Н. Н. Елин, Б. В. Жуков ПРОЕКТИРОВАНИЕ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ. Учебное пособие

1 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ивановский государственный политехнический университет» Н. Н. Елин, Б. В. Жуков ПРОЕКТИРОВАНИЕ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ Учебное пособие Иваново 2016

2 УДК Елин, Н. Н. Проектирование насосных станций систем водоснабжения и водоотведения: учеб. пособие / Н. Н. Елин, Б. В. Жуков. Иваново: ИВГПУ, с. В пособии представлены методики расчета режимов работы насосных станций различных типов, выбора их основного и вспомогательного оборудования, рассмотрены характерные случаи совместной работы насосных станций с системами подачи и распределения воды, даны рекомендации по выбору объемно-планировочных решений зданий. Пособие предназначено студентам дневной и заочной форм обучения направления подготовки Строительство, профиля Водоснабжение и водоотведение для изучения курса «Проектирование насосных станций систем водоснабжения и водоотведения», а также для курсового и дипломного проектирования. Рецензенты: кафедра процессов и аппаратов химической технологии Ивановского государственного химико-технологического университета (зав. кафедрой доктор технических наук, профессор А. Г. Липин); доктор технических наук, профессор, профессор кафедры промышленной теплоэнергетики Ивановского государственного энергетического университета Е. Г. Авдюнин Научный редактор доктор технических наук, профессор Н.Н. Елин ISBN ФГБОУ ВО «ИВГПУ», 2016 Елин Н. Н., Жуков Б. В., 2016

3 О Г Л А В Л Е Н И Е Предисловие. 6 Введение Типы насосных станций систем водоснабжения и водоотведения Назначение насосных станций. Основные требования, предъявляемые к их сооружениям и оборудованию Принципиальные схемы насосных станций Насосные станции систем водоснабжения Насосные станции систем водоотведения Типы насосных станций Основы проектирования насосных станций Требования к выбору расчетных режимов работы насосных станций Расчет режима работы насосных станций Насосные станции первого подъема Насосные станции второго подъема Определение расчетных напоров Выбор типа и числа устанавливаемых насосов Определение отметки расположения оси горизонтальных насосов Определение мощности приводного двигателя Основное энергетическое и вспомогательное оборудование насосных станций Состав оборудования насосных станций Сороудерживающие устройства Затворы, задвижки, клапаны Подъемно-транспортные механизмы Системы заливки насосов, технического водоснабжения, дренажа и осушения Система заливки насосов Система технического водоснабжения Дренажные насосные установки Контрольно-измерительная аппаратура насосных станций Водопроводные насосные станции Основные конструктивные решения для водопроводных насосных станций Всасывающие трубопроводы

4 4.3. Напорные трубопроводы Компоновки водопроводных насосных станций и определение их основных размеров Насосные станции первого подъема Насосные станции второго подъема Насосные станции и установки для забора подземных вод Повысительные насосные станции Циркуляционные насосные станции Передвижные насосные станции Канализационные насосные станции Назначение канализационных насосных станций Классификация КНС и их схемы Приемные резервуары КНС Расположение насосных агрегатов Особенности устройства всасывающих и напорных трубопроводов Специальные типы канализационных насосных станций Насосные станции для перекачивания атмосферных вод Установки для перекачивания осадка из первичных отстойников и уплотненного активного ила Электрическая часть насосных станций Оборудование электрического хозяйства насосных станций Приводные двигатели насосов различных типов Схемы электрических соединений Трансформаторные подстанции и распределительные устройства Автоматизация насосных станций Основные элементы систем автоматизации Принципиальные схемы автоматического управления Схемы автоматизированных насосных установок и насосных станций Рекомендации по выбору насосного оборудования Напорно-расходные характеристики насосов типов К, Д, ЦНС и СД Насосные установки ГРАНФЛОУ Условное обозначение насосной установки ГРАНФЛОУ

5 Области применения и принципы работы насосных установок ГРАНФЛОУ Принцип работы и функции насосной установки ГРАНФЛОУ с релейным регулированием Принцип работы и функции насосной установки ГРАНФЛОУ с частотным регулированием (управление до 7 насосов) Варианты насосных установок ГРАНФЛОУ Насосные установки ГРАНФЛОУ Эконом Контрольные вопросы Заключение Библиографический список ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение 1. Напорно-расходные характеристики насосов типа К Приложение 2. Напорно-расходные характеристики насосов типа Д Приложение 3. Напорно-расходные характеристики насосов типа СД Приложение 4. Напорно-расходные характеристики насосов типа ЦНС Приложение 5. Напорно-расходные характеристики и габаритные размеры насосных установок ГРАНФЛОУ с насосами серии DPV Приложение 6. Напорно-расходные характеристики и габаритные размеры насосных установок ГРАНФЛОУ с насосами серии 3М Приложение 7. Напорно-расходные характеристики и габаритные размеры насосных установок ГРАНФЛОУ Эконом 136 5

6 Предисловие Насосные станции являются одним из основных и наиболее сложных элементов систем водоснабжения и водоотведения. В большинстве дипломных проектов по специальности «Водоснабжение и водоотведение» имеется раздел, посвященный их проектированию. Однако в Государственном образовательном стандарте для данной специальности предусмотрен курс «Насосные и воздуходувные станции», в котором вопросы проектирования насосных станций изложены недостаточно. Поэтому с 2001 года в ГОУ ВО «Ивановский государственный политехнический университет» (ранее ИГАСА, ИГАСУ) ведется преподавание дисциплины «Проектирование насосных станций систем водоснабжения и водоотведения», включая выполнение курсового проекта. Актуальность предлагаемого учебного пособия обусловлена двумя основными причинами: 1) учебно-методические, справочные и нормативные материалы, необходимые для изучения данного курса, содержатся в большом источников, не всегда доступных студентам; 2) в последние годы произошло значительное обновление номенклатуры выпускаемого насосного оборудования, многие отечественные предприятия перешли на выпуск высокоэффективного оборудования по лицензиям ведущих иностранных компаний, а следовательно, ныне используемые студентами учебнометодические, справочные и нормативные материалы существенно устарели. В данном учебном пособии, написанном на основе авторского лекционного курса: — обобщен опыт преподавания дисциплины; — рассмотрен широкий круг задач, связанных со всеми стадиями проектирования насосных станций всех типов; — подробно изложены методы определения расчетных подачи и напора, выбора количества и типа насосов и приводных двигателей, а также вспомогательного оборудования, включая системы электроснабжения и автоматизации; — представлены типовые компоновочные решения для насосных станций различных типов; — даны рекомендации по выбору строительных материалов. 6

7 В приложениях представлены технические характеристики и основные размеры современного насосного оборудования ведущих мировых производителей, предлагаемых российскими дилерскими компаниями или производимых в РФ по лицензии. Это дает возможность студентам выполнять курсовые и дипломные проекты на более высоком научно-техническом уровне. Пособие рекомендуется студентам дневной и заочной форм обучения направления подготовки Строительство, профиля Водоснабжение и водоотведение для изучения курса «Проектирование насосных станций систем водоснабжения и водоотведения», а также для курсового и дипломного проектирования. 7

8 Введение Для обеспечения надежной и экономичной работы систем водоснабжения и водоотведения большое значение имеют насосные станции. Все многообразие этих станций в зависимости от места расположения в общей схеме водоснабжения и водоотведения сводится к следующим основным типам: — насосные станции первого и второго подъема, повысительные и циркуляционные для систем водоснабжения; — районные и главные канализационные насосные станции, насосные станции для перекачивания атмосферных вод и осадков для систем водоотведения. Последовательность проектирования зависит от конкретных условий и состава исходных данных. Однако можно рекомендовать укрупненную схему расчета, включающую в себя следующие основные этапы: 1) составление расчетной схемы насосной станции; 2) выбор режима работы и числа насосных агрегатов; 3) определение расчетной подачи насосов; 4) расчет объемов регулирующих емкостей; 5) расчет внутристанционных и наружных трубопроводов; 6) определение требуемого напора насосов; 7) выбор насосов; 8) анализ совместной работы насосов и трубопроводов; 9) выбор вспомогательного оборудования; 10) определение допустимой отметки оси насосов; 11) проектирование здания насосной станции. Перечень решаемых вопросов может быть сокращен или расширен по согласованию с руководителем проекта. 8

9 1. ТИПЫ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ 1.1. Назначение насосных станций. Основные требования, предъявляемые к их сооружениям и оборудованию Насосными станциями (НС) систем водоснабжения и водоотведения называется комплекс сооружений и оборудования, обеспечивающий водоподачу или водоотведение в соответствии с нуждами потребителя. НС систем водоснабжения по назначению и расположению в общей схеме водоснабжения подразделяются на НС первого подъема (НС-I); НС второго подъема (НС-II); циркуляционные НС (ЦНС); повысительные НС (ПНС). НС-I забирают воду из источника водоснабжения и в зависимости от принятой системы подают ее на очистные сооружения водоснабжения (ОСВ) или, если не требуется очистки воды, непосредственно в резервуары, распределительную сеть, водонапорную башню либо в другие сооружения. На промышленных предприятиях с процессами, предъявляющими различные требования к качеству воды, на одной НС-I могут быть установлены насосы, подающие воду как на ОСВ, так и непосредственно в сеть без очистки, или на разные ОСВ. НС-II служат для подачи очищенной воды потребителям, обычно из резервуаров чистой воды (РЧВ). Иногда насосы первого и второго подъема могут быть размещены в одном здании с целью сокращения затрат на строительство и эксплуатацию. Но это не всегда возможно и зависит от вида источника водоснабжения, наличия и типа ОСВ, рельефа местности и других обстоятельств. ЦНС входят в схемы оборотного технического водоснабжения промышленных предприятий, ТЭС и АЭС. На этих насосных станциях одни насосы подают отработавшую воду на охлаждающие или очистные устройства, а другие насосы возвращают подготовленную воду снова к производственным установкам. ПНС предназначены для повышения напора в водопроводной сети или в водоводе. Вода забирается из одной сети или участка водовода и под повышенным напором подается в другую сеть (района, города, отдельного цеха промышленного предприятия) или в последующий участок длинного водовода. 9

10 Назначение насосных станций систем водоотведения (КНС) заключается в подъеме сточной воды на очистные сооружения канализации (ОСК), если рельеф местности не позволяет подавать эти воды самотеком, или в подаче сточных вод из заглубленного коллектора в другой, расположенный выше с целью избежать большого заглубления самотечного коллектора. По расположению в общей схеме канализации КНС подразделяются на главные (ГКНС), предназначенные для перекачивания сточных вод со всей территории населенного пункта или промышленного предприятия, и районные (РКНС), предназначенные для перекачивания сточных вод с части территории населенного пункта. РКНС перекачивают воду или на ОСК, или в близлежащий коллектор. Основные требования к насосным станциям различного назначения: 1) обеспечение напора и подачи в соответствии с графиком водопотребления или водоотведения; 2) обеспечение требуемой степени надежности и бесперебойности работы; 3) долговечность; 4) удобство эксплуатации. При проектировании и строительстве насосных станций необходимо стараться снизить затраты на их сооружение путем использования стандартных изделий, местных материалов, максимальной компактности расположения оборудования Принципиальные схемы насосных станций Насосные станции систем водоснабжения Состав сооружений насосных станций систем водоснабжения, их тип и компоновка зависят: 1) от вида источника водоснабжения: — подземные воды (артезианские, грунтовые, воды ключей); — подрусловые воды и поверхностные воды рек, каналов, озер и водохранилищ; — морская вода; 2) особенностей источника водоснабжения: — для открытого водоема может быть необходимо регулирование стока в пределах года или многолетнего периода; 10

11 — для мелких источников может быть необходимо строительство плотины или углубление дна; — при наличии большого количества взвешенных частиц может быть необходимо предусмотреть дополнительные сооружения на НС-I (например, отстойники). Принципиальные схемы насосных станций первого подъема, использующих поверхностные водоисточники и подземные водоисточники, показаны соответственно на рис. 1.1 и 1.2. Рис Принципиальные схемы компоновок НС-I, использующих поверхностные водоисточники: а береговая совмещенного типа; б береговая раздельного типа; в русловая совмещенного типа; г русловая раздельного типа; 1 водозаборное сооружение; 2 здание станции; 3 напорные трубопроводы; 4 водовыпуск; 5 водоводы; 6 водоприемник; 7 всасывающие трубы 11

12 Береговые НС-I совмещенного типа (рис. 1.1, а) устраивают: при наличии у берега реки или водохранилища глубин, обеспечивающих нормальные условия для забора воды; при относительно небольших колебаниях горизонтов воды (до 5 8 м). Береговые НС-I раздельного типа (рис. 1.1, б) устраивают: при широкой затопляемой пойме (в этом случае водоводы 5 самотечные). Русловые совмещенного типа НС-I (рис. 1.1, в) устраивают при значительных колебаниях горизонтов воды (более м, когда вода самотеком не пойдет); здание станции выносят в русло для обеспечения его устойчивости. Русловые НС-I раздельного типа (рис. 1.1, г) устраивают в условиях пологого русла и малых глубин. а) б) Рис Принципиальные схемы компоновок НС-I, использующих подземные водоисточники: а с индивидуальными насосными установками; б с групповым водозабором; 1 скважины с установленными на них насосами; 2 сборный коллектор; 3 напорный трубопровод; 4 водонапорная башня; 5 разводящая водопроводная сеть; 6 скважины без насосов; 7 самотечный трубопровод; 8 сборный колодец; 9 всасывающие трубы; 10 НС-I Выбор схемы (рис. 1.2, а или рис. 1.2, б) зависит от суммарной подачи насосной станции, мощности водоносного пласта и глубины его залегания. 12

13 Принципиальные схемы насосных станций второго подъема показаны на рис а) б) Рис Принципиальные схемы НС-II: а раздельное расположение; б объединенное расположение (НС-I + НС-II); 1 напорные трубопроводы насосов I подъема; 2 ОСВ; 3 трубопроводы от ОСВ к РЧВ; 4 РЧВ; 5 всасывающие трубопроводы насосов второго подъема; 6 здание НС-II; 7 напорные трубопроводы насосов второго подъема; 8 водозаборное сооружение; 9 самотечные водоводы; 10 здание НС-I Принципиальные схемы циркуляционных насосных станций показаны на рис Схемы повысительных насосных станций (ПНС) представлены на рис

14 а) 4 В реку 6 5 Теплая Река б) П Рис Принципиальные схемы циркуляционных насосных станций: а блочная; б централизованная; 1 здание ЦНС; 2 помещение обратных клапанов и задвижек; 3 напорные трубопроводы; 4 конденсаторы паровых турбин; 5 закрытые самотечные отводящие каналы; 6 открытый отводящий канал 14

