULTATEA DE “ ARHITECTURĂ ŞI CONSTRUCŢII” CONSTRUCŢII” SPECIALIZAREA: I.S.P.M.
STAŢII DE POMPARE -PROIECT-
ÎNDRUMATOR:
STUDENT:
Asist.univ.drd.ing.
CAP DELIA
GAVRIŞ DANIELA VERIFICAT:
Prof.univ.dr.ing.:
GHEORGHE IONESCU
-ORADEA-2007/2008
Cuprins
STAŢII DE POMPARE TEMA PROIECTULUI Se va elabora documentaţia de proiectare pentru o staţie de pompare la care sunt cunoscute urmatoarele date: - debitul pompat: Qp=100+20∙N+5∙n [dm /s] 3
unde, N= numărul grupei din care face parte studentul n= numărul de ordine al studentului 2
- înaltimea geodezică de pompare: Hg=15+0.5∙n [m] - staţia de pompare se amplasează la captare; transportul apei de la captare la complexul de îmagazinare se va realiza printr-o conductă de aducţiune din oţel cu o lungime, Lad=4000+50∙n [m] - bazinul de aspiraţie este alimentat dintr-o conductă cu diametrul nominal Dn=600 mm, cu cota radierului conductei, pozată la C
R
cond
=-4.70 m
-bazinul de aspiraţie este un rezervor îngropat având cota radierului C 6.75 m, nivelul minim N
min
=-5.50 m si nivelul maxim, N
max
R
=-
=-4.50 m
- nivelul terenului din zona bazinului de aspiraţie este C =±0.00 m T
- apa freatică este prezentă la -2.5 m
INTRODUCERE
Staţiile de pompare şi rolul lor Staţia de pompare este un ansamblu de construcţii, instalaţii şi utilaje sau echipamente care au rolul de a ridica apa la cota cerută de utilizatori. Staţiile de pompare pot fi amplasate în diferite puncte ale sistemului de alimentare cu apă: a) la captare; b) la tratare; c) la aducţiune, când apa nu poate fi transportata la rezervor prin gravitaţie; d) după rezervor, dacă rolul ei este acela de a asigura presiunea de serviciu în reţea. La unele sisteme de alimentare cu apă este necesară o pompare în trepte: 3
Treapta I: poate fi la captare; Treapta a-II- a: dupa staţia de tratare. Deoarece caracteristicile utilajului de pompare depind şi de calitatea apei, staţiile de pompare se deosebesc şi după calitatea apei pe care o ridică: - staţie de pompare pentru apă: - brută; - limpede; - dedurizată.
CLASIFICAREA STAŢIILOR DE POMPARE Principalele criterii de clasificare ale staţiilor de pompare sunt: - domeniul de utilizare; - tipul constructiv; - gradul de mobilitate. Pe baza domeniului de utilizare deosebim urmatoarele staţii de pompare: - pentru alimentări cu apă a centrelor populate; - pentru alimentări cu apă industrială; - pentru hidroamelioraţii; - pentru evacuarea apei din sistemele de canalizari (apele uzate, meteorice); - pentru evacuarea apei din epuismente; - pentru lucrări de hidromecanizare (excavaţii, terasamente, construcţiile de diguri); - cu destinaţii industriale (chimică, industrială); - cu folosinţe multiple. După tipul constructiv se deosebesc următoarele staţii de pompare: - supraterane la sol când agregatele de pompare sunt amplasate deasupra nivelului terenului;
4
- subterane la care agregatele de pompare sau numai pompele sunt amplasate sub nivelul terenului; Staţiile de pompare subterane se subclasifică după modul de execuţie al clădirii în: - subterane având infra şi suprastructură; această categorie de staţii de pompare se caracterizează prin faptul că echipamentul hidromecanic, electric şi automatizat este protejat prin suprastructura staţiei; - subterane prevazute numai cu infrastructură; acestea sunt caracterizate prin aceea că echipamentul este capsulat, iar pompele sunt amplasate în lichidul de lucru sau în infrastructură. După gradul de mobilitate se deosebesc 2 tipuri de staţii de pompare: - fixe; - mobile (pot fi autotractate,tractate pe plan orizontal sau înclinat sau plutitoare). In afara criteriilor de mai sus clasificarea staţiilor de pompare se mai poate efectua şi după alte criterii cum ar fi: - în funcţie de caracterul construcţiei care pote fi provizoriu sau definitiv; - în funcţie de valoarea marimilor caracteristice (debit, înalţimea de pompare) - în fucţie de perioada de exploatare (care poate fi permanentă sau sezonieră); - după tipul agregatelor de pompare. Elementele componente ale unei instalaţii de pompare a apelor uzate sunt: - rezervoarele pentru colectarea şi acumularea apelor uzate; - pompele care absorb apa din rezervoare şi o refulează spre canalizarea exterioară;
5
- aparatajul necesar pentru pornirea şi oprirea manuală si automată a pompelor cu eventualele dispozitive pentru semnalizarea la distanţă a nivelului apei din rezervoare. Părţile componente ale unei staţii de pompare sunt: - bazinul de recepţie; - casa pompelor; - agregatele de pompare; - instalaţiile hidraulice; - instalaţii de forţă şi lumiă; - instalaţii auxiliare; - instalaţii de comandă ale pompelor. Bazinul de recepţie: are urmatoarele scopuri: - primirea apelor uzate şi înmagazinarea lor; - adăpostirea sorburilor conductelor de aspiraţie sau chiar a pompelor precum şi a agratarelor. Casa pompelor: se mai numeşte si sala maşinilor şi adăposteşte: - agregatele de pompare; - instalaţiile hidraulice; - instalaţiile de forţă şi lumină; - instalaţiile auxiliare. Agregatele de pompare: pentru ape şi nămoluri sunt constituite din pompă si motor. Pompele pot fi clasificate: a)Din punct de vedere al presiunii avem 3 tipuri de pompe: - pompe de joasă presiune până la 15 m; - pompe de medie presiune până la 40 m; - pompe de înaltă presiune peste 40 m.