15 а) б) Рис Принципиальные схемы компоновок повысительных насосных станций: а на открытом канале; б на напорном трубопроводе; 1 подводящий участок; 2 аванкамера; 3 здание ПНС; 4 напорные трубопроводы; 5 напорный бассейн; 6 водовыпуск; 7 отводящий участок; 8 резервуар; 9 всасывающие линии насосов Насосные станции систем водоотведения Насосные станции систем водоотведения (КНС) по схеме и составу оборудования очень похожи на ПНС Рис Схема КНС, подающей сточные воды на ОСК: 1 самотечный магистральный коллектор; 2 приемный резервуар; 3 всасывающие трубы насосов; 4 помещение КНС; 5 напорный трубопровод; 6 очистные сооружения 15

16 1.3. Типы насосных станций Тип водопроводной насосной станции определяется ее назначением и подачей, а также зависит от вида и режима источника водоснабжения, расположения здания насосной станции по отношению к водозаборному сооружению, типа и характеристик основного оборудования и систем привода климатических условий, рельефа и гидрогеологии местности. Тип канализационной насосной станции определяется главным образом глубиной заложения подводящего коллектора, объемом сточных вод и регулярностью их поступления, гидрогеологическими условиями (например, наличием грунтовых вод), типом устанавливаемых насосов и двигателей. Различают следующие типы насосных станций: по характеру основного оборудования: — с центробежными горизонтальными или вертикальными насосами; — осевыми и диагональными горизонтальными, наклонными или вертикальными насосами; — объемными насосами; — водоподъемниками различных типов; по расположению лопастных насосов относительно уровня воды в приемном резервуаре или в подводящем коллекторе: — с положительной высотой всасывания; — подпором; по расположению относительно поверхности земли: — заглубленные (шахтного типа); — частично заглубленные; — наземные; по характеру управления насосами: — с ручным управлением; — автоматическим управлением; — дистанционным управлением. Особая группа нестационарные насосные станции (для непродолжительной сезонной работы). В любом случае выбор типа насосной станции производится путем технико-экономического сравнения нескольких вариантов. 16

17 2. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ 2.1. Требования к выбору расчетных режимов работы насосных станций Выбор насосных агрегатов осуществляется на основании требуемых подачи Q и напора Н, устанавливаемых гидравлическим расчетом системы перекачивания жидкости, для которого требуются следующие исходные данные: — расход воды (приток) в сутки максимального водопотребления (для КНС притока) Q макс сут ; — расход воды (приток) в часы максимального Q макс ч, среднего Q ср ч и минимального Q мин ч водопотребления в сутки максимального водопотребления (притока); — расход воды на нужды пожаротушения и принятая система пожаротушения (низкого или высокого давления); — отметки расчетных уровней воды в источнике (в реке, резервуаре и т. д.) РУВ. — отметки уровня воды в напорной емкости или у потребителя, в приемной камере или в бачке приема жидкости (в зависимости от принятой схемы); — гидравлическая характеристика сети Q Н тр (если сеть требуется спроектировать, то сначала необходимо найти диаметры участков d i ). Все эти данные определяются проектом системы водоснабжения или канализации. На основании графика водопотребления (притока) устанавливается режим работы и подача НС. НС должна подавать (или откачивать) за сутки полный расчетный суточный расход при обеспечении требуемой высоты подъема жидкости. Расчетная подача насосных станций определяется по суткам максимального водопотребления (для КНС водопритока) в час максимального водопотребления (для КНС водопритока), а час максимального водопотребления определяется на основании сводной ведомости расхода воды потребителями в системе водоснабжения или принятого коэффициента неравномерности. Подача канализационных насосных станций характеризуется максимальным расчетным секундным расходом в подводящем коллекторе на участке, примыкающем к КНС. 17

18 При выборе режима работы насосных станций следует учитывать их назначение, место расположения в общей схеме системы водоснабжения или канализации, наличие регулирующих емкостей и перспективы развития. Для экономичной работы системы необходимо, чтобы область максимального КПД насоса приходилась на тот расход, при котором насос работает большую часть времени. Расчет насосных станций ведут на перспективу: — НС-I и КНС на 25 лет; — НС-II на 8 лет. Для повышения экономичности необходимо учитывать динамику водопотребления (или притока) Расчет режима работы насосных станций Насосные станции первого подъема Подача воды НС-I может осуществляться по трем основным схемам. НС-I подает воду: 1) на очистные сооружения для хозяйственно-питьевых или производственных нужд; 2) в резервуары чистой воды (РЧВ) без очистки (при условии, что качество воды соответствует ГОСТ «Вода питьевая»); 3) без очистки непосредственно потребителю. В первом случае насосную станцию рассчитывают на подачу среднего часового расхода воды в дни максимального водопотребления с учетом расхода воды на собственные нужды и станцию очистки воды. При этом средняя часовая подача, м 3 /ч: Q ч = α Q макс сут / Т, (2.1) где Q макс сут максимальный суточный расход, м 3 /сут; α коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды и станцию очистки воды (α = 1,04 1,1); Т продолжительность работы НС-I в сутки (обычно Т = 24 ч). Вторая схема применяется, как правило, для подземных источников водоснабжения. Она позволяет обеспечить равномерную круглосуточную работу насосов на НС-I. При этом РЧВ используется в качестве регулирующей емкости. Основное достоинство данной схемы заключается в минимизации количества водозабор- 18

19 ных скважин за счет эксплуатации их в оптимальном режиме. Средняя часовая подача для данного случая: Q ч = α 1 Q макс сут / 24, (2.2) где α 1 коэффициент, учитывающий расход на собственные нужды (α 1 = 1,01 1,02). В третьем случае водозаборные скважины делят на «основные» и «неосновные». «Основные» скважины наиболее мощные, имеющие большой удельный дебит и обеспечивающие среднечасовой расход воды потребителями; работают круглосуточно. «Неосновные» скважины работают в часы максимального водопотребления и во время ремонта «основных» скважин. Их дебит рассчитывается на разность подач в час максимального и среднечасового водопотребления. Основным достоинством данной схемы является отсутствие необходимости строительства резервуаров и НС-II, а основным недостатком увеличение количества скважин по сравнению со второй схемой. Выбор схемы водоподачи производится на основе техникоэкономического сравнения вариантов. На практике весьма часто объединяют системы хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения. При этом необходимо предусматривать форсированную подачу воды для пополнения противопожарного запаса, который находится в специальных резервуарах, расположенных у НС-II. Восстановление противопожарного запаса может производиться следующими способами: 1) рабочими насосами, если они работают не круглые сутки. В этом случае восстановление противопожарного запаса производится во время предполагающихся перерывов в их работе; 2) рабочими насосами за счет сокращения водопотребления (где это возможно); 3) резервными насосами; 4) специальными противопожарными насосами. При восстановлении противопожарного запаса подача насосов рассчитывается по следующим формулам: — для рабочих насосов: 3Q + Q — 3Q Q ч=q I+ T п макс. I 3 ; (2.3) 19

20 — для противопожарных насосов: 3Q + Q -3Q Q= ч T п макс. I 3 20, (2.4) где Q п противопожарный расход, м 3 /ч; 3Q п суммарная подача воды на тушение пожара в течение 3-х ч при расчетной продолжительности пожара 3 ч (данное количество воды, израсходованное на тушение пожара, необходимо добавить в РЧВ); Q макс. суммарная подача воды в течение 3-х ч наибольшего водопотребления (определяется по сводному графику водопотребления); Q I средняя часовая подача нормально работающей НС-I (при отсутствии пожара); Т продолжительность пополнения противопожарного запаса (Т = ч в зависимости от пожарной опасности объекта; выбирается по СНиП ) Насосные станции второго подъема В зависимости от планировки снабжаемого водой объекта и взаимного расположения НС-II и напорных аккумуляторов различают следующие системы: 1) безбашенную; 2) с башней в начале сети; 3) с контррезервуаром. Количество воды, потребляемой объектом, непрерывно изменяется в зависимости от случайных событий. Поскольку НС-II подают воду непосредственно в сеть потребителя, режим их работы определяют в зависимости от режима водопотребления объекта, характеризующегося значительной неравномерностью. Для НС-II должны быть проведены расчеты режима работы: 1) в часы наибольшего и наименьшего водопотребления в сутки максимального расхода воды; 2) при тушении пожара в часы наибольшего водопотребления; 3) при возникновении аварий; 4) на случай наибольшего транзита в контррезервуар (для системы с контррезервуаром). В безбашенной системе вода подается от НС-II непосредственно в сеть, поэтому производительность НС-II подбирается на час 3

21 наибольшего водопотребления в сутки максимального водопотребления (Q макс ч в сутки с Q макс сут ). Достоинством этой системы является отсутствие аккумулирующей емкости, а недостатками завышенная производительность НС-II и частые включения и выключения насосов. В системе водоснабжения с напорным аккумулятором максимальная подача НС-II меньше максимального часового расхода у потребителя. Когда подача воды НС-II больше водопотребления, избыток воды поступает в аккумулирующую емкость; когда водопотребление превышает подачу, недостающее количество воды поступает в сеть из аккумулирующей емкости. Чем больше разность между подачей и потреблением, тем больше должен быть объем аккумулирующей емкости. При определении подачи НС-II необходимо найти оптимальный вариант режима ее работы, соответствующий минимальной вместительности аккумулирующей емкости (минимальным капитальным затратам) и наименьшей частоте включения насосных агрегатов. Как правило, график работы НС-II принимают двух- или трехступенчатым (в зависимости от работы различного числа насосов в разное время суток). При назначении этого графика: — равномерный режим работы НС-II рекомендуется для систем водоснабжения с Q макс сут 15 тыс. м 3 /сут. При этом вместимость аккумулирующей емкости V рег составляет 8 15 % суточной подачи НС-II; — при ступенчатой работе НС-II величина V рег должна быть в диапазоне 2,5 6 % суточной подачи НС-II; — рекомендуется выбирать типовые проекты аккумулирующих емкостей (водонапорных башен). Количество рабочих насосов, установленных на НС-II, N р и подачу одного насоса Q 1 определяют с помощью совмещенного графика водопотребления и водоподачи. Пример графика для двухступенчатой работы НС-II показан на рис Площадь под графиком водопотребления (сплошная линия на рис. 2.1) равна суточному потреблению воды объектом в сутки максимального водопотребления Q макс сут, а площадь под графиком водоподачи (пунктирная линия на рис. 2.1) суточной подаче НС-II. 21

22 Рис Совмещенный график водопотребления (сплошная линия) и подачи (пунктирная линия) воды НС-II Так как эти величины должны быть одинаковы, то I Q = Q N t, (2.5) макс сут 1 i i i=1 где i = 1,, I номер периода работы НС-II общей продолжительностью t i ч, в течение которого эксплуатируется количество насосов N i с подачей каждого насоса Q 1, м 3 /ч. Величина N р равна большей из величин N i, а суммарная продолжительность всех периодов работы НС-II составляет одни сутки I ( t= 24 ч). i=1 i Для примера, представленного в табл. 2.1 и на рис. 2.1: Q макс сут = 15273,7 м 3 ; I = 2; t 1 = 12; N 1 = 1 (от 19 до 7 ч); t 2 = 12; N 2 = 2 (от 7 до 19 ч). Подача одного насоса: Q 1 = 15273,7 : ( ) = 424,3 м 3 /ч. Очевидно, что можно составить большое количество графиков работы НС-II, удовлетворяющих условию (2.5), но при этом отличающихся друг от друга величинами I, t i, N i и Q 1. Искусство проектировщика заключается в умении найти такой вариант, при котором минимальный объем аккумулирующей емкости достигается при сравнительно небольшом количестве рабочих насосов и небольшой частоте их включений и выключений. 22

23 Для расчета «регулирующей вместимости» бака водонапорной башни строится таблица. В качестве примера построения такой таблицы (табл. 2.1) используем данные рис Таблица 2.1 Расчет «регулирующей вместимости» V рег бака водонапорной башни Водопотребление, м 3 /ч Подача НС-II, м 3 /ч Остаток за час накопленное накопленная воды в резервуаре, м 3 /ч за час с начала суток с начала суток ,8 377,8 424,3 424,3-46,47 377,8 755,6 424,3 848,6-92,94 377,8 1133,4 424,3 1272,8-139,41 377,8 1511,2 424,3 1697,1-185, ,2 424,3 2121,35-146,15 550,2 2525,4 424,3 2545,62-20,22 599,4 3124,8 424,3 2969,89 154,91 708,8 3833,6 848,6 3818,43 15,17 881,6 4715,2 848,6 4666,97 48,23 843,6 5558,8 848,6 5515,51 43, ,8 848,6 6364,05-3,25 848,4 7209,2 848,6 7212,59-3,39 873,4 8082,6 848,6 8061,13 21,47 863,8 8946,4 848,6 8909,67 36,73 818, ,6 9758,21 6, , ,75-49,75 810, ,7 848, ,29-87,59 708, ,5 848, ,83-227,33 688, ,4 848, ,37-286,97 599, ,8 424, ,64-211,84 556, ,2 424, ,91-79,71 530, ,6 424, ,18 26,42 444, ,8 424, ,45 46,35 377, ,6 424, ,7 0 Часы суток В табл. 2.1: в графах 2 и 4 водопотребление и подача НС-II, взятые из совмещенного графика (рис. 2.1); в графах 3 и 5 накопленные значения водопотребления и подачи НС-II с начала отсчета (в данном случае с 0 ч); в графе 6 разность значений величин, взятых из граф 3 и 5. Величина «регулирующей вместимости» определяется как сумма самого большого положительного и самого большого отрицательного (по абсолютной величине) значений величин в графе 6. Для данного примера: V рег = 154, ,97 = 441,88 м 3. 23

24 Данная величина должна быть не менее 5-минутной подачи одного из насосов. Для того чтобы определить час, когда в аккумулирующей емкости находится минимальное количество воды, надо ко всем значениям величин графы 6 прибавить самое большое по абсолютной величине отрицательное значение этой графы. Тогда минимальное значение величины в графе 6 будет равно нулю, а максимальное значение «регулирующей вместимости» V рег. Величину V рег можно также определять по совмещенному интегральному графику водоподачи и водопотребления (рис. 2.2), где V + равна превышению «накопленной» (за время от 0 ч до текущего момента) водоподачи над водопотреблением, а V — превышению «накопленного» водопотребления над водоподачей. % Водопотребление V Водоподача V рег = V + + V 20 V Рис Совмещенный интегральный график водоподачи и водопотребления Основным преимуществом ступенчатого графика работы НС-II (по сравнению с равномерным) является уменьшение величины «регулирующей вместимости» бака водонапорной башни, а следовательно, ее стоимости, а недостатком увеличение количества включений и выключений насосного оборудования, а следовательно, его ускоренный износ. В ряде случаев вполне оправданной бывает эксплуатация малых насосных станций (например, в сельской местности) в одну смену: в ночное время, когда тарифы на электроэнергию минимальные, бак заполняется, а водоразбор производится в дневное время. Следует помнить, что общий объем бака V вб водонапорной башни складывается из «регулирующего объема» V рег и неприкосновенного противопожарного запаса воды V п для тушения одного наружного и одного внутреннего пожара: V вб = V рег + V п. (2.6) 24 20