6
b)Din punct de vedere al numerelor de rotoare, asigura presiuni mai mari sau mai mici, avem pompe: - monoetajate; - multietajate. c)Din punct de vedere al amorsării avem: - pompe autoamorsate; - pompe amorsate. d)Din punct de vedere al realizării presiunii avem: - pompe centrifuge; - pompe cu piston; - pompe cu fluid motor. Instalaţii hidraulice alcătuite din conducte de aspiraţie şi de refulare. Conductele de aspiraţie au scopul de a vehicula apa aspirată din rezervorul de recepţie până la pompe. Conductele de aspiraţie trebuie să îndeplinească urmatoarele caracteristici: - să fie cât mai scurte; - să nu atârne de pompe; - să nu aibă coturi inutile; - să urce către pompă cu o pantă de cel puţin 0.005 pentru a permite în permanenţă antrenarea aerului din apă în pompă. Conductele de refulare vehiculează apele uzate sau nămolurile spre instalaţiile prevăzute în procesul tehnologic. Conductele de refulare spre deosebire de cele de aspiraţie trebuie să fie: - mai lungi; - să aibă pierderi de sarcină liniare mult mai mari decât cele locale care de multe ori pot fi considerate neglijabile. Instalaţiile de forţă şi lumină: aparatele de masură, cele de protecţie, cablurile, se execută conform normelor în vigoare. Toate instalaţiile de forţă şi 7
lumină sunt executate antiexploziv, deoarece gazele de fermentare scăpate din instalaţii în amestec cu aerul prezintă un pericol de explozie foarte mare. Instalaţiile auxiliare au scopul de a asigura buna funcţionare a staţiei de pompare;(ex.utilajele de ridicat pompe sau motore, instalaţii de încălzire, instalaţii de ventilare artificială, instalaţii sanitare, instalaţii pentru epuizarea apei sau a nămolului, instalaţii de telecomunicaţii).
ALCĂTUIREA STAŢIILOR DE POMPARE PENTRU ALIMENTĂRI CU APĂ Staţia de pompare este alcătuită din: - echipament electromecanic (pompe, motoare, instalaţii electrice); - instalaţia hidraulică (conducte, piese de legatură, armături, aparate de masură şi de control…etc.); - instalaţiile auxiliare (dispozitivele pentru manevrarea utilajului, echipamentul hidromecanic, instalaţiile de încălzire, instalaţiile sanitare, instalaţiile de ventilaţie); - clădirea care adăposteşte aceste echipamente şi instalaţii în care sunt prevăzute şi încăperi auxiliare (ateliere, grupuri sanitare, camera de comandă).
Determinarea debitelor conductelor pentru o staţie de pompare 1)Determinarea diametrului conductei de aspiraţie:
Conductele de aspiraţie se dimensionează la viteza de dimensionare care este între v =0.7÷2 m/s şi se execută din tuburi din fontă îmbinate cu flanşe sau din d
tuburi de oţel sudate. Pierderea de sarcină pe conducta de aspiraţie este de h m, diametrul
D
asp
=
4 ⋅ Qp
π ⋅ v d
=
ra
=0.5
4 ⋅ 0.135 π ⋅1
Alegem diametrul normalizat din diagrama Manning: 8
Dn =450 mm i =0.0015 % v =0.75 m/s 2)Determinarea diametrului, a pantei şi a vitezei conductei de refulare:
Pe conducta de refulare dimensionată la viteza v=1÷3 m/s şi executată în general ca şi conducta de aspiraţie, se poate monta si o clapetă de reţinere între pompă şi vană. Diametrul conductei de refulare se calculează cu formula: D
ref
4 ⋅ Qp
=
π ⋅ v
=0.414 m
I =0.005 % v =0.75 m/s 3)Calculul pierderilor de sarcină pe conducta de aspiraţie:
Pierderea de sarcină totală rezultă din suma pierderilor de sarcină distribuite şi a celor locale conform formulei: h r =h +h [m], unde l
d
h =pierderea de sarcină distribuită d