25 Для определения «регулирующего объема» РЧВ необходимо воспользоваться совмещенным графиком работы НС-I и НС-II (рис. 2.3). Рис Совмещенный график подачи воды НС-I (сплошная линия) и НС-II (пунктирная линия) Как известно, НС-I работает равномерно в течение суток и ее часовая подача: 100 % : 24 ч = 4,17 % суточной подачи. График работы НС-II примем двухступенчатым (от 0 до 4 ч часовая подача составляет 2,5 % суточной, а от 4 до 24 ч 4,5 %). При этом от 0 до 4 ч подача НС-I превышает подачу НС-II, и вода накапливается в РЧВ, а от 4 до 24 ч подача НС-II превышает подачу НС-I, и запас воды в РЧВ уменьшается. Следовательно: V рег = (4,17 2,5) Ч 4 = (4,5 4,17) Ч 20 = 6,7 % суточной подачи. Полный объем резервуаров чистой воды V РЧВ должен включать, кроме «регулирующего объема» V рег, еще запас воды на тушение расчетных пожаров в течение 3-х (иногда 2-х) ч максимального водопотребления V пож и запас воды на собственные нужды очистных сооружений V сн : V РЧВ = V рег + V пож + V сн, (2.7) где V пож = Q п t п ; Q п противопожарный расход, м 3 /ч (см. формулы (2.3), (2.4)); t п расчетная продолжительность пожара (2 3 ч) Определение расчетных напоров Для НС-I требуемый напор определяют в соответствии с принятой схемой подачи воды. При подаче воды на очистные сооружения (рис. 2.4): Н = Н г + h w,вс + h w,н + 1, (2.8) где Н г = Z c Z p геометрическая высота подъема воды (Н г = Н гв + + Н гн сумма геометрических высот всасывания и нагнетания); 25

26 h w,вс, h w,н потери напора во всасывающей и в нагнетательной линиях; 1 запас напора, м. h w,н Н г Н гн Н Z c РУВ Z p Н г.в. h w,вс Рис К расчету напора НС-I, подающей воду на очистные сооружения: 1 водоприемный береговой колодец; 2 насос; 3 смеситель; РУВ расчетный уровень воды При подаче воды в РЧВ из артезианских скважин: Н = Н г + h скв + h в + 1, (2.9) где Н г геометрическая высота подъема воды (разность отметок динамического уровня в скважине и максимального уровня в сборном резервуаре); h скв потери напора в скважине; h в потери напора в сборном трубопроводе. При подаче воды непосредственно в водопроводную сеть: Н = Н г + h w,вс + h w,н + Н св, (2.10) где Н св требуемый свободный напор в точке водопроводной сети, принятой за расчетную. Для НС-II при отсутствии в системе водонапорной башни (так называемая безбашенная система) расчетный напор определяется аналогично напору НС-I, подающей воду непосредственно в сеть, т. е. по формуле (2.10). 26

27 При расположении водонапорной башни в начале сети (рис. 2.5): Н = h w,вс + Н г + Н б + Н р + h w,н, (2.11) где Н г разность отметок поверхности земли у водонапорной башни и расчетного уровня воды в резервуаре; Н б высота башни от поверхности земли до дна резервуара; Н р высота резервуара. h w,н Н р Н Н б Н h w,в Рис К расчету напора НС-II при расположении водонапорной башни в начале сети При расположении водонапорной башни в конце сети (схема с контррезервуаром, рис. 2.6) необходимо рассмотреть два режима работы системы: 1) режим максимального водопотребления, когда вода в «диктующую точку» а поступает и от НС-II, и от водонапорной башни: H I H ‘ г h ‘ w, вс h ‘ w, н H св, (2.12) ‘ где H г разность отметок «диктующей точки» и РУВ; Н св свободный напор в сети; 2) режим максимального транзита воды в башню, который соответствует минимальному водопотреблению, когда вода от насосной станции поступает частично потребителю, а частично в башню: II » » » H Hг hw, вс hw, н, (2.13) » где H разность отметок расчетного уровня воды в резервуаре и г РУВ. 27

28 Обычно потери напора во всасывающей линии во втором случае больше, чем в первом ( h » ‘ w, вс hw, вс ), так как при уменьшении количества параллельно работающих насосов подача одного насоса увеличивается. Однако в тех случаях, когда каждый насос использует свою всасывающую линию, эти величины одинаковы. Потери напора в нагнетательной линии могут быть больше как в первом, так и во втором случае, так как скорость воды больше в первом случае, а длина во втором. » h w,н ‘ h w,н II H » H г H I Н с ‘ Н г а РУВ h w,вс Рис К расчету напора НС-II при расположении водонапорной башни в конце сети В качестве расчетного напора принимают наибольшую из величин Н I и H II. В большинстве случаев H II > Н I. Как известно, при проектировании системы водоснабжения в расчетный расход воды не включаются требуемые противопожарные расходы. Однако система водоснабжения должна быть проверена на пропуск расхода воды для тушения пожара в часы максимального водопотребления, т. е. в момент наиболее напряженной работы НС-II. Следовательно, в момент возникновения пожара НС-II должна подать расход воды, равный сумме Q п + Q макс. При расчете Q макс не учитывается расход воды на полив территории, а на промышленном предприятии, кроме того, на прием душа, мытье полов и технологического оборудования. Полная высота подъема воды при пожаре: пож пож H пож Hг hw вс hw, н 28 пож, Hсв, (2.14)

29 где Н г разность отметок земли в расчетной точке пожара и РУВ в пож резервуаре; H св свободный напор в расчетной точке при пожаре (расчетной называется наиболее труднодоступная точка водопроводной сети, которая выбирается по минимальному значению гидравлического уклона). пож Величина Hсв зависит от принятой системы пожаротушения: высокого или низкого давления. При системе пожаротушения высокого давления водопровод должен в надлежащий момент обеспечить подачу к месту пожара необходимого расхода воды и повышение давления в сети до величины, достаточной для создания пожарных струй непосредственно от гидранта. Обычно это повышение давления обеспечивается только на время пожара. При системе пожаротушения низкого давления водопровод должен обеспечить лишь подачу увеличенного в связи с пожаром расхода воды. Напор для получения пожарных струй создается передвижными пожарными насосами, установленными на пожарных машинах, забирающими воду из сети через гидранты. Поэтому величина H пож св в любой точке сети должна быть не менее 10 м с целью исключения образования в сети вакуума, а значит, и подсоса нечистот в систему через неплотности в сети при отборе воды противопожарными насосами. Величины hw,вс, h пож пож w,н рассчитывают для Q = Q п + Q макс с запасом: на всасывающей линии 2,5 м; на напорной 5 м. Рассмотрим режим работы водопровода при возникновении пожара для системы пожаротушения низкого давления (рис. 2.7). Рис К расчету требуемого напора НС-II при возникновении пожара для системы с водонапорной башней в начале сети 29

30 На рис. 2.7: Н н напор на рабочих насосах; h w вс х/п потери напора во всасывающей линии хозяйственно-питьевого трубопровода; h w пож пожарный уровень воды; h х/п суммарные потери напора на хозяйственно-питьевом трубопроводе; h пож суммарные потери напора в пожарном трубопроводе. Потери напора во всасывающей линии хозяйственно-питьевого водопровода и в напорной пож пож линиях увеличиваются ( h w,вс >hw,вс х/п; h w,н >h w,н ) вследствие увеличения расхода с Q макс до Q п + Q макс, и пьезометрический график при пожаре имеет больший уклон. Свободный напор при этом уменьшается от Н св до H пож св 10 м. Пьезометрическая линия при пожаре в зависимости от конкретных условий может пройти как выше бака водонапорной башни (пунктирная линия), так и ниже (штрихпунктирная линия). В первом случае водонапорную башню на время пожара следует отключить, а во втором случае это делать необязательно. Уменьшение свободного напора на (Н св H пож св ) дает возможность увеличить подачу НС-II на Q, конкретная величина которой зависит от напорно-расходной характеристики (рис. 2.8). Рис Работа НС-II на сеть в номинальном режиме (сплошная линия) и в режиме пожаротушения (пунктирная линия) Если Q > Q п, то подача противопожарного расхода обеспечивается рабочими насосами, в противном случае следует предусмотреть установку дополнительных противопожарных насосов. При этом, когда при возникновении пожара требуемый напор НС-II меньше напора, соответствующего работе при отсутствии пожара (H пож 31 пожара включаются в работу дополнительно к рабочим. А при H пож > H н в качестве противопожарных насосов принимаются насосы, напор у которых больше, чем у рабочих. В этом случае при возникновении пожара рабочие насосы отключаются, а весь требуемый расход воды (Q = Q п + Q макс ) подается противопожарными насосами. Сплошная линия пьезометрический график при пропуске Q макс ; пунктирная и штрихпунктирная линии пьезометрические графики при пропуске Q = Q п + Q макс. В системах водоснабжения с контррезервуаром наиболее неблагоприятные для пожаров точки (возвышенные и удаленные) расположены вблизи водонапорной башни. пож Так как Н вб > Н св > H св, то первое время после возникновения пожара водонапорная башня подает к «диктующей точке» А (рис. 2.9) значительное количество воды и быстро опорожняется. Рис К расчету требуемого напора НС-II при возникновении пожара для системы с контррезервуаром Поэтому системы с контррезервуаром следует рассчитывать на подачу в период пожара Q п + Q макс от НС-II Выбор типа и числа устанавливаемых насосов При выборе типа и определении числа рабочих агрегатов необходимо учитывать совместную работу насосов, водоводов и сети, так как характеристика сети влияет на подачу и напор насоса, а также руководствоваться следующими соображениями: 1) число рабочих агрегатов одной группы не должно быть менее двух; 2) необходимо устанавливать как можно меньше рабочих насосов, так как с увеличением числа насосов увеличивается их общая 31

32 стоимость (например, общая стоимость четырех насосов с подачей каждого 25 % общей подачи НС больше, чем двух насосов с подачей каждого 50 % общей подачи НС). Кроме того, при параллельной работе насосов их суммарная подача, как известно, увеличивается не кратно числу работающих насосов; 3) насосы должны работать при наивысших КПД при длительной подаче. Кратковременные расходы могут подаваться с более низким КПД; 4) целесообразно устанавливать насосы одного типоразмера с целью обеспечения их взаимозаменяемости, унификации запасных частей, единообразия обслуживания основного и вспомогательного оборудования, упрощения системы КИПиА; 5) подача рабочих насосов должна быть достаточной для обеспечения максимального расхода, величина которого определяется по совмещенному графику (см. рис. 2.1). Число резервных насосов принимается в соответствии с категорией надежности насосной станции. Согласно [12], выделяют три категории надежности: — категория I допускает кратковременное (до 3 сут) снижение подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды (не более 30 % расчетного расхода) и на производственные нужды (до предела, устанавливаемого аварийным графиком работы предприятий); допускается снижение подачи ниже указанного предела или перерыв на время включения резервных агрегатов, но не более 10 мин; — для категории II допускаемое снижение подачи такое же, как для категории I, но длительность снижения подачи до 15 сут, допустимый перерыв в подаче до 6 ч; — для категории III допускаемое снижение подачи и длительности такое же, что и для категории II; перерыв в работе для переключения резервных агрегатов и проведения ремонтных работ до 24 ч. На НС-I, относящихся к категории II, количество резервных агрегатов N рез должно быть не менее двух. НС-II противопожарных и объединенных хозяйственнопротивопожарных и производственно-противопожарных водопроводов относятся к категории I, а при наличии емкости с противопожарным запасом воды к категории II. Число резервных агрегатов в зависимости от категории надежности НС и N раб можно определять по табл

33 Число рабочих агрегатов одной группы N раб До и более К расчету числа резервных агрегатов Число резервных агрегатов на станциях категорий N рез I II III Таблица 2.2 Примечание. В число рабочих агрегатов включены пожарные насосы. Резервные насосы принимаются с характеристикой, соответствующей насосу с наибольшей подачей из числа установленных на насосной станции. При этом резервный насос меньшей подачи должен храниться на складе. При аварии меньшего насоса включают «большой» резервный, доставляют со склада «меньший» резервный и заменяют им аварийный. После этого отключают «большой» резервный насос и включают «меньший» резервный насос. Основные принципы выбора насосных агрегатов на насосных станциях различного назначения: 1. Насосные станции первого подъема работают в течение суток равномерно, поэтому целесообразно устанавливать не менее 2 однотипных рабочих агрегатов и 2 резервных (N раб 2; N рез = 2). Станции этого типа обычно заглубленные, шахтного типа, круглой формы в плане, сооружение их очень дорогое, так как стоимость установленного на них оборудования намного меньше стоимости строительных работ при их сооружении. Поэтому на резервных насосах экономить не следует. Поскольку стоимость НС-I сильно зависит от диаметра шахты (размера в плане), следует применять вертикальные насосы центробежного или осевого типа, электродвигатели которых нужно устанавливать над насосами для обеспечения компактности и удобства обслуживания. Вертикальные насосы выпускаются на большую производительность, поэтому на НС-I малой производительности используются горизонтальные центробежные насосы. В последнее время на НС-I стали использовать скважинные насосы с трансмиссионным валом типа АТВ. 2. Насосные станции второго подъема работают по ступенчатому графику, поэтому выбор для них однотипных насосов значительно отличается. Выбору насосов НС-II должен предшествовать весьма тщательный анализ работы системы «насосы водоводы

34 сеть». При этом необходимо рассмотреть три характерных режима (рис. 2.10): — номинальный режим, при котором по каждому из двух параллельных водоводов подается 50 % подачи Q макс ; — аварийный режим, соответствующий случаю порыва на одном из двух параллельных водоводов при наличии (или отсутствии) между ними перемычки в зависимости от принятой схемы; — режим работы системы при возникновении пожара, при котором по каждому из двух параллельных водоводов подается 50 % подачи Q = Q п + Q макс, а свободный напор равен H. пож св H N раб = 1 N раб = 2 H св H св пож N раб = 3 Рис Анализ работы системы «насосы водоводы сеть»: сплошная линия номинальный режим; пунктирная линия режим пожаротушения; штрихпунктирная линия аварийный режим (авария на одном из водоводов) 3. Для циркуляционных насосных станций количество и подачу насосов следует принимать с учетом изменения температуры воды в течение года. Поэтому на них целесообразно устанавливать большее (по сравнению с НС-II) число насосов меньшей подачи с целью изменения общей подачи станции включением различного числа насосов. На ЦНС часто устанавливают две группы насосов: одна подает воду на охладительные сооружения, другая в сеть охлаждения. Насосы каждой группы следует принимать с одинаковыми характеристиками, допускающими их параллельную работу. Выбор типа и числа противопожарных насосов следует производить с учетом их совместной работы с хозяйственными насосами. В соответствии с [12] при установке противопожарных насосов Q 34

35 следует устанавливать один резервный агрегат (обычно один рабочий и один резервный). Однако в случаях, когда резервный противопожарный насос используется в качестве резерва и для хозяйственных насосов, лучше устанавливать два рабочих насоса и один резервный с целью сокращения доли резервной мощности. Таким образом, определив подачу и напор насоса, по сводному графику характеристик (полей работы насосов) выбирают ближайший подходящий насос. Затем предпринимают различные меры для обеспечения его работы с наивысшим КПД насоса (обрезка рабочего колеса, изменение частоты вращения и др.). Данные расчетов должны быть уточнены при эксплуатации НС. Уточнение параметров насосов производят при испытании после окончания монтажа Определение отметки расположения оси горизонтальных насосов В водопроводных насосных станциях первой категории надежности и во всех канализационных насосных станциях насосы, как правило, устанавливают «под залив», а в водопроводных станциях второй и третьей категорий надежности допускается установка насосов выше минимального уровня воды в нижнем бассейне. При этом должна быть предусмотрена система для заливки насосов перед пуском. В НС-I первой категории надежности отметку оси насоса Z он определяют следующим образом: — при раздельной компоновке (рис. 2.11): Z мув Z он а Рис К определению отметки оси насоса для НС-I при раздельной компоновке 35

36 Z он = Z мув а, (2.15) где а расстояние от оси до верха корпуса насоса; — при совмещенной компоновке (рис. 2.12): Z он = Z дн + а 1 + а 2. (2.16) Z дн а 2 Z он а 1 Рис К определению отметки оси насоса для НС-I при совмещенной компоновке Так как полы машинного зала и сеточного отделения расположены на одном уровне, то Z дн отметка пола, а 1 высота фундамента, а 2 расстояние от низа лап насоса до оси. В НС-II первой категории надежности насосы устанавливают ниже уровня противопожарного запаса воды в РЧВ. Величина Z он определяется в зависимости от расчетного количества пожаров: — при одном расчетном пожаре (рис. 2.13): Z рчв S пож а Z он W пож Рис К определению отметки оси насоса для НС-II при одном расчетном пожаре 36

37 Z он = Z рчв + S пож а, (2.17) где Z рчв отметка минимального уровня воды в РЧВ (дна резервуара), которая обычно на 2,5 м ниже отметки поверхности земли у РЧВ; S пож высота слоя воды, соответствующая полному противопожарному запасу; а расстояние от оси до верха корпуса насоса; — при двух и более расчетных пожарах: Z он Z рчв S 2 пож a. (2.18) В КНС отметку оси насоса определяют из условия размещения корпуса насоса под средним уровнем воды в приемном резервуаре (рис. 2.14): H пр Zон Z пр a, (2.19) 2 где Z пр отметка дна приемного резервуара; Н пр рабочая глубина приемного резервуара (расстояние по вертикали от дна до лотка подводящего коллектора). Z л Н пр Н пр 2 а Z он Z пр Рис К определению отметки оси насоса для КНС Вычисленные отметки Z он должны быть проверены на обеспечение допустимой вакуумметрической высоты всасывания H доп вак доп или допустимого кавитационного запаса h кав, приведенных в каталогах или паспортах насосов. Для этого сравнивают максимальную геометрическую высоту всасывания насосов при минимальном РУВ в нижнем бассейне (береговом колодце, РЧВ, приемном резервуаре) с максимальной допустимой геометрической высотой всасывания. 37

38 Максимальная геометрическая высота всасывания: Н s max = Z он Z мув. (2.20) За величину Z мув принимают: для НС-I минимальный уровень воды в береговом колодце после сеток; для НС-II Z рчв ; для КНС Z пр. Если в результате расчета по формуле (2.20) получается, что H smax > 0, то ось насоса расположена выше минимального уровня воды, если H smax Н доп smax, то Z он уменьшают до доп достижения условия H s max Н s max. Для водопроводных насосных станций II и III категорий надежности: доп Z он=z мув+h smax b, (2.22) где b = 0,5 1,0 м некоторый конструктивный запас Определение мощности приводного двигателя Необходимые для определения требуемой N эл величины подачи и напора насоса принимают по режимной точке работы системы «насосы водоводы сеть» с учетом того или иного способа регулирования подачи. Мощность насоса: g Q H N, (2.23) н где η н КПД насоса при работе с данными Q и H. Мощность приводного двигателя несколько больше мощности насоса из-за перегрузок и неучтенных условий работы. При непосредственном соединении электродвигателя и насоса: N эл = k N н, где k коэффициент запаса мощности. н

39 При соединении через передачу: k N н N эл, пер где η пер КПД передачи, который принимают по паспорту. Коэффициент запаса мощности принимается в зависимости от мощности насоса: Мощность насоса, квт Коэффициент запаса мощности 300 1,25 1,20 1,15 1,10 Коэффициент запаса мощности зависит также от соотношения мощности насоса при расчетных Q и Н и ближайшей мощности выпускаемого серийного электродвигателя. При этом должно выполняться условие k k табл. При определении мощности приводного двигателя подачу насоса принимают наибольшей из рассматриваемых режимов работы насосной станции. Для насосных станций первого подъема расчетная подача: Qс Q, (2.24) N раб где Q c среднесекундный расход в дни максимального водопотребления; N раб количество рабочих насосных агрегатов. Полный напор насосов определяется из условия минимального расчетного уровня воды в источнике водоснабжения. Электродвигатель нужно подбирать из расчета требуемой мощности при подаче среднесекундного расчетного расхода и предусматривать мероприятия по защите его от перегрузки. Для насосных станций второго подъема расчетную подачу принимают по режиму максимальной подачи, что, как правило, соответствует одиночной работе насоса в систему. Если хозяйственные насосы одновременно являются и противопожарными, то необходимо учесть режим работы насосов при пожаротушении, так как при снижении требуемого напора подача и мощность насосов увеличиваются. 39

40 3. ОСНОВНОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ 3.1. Состав оборудования насосных станций Входящее в схему насосных станций оборудование и системы обычно разделяют на следующие группы: 1) основное энергетическое оборудование; 2) механическое оборудование; 3) вспомогательное оборудование; 4) электрические устройства; 5) противопожарные и санитарно-технические устройства. К основному энергетическому оборудованию относятся насосы и их приводные двигатели. В зависимости от требуемых напора и подачи устанавливают центробежные, осевые или диагональные лопастные насосы или насосы вытеснения. Привод насосов чаще всего производится от электродвигателей, реже от двигателей внутреннего сгорания, еще реже от паровых турбин. Комплекс «насос + приводной двигатель» называется гидроагрегат или просто агрегат. Число агрегатов на насосной станции определяют технико-экономическим расчетом. К механическому оборудованию относятся сороудерживающие устройства, затворы и подъемно-транспортные механизмы. Сороудерживающие устройства служат для предохранения попадания в насосы сора и плавающих тел, а также для предварительной очистки воды. Затворы обеспечивают изменение режима работы станции, а также позволяют проводить периодические осмотры и ремонты ее агрегатов и отдельных сооружений. Подъемно-транспортные механизмы используются для монтажа и демонтажа оборудования, трубопроводов и фасонных частей, для производства ремонтных работ. Они могут быть использованы для подъема и опускания затворов, сороудерживающих устройств и т. п. К вспомогательному оборудованию относятся следующие системы и элементы: а) система технического водоснабжения (СТВ) для подачи технически чистой воды к устройствам водяной смазки направ- 40

41 ляющих подшипников, сальниковых уплотнений, а также к теплообменникам вспомогательного оборудования (компрессоров, крупных электродвигателей, маслонапорных установок и др.); б) дренажно-осушительная система (ДОС) для откачки воды из камер, самотечных и всасывающих труб насосов, расположенных ниже максимального уровня воды в нижнем бьефе, для опорожнения напорных трубопроводов и удаления дренажной воды из подземных помещений; в) система маслоснабжения (СМС) для снабжения маслами соответствующих марок масляных ванн и подшипников электродвигателей, механизмов системы регулирования, сервомоторов, гидроподъемников, силовых трансформаторов и маслонаполненных аппаратов распределительных устройств (РУ). Включает в себя емкости для хранения чистого масла и слива отработанного масла, коммуникационные трубопроводы, маслонапорные установки (МНУ), маслонасосные агрегаты и аппаратуру для очистки масла; г) система пневматического хозяйства (СПХ) для питания сжатым воздухом устройств зарядки котлов МНУ, отжатия воды из камер рабочих колес насосов, для системы пневмоавтоматики и пневмоинструмента, пневмопривода (например, затворов). Состоит из компрессоров, ресиверов, воздухопроводов; д) вакуум-система для заливки водой насосов, установленных выше уровня воды в нижнем бьефе; е) контрольно-измерительные приборы и средства автоматизации (КИПиА). Включают в себя устройства контроля за состоянием агрегатов и другого оборудования, позволяющие производить измерение подачи, напора, мощности, температуры. Эти средства могут быть расположены в специальных щитах, выводиться на центральный пульт управления (ЦПУ) крупных насосных станций. В данной системе предусматриваются средства сигнализации (когда какой-либо параметр выйдет из своей области допустимых значений), аварийного отключения, а также органы автоматического управления (АСУ); ж) трубы и фасонные части для присоединения насосов к всасывающим и напорным трубопроводам. К электрическим устройствам относятся силовые трансформаторы, выводы высокого и низкого напряжения, распределительные устройства (РУ), токопроводы к электродвигателям, системы контроля и система собственных нужд (ССН), которая обеспечивает 41

42 электроснабжение электродвигателей МНУ, СТВ, освещения, КИПиА и других потребителей. Система противопожарных и санитарно-технических устройств включает установки и устройства, имеющие повышенную взрывои пожароопасность (например, электродвигатели, силовые трубопроводы, кабели, маслохозяйство, аккумуляторная и проч.). Поэтому на насосных станциях должны быть предусмотрены мероприятия по обнаружению и, в некоторых случаях, автоматическому тушению пожаров с помощью стационарных водяных или пенных установок. На крупных насосных станциях устраивается отдельная система противопожарного водоснабжения. Для обеспечения нормальных условий эксплуатации здания насосных станций должны быть оборудованы системами отопления, питьевого водоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха, другими санитарно-техническими устройствами Сороудерживающие устройства Защита насосных станций от плавающего сора производится в несколько этапов. Крупные предметы и шуга, плавающие по водной поверхности, отводятся вниз по течению или к берегу плавучей запанью. Более мелкие включения, движущиеся в глубине потока или поднырнувшие под запань, улавливаются на сороудерживающих решетках. При более жестких требованиях к качеству подаваемой воды мелкие загрязнения, прошедшие через решетки, улавливаются сетками или микросетками, устанавливаемыми непосредственно на входе в насос. При проектировании сороудерживающих устройств необходимо учитывать: — расположение решеток и сеток относительно уровня воды в водоисточнике; — местоположение их в составе водозаборных сооружений; — положение относительно направления движения потока при входе в водоприемные отверстия; — скорость потока в створе решетки или сетки; — ожидаемую степень засорения и возможность обмерзания; — применение тех или иных эффективных средств очистки. 42

43 Наиболее распространенными являются два типа решеток. 1. Плоские стержневые решетки. Применяются при незначительном заглублении напорных водоприемных отверстий под уровень воды в источнике. Размещаются в специальных пазах. Выполняются, как правило, съемными. Обслуживание их (перенос и установка в пазы) производится с помощью подъемно-транспортных механизмов. Поэтому при больших размерах перекрываемых отверстий решетки этого типа изготавливаются из отдельных секций. Каждая секция представляет собой опорную конструкцию с закрепленными в ней металлическими стержнями. Просветы между стержнями должны быть такими, чтобы прошедший через них сор не застревал в проточной части насоса: — для осевых насосов 5 15 см; — центробежных насосов 3 10 см. 2. Несъемные плоские и полигональные сороудерживающие решетки. Используются в глубинных водозаборах НС. Опираются на стационарные подрешеточные конструкции. Устанавливаются вертикально или наклонно. Кроме того, при больших размерах водоприемных отверстий применяются сороудерживающие решетки индивидуального изготовления, представляющие собой прямоугольные рамы из швеллера с системой раскосов для жесткости, заполненные стальными вертикальными полосами толщиной 4 10 мм. Ширина полос: l (1 1,3) а, где а просвет между полосами. Потери напора на решетках обычно составляют 1 2 м вод. ст. Скорость потока, отнесенная к сечению отверстий сороудерживающих решеток, должна быть: а) без учета требований рыбозащиты: — при береговых незатопленных водозаборах 0,6 0,2 м/с; — затопленных водозаборах 0,3 0,1 м/с; б) с учетом требований рыбозащиты: — в реках 0,25 м/с; — водоемах 0,1 м/с; — для очень тяжелых шуголедных условий 0,06 м/с. Эффективная очистка решеток от сора очень важна для безаварийной эксплуатации и для снижения потерь напора. Для этой цели применяются различные очистные механизмы и устройства: грейферы, ковши, механические, свободные и направляемые грабли, тралы и т. д. 43

44 Во избежание обмерзания внутриводным льдом стержни решеток выполняют из гидрофобных материалов (каучук, эбонит, дерево) или покрывают ими металлические стержни. Применяют также электрообогрев, промывку теплой водой, продувку сжатым воздухом. В водозаборных устройствах насосных станций используются сетки двух типов: 1) плоские съемные и 2) ленточные вращающиеся. Проволоки для сеток обоих типов изготавливают из антикоррозийного материала (нержавеющая сталь, оцинкованная сталь, бронза, капрон и т. д.), а размер ячеек выбирают исходя из требований производства, обслуживаемого данной насосной станцией. Секция плоской съемной сетки представляет собой металлическую раму из уголка, на которой крепятся проволочные полотнища. Полотно двойное: мелкое рабочее с ячейками от 2Ч2 до 5Ч5 мм из тонкой проволоки и крупное 20Ч20 мм и более (для придания полотну прочности). К достоинствам сеток этого типа относятся простота и дешевизна, а к недостаткам быстрое загрязнение, а следовательно, большие эксплуатационные расходы и низкая надежность. Ленточные вращающиеся сетки представляют собой непрерывное проволочное полотно, перекинутое через два расположенных друг над другом барабана. Полотно состоит из отдельных секций (металлических рамок), шарнирно соединенных между собой. Каждая рамка затянута сеткой из тонкой проволоки. Ширина полотна сетки до 2 2,5 м. Сетки вращаются с помощью электродвигателя. Скорость движения сетки тем больше, чем больше загрязненность воды (обычно 3,5 10 м/с; а если есть рыбозаградительные устройства, то 0,8 1,2 м/с). Очистка таких сеток от загрязнений производится непрерывно. Достоинства и недостатки обратны тем, которые указаны для плоских съемных сеток Затворы, задвижки, клапаны Затворы, устанавливаемые на насосных станциях, по назначению делятся на основные, аварийные и ремонтные. Основные (рабочие) затворы служат для оперативного регулирования расходов воды через сооружения. Открываются и закрываются под напором. При значительных размерах отверстий и необходимости точного регулирования могут открываться или закрываться частично. 44