h =pierderile de sarcină locale l
«Pierderea de sarcină liniară (distribuită) pe o porţiune de curent cu mişcare uniformă se numeşte pierdere de sarcină liniară. Pentru calculul pierderilor de sarcini liniare se poate utiliza relaţia lui Darcy-Welsback: h =λ d
⋅
L D
⋅v
2
2 g
[m] unde,
λ =coeficient de rezistenţă al pierderilor de sarcină liniare (coeficientul lui Darcy) L =lungimea de calcul a conductei sub presiune [m] D =diametrul de calcul a conductei [m] v =viteza medie de curgere a apei prin conducta sub presiune [m/s] g =acceleraţia gravitaţională [m/s 2 ]; g=9.81 m/s 2 9
Date calculate: Qp =100+20∙N+5∙n=100+20∙1+5∙3=135 dm /s=0.135 m /s=486 m /h 3
3
3
Hg =15+0.5∙n=15+0.5∙3=16.5 m Lad =4000+50∙n=4150 m «Panta hidraulică „i” se exprimă în funcţie de pierderea de sarcină liniară astfel: i=
hd L
C=
=
λ ⋅
L
⋅
v2
D 2 g = λ ⋅ L
8 ⋅ g
λ
v
2
2 ⋅ 4 ⋅ R ⋅ g
[m 0.5 /s] unde,
=
v2 8 ⋅ g
λ
v
2
⋅ R = C 2 ⋅ R
(D=4∙R)
C =coeficientul lui Chezy R =raza hidraulică [m] D =diametrul Formule uzuale pentru calculul coeficientului lui Chezy: 1
- relaţia lui Maninng: C = n ⋅ R 1
1/ 6
- relaţia lui Pavlovski: C = n ⋅ R y =2.5∙
[m 0.5 /s]
y
n
-0.12-0.75∙
R ⋅
n − 0. 1
70 ⋅ R
- relaţia lui Gorbacev: C = m +
R
n =coeficient de rugozitate Conducte din azbociment Conducte metalice Conducte din beton
n=0.0075 n=0.011÷0.012 n=0.0125÷0.0135
M =0.07÷0.08 M =coeficient de frecare la conductele din metal 10
«Pierderile de sarcină locale se determină conform relaţiei: v h l =ξ ⋅
2
2 g
[m]
unde, ξ=coeficientul rezistenţelor locale Pierderea de sarcină locală poate fi evidenţiată cu pierderea liniară corespunzând unei lungimi de conductă fictivă cu rezistenţă hidraulică echivalentă rezistenţei locale şi anume: h = λ ∙
Lec
l
unde,
D
v2
⋅ 2 g [m]
λ =coeficientul lui Darcy
Lec=lungimea echivalentă şi se calculează cu relaţia: n
Lec= ∑ i
ξ ⋅ D
[m]
λ
3’)Calculul piederilor de sarcină pe conducta de refulare :se calculează cu
relaţia: h =i∙L=0.0015∙4150=6.22 m rr
i =panta L =lungimea de aducţiune Calculul exact al pierderilor de sarcină pe conducta de aspiraţie.Pe lungimea ei conducta de aspiraţie are urmatoarele armături: O bucată sorb Două coturi la 45 0 Două coturi la 90 0 O reducţie Un teu
Lec=130 m Lec=27.5 m Lec=216 m Lec=15 m Lec=50 m Lec=242 m
Pentru calculul pierderilor de sarcină pe conducta de aspiraţie se vor avea în vedere atât pierderile de sarcină locale cât şi cele distribuite. 11
v 2 2 g
h =∑
ξ 1 ⋅
l
h =
( λ ⋅ l ) ⋅ v 2
d
D ⋅ 2 g
h ra =h l +h d = ∑ξ ech ⋅ R=
D 4
=
1
C= n ⋅ R
0.45 = 0.11 4
λ ⋅ Lech v 2 v2 = D ⋅ 2 g 2 g
m
1/ 6
n=0.011 λ =
8 g 2
C
=
8 ⋅ 9.81 63.86
2
= 0.019
λ ⋅ Lech v 2 0.019 ⋅ 242 0.75 2 ⋅ = ⇒ h ra = ⋅ =0.29 ≅ D 2 g 0.450 2 ⋅ 9.81
0.5 [m]
H =H +h +h =16.5+0.5+6.22=23.22 m p
g
ra
rr
Alegerea pompelor ELEMENTE AJUTATOARE IN VEDEREA STABILIRII TIPULUI DE POMPĂ
Pompele folosite în sistemele de alimentări cu apă fac parte din categoria turbopompelor centrifuge care pot fi: - monoetajate; - multietajate; - cu simplu flux; - cu dublu flux. a)Parametri funcţionali ai turbopompelor: - înălţimea de pompare H în [m]; - debitul pompat Q în [m /s]; 3
12
- turaţia pompei n în [min
1 −
] sau [rot/min];
- randamentul pompei η în [%]; - puterea absorbită p în [kW]; - N.P.S.H. (înălţimea netă absolută de aspiraţie); - turaţia caracteristică n în [m ⋅ s − ]; 3
3
4
q
- turaţia specifică n în [daN s
1 2
2
−
s
⋅
3
−
2
⋅
m
3 4
];
- număr caracteristic k.