45 Аварийные затворы применяются для быстрого перекрытия отверстий в аварийных случаях (отключение насоса от сети, разрыв трубопровода, авария основного затвора и т. д.). Закрываются под напором в потоке, а открываются в безнапорном состоянии или при ограниченном напоре. Ремонтные затворы используются для осушения, ревизий, ремонта и замены основных затворов, проточных частей насосов, осмотра и ремонта самого сооружения и его водопроводящих трактов. Эти затворы устанавливают и убирают в стоячей воде. Часто в качестве ремонтных и аварийных используют одни и те же затворы. По конструкции различают плоские щитовые затворы (деревянные или металлические), задвижки (параллельные или клиновые в зависимости от конструкции запорной части), дисковые поворотные затворы и обратные клапаны. Плоские щитовые затворы, изготовленные из металла, могут использоваться для перекрытия отверстий больших размеров под большими давлениями, но стоимость их выше, чем деревянных. Задвижки применяют в качестве рабочих и аварийноремонтных затворов на трубопроводах любого назначения. Выпускаются они для трубопроводов диаметром до 1650 мм. При диаметрах больше 400 мм задвижки оборудуются механическим приводом, управление которым производится с помощью электро- или гидропривода. Могут изготавливаться задвижки с выдвижным или невыдвижным шпинделем. Принцип работы дискового поворотного затвора заключается в том, что поворотный диск, прижимаясь к уплотняющей поверхности седла внутри корпуса, преграждает путь потоку жидкости; при повороте диска на 90 жидкость свободно проходит через затвор. Дисковые поворотные затворы выпускаются с ручным и механическим приводом для трубопроводов диаметром до 2000 мм при напоре до 100 м. По специальному заказу выпускаются они и большего диаметра. Используются в качестве рабочих и ремонтных затворов. Основные достоинства: быстрота управления, компактность, дешевизна; недостаток большие потери напора. Обратные клапаны предназначены для предотвращения обратного тока воды через насосы. В основном используют однодисковые обратные клапаны двух модификаций: с верхней подвеской и с эксцентричной подвеской тарели. На трубопроводах большого диаметра применяют многодисковые обратные клапаны. 45

46 3.4. Подъемно-транспортные механизмы Для монтажа, ремонта и демонтажа оборудования, арматуры и трубопроводов насосных станций предусматривают подъемнотранспортное оборудование с ручным приводом: — при массе узлов до 1 т кошку и таль по монорельсу; — при массе узлов до 5 т подвесную кран-балку; — при массе узлов более 5 т мостовой кран. Грузоподъемность подъемно-транспортных механизмов (ПТМ) определяют по весу самой тяжелой неразъемной детали. Как правило, на НС различного назначения это статор приводного электродвигателя, иногда задвижка на всасывающем или напорном коллекторе. При подъеме оборудования на высоту более 6 м или при длине машинного зала более 18 м, или при массе оборудования более 5 т применяются электрические кран-балки или мостовые электрические краны. Электропривод для подъемно-транспортного оборудования следует применять в тех случаях, когда их работа связана с ежедневными частыми технологическими операциями Системы заливки насосов, технического водоснабжения, дренажа и осушения Система заливки насосов Перед пуском центробежных и осевых насосов их корпус, рабочее колесо и всасывающий трубопровод должны быть заполнены водой. Чаще всего эти насосы устанавливаются с подпором при самом низшем уровне воды в источнике или приемном резервуаре (рис. 3.1). НГВ 2 1 Рис Схема заливки насоса при отрицательной высоте всасывания Процедура заливки следующая: открываются задвижка на всасывающей линии 1 и кран для выпуска воздуха 2. После того как вода начинает изливаться через кран 2, он закрывается и насос включается в работу. 46

47 Следует помнить, что задвижка на всасывающей линии обязательно устанавливается при отрицательной высоте всасывания, а при положительной высоте всасывания ее установка запрещена. При положительной высоте всасывания устраивается специальная система для заливки (рис. 3.2). Данная схема возможна при наличии обводной трубы. Приемный клапан Рис Схема заливки насоса из напорного трубопровода В схеме (рис. 3.3) струйный насос работает от напорного трубопровода или от автономного источника. Перед пуском струйного насоса задвижка на напорном трубопроводе основного насоса должна быть закрыта. Закрыто Рис Схема заливки насоса при помощи струйного насоса 47

48 Циркуляционный контрольный бачок Вакуум-насос Рис Схема заливки насоса при помощи вакуум-насоса Схема (рис. 3.4) применяется на крупных насосных станциях с мощными насосами. Ее достоинством является полная автоматизация процесса заливки и пуска, а недостаток заключается в том, что она возможна только при работе на чистой воде Система технического водоснабжения Основное требование к системе технического водоснабжения (СТВ): вода должна быть химически чистой и не разрушать аппаратуру трубопроводов и насосов. Поэтому необходимо установить отстойники и механические фильтры. В качестве насосов используются самовсасывающие вихревые либо центробежные насосы типа К. При числе основных насосов не более 4 принимают 2 насоса технического водоснабжения (один рабочий и один резервный); в другом случае 3 насоса (два рабочих и один резервный). Диаметры трубопроводов системы технического водоснабжения принимаются не более 150 мм Дренажные насосные установки Дренажные насосные установки предназначены для откачки из здания и помещений насосных станций фильтрационных вод. Для сбора дренажных вод устраивают сборный дренажный колодец, в который вода поступает по дренажным лоткам (в том числе, по периметру здания насосной станции), а пол устраивают с уклоном (i = 0,002 0,005) в сторону сборного колодца. Откачка воды производится по мере наполнения колодца с помощью дренажных 48

49 насосных установок, производительность которых: на насосных станциях малой производительности 1 л/с; средней 3,5 5 л/с; большой 8 10 л/с Контрольно-измерительная аппаратура насосных станций На насосных станциях контролю подлежат основные технологические параметры насосов: подача Q; напор (давление) Н (р); вакуум во всасывающей линии h вак (р вак ); уровень воды в водозаборной камере (источнике); перепад уровней; потери напора; температура. На электродвигателях измеряются напряжение U, ток I, мощность W, частота f и cos φ, на маслосистеме температура t, давление p и уровень масла H. Для измерения этих параметров используются различные приборы. Для измерения подачи воды могут применяться расходомеры различных конструкций: скоростные водомеры (вертушки или турбинные водомеры); сужающие устройства (диафрагмы, сопла Вентури). Давление может измеряться с помощью манометров (когда оно больше атмосферного), вакуумметров (если давление меньше атмосферного), мановакуумметров (когда величина давления может быть как и больше, так и меньше атмосферного). Для измерения перепадов давления используются дифманометры поплавкового, мембранного и сильфонного типов. Согласно правилам технической эксплуатации насосного оборудования, на каждом насосе должны быть установлены следующие контрольно-измерительные приборы: 1) вакуумметр (мановакуумметр) на всасывающем патрубке; 2) манометр на напорном патрубке; 3) амперметр, вольтметр и ваттметр на электродвигателе; 4) указатели уровня масла в подшипниках; 5) манометры, показывающие давление масла перед подшипниками; 6) термометры, показывающие температуру масла на входе и выходе из подшипников; 7) водомеры на каждой напорной линии. Кроме того, на насосной станции должны быть установлены указатели уровня воды в резервуарах. 49

50 4. ВОДОПРОВОДНЫЕ НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ Классификация водопроводных насосных станций производится либо по роду обслуживаемых объектов, либо по классу надежности действия. В зависимости от рода обслуживаемых объектов различают насосные станции: — подающие воду на хозяйственно-питьевые нужды (например, НС городских водопроводов); — подающие воду для нужд производства (например, НС промышленных предприятий, ТЭС, АЭС, систем транспорта); — систем пожаротушения (для некоторых категорий производственных потребителей). В ряде случаев возможно совмещение этих функций. Например, на насосных станциях, подающих воду на хозяйственнопитьевые нужды, чаще всего устанавливают противопожарные насосы. Иногда на насосных станциях, подающих воду для нужд производства, могут быть установлены насосы, подающие хозяйственно-питьевую воду. В зависимости от категории надежности действия устанавливается гарантия на степень бесперебойности работы насосных станций (см. п. 2.3), что определяет необходимость резерва их оборудования. Например, для насосных станций I категории надежности питание приводных электродвигателей производится от двух независимых источников или дополнительно к электродвигателю для некоторых насосов устанавливается резервный привод от газовых или паровых турбин, производится дублирование водозаборных сооружений, водоводов и другого оборудования Основные конструктивные решения для водопроводных насосных станций Классификация конструкций зданий насосных станций представлена на рис Наземные здания характерны для насосных станций, забирающих воду из поверхностных источников с относительно небольшими колебаниями уровня воды и оборудованных насосами с положительной высотой всасывания. Это позволяет разместить их выше максимального уровня воды в источнике. 50

51 Насосные станции Наземные Заглубленные Совмещенные Раздельные Камерные Блочные Шахтного типа С «сухой камерой» С «мокрой камерой» Шахтнокамерные Шахтноблочные Рис Классификация конструкций зданий насосных станций Конструкция совмещенного (с водозаборным сооружением) здания НС (рис. 4.2) используется только при наличии крутых устойчивых берегов и прочных грунтов в основании фундамента насосной станции. Рис Насосная станция с наземным зданием совмещенного типа 51

52 В зданиях НС раздельного (с водозаборным сооружением) типа размещение насосных агрегатов производится на отдельных фундаментах, не связанных со зданием насосной станции (рис. 4.3). От водозаборного сооружения Рис Насосная станция с наземным зданием раздельного типа Заглубленные здания характерны для насосных станций, использующих поверхностные водоисточники с колебаниями уровня воды, превышающими всасывающую способность насосов. В этом случае здание необходимо размещать ниже максимального, а иногда и ниже минимального уровня воды в источнике. Здания заглубленных насосных станций состоят из верхнего строения и подземной части. а) б) От водозаборного сооружения Рис Насосная станция заглубленного типа с «сухой камерой: а совмещенного типа; б раздельного типа 52

53 Осевые или центробежные глубинные насосы В зависимости от конструкции подземной части различают заглубленные здания камерного и блочного типов. В свою очередь, здания камерного типа делятся на здания с «сухой камерой» (рис. 4.4) совмещенного либо раздельного типа, когда камера выполняет функцию машинного зала, и здания с «мокрой камерой» (рис. 4.5), когда камера выполняет функцию водоприемного резервуара. а) б) Рис Насосная станция заглубленного типа с «мокрой камерой»: а с размещением насоса над камерой; б с размещением насоса в камере Рис Насосная станция с заглубленным зданием блочного типа 53

54 Заглубленные здания блочного типа (рис. 4.6) характерны для крупных насосных станций с вертикальными осевыми или центробежными насосами одностороннего входа, вода к которым подается по изогнутым всасывающим трубам сложной конфигурации. Подводящие трубы таких станций прокладываются в массивных бетонных блоках, представляющих подземную часть здания. Обычно такие здания совмещены с водозаборными сооружениями. Здания шахтного типа (рис. 4.7) используются при большом заглублении насосных станций, обусловленном большими колебаниями уровня воды или сложными геологическими условиями. а) б) Рис Насосная станция с заглубленным зданием шахтного типа: а шахтно-камерное здание; б шахтно-блочное здание Основное и вспомогательное оборудование размещается в помещениях, расположенных на нескольких ярусах, поднимающихся к поверхности земли в виде шахты. Здания таких станций могут быть шахтно-камерными и шахтно-блочными. 54

55 Кроме того, для небольших насосных станций, использующих подземные воды и оборудованных погружными насосами, используются подземные здания, которые в крупных водохозяйственных системах встречаются редко. Такие здания имеют ряд достоинств: — их можно строить в любое время года; — можно использовать скальные массивы как стены, пол, потолок; — нет необходимости отчуждения земли из сельскохозяйственного оборота; — водоводы прокладываются по кратчайшему пути Всасывающие трубопроводы Основным требованием к всасывающим трубопроводам является их воздухонепроницаемость. Известно, что наличие в воде 1 % воздуха по объему приводит к уменьшению подачи насоса на 5 10 %; наличие % воздуха к срыву подачи. Поэтому все стыки этих трубопроводов должны быть герметичны. Для обеспечения этого требования применяются в основном сварные соединения. Входное отверстие всасывающего трубопровода заглубляют на 0,5 1,5 м ниже самого низкого уровня воды, на концах всасывающего трубопровода устанавливают экраны, предотвращающие воронкообразование. Для предотвращения образования воздушных мешков во всасывающих трубопроводах их прокладывают с подъемом в сторону насоса (i 0,005). При переходе одного диаметра на другой используются только косые переходы. Для того чтобы обеспечить давление во всасывающем патрубке насоса выше минимально допустимого (равного сумме давления насыщения и кавитационного запаса), потери напора во всасывающем трубопроводе должны быть как можно меньше [2, 10]. Поэтому всасывающий трубопровод должен быть как можно меньшей длины и иметь как можно меньше фасонных частей. Диаметры всасывающих трубопроводов w вс определяются исходя из рекомендаций по оптимальной скорости воды во всасывающем трубопроводе: 0,7 1 м/с при диаметре менее 250 мм; 1 1,5 м/с при диаметре от 250 до 800 мм; 1,5 2 м/с при диаметре более 800 мм. 55

56 Для уменьшения местных потерь на входе во всасывающий трубопровод рекомендуется использовать следующую конструкцию входа (рис. 4.8). d тр α l к D вх Рис Конструкция входа во всасывающий трубопровод: D вх = (1,25 1,5) d тр ; α = 8 16 ; l к = (3,5 7) (D вх d тр ) Водоприемная камера (рис. 4.9) должна иметь такую конструкцию, чтобы скорости подхода воды к оголовку были не больше скорости воды во входном сечении. D вх D вх D вх 0,8Dвх В = 3D вх Рис Конструкция водоприемной камеры При расположении в одной водоприемной камере нескольких всасывающих трубопроводов должно быть исключено их взаимное влияние. 56

57 4.3. Напорные трубопроводы Напорные трубопроводы предназначены для транспортирования воды, находящейся под давлением, в зависимости от принятой схемы, от насосов к очистным сооружениям, технологическим установкам или непосредственно к потребителю. Диаметры напорных трубопроводов изменяются от 0,1 до 2 м, а напоры в них от нескольких метров до сотен метров. Различают внешние напорные трубопроводы, длина которых может составлять сотни километров, а стоимость значительно превышать стоимость насосных станций, и внутристанционные напорные трубопроводы, оборудованные обратным клапаном (ОК), задвижкой и расходомером. Число напорных трубопроводов чаще всего 2 (редко 3), т. е. их число меньше количества насосов, поэтому необходимо устройство сборных коллекторов. Рис Схемы присоединения насосов к сборным коллекторам Схемы присоединения насосов к сборным коллекторам (рис. 4.10) должны обеспечивать возможность ремонтировать любую задвижку при отключении только одного насоса независимо от количества насосов. При большом количестве задвижек растет площадь насосной станции. Поэтому эффективно размещение арматуры насоса на вертикальном участке напорного трубопровода. Однако это ведет к увеличению высоты и применимо в основном для заглубленных насосных станций. Рекомендуемые скорости движения воды в напорных трубопроводах: D, мм 800 w, м/с 1 1,5 1,2 2 1,8 3 При наличии взвешенных частиц величина скорости уменьшается из-за опасности абразивного износа. 57