Relaţiile de interdependenţă a) Matematice: Q1
n1
2
n2
- pt. η = ct. şi D = ct. ⇒ Q =
2
n = 1 H 2 n2 2 NPSH 1 n1 = NPSH 2 n2 2 P 1 n1 = P 2 n2 H 1
Q1
-pt. η = ct. şi n = ct. ⇒ Q
2
D = D
1 2
3
5
D = 1 P 2 D2 2 H 1 D1 = H 2 D2 P 1
1/ 5
n -pt. D = ct. ⇒ η = 1 − (1 − n2 ) ⋅ n2 , unde 1
D = diametrul rotorului; η = randamentul.
13
b) Grafice: acestea sunt determinate experimental la furnizor; ◦ caracteristica energetică: H = H(Q); ◦ caracteristica de randament: η = η (Q); ◦ caracteristica de putere: P = P(Q); ◦ caracteristica de cavitaţie: NPSH = NPSH(Q). Pompele sunt maşini hidraulice care transformă energia mecanică primară în energie hidraulică de pompare
Pompele folosite în sistemul de alimentare cu apă fac parte din categoria turbopompelor centrifuge care pot fi monoetejate, multietajate, cu simplu sau dublu flux.Pentru alimentări cu apă se pot utiliza următoarele tipuri de pompe: ◦ turbopompe centrifuge (monoetejate sau multietajate, cu simplu sau dublu
flux, cu ax orizontal sau vertical etc.) ◦ turbopompe axiale (monoetejate sau multietajate, cu palete fixe sau reglabile, cu ax orizontal, vertical sau înclinat etc.) ◦ pompe cu fluid motor (ejector cu lichid, ejector cu abur, pompă cu aer
comprimat, berbec hidraulic etc.) Principalii parametrii care caracterizează o pompă sunt: - debitul Q, exprimat în [dm /s], [m /s] sau [m /h]; 3
3
3
- înălţimea de ridicare H, exprimată în [m]; - înălţimea de aspiraţie H , exprimată în [m]; a
- puterea utilă N, exprimată [CP] la arborele pompei şi în [kW] la arborele motorului electric; - randamentul pompei η , exprimat în [%]. p
Relaţia dintre aceşti parametri este: N = γ
γ ⋅ Q ⋅ H 75 ⋅η p
[CP] în care ,
= greutatea specifică a apei, în [daN/m ] 3
Înălţimea de ridicare (pompare), este compusă din următoarele fracţiuni: 14
H=H
ga
+H gr
+ ∑h
a
+ hr
[m] în care,
H
ga
înălţimea geodezică de aspiraţie;
H
gr
înălţimea geodezică de refulare;
∑h
a
=
suma pierderilor de sarcină pe conducta de aspiraţie;
h r = pierderea de sarcină pe conducta de refulare. Prin înălţimea geodezică de pompare se înţelege suma: H
g
= H ga + H gr
[m]
Turbopompele centrifuge au un domeniu de utilizare foarte larg, de la 1 dm
3
/s la m /s şi de la 10 m la1100 m înălţime de pompare. Ele pot folosi în alimentări 3
cu apă, atât pentru prima treaptă de pompare (la care apa conţine suspensii), cât şi la treapta a doua de pompare. Turbopompele centrifuge pot funcţiona înecate, când nivelul apei în rezervorul de aspiraţie se află deasupra corpului pompei şi înecate, până la o anumită înălţime de aspiraţie. Parametrii principali ai turbopompelor se exprimă prin curbele caracteristice, care constituie o reprezentare grafică a relaţiilor: H = f 1 (Q ) η p = f 2 (Q )
N = f (Q ) 3
Turbopompele cu ax vertical sunt de două tipuri: - electropompe submersibile , la care pompa şi motorul capsulat, direct cuplate, sunt scufundate împreună în apă; - pompe centrifuge cu ax vertical cu motorul suprateran . În tabelul de mai jos sunt indicate principalele tipuri de turbopompe fabricate în ţara noastră, cu limitele domeniilor de funcţionare.
Principalele tipuri de turbopompe pentru apă fabricate în România
15
Nr.
Tipul pompei
Denumirea
Q
H
Centrifuge monoetejate
pompei Lotru, Cerna,
[m /h] 11-360
[mCA] 5-50
2 3 4 5 6 7
Centrifuge monoetejate Centrifuge monoetejate Centrifuge multietajate Centrifuge multietajate Centrifuge multietajate Centrifuge multietajate, cu ax
Criş Siret NDS Sadu KSM Olt Hebe
1000-5000 650-2700 30-60 30-70 20-100 6-20
16-20 24-70 60-180 44-220 80-550 24-140
8 9
vertical Centrifuge, diagonale Axiale
Brateş Dunărea
700-3600 1500-6700
5-17 3-8
crt. 1
3
Pompele volumice cu piston se folosesc în alimentările cu apă numai la
staţiile de pompare pentru debite mici şi înălţimi de ridicare a apei foarte mari (sute de metri), sau pentru scopuri industriale. Pompele cu fluid motor îşi găsesc utilizarea la alimentările cu apă numai în
cazuri speciale,pentru pompări de scurtă durată, din cauza randamentului lor foarte scăzut. Pompele cu ejector de apă , care cuprind o turbopompă de circulaţie, un
ejector şi conductele de legătură au un randament scăzut ( η
p
= 0.15 − 0 .30
), aşa
încât se pot folosi numai pentru îndepărtarea depunerilor din camerele de priză ale captărilor din surse de suprafaţă şi din puţurile colectoare ale captărilor de apă subterană. Pompele cu aer comprimat (pompele Mamut), care funcţionează după
principiul diferenţei de greutate între coloana de apă amestecată cu aer şi coloana de apă, se folosesc pentru ridicarea apei din puţuri adânci, la pompări de scurtă durată pe timpul probelor de pompare. Dispozitivul este foarte robust, deoarece nu are nici o piesă în mişcare sub apă.Nu pot fi folosite ca instalaţii de pompare permanente,deoarece randamentul lor este foarte scăzut ( η
p
= 0 .15 − 0 .22 .