58 Трубопроводы выполняются, как правило, из стандартных стальных труб с наваренными фланцами для соединения с фасонными частями и арматурой. Наружную поверхность труб окрашивают. Причем всасывающие и напорные линии разной краской Компоновки водопроводных насосных станций и определение их основных размеров При разработке компоновочных решений для водопроводных насосных станций следует стремиться к минимальной протяженности их коммуникаций с целью обеспечить удобство и безопасность обслуживания, а также предусмотреть возможность расширения в будущем. Для центробежных насосов с горизонтальным валом, устанавливаемых в машинном здании прямоугольной формы, используются следующие основные схемы расположения (рис ). Рис Однорядное расположение агрегатов параллельно продольной оси насосной станции Достоинством компоновки (рис. 4.11) является малая ширина машинного зала, а недостатком его большая длина. Данная схема обычно используется для насосных станций, на которых установлены насосы типа Д. Рис Однорядное расположение агрегатов перпендикулярно продольной оси насосной станции 58

59 Схема (рис. 4.12) отличается малой длиной и большой шириной машинного зала и используется для насосных станций, на которых установлены насосы типа К. Рис Однорядное расположение агрегатов под углом к продольной оси насосной станции Схема (рис. 4.13) объединяет достоинства и недостатки предыдущих схем. Рис Двухрядное расположение агрегатов Схема (рис. 4.14) применяется при большом числе агрегатов различного типа. Ее недостатком является большая площадь машинного зала и сложная компоновка коммуникаций. Рис Двухрядное расположение агрегатов в шахматном порядке 59

60 Схема (рис. 4.15) применяется для большого числа крупных агрегатов, она отличается большей компактностью по сравнению с предыдущей схемой. Однорядное расположение агрегатов вдоль продольной оси насосной станции обычно используется для вертикальных насосов (типа В). Осевые насосы устанавливают в один ряд вдоль фронта водозабора. Круглые в плане здания машинного зала строят для заглубленных насосных станций. При совмещении насосных станций с водоприемником применяется кольцевое расположение агрегатов (рис. 4.16). а) б) Рис Кольцевое расположение агрегатов: а подвод воды к насосам изнутри здания; б подвод воды к насосам извне здания При раздельном расположении водозабора и насосной станции агрегаты могут быть расположены в один или несколько рядов, уступом и раздельно (рис. 4.17). а) б) в) Рис Расположение агрегатов: а рядами; б уступом; в раздельно Особое внимание следует уделять соблюдению требований охраны труда и техники безопасности [7]. Проходы между агрегатами должны быть не менее 1 1,2 м; проходы между неподвижными выступающими частями оборудования не менее 0,7 м; расстояния от фундаментов насосных агрегатов до стен не менее 1 м и т. д. 60

61 Вспомогательные насосы должны располагаться на свободных местах, вакуум-насосы могут быть установлены на кронштейнах на стенах машинного зала, щиты и пульты управления на балконах и площадках вдоль стен. На насосных станциях, оборудованных крупными насосами, должна быть монтажная площадка для ремонтов насосов, электродвигателей и другого оборудования. Ее размеры зависят от размеров ремонтируемых агрегатов и габаритов транспортных средств. Высота машинного зала определяется по формуле Н мз = Н подз + Н надз, (4.1) где Н подз высота подземной части машинного зала: Н подз h ф + h нас Н s,доп + НБ + h зап, (4.2) где h ф толщина фундаментной плиты (0,8 1,5 м); h нас высота насоса (от верха фундаментной плиты до оси рабочего колеса); Н s,доп допустимая геометрическая высота всасывания (для насосов с подпором отрицательная); НБ максимальная амплитуда колебаний уровня воды в источнике; h зап необходимое превышение отметки пола верхнего строения над максимальным уровнем воды в источнике. Высота надземной части машинного зала: Н надз h 1 + h 2 + h 3 +h 4 + 0,5, (4.3) где h 1 высота монорельса кран-балки; h 2 минимальная высота от крюка до низа монорельса; h 3 высота строповки груза (0,5 1 м); h 4 высота груза; 0,5 минимальная высота от груза до пола (или установленного оборудования) Насосные станции первого подъема Для обеспечения необходимой высоты всасывания насосов насосные станции первого подъема, использующие в качестве источников водоснабжения открытые водоемы, приходится заглублять под землю. Расширение заглубленных насосных станций связано большими трудностями, и поэтому их здания сразу строят таких размеров, чтобы в дальнейшем в них можно было разместить дополнительное оборудование. 61

62 Вследствие значительных колебаний горизонтов воды в водоисточнике здания насосных станций заглубляются таким образом, чтобы высота всасывания насосов с учетом потерь в подводящих водоводах при минимальном уровне воды в источнике не превышала допустимой величины. Различают насосные станции первого подъема с раздельной компоновкой водозаборного сооружения и с комбинированным водозабором. При раздельной компоновке (рис. 4.18) водозаборное сооружение прямоугольное в плане, расположенное в русле реки состоит из изолированных друг от друга камер Рис Раздельная компоновка насосной станции первого подъема: 1 всасывающие трубопроводы; 2 напорные трубопроводы; 3 дренажные насосы; 4 вакуум-насосы Рабочие насосы (обычно крайние, если их 3) забирают воду из каждой камеры с помощью индивидуальных всасывающих трубопроводов, а к резервному (например, среднему) агрегату вода, для повышения надежности действия, подводится по двум трубопроводам из соседних (обеих) камер. Благодаря раздельной компоновке конструкция машинного зала чрезвычайно проста. Небольшое число агрегатов обусловливает минимальную длину внутристанционных коммуникаций. При комбинированном водозаборе забор воды производится через несколько входных отверстий или через затапливаемый русловый оголовок и самотечные водоводы (рис. 4.19). Подземная часть представляет собой монолитный железобетонный колодец 62

63 (круглый в плане). Строительство подземной части осуществляется опускным способом с применением водопонижения и выборкой грунта из-под ножа средствами гидромеханизации Рис Насосная станция первого подъема с комбинированным водозабором: 1 насосы; 2 всасывающие трубопроводы; 3 каркасные сетки; 4 самотечные водоводы; 5 входные окна; 6 напорный коллектор; 7 внешние напорные трубопроводы Вода насосами через всасывающие трубы забирается из двух водоприемных камер, отделенных от насосного помещения поперечной диафрагмой и оборудованных вращающимися водоочистными каркасными сетками с внутренним подводом воды. Все насосы присоединены к напорному коллектору, расположенному в подземной части здания и соединенному с помощью вертикальных стояков с двумя внешними напорными водоводами. Верхнее строение предусматривается прямоугольным в плане, одно- или двухэтажным в зависимости от того, можно ли по габаритам подземной части расположить в ней электрораспределительное устройство высокого напряжения. Достоинством такой компоновки является компактность насосной станции и экономичность проектного решения в целом, а недостатком теснота (отсутствие монтажной площадки) и, следовательно, затрудненная эксплуатация станции. Этот недостаток устраняется при полигональной и/или круглой форме водоприемных камер, которые позволяют увеличить полезную площадь насосного 63

64 помещения на %, но кольцевое расположение насосных агрегатов усложняет станционные коммуникации. На насосных станциях первого подъема большой производительности целесообразно применение вертикальных центробежных или осевых насосов, что позволяет сократить количество агрегатов, а следовательно, площадь станции, объем земляных работ и строительную стоимость насосной станции Насосные станции второго подъема В зависимости от топографических условий и высотного расположения РЧВ насосные станции второго подъема могут быть заглубленными, когда пол машинного зала располагается на отметке планировки площадки, и частично заглубленными, когда пол машинного зала располагается ниже поверхности земли, если требуется, чтобы установленные в нем насосы находились под заливом. При хозяйственно-питьевом водоснабжении насосные станции второго подъема обычно устраивают в непосредственной близости к очистным сооружениям. Вода забирается насосами непосредственно из РЧВ. Все это вместе взятое обусловливает значительно более простые, по сравнению с насосными станциями первого подъема, строительные конструкции и, следовательно, меньшую стоимость насосных станций второго подъема. Стены верхнего строения станции обычно кирпичные. Подземная часть, когда она есть, выполняется либо из бутобетона, либо из сборных фундаментных блоков. В качестве покрытий используются железобетонные крупнопанельные плиты. Вода к насосам подводится по двум водоводам и подается в распределительную сеть двумя напорными трубопроводами. Схема переключения насосов коллекторная. Оба коллектора (всасывающий и напорный) расположены внутри здания насосной станции. Все насосы взаимозаменяемы и могут работать в режиме хозяйственно-питьевого и противопожарного расхода. Монтаж и демонтаж оборудования производится с помощью подвесной кран-балки. Вентиляция машинного зала естественная, отопление от внешних источников или электрообогрев, электроснабжение от двух независимых источников напряжением 64

65 380/220 В. Работа хозяйственно-питьевых и дренажных насосов автоматизирована. Управление пожарными насосами дистанционное из диспетчерского пункта. Несмотря на относительную простоту строительных конструкций, крупные насосные станции второго подъема, оснащенные большим числом агрегатов с насосами большой подачи, представляют собой сложный комплекс сооружений, трубопроводов и различного оборудования Насосные станции и установки для забора подземных вод В водоносных пластах, залегающих на глубине более 10 м, водозабор грунтовых вод осуществляют, как правило, с помощью трубчатых колодцев, которые чаще всего оборудуют центробежными насосами с трансмиссионным валом и электродвигателем, установленным на поверхности земли (типа АТВ), или погружными насосами с электродвигателями (типа ЭЦВ), расположенными непосредственно в скважинах. Кроме того, иногда применяются эрлифтные водоподъемники. И в том, и в другом случае типовыми проектами насосных станций предусматривается установка насосов в надземных или подземных помещениях. Работа насосных станций происходит обычно без постоянного обслуживающего персонала. Проектами предусматривается возможность применения местного, дистанционного автоматического или телемеханического управления. В наземных насосных станциях напорный трубопровод оборудован задвижкой, вантузом, сливным краном и обратным клапаном. Устье скважины заделано в бетонный оголовок, в который вмонтировано устройство для замера уровня воды. В павильонах насосных станций расположены механическое оборудование, станция управления насосным агрегатом, релейный шкаф, осветительный щиток и электропечи отопления. Строительные конструкции здания чрезвычайно просты: фундаменты ленточные из бутобетона или столбчатые из монолитного бетона; стены 1,5 2 кирпича; покрытие железобетонное монолитное; кровля рубероидная; полы цементные по бетонной подготовке; вентиляция естественная; окна не предусмотрены. 65

66 Монтаж и демонтаж оборудования насосных станций осуществляется через люк в перекрытии с помощью автокрана или талей, устанавливаемых на временных треногах непосредственно над люком. Основное и вспомогательное оборудование подземных насосных станций такое же, как у наземных станций. Некоторое отличие в том, что мерная диафрагма устанавливается на напорном трубопроводе в одной камере с обратным клапаном и задвижкой. Стены подземных камер могут быть выполнены из унифицированных сборных железобетонных колец, монолитного бетона марки 150, кирпича марки 100. Днище и оголовок монолитные бетонные, перекрытия железобетонные плиты. Вентиляция камер естественная, отопление электрическое. Малые габариты насосного оборудования станций подземного водозабора позволяют в ряде случаев объединить насосные станции первого и второго подъема в одном здании. Это позволяет уменьшить стоимость строительных конструкций, упростить схему коммуникаций и снизить до минимума напор насосов, устанавливаемых в скважинах. Пример такого технического решения для двух водозаборных скважин, оборудованных двумя насосами первого подъема и тремя насосами второго подъема (два рабочих и один резервный), представлен на рис К потребителю Резервуар Рис Насосная станция, оборудованная насосами первого и второго подъема: 1 скважины с насосами (I подъем); 2 центробежные насосы (II подъем) Резервуар по отношению к зданию станции расположен таким образом, чтобы насосы второго подъема находились под заливом. Вспомогательные помещения на рис не показаны. 66

67 4.8. Повысительные насосные станции Конструкция, оборудование и схема компоновки повысительных насосных станций целиком и полностью зависят от типа водоводов, по которым вода подводится к станции и отводится от нее. Повысительные насосные станции, используемые для повышения давления в системе напорных трубопроводов (например, станции подкачки для хозяйственно-питьевого водоснабжения микрорайона со зданиями повышенной этажности), во всех отношениях очень похожи на небольшие водопроводные насосные станции второго подъема Циркуляционные насосные станции Циркуляционные насосные станции (ЦНС) предназначены главным образом для подачи воды в охлаждающие устройства различных технологических установок (конденсаторы паровых турбин, холодильники доменных и мартеновских печей, прокатных станов и т. п.). Как известно, расходы воды, используемой для охлаждения технологического оборудования, значительно превышают все остальные потребности в воде, вместе взятые, и продолжают расти вместе с ростом промышленного производства [14]. Ресурсов пресной воды на Земле недостаточно для прямоточного охлаждения технологических установок крупных производственных потребителей. Поэтому используются оборотные системы охлаждения, важнейшей составной частью которых являются крупные ЦНС. Все проектные решения, относящиеся к ЦНС (тип и число насосов, компоновка трубопроводов и др.), зависят от принятой системы водоснабжения (прямоточная или оборотная) и вида водоохладительных сооружений. Все циркуляционные насосные станции, подающие воду на технологические нужды, относятся к I классу (категории) надежности действия, для которых перерывы в работе не допустимы. Поэтому на них предусматривается резервирование оборудования, дублирование энергоснабжения, всасывающих и напорных коммуникаций, а также установка насосов под заливом (в большинстве случаев ЦНС строят заглубленными с подземным размещением оборудования), кроме случаев, когда источник водоснабжения городской водопровод. 67

68 Количество воды, необходимое для охлаждения технологического оборудования (подача ЦНС), зависит от температуры охлаждающей воды и значительно изменяется в течение года. Очевидно, что зимой требуется меньше охлаждающей воды, чем летом, и, следовательно, возникает необходимость регулирования подачи, которая обычно производится изменением числа работающих насосов. По этой причине количество насосов на ЦНС обычно больше, чем на насосных станциях второго подъема Передвижные насосные станции Передвижные насосные станции предназначены для водоснабжения временных сооружений, строительных площадок и других подобных объектов. Вследствие малой подачи они энергетически неэкономичны. Однако их применение связано с быстротой монтажа и минимумом строительных материалов, так как для станций данного типа здания не сооружаются. В качестве насосного оборудования используют центробежные насосы консольного типа или двустороннего входа (К или Д), а в последние годы малогабаритные насосы и насосные установки зарубежного производства и выпускаемые в РФ по лицензии (см. Приложения), отличающиеся более высокой экономичностью. Существует три основных типа конструкций передвижных насосных станций: 1) сухопутные насосные станции с внешним приводом: имеют привод от трактора, который их и передвигает; 2) сухопутные насосные станции с собственным двигателем: размещаются на прицепе, приводным двигателем служит двигатель внутреннего сгорания или электродвигатель; 3) плавучие насосные станции: размещаются на понтоне, в качестве привода используется двигатель внутреннего сгорания или электродвигатель. В качестве всасывающих и напорных трубопроводов используются гибкие резиновые шланги или стандартные металлические трубы. 68