) Raportul 16
dintre adâncimea de scufundare a piesei de amestecare a aerului cu apă H
1
şi
înălţimea de ridicare a apei H, măsurată de la dispozitivul de amestec, este cuprins între 0.50 şi 0.75 limita inferioară adoptându-se pentru adâncimi mari. Viteza de ridicare a emulsiei în coloana de refulare se admite de 1.5÷2.0 m/s, iar viteza în conducta de aer 10÷15 m/s Pompele sonice de adâncime, concepute şi realizate în ţara noastră, sunt de
tip pompă sonică cu pulsator. Principiul de funcţionare a pompei este următorul: pulsatorul primeşte impulsurile sonice produse de generator, prin intermediul conductei de comandă şi prin dilatări şi contractări alternative, volumul lui variază, efectuând operaţiile de aspiraţie şi refulare a apei. Randamentul acestei pompe este η p = 0.70
şi a fost verificat pentru debite până la 15-20 m /h, la înălţimi de 3
pompare de 400-500 m.Ele îşi găsesc aplicarea, în alimentările cu apă, la captarea din puţuri foarte adânci, la care nivelul hidrostatic este foarte coborât 50-100 m sub nivelul terenului. Pompele de vacuum sunt maşini cu piston sau inel de apă, care evacuează
aerul care se separă de apă din conductele de aspiraţie, producând o presiune mai mică decât presiunea atmosferică. Pompele de vacuum servesc pentru amorsarea pompelor de apă neînecate şi pentru asigurarea unui randament ridicat al acestora, în funcţionarea normală. Instalaţia de vacuum a staţiilor de pompare cuprinde pompele cu vacuum, rezervorul de vacuum şi conductele de legătură.Instalaţia de vacuum se proiectează pentru a funcţiona intermitent, automatizându-se în raport cu nivelul apei din rezervorul de vacuum. La instalaţiile cu conducte lungi de aspiraţie, funcţionarea pompelor de vacuum ajunge să fie permanentă, ceea ce trebuie să constituie un avertisment asupra existenţei unor defecte de etanşeitate ale conductei. Compresoarele de aer sunt maşini folosite la comprimarea unui gaz (aerul
este un caz particular), antrenate de un electromotor sau de un motor termic, lucrul mecanic al acestuia fiind transformat în energia potenţială a gazului comprimat şi 17
în căldură. Compresoarele de aer pot fi cu piston în mişcare alternativă, cu camere rotative şi centrifugale (turbocompresoare sau suflante). La staţiile de pompare a apei, compresoarele de aer se folosesc, fie în cazul pompelor cu aer comprimat (pompe Mamut), fie pentru refacerea pernei de aer de la rezervoarele de hidrofor. Turbocompresoarele, în general au debite mari şi presiuni scăzute (0.5-1.0 bar), se utilizează la spălarea filtrelor rapide sau în alte scopuri.
MOTOARE Pompele pot fi antrenate cu ajutorul unor electromotoare, motoare termice, turbine cu abur etc. Turbopompele se antrenează, în general, cu electromotoare trifazate. Pentru alimentările cu apă din centrele populate rurale, neelectrificate sau în cazul pompelor de rezervă, se pot utiliza şi motoarele termice (Diesel). Puterea motorului, Nm, pentru o electropompă este: Nm =
γ ⋅ Q ⋅ H 102 ⋅η p ⋅η t ⋅η m
=
γ ⋅ Q ⋅ H , 102 ⋅η
[kW]
în care, η t = randamentul transmisiei (la cuplare directă, η t = 1 ); η m
=
randamentul motorului (pentru electromotoare,
η m = 0.85 ÷ 0.95 );
η = randamentul total al agregatului ( η = η p ⋅η t ⋅η m ); η p =randamentul pompei.
Puterea instalată, N , a staţiei de pompare depinde de numărul de agregate ti
şi de rezerva care trebuie asigurată şi se calculează cu relaţia: N
ti
=
⋅ Q ⋅ H ⋅ k ⋅ M 102 ⋅η
γ
unde, k=coeficient pentru rezerva de agregate (k1.33-2); M=numărul de agregate în funcţiune. 18
La motoarele termice sau la turbinele cu abur, puterea se stabileşte cu formule similare: N =
γ ⋅ Q ⋅ H , 75 ⋅η
N =
γ ⋅ Q ⋅ H ⋅ k ⋅ M , 75 ⋅η
[CP]; [CP].