69 5. КАНАЛИЗАЦИОННЫЕ НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ 5.1. Назначение канализационных насосных станций Канализационные насосные станции (КНС) сооружают в тех случаях, когда рельеф местности не позволяет отводить сточные воды самотеком к месту очистки. Наибольшая глубина заложения самотечных коллекторов при производстве работ открытым способом: — в скальных грунтах 4 5 м; — мокрых плывунных 5 6 м; — сухих нескальных 7 8 м. Если необходимая глубина заложения больше, то строят КНС. Таким образом, необходимо выполнить технико-экономический расчет, в результате которого определить, что выгоднее: заглублять трассу самотечного коллектора или строить КНС. В городах, защищенных от паводков дамбами, необходимо сооружать КНС для перекачки атмосферных вод, т. к. иначе невозможно сбросить в водоем дождевые воды самотеком с обвалованной территории. Место для строительства КНС выбирают с учетом планировочных, санитарных, гидрологических и топографических условий местности на основании технико-экономического обоснования (ТЭО). Обычно КНС размещают на свободных территориях. По санитарным условиям их располагают в отдельных зданиях на расстоянии м от жилых и общественных зданий. По периметру КНС устраивается защитная зеленая зона шириной не менее 10 м. В зоне затопления паводковыми водами отметка порога КНС должна быть не менее чем на 0,5 м выше расчетного максимального горизонта паводковых вод. При разработке схемы канализации сточных вод заданного района следует стремиться к уменьшению количества КНС. Поэтому КНС рекомендуется располагать на пересечении минимум двух встречных коллекторов одинакового заложения. По размещению относительно очистных сооружений канализации (ОСК) различают КНС: 1) вблизи ОСК (иногда их совмещают в одном здании): такое решение дает возможность отказаться от строительства дорогого самотечного коллектора от ОСК до КНС, 69

70 ограничиться строительством одного здания (в котором размещены ОСК и КНС) вместо двух, однако при этом увеличиваются длина главного напорного коллектора и расход электроэнергии на перекачку по нему стоков; 2) вдали от ОСК: достоинства и недостатки данного решения обратны указанным выше. Решение о выборе варианта принимают на основании техникоэкономического обоснования (ТЭО) Классификация КНС и их схемы По роду перекачиваемой жидкости различают следующие КНС: 1) для бытовых сточных вод. Располагаются на канализационной сети и могут быть районными или главными; 2) производственных сточных вод. К их оборудованию предъявляются специфические требования в зависимости от перекачиваемой жидкости (например, ее агрессивности); 3) атмосферных вод. Располагаются на сети дождевой канализации, когда нельзя отвести атмосферные воды самотеком к месту сброса; 4) осадков (например, илов). Входят в состав сооружений очистки сточной жидкости и обработки осадка (например, для подачи осадка из первичных отстойников в метантенки, сброженного осадка из метантенков на сооружения по обработке осадка и проч.). Технологический процесс перекачивания сточной жидкости включает в себя две стадии: 1) освобождение сточной жидкости от отбросов, могущих засорить насосы; 2) собственно перекачивание. Поэтому необходимо строительство двух помещений: 1) помещения приемного резервуара с решетками; 2) насосного зала. В зависимости от взаимного расположения этих помещений КНС делятся на совмещенные и раздельные. Типичные схемы КНС показаны на рис

71 а) Поскольку приток сточных вод к КНС неравномерен по часам суток, то для обеспечения оптимальной работы насосов необходимо установить регулирующую вместимость приемного резервуара. Вместимость приемного резервуара выбирают по совмещенному графику притока и откачки сточных вод, но не менее 5-минутной подачи самого крупного из установленных насосов, и по конструктивным соображениям размещения насосного оборудования, безоб) Рис Типичные схемы канализационных насосных станций: а совмещенная; б раздельная По расположению насосных агрегатов относительно поверхности земли различают незаглубленные КНС (до 4 м), полузаглубленные КНС (до 7 м) и КНС шахтного типа (свыше 8 м). В зависимости от типа установленных насосов: КНС с горизонтальными, вертикальными и осевыми насосами. В зависимости от системы управления агрегатами: КНС с ручным управлением, полуавтоматизированные, автоматизированные с местным диспетчерским пунктом и автоматизированные с телеуправлением. КНС сооружают, как правило, в самых низких точках канализуемого объекта, вблизи водоемов, иногда на заболоченной пойме реки. Строят их опускным способом, наиболее удобная форма здания железобетонный стакан. Наземная часть выполняется прямоугольной формы из типовых строительных деталей Приемные резервуары КНС 71

72 пасности и удобства его обслуживания. Для расчета вместимости приемного резервуара можно использовать методику, изложенную в п (см. табл. 2.1 и рис. 2.1). График режима работы насосов стремятся максимально приблизить к графику притока сточной жидкости для того, чтобы получить минимальную вместимость резервуара. Большая вместимость резервуара КНС неприемлема, так как загрязнения из сточных вод могут в нем оседать, что приведет к загниванию осадка. Резервуар, совмещенный с КНС, должен быть отделен от машинного зала глухой воздухо- и водонепроницаемой стеной с тщательно выполненной гидроизоляцией торкретбетоном. В местах прохода трубопроводов через стенки резервуаров устанавливают сальниковые устройства. Глубину рабочей части приемного резервуара следует принимать: — не менее 1,5 2 м для малых и средних КНС; — не менее 2,5 м для крупных КНС. Дну приемного резервуара придают уклон от наружных стен к приямку i 0,05 0,10 (а из опыта эксплуатации даже больше). Взмучивание осадка, выпадающего в резервуаре, производят с помощью различных систем. Например, перфорированные трубы диаметром 50 мм укладываются по периметру резервуара, и вода в них подается из напорного трубопровода. Другим способом является применение системы открытых выпусков труб. Осадок из мертвых зон резервуаров периодически смывают из шланга с бранспойтом. Эта операция производится периодически во время профилактического ремонта резервуара или в часы минимального притока. На средних и крупных КНС резервуары принято разделять на две части. Наивысший уровень воды в приемном резервуаре во избежание подпора воды и отложения осадка в коллекторе принимается равным отметке лотка подводящего коллектора. Для предохранения насосов от засорения сточная жидкость перед ними освобождается от отбросов с помощью решеток, которые устанавливаются в подводящих каналах помещения приемного резервуара насосной станции. 72

73 смыв Ширина прозоров решеток зависит от типоразмера насоса: Марка насоса Ширина прозора в решетке СД 16/27 СД 81/18 СД 144/46 СД 216/24 СД 450/22,5 СД 450/95 СД 800/32 СД 1400/17,5 СД 2400/75,5 СД 2700/26,5 СД 4000/28 СД 9000/ до 120 Решетки бывают вертикальные и наклонные под углом к горизонтали. Отбросы, задержанные на решетках, снимаются механическими граблями или вручную, измельчаются в дробилках и спускаются в подводящий канал до места установки. При количестве отбросов, задержанных на решетках, более 0,1 м 3 /сут применяется механическая очистка решеток, при меньшем количестве ручная. Механические грабли для удаления отбросов с решетки могут двигаться перед решеткой и за ней. Особое внимание следует обратить на скорость движения жидкости в канале перед решетками. При малых скоростях осадок выпадает перед решеткой, а при больших продавливается за решетку. Наиболее распространенной конструкцией являются молотковые дробилки (рис. 5.2) отбросы 1 7 Рис Молотковая дробилка: 1 полуцилиндрическая решетка; 2 зубчатые сегменты; 3 ротор; 4 молотки; 5 подвод воды; 6 щиток-отражатель; 7 отводящий канал 73

74 Отбросы размалываются между молотками и зубчатыми сегментами. Полученная масса смывается водой через решетку 1 в отводящий канал. Существуют и другие конструкции дробилок [3, 8, 9] Расположение насосных агрегатов На канализационных насосных станциях можно применять те же схемы расположения насосных агрегатов, что и на насосных станциях систем водоснабжения. Наибольшее распространение получила однорядная схема с параллельным расположением насосных агрегатов в ряду и с расположением осей перпендикулярно стене, отделяющей приемный резервуар от машинного зала (рис. 5.3). Приемный резервуар Рис Схема расположения насосных агрегатов на КНС Достоинствами данной схемы являются: — прямолинейная трассировка всасывающих трубопроводов, минимум фасонных частей на них, а следовательно, небольшие потери напора во всасывающей линии; — небольшая требуемая ширина здания, что упрощает строительные конструкции и подъемно-транспортные механизмы; — равномерные гидравлические условия работы насосных агрегатов; — простая схема отвода воды. Напор канализационных насосов вычисляется следующим образом (рис. 5.4): Н = Н г + h w,вс + h w,н +h з, (5.1) где Н г = Z п Z р геометрическая высота подъема жидкости; Z п геометрическая отметка подъема сточных вод; Z p расчетная от- 74

75 метка уровня сточных вод; h w,вс потери напора во всасывающем трубопроводе; h w,н потери напора в нагнетательном трубопроводе; h з запас на излив жидкости из трубопровода (приблизительно 1 м). Z п h w,н Z p Н г h w,вс Рис К определению расчетного напора КНС Насосы для КНС рекомендуется выбирать однотипные и устанавливать их под залив. На станциях шахтного типа лучше всего устанавливать вертикальные насосы, электродвигатель которых расположен в другом помещении над насосом. Это позволяет уменьшить площадь станции в плане и сократить ее стоимость. Для обеспечения свободного доступа к агрегатам и их безопасного обслуживания устраивают проходы, обеспечивающие следующие минимальные расстояния, м: а) между выступающими частями трубопроводов и арматуры. б) между электродвигателями: — низкого напряжения ( 1000 В). в) между стеной и торцом электродвигателя: — низкого напряжения. — высокого напряжения ,7; 1,0; 1,2; 1,5; 2. Для подъема и транспортирования грузов на КНС используются следующие подъемно-транспортные механизмы (ПТМ). При максимальной массе груза до 2 т неподвижные балки с кошками и

76 электроталями; при большей массе груза мостовые и однобалочные краны. Высота машинного зала, не оборудованного подъемнотранспортными механизмами, должна быть не менее 3 м, а для определения высоты зала, оборудованного ПТМ, выполняется расчет по формулам (4.1) (4.3). Фундамент КНС сооружается в виде монолитной железобетонной плиты. Насосные агрегаты устанавливают на бетонные подушки высотой мм. Полу машинного зала придается уклон 0,03 0,05 к сборному лотку для удаления воды от мытья полов и аварийных разливов. В помещении машинного зала устраивают приточно-вытяжную вентиляцию Особенности устройства всасывающих и напорных трубопроводов Всасывающие и напорные трубопроводы внутри машинного зала чаще всего выполняются из стальных труб. Соединения в основном применяются сварные. Фланцевые соединения делают только в местах установки задвижек, обратных клапанов и монтажных патрубков. На КНС всасывающие трубопроводы, как правило, подводят отдельно к каждому насосу даже при раздельном размещении приемного резервуара и машинного зала. Всасывающие трубопроводы во избежание образования газовых мешков укладывают с подъемом 0,03 0,05 от входной воронки к насосу. При глубинах заложения более 5 м всасывающие трубопроводы прокладывают в тоннелях или в футлярах из железобетонных труб большего диаметра. Диаметр всасывающего трубопровода D вс находят из условия оптимальной скорости 0,7 1,5 м/с. На входе устанавливают входную воронку с диаметром входа D вх = (1,3 1,5) D вс и высотой h = (1,3 1,7) D вх. Приемные клапаны на всасывающих трубопроводах не устанавливают во избежание их загрязнения. По этой же причине не ставят под них опоры. Диаметр напорного трубопровода D н находят из условия оптимальной скорости 1,2 2 м/с (и до 3 м/с для крупных насосных 76

77 агрегатов). При напоре в трубопроводе более 30 м между напорным патрубком насоса и задвижкой устанавливают обратный клапан. Всасывающие и напорные трубопроводы в помещении насосной станции укладываются открыто на полу и по стенам машинного зала. Под ними устанавливают опоры, компенсаторы и упоры Специальные типы канализационных насосных станций Насосные станции для перекачивания атмосферных вод Обычно атмосферные воды по дождевой канализационной сети поступают в водоем самотеком. Но иногда их приходится перекачивать. Основная проблема заключается в правильном определении регулирующей вместимости резервуаров и прудов. В качестве регулирующих резервуаров предпочтительно использовать естественные пруды, не являющиеся источниками водоснабжения и не используемые для купания. Согласно [8, 13], регулирующая вместимость резервуара, м 3 : W = k Q p t p, (5.1) где k коэффициент, зависящий от α = Q кол / Q p ; Q кол расход, пропускаемый без сброса в пруд (принимается по [8, 13]); t p расчетное время стока атмосферных вод со всего бассейна до места присоединения к резервуару, определяемое по гидравлическому расчету сети, с; Q p расчетный расход атмосферных вод в точке присоединения сборного коллектора к резервуару, определяемый по гидравлическому расчету дождевой канализационной сети, м 3 /с: Q p = q p F, (5.2) где q p средняя интенсивность дождя, л/с с 1 га; F территория бассейна канализования, га. Типичный график притока и откачки атмосферных вод представлен на рис С момента начала дождя расход атмосферных вод, поступающих в резервуар, увеличивается (от Q = 0 при t = 0) до расчетного расхода Q р в течение времени t кр. За это время к резервуару подой- 77

78 Конец дождя дет вода с самых удаленных мест бассейна канализования. После этого до момента времени t = t p (расчетная продолжительность дождя) расход атмосферных вод, поступающих в резервуар, остается постоянным (Q = Q p ). Q Q p W Откачка Q кол W t кр t p t кр t кр t t p Рис График притока и откачки атмосферных вод Когда дождь закончится, расход постепенно уменьшается до 0 в течение времени t кр. Если насосная станция имеет максимальную подачу Q кол, то при Q > Q кол излишек воды поступает в регулирующий резервуар. Требования к КНС, перекачивающим атмосферные воды, такие же, как к обычным. В помещении станции устанавливают только аванкамеру для размещения всасывающих воронок насосов; в окнах аванкамеры сороудерживающие решетки с прозорами величиной 50 мм. Работа таких насосных станций эпизодическая, поэтому они обычно автоматизированные: с телеуправлением с диспетчерского пункта канализационного участка. Поскольку требуется, как правило, большая подача и малый напор, используются осевые насосы или центробежные типа Д, устанавливаемые обязательно под залив. Резерв оборудования, как правило, не предусматривается. 78