Instalaţii electrice de forţă Pentru alimentarea cu energie electrică, necesară acţionării electropompelor, se prevede, în mod obişnuit,un racord de înaltă tensiune, iar la instalaţii mici, izolate, grupuri electrogene. Linia de înaltă tensiune alimentează staţia de pompare, prin intermediul unei staţii de transformare, cara coboară tensiunea la valoarea celei de utilizare. Instalaţia electrică de forţă din staţia de pompare cuprinde toate cablurile, aparatele de protecţie şi de măsură pentru controlul funcţionării staţiei.
Alegerea tipului de utilaj şi stabilirea numărului de agregate Alegerea utilajului pentru staţiile de pompre se face în funcţie de parametrii necesari (debit, înălţime de pompare, calitatea apei etc.), astfel încât să se poată adopta agregate de serie, fabricate în industria indigenă, care să funcţioneze într-un domeniu de randament cât mai ridicat. Debitul staţiei de pompare poate fi constant pe o perioadă mai lungă de timp (cazul staţiilor de pompare amplasate în amonte de rezervorul de compensare), sau poate fi variabil de la o oră la alta (cazul staţiilor de pompare situate în aval de rezervor, pe reţeaua de distribuţie).În acest din urmă caz, alegerea tipului de agregate se face în concordanţă cu calculul volumului de compensare din rezervor.
19
Punctul de funcţionare al unei pompe se obţine prin intersecţia caracteristicii pompei (H=f(Q)) cu caracteristica conductei de refulare (H=Hg+sQ 2 ), rezultând parametrii de funcţionare a instalaţiei, cu vana deschisă(Q , H , η ). 1
Un debit mai mare decât Q
1
1
p1
nu se poate obţine cu o singură pompă, în
schimb, debite mai mici decât acestea pot fi realizate în exploatare, dacă se închide parţial vana de pe conducta de refulare, producând o pierdere de sarcină locală suplimentară - h . Debitul poate fi redus până la o valoare arbitrară Q , după care v
m
închiderea vanei în continuare duce la o instabilitate de funcţionare a pompei. Reglarea debitului pompei, prin închiderea vanei de pe conducta de aspiraţie nu este recomandabilă, deoarece poate conduce la apariţia fenomenului de cavitaţie. Reglajul prin vana de refulare, care are avantajul unei investiţii mai mici, dar implică o pierdere de energie, deci cheltuieli de exploatare suplimentare, este aplicat în practică la staţiile de pompare cu agregate mici şi mijlocii. La staţiile mari de pompare, reglarea pompei pentru anumiţi parametrii de funcţionare se poate face prin modificarea turaţiei motorului de antrenare. Acest mod de reglare evită pierderile suplimentare de energie, însă implică unele complicaţii costisitoare la modul de antrenare. În cele mai multe cazuri, acoperirea debitului necesar al staţiei nu se poate face cu o singură pompă, ci cu două sau mai multe agregate, care funcţionează în paralel. La funcţionarea simultană a mai multor agregate, stabilirea punctului de funcţionare şi reglarea parametrilor rezultaţi, pentru a corespunde celor necesari, se face în mod asemănător cu cele indicate pentru un singur agregat. La funcţionarea mai multor pompe în paralel, se constată discontinuităţi ale randamentului în funcţie de creşterea debitului. În unele cazuri, funcţionarea simultană a mai multor pompe este necesară pentru a asigura o înălţime de refulare mai mare decât cea caracteristică unei singure pompe, debitul fiind acoperit de fiecare agregat în parte. În acest caz, pomparea cu două sau mai multe pompe se face în serie, fie într-o singură treaptă, fie în mai multe trepte.
20
Alegerea soluţiei se face în funcţie de condiţiile locale specifice, de materialul conductei şi de forma reliefului, preferându-se soluţia cea mai economică şi mai sigură în funcţionare. Pentru o staţie de pompare soluţia cea mai economică ar corespunde adoptării unui număr de agregate cât mai mic, rezultând un cost de investiţie mai mic, atât pentru utilaje, cât şi pentru clădire. Problema are însă, conotaţii mai complexe, pentru că, pe langă agregatele în funcţiune, staţia de pompare trebuie să cuprindă şi agregate de rezervă, iar debitul instalaţiei are variaţii în timp, astfel încât, soluţia alegerii numărului de agregate trebuie să rezulte dintr-un calcul tehnico-economic. Într-adevăr, dacă se alege o singură pompă în funcţiune, rezerva ei reprezintă 100%, iar puterea instalată rezultă de 200% din cea în funcţiune; dacă se aleg două pompe egale în funcţiune, rezerva va fi de 50%, iar puterea instalată, 150% din cea în funţiune şi aşa mai departe. Normele în vigoare impun ca rezerva să fie restrânsă la un singur agregat. În cazul în care agregatele au debite diferite, pompa de rezervă se recomandă să aibă caracteristici identice cu cel mai mare agregat în funcţiune.
AUTOMATIZAREA STAŢIILOR DE POMPARE În funcţie de cerinţele consumului de apă, staţiile depompare pot funcţiona astfel: - cu comandă manuală; - cu comandă de la distanţă; - cu comandă automată. Treapta superioară a automatizării staţiilor de pompare este cea cu telecomandă de la postul de dispecer automat al întregului sistem de alimentare cu
21
apă, staţia de pompare fiind doar unul din punctele de exploatare, care se încadrează în ansamblul schemei de automatizare.
Automatizarea staţiilor de pompare, la alimentările cu apă, trebuie făcută cu discernământ, ţinând cont de toate condiţiile ansamblului. Astfel, în cazul în care pomparea se face fără rezervor, pornirea pompelor poate fi comandată de nivelul maxim din rezervorul de aspiraţie, de nivelul minim din rezervorul de refulare sau de presiunea minimă din rezervorul de distribuţie, iar oprirea pompelor de nivelul minim din rezervorul de aspiraţie, respectiv, de nivelul maxim din rezervorul de refulare sau de presiunea maximă din reţea. Nu este indicat să se facă automatizarea staţiilor de pompare a captărilor din straturi de apă subterană, la care debitul captat trebuie să fie cât mai uniform, pentru a evita înnisiparea dispozitivului de captare (puţuri sau drenuri). În aceste cazuri se recomandă adoptarea soluţiilor cu centralizarea comenzilor şi semnalizarea stării de funcţionare a agregatelor, reglarea funcţionării instalaţiei făcându-se manual. Automatizarea staţiilor de pompare în alimentările cu apă se adoptă în toate cazurile în care rezultă ea raţională, ea asigurând următoarele avantaje: - funcţionarea sigură şi după un program dat a agregatelor; - prelungirea duratei lor de funcţionare, prin semnalizarea la timp a fenomenelor anormale; - reducerea capacităţii de compensare a rezervoarelor; - reducerea costului de construcţie prin micşorarea gabaritelor; - reducerea cheltuielilor de explatare, prin micşorarea consumului de energie electrică pentru iluminat, suprimarea sau reducerea cheltuielilor cu instalaţiile de ventilaţie şi încălzire, reducerea personalului de exploatare şi întreţinere. Cele mai utilizate tipuri de staţii de pompare cu funcţionare automată sunt instalaţiile pneumatice, din care fac parte staţiile de pompare cu hidrofor (recipient pneumatic).
22
În funcţie de înălţimea de pompare, Hp=24,8 m şi debitul de pompare Qp=486 m /h se alege cu ajutorul programului WILO următorul tip de pompă ASP400A3
90/6-400V, cu următoarele caracteristici: - debit Qp=486 m /h; 3
- înălţime de pompare Hp=23,22 m
≈ 24,8 m;
- turaţia n=980 rot/min; - puterea la arbore P =79,3 kW; 2
- mărime rotor de 403,98 mm; - NPSH de 486 m /h. 3
Determinarea puterii pompei: Puterea pompei se calculează cu relaţia următoare: P =
γ ⋅ Q ⋅ H k ⋅ n
Vom avea o putere medie de 79,3 kW.
Stabilirea cotei axului pompei a) Înălţimea minimă sau cota minimă a apei în rezervorul R ; 1
N min
= 200 + 0.5 ⋅ n = 200 + 0.5 ⋅ 3 = 201.5m
b) Cota radierului rezervorului R ; 1
R1
C R
=
N min
−
2.00
=
201.5
−
2.00
=
199.5m
c) Înălţimea netă absolută de aspiraţie; NPSH=0,397 m d) Suma pierderilor de sarcină pe conducta de aspiraţie; ∑h = 0.5 e) Raportul dintre presiunea atmosferică şi greutatea specifică a lichidului
pompat este;
P at
γ
=10 .33mcolH 2 O
23
f)Raportul dintre presiunea de vaporizare a lichidului la temperatura de
funcţionare şi greutatea specifică a lichidului pompat este; P v
γ
= 0.234 mcolH 2 O
g) Cota axului pompei va fi;
max C ax , pompa = N min +
P at γ
−
P v γ
− hra − NPSH − h s =
= 201.5 +10.33 − 0.234 − 0.5 − 0.397 − 0.5 = 210 .20 m
h) Cota terenului;
C T = C ax , pompa + NPSH = 210.20 + 0.397 = 210.60m . max
24
Instalaţia hidraulică a staţiei de pompare a) Pe conducta de aspiraţie: Pentru aspiraţie vom avea următoarele elemente: - debitul pompat; Qp=135 l/s. - viteza de curgere a apei; v=0,75 m/s. - diametrul conductei de aspiraţie; D=0,414 m, am ales Dn=0,45 m. b) Pe conducta de refulare: Pentru refulare vom avea următoarele elemente: - debitul pompat; Qp=135 l/s. - viteza de curgere a apei; v=0,75 m/s. - diametrul conductei de aspiraţie; D=0,414 m, am ales Dn=0,45 m.
Dimensionarea instalaţiei de amorsare Amorsarea pompelor se va face cu o instalaţie de vid, compusă din pompa de vacum şi cazane de vid: a) Pompele de vacum se aleg pentru un debit de 10 %∙Q apa =10%∙486=48.6
m /h. 3
b) Înălţimea de vacum;
max H vac = C ax , pompa − N min = 210 . 20 − 201 .5 = 8 . 7 mcilH 2 O
= 8 .7 / 10 ⋅ 760 = 661 .2 mmcolHg
c) Presiunea absolută va fi; P abs = 760 − H vac
= 98.8mmcolHg
La temperatura de 100 C şi la presiunea de 760 mmcolHg moleculele de la 0
suprafaţa apei se desprind şi trec în aer sub formă de vapori.
Clădirea Staţiei de Pompare Clădirea staţiei de pompare cuprinde: 25
- sala pompelor; - sala transformatoarelor electrice (eventual); - încăperile auxiliare. Atelier, depozit, grup sanitar, cameră de comandă etc. Construcţia staţiei de pompare se realizează astfel încât să corespundă cât mai bine: ■ cerinţelor tehnologice - tipul de pompare, care necesită, de cele mai multe ori, un subsol etanş; - modul de organizare a dispoziţiei utilajelor şi a instalaţiei hidraulice; - gradul de automatizare al staţiei. ■ necesităţilor de încăperi auxiliare ■ conditiilor locale. - caracteristici mecanice ale pământului de fundaţie; - nivelul şi gradul de agresivitate al apei subterane; - nivelul apei de inundaţie etc. Clădirea staţiei de pompare se proiectează astfel încât întreţinerea şi exploatarea ei să fie cât mai facilă, iar extinderea de viitor să se poată realiza fără întreruperea funcţionării staţiei. Construcţia staţiei de pompare cuprinde o infrastructură (fundaţiile şi subsolul clădirii şi fundaţiile pompelor) şi o suprastructură. Tipurile cele mai caracteristice de clădiri ale staţiilor de pompare sunt: ■ construcţia cu infrastructură pe radier general şi cu suprastructură; ■ construcţia cu fundaţii separate şi suprastructură; ■ construcţia fără suprastructură. Stabilirea dimensiunilor generale ale clădirii staţiei de pompare se face atât în funcţie de spaţiile necesare, cât şi de sistemul modular al construcţiilor, urmărindu-se utilizarea cât mai raţională a elementelor prefabricate din beton armat (grinzi, ferme, stâlpi, chesoane etc.).
26
Toate elementele constuctive ale clădirii staţiilor de pompare se verifică prin calcule de rezistenţă şi de stabilitate, o atenţie deosebită acordându-se radierului general şi fundaţiilor pompelor. La agregatele mari, fundaţiile electropompelor trebuie să fie astfel concepute şi realizate, încât să fie împiedicată transmisia vibraţiilor la restul clădirii.
1) Determinarea dimensiunilor în plan a construcţiilor Dimensionarea în plan a staţiei de pompare a fost executată conform datelor obţinute din catalogul de pompe.
2) Determinarea înălţimii staţiei de pompare a) Determinarea înălţimii absolute - se consideră cota terenului la 3 ÷ 5 m faţă de cota radierului staţiei de
pompare; - grosimea radierului se alege:
H radier = 0.30 m
;
- platforma de intrare se pozează la cota terenului, C T = 210.60 m .
b) Alegerea podului rulant şi determinarea înălţimii suprastructurii - podul rulant se alege în funcţie de greutatea pompelor:
G pomp a = 2100 kg ;
- conform catalogului ISLGC se alege podul rulant cu o grindă, manual, cu o lungime maximă: L=8 m; - principalele dimensiuni ale podului rulant vor fi: - A=1600 mm; - B=2240 mm; - h =670 mm; 1
- h =10 mm; 2
-C
1 max
=560 mm;
-C
2 max
=560 mm;
- lăţimea şinei podului rulant: l =50 mm; s
27
- înălţimea suprastructurii se determină cu relaţia: H
H
pompa
H
pod
H
s
sup rastr
= H pompa + H pod + H s m
, unde:
=540 mm – înălţimea pompei;
=2120 mm – înălţimea podului rulant; 100 mm – înălţimea de siguranţă;
H sup rast =540+2120+100=1760 mm - alegem H sup rastr =3.00 m.
b) Determinarea înălţimii totale a staţiei de pompare H T =H
cabluri
+H sup rastr m, unde H
cabluri
=5.00 m este înălţimea cablurilor de
prindere. H T =5.00+3.00=8.00 m
3) Alegerea grinzii de rulare a podului rulant Calea de rulare a podului rulant se execută din bară metalică cu latura L=50 mm. Aceasta se sprijină pe o grindă de rulare continuă, din profil I
24
, fiind prinsă
de aceasta prin sudură. Sarcinile ce acţionează asupra grinzii de rulare sunt: 1.sarcini uniform distribuite: - greutatea proprie a căii de rulare: P
CR
- greutatea proprie a grinzii de rulare: P
=19.625 kg/m; GR
- suma sarcinilor uniform distribuite: P=P
=36.200 kg/m;
CR
+P
GR
kg/m;
P=19.625+36.200=55,825 kg/m 2.sarcini concentrate: G
CR
=1700 kg/m
G
GR
=2100 kg/m ⇒ G=G
CR
+G
GR
=1700+2100=3800 kg/m
28