79 Установки для перекачивания осадка из первичных отстойников и уплотненного активного ила Установки для перекачивания осадка из первичных отстойников и уплотненного активного ила страивают в виде насосных установок, а также отдельных насосных станций. Установки располагают в общем технологическом помещении цеха. При этом приемные резервуары не устраивают. Осадок из отстойника по выпускному трубопроводу поступает во всасывающий трубопровод насосов непосредственно. При сооружении станций очистки сточных вод насосные станции для перекачивания сырого осадка из первичных отстойников в метантенки часто проектируют отдельно. Здание насосной станции состоит из резервуара и машинного зала. По технологии перекачивания осадков и илов не требуется их механической очистки перед поступлением в насос, поэтому помещения решеток и дробилок не нужны, а приемный резервуар может быть подземного типа. Для предотвращения осаждения и уплотнения осадка в резервуаре необходимо предусмотреть специальную сеть трубопроводов для перемешивания осадка и промывания резервуара. Иловый резервуар должен быть оборудован вытяжной вентиляцией с однократным обменом воздуха в час. При размещении насосов необходимо предусмотреть те же требования, что при проектировании КНС, перекачивающих сточные воды. При транспортировании осадка на большие расстояния сооружают промежуточные насосные станции, на которых приемные резервуары можно не устраивать. 79

80 6. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ 6.1. Оборудование электрического хозяйства насосных станций Электрохозяйство насосных станций предназначено для пуска, регулирования и остановки приводных электродвигателей насосов, а также для управления электрифицированными вспомогательными механизмами. Основные элементы электрохозяйства: силовые трансформаторы, масляные выключатели, разъединители, изоляторы, токоведущие части, силовые кабели, измерительные трансформаторы, предохранители Приводные двигатели насосов различных типов В качестве приводных двигателей чаще всего применяются электродвигатели, которые имеют серьезные преимущества по сравнению с другими типами приводов: компактность, простота соединения с насосом, легкая автоматизация и управление, низкие эксплуатационные затраты. К приводным электродвигателям для насосов предъявляются следующие специфические требования: 1) необходимость пуска под нагрузкой; 2) возможность длительного вращения ротора в обратную сторону (например, при сливе воды из напорного трубопровода при плановой остановке насоса); 3) возможность частых повторных пусков (повышенные требования к обмотке статора и пусковой обмотке электродвигателя, нагревание которых определяет длительность паузы между повторными пусками). В качестве приводных используются как асинхронные, так и синхронные электродвигатели. При работе асинхронных электродвигателей частота вращения магнитного поля статора постоянна и зависит от частоты питающей сети (в РФ 50 Гц) и числа пар полюсов р, а частота вращения ротора отличается на величину скольжения S, составляющую 0,012 0,06 скорости магнитного поля статора. Достоинства таких электродвигателей простота и небольшая стоимость, а недостатки большой пусковой ток (особенно для короткозамкнутых асинхронных электродвигателей), в 5 7 раз превышающий номинальный, что приводит к резкому снижению напряжения в сети при пуске. 80

81 Выпускаются асинхронные электродвигатели следующих типов: 1) для насосов с горизонтальным валом с короткозамкнутым ротором единой серии 4А мощностью от 0,06 до 400 квт, частотой вращения более 3000 об/мин. Питающее напряжение составляет для двигателей мощностью: — от 0,06 до 0,37 квт 220 и 380 В; — от 0,55 до 11 квт 220; 380 и 660 В; — от 15 до110 квт 220/380; 380/660 В; — от 132 до 440 квт — 380/660 В; 2) для вертикальных насосов с короткозамкнутым ротором серии ВАН мощностью от 315 до 2500 квт. Питающее напряжение 6 кв; число оборотов от 375 до 1000 об/мин. Асинхронные электродвигатели выпускаются различных модификаций: с повышенным пусковым моментом, с повышенными энергетическими показателями (для насосов с круглосуточной работой), с фазным ротором (улучшенные условия пуска), многоскоростные (регулировка подачи изменением числа оборотов). У синхронных электродвигателей частота вращения связана с частотой сети переменного тока постоянным соотношением pn = По сравнению с асинхронными двигателями синхронные более экономичны, более устойчиво работают при колебании напряжения в сети (допускают снижение напряжения до 60 % номинального). Однако эти двигатели имеют существенные недостатки: момент на валу при пуске должен быть равен нулю, поэтому в процессе пуска приходится их раскручивать до скорости, близкой к синхронной, для чего необходима дополнительная пусковая короткозамкнутая обмотка. Синхронные электродвигатели применяются для привода мощных насосов с большой продолжительностью работы: 1) для горизонтальных насосов используются двигатели серий СД-2, СДН-2, СДН3-2 и СД3 мощностью от 132 до 4000 квт, числом оборотов от 100 до 1500 об/мин, питающим напряжением от 380 до 6000 В. 2) для вертикальных насосов применяются двигатели серий ВСДН мощностью от 630 до 3200 квт, числом оборотов от 375 до 750 об/мин, ВДС мощностью от 4000 до12500 квт, числом оборотов от 250 до 375 об/мин. 81

82 Силовым трансформатором (рис. 6.1) называется электромагнитный аппарат, в котором переменный ток одного напряжения преобразуется в переменный ток другого напряжения U 5 S 1 S 2 U Рис Силовой трансформатор: S 1 первичная обмотка; S 2 вторичная обмотка; 1 магнитный сердечник; 2 корпус; 3 масляная ванна; 4 расширительный бачок; 5 изоляторы; 6 колесные каретки Основным параметром, характеризующим работу трансформатора, является коэффициент трансформации k, равный отношению напряжений на вторичной U 2 и первичной U 1 обмотках или, что то же самое, отношению количества витков этих обмоток: k = U 2 / U 1 = N 2 / N 1, (6.1) где N 2, N 1 число витков во вторичной и первичной обмотках. При работе трансформатор нагревается, поэтому его помещают в масляную ванну с трансформаторным маслом. Так как при увеличении температуры плотность масла уменьшается, а его объем увеличивается, устанавливают расширительный бачок (8 10 % объема масляной ванны). Для улучшения отвода теплоты корпус трансформатора делают оребренным, применяют обдув корпуса воздухом с помощью специальных вентиляторов и даже циркуляцию масла с помощью специальных насосов. Трансформаторы мощностью: кв А имеют гладкие стенки; кв А оребренные. При мощности более кв А применяются обдув и циркуляция масла. 82

83 Для перемещения трансформатора используют колесные каретки, установленные на рельсы. Используются следующие маркировки трансформаторов: ТМ трехфазный, охлаждение естественное масляное; ТД трехфазный, охлаждение масляное с дутьем; ТДЦ трехфазный, охлаждение масляное с дутьем и принудительной циркуляцией масла. При выборе числа трансформаторов используют Правила устройства электроустановок, являющиеся нормативным документом. Расчетная мощность трансформатора: S = k c з дв Nн cos 83, (6.2) где k c коэффициент спроса (0,6 0,95 в зависимости от числа рабочих агрегатов, назначения и режима работы насосной станции); N н номинальная мощность приводного электродвигателя, присоединенного к трансформатору, квт (резервные двигатели не учитываются); η дв КПД соответствующего электродвигателя; cos φ коэффициент мощности электродвигателя (0,8 0,92). Силовые трансформаторы устанавливают в отдельных помещениях, пристроенных к зданию насосной станции, или на открытых площадках, располагаемых в непосредственной близости от неѐ. Масляные выключатели применяются для включения и выключения трехфазных электродвигателей переменного тока. При мощности менее 75 квт и напряжении менее 500 В используются магнитные пускатели серий ПА и ПМЕ. При больших напряжениях разрыв цепи под током вызывает возникновение электродуги, что опасно для обслуживающего персонала. Поэтому в этих случаях используются масляные выключатели типа МВ, привод подвижных контактов которых может быть ручным, механическим (пружинным, пневматическим и т. п.) и электромагнитным. Для отключения от сети высокого напряжения различных аппаратов, приборов или отдельных участков цепи применяются разъединители, которыми пользуются только при снятой нагрузке. Например, они устанавливаются до и после каждого масляного выключателя для отключения его на осмотр и ремонт. В установках высокого напряжения для электроизоляции и поддержания токоведущих частей применяются изоляторы. Энергия к токоведущим частям (шинам) подводится от трансформатора или распредели-

84 тельного фидера, а подается к приемникам и КИП. Сборные шины изготавливаются из алюминия и стали в виде полос прямоугольного сечения, установленных на ребро или плашмя на опорных изоляторах. Для соединения различных элементов электрохозяйства насосных станций применяются силовые кабели. Для преобразования энергии, регистрируемой измерительными приборами (вольтметрами, амперметрами и др.) и питающей реле и вспомогательную цепь, применяются измерительные трансформаторы тока и напряжения. Для защиты электрических цепей от токов чрезмерной силы применяются предохранители Схемы электрических соединений Принципиальное решение при выборе схемы (рис. 6.2, 6.3) имеет напряжение приводных электродвигателей основных насосов. Двигатели высокого напряжения могут быть присоединены непосредственно к ЛЭП, двигатели низкого напряжения через трансформаторы. Рис Типовые схемы электрических соединений насосных станций при электроснабжении от одного источника питания: а одиночный блок; б со спаренными блоками; в с укрупненными блоками; 1 электродвигатели; 2 трансформаторы; 3 масляные выключатели; 4 разъединители; 5 шины высокого напряжения; 6 шины низкого напряжения 84

85 Рис Типовые схемы электрических соединений насосных станций при электроснабжении от двух или более источников питания: а одиночный блок; б укрупненный блок (обозначения элементов схемы как на рис. 6.2) Схема, показанная на рис. 6.2, а, применяется для агрегатов большой мощности. В схеме, представленной на рис. 6.2, б, используются шины высокого напряжения, поэтому к ЛЭП можно присоединить любой трансформатор. В схеме, отраженной на рис. 6.2, в, электродвигатели присоединяются к одному трансформатору через шины низкого напряжения. Шины высокого и (или) низкого напряжения могут секционироваться (рис. 6.3) Трансформаторные подстанции и распределительные устройства Трансформаторные подстанции (ТП) представляют собой силовые трансформаторы и всю аппаратуру, обеспечивающую их нормальную эксплуатацию. В распределительных устройствах (РУ) установлено оборудование, предназначенное для приема и распределения электроэнергии. ТП в зависимости от питающего напряжения и мощности снабжаемых насосных станций могут быть: 1) открытыми отдельно стоящими или примыкающими к зданию насосных станций. Применяются для крупных насосных станций и при напряжении питающей сети 35 кв и более; 85

86 2) закрытыми отдельно стоящими или пристроенными к зданию насосных станций, или встроенными в него. Применяются при напряжении питающей сети до 10 кв. Для пристроенных и встроенных ТП достигается экономия строительных материалов; 3) столбовыми, все оборудование которых устанавливается открыто на специальных конструкциях или на опорах ЛЭП. Применяются для небольших изолированных насосных установок. Допускается устанавливать один трансформатор мощностью не выше 400 кв А. РУ водопроводных и канализационных насосных станций, у которых напряжение, подаваемое на электродвигатели, до 10 кв, выполняются закрытыми в помещениях, пристраиваемых к насосным станциям или выгораживаемых внутри нее. Компактные распределительные устройства (КРУ) представляют собой набор металлических шкафов со встроенными в них электроагрегатами, КИП, системами защиты, сигнализации и управления. Шкафы КРУ выпускаются серийно. 86

87 7. АВТОМАТИЗАЦИЯ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ 7.1. Основные элементы систем автоматизации На насосных станциях автоматизируются следующие процессы: — пуск и остановка насосных агрегатов и вспомогательных насосных установок; — контроль и поддержание заданных параметров (например, уровня воды, подачи, напора и т. п.); — прием импульсов параметров и передача сигналов в диспетчерский пункт. В качестве основного параметра автоматизированного управления следует принять: на насосных станциях первого подъема: — при поверхностных источниках водоснабжения уровень воды в очистных сооружениях; — подземных источниках уровень воды в водосборном резервуаре; на насосных станциях второго подъема: — напор в заданной точке распределительной сети; — уровень воды в баке водонапорной башни; — напор в отводящем коллекторе насосной станции; на канализационных насосных станциях: — допустимый уровень воды в приемном резервуаре. Основными элементами системы автоматизации являются: — датчики элементы автоматического устройства, контролирующие колебания той или иной физической величины и преобразующие эти колебания в изменения другой величины, удобной для передачи на расстояние и воздействия на последующие элементы автоматических устройств; — реле устройства, состоящие из трех основных элементов: воспринимающего, промежуточного и исполнительного. Воспринимающий элемент принимает управляющий импульс и преобразует в физическую величину, воздействующую на промежуточный орган, промежуточный орган воздействует на исполнительный орган, который скачкообразно изменяет выходной сигнал и передает его электрическим цепям управления. 87

88 В автоматизированных системах управления насосными агрегатами используются: — датчики уровня для подачи импульсов «включеновыключено» насосов при изменении уровня воды в баках и резервуарах; — датчики или электроконтактные манометры для управления цепями автоматики при изменении давления в трубопроводе; — струйные реле для управления цепями автоматики в зависимости от направления движения воды в трубопроводе; — реле времени для отсчета времени, необходимого для протекания определенных процессов при работе агрегатов; — термические реле для контроля за температурой подшипников и сальников; — вакуум-реле для поддержания определенного разрежения в насосе или во всасывающем трубопроводе; — промежуточные реле для переключения отдельных цепей в установленной последовательности; — реле напряжения для обеспечения работы агрегатов на определенном напряжении; — аварийные реле для отключения агрегатов при нарушении установленного режима работы Принципиальные схемы автоматического управления Структурная схема автоматизированного управления насосными агрегатами, являясь замкнутой цепью воздействия отдельных элементов, должна включать: — измерительные датчики и реле, реагирующие на изменение неэлектрических величин; — преобразователи импульса изменения неэлектрической величины в электрическую; — усилители, увеличивающие мощность преобразованной величины для приведения в действие исполнительного механизма; — исполнительный механизм, выполняющий необходимые операции для поддержания в заданном режиме параметра, на который настроено автоматизированное управление. Все указанные элементы независимо от места их установки связаны общей схемой, которая должна обеспечить определенную 88

89 последовательность выполнения операций рабочими механизмами, а также необходимые блокировки Схемы автоматизированных насосных установок и насосных станций Комплексная схема автоматизированного управления насосных станций обычно состоит из отдельных частей: — схемы автоматизации залива насоса; — схемы автоматизации задвижки на напорном трубопроводе; — схемы автоматизации электропривода насоса; — схемы взаимосвязи, обеспечивающей последовательность действий системы в целом, а также блокировку, защиту и сигнализацию. Станции автоматического управления насосными агрегатами (САУНА) выпускаются серийно. 89

90 8. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ В приложениях представлены характеристики и основные габаритные размеры насосного оборудования, наиболее часто используемого в системах водоснабжения и водоотведения. Для насосов типов К, Д, ЦНС и СД, выпускаемых отечественной промышленностью в течение нескольких последних десятилетий и являющихся наиболее распространенными типами основных насосов, установленных на действующих насосных станциях, мы ограничились только напорно-расходными характеристиками. Этой информации вполне достаточно для выбора типа и количества насосных агрегатов. Все другие данные, необходимые для проектирования, можно найти в [4 7, 11, 12]. В последнее время в РФ появились компании, которые сначала занимались импортом высокоэффективного зарубежного насосного оборудования, а затем организовали производство наиболее востребованных марок насосов по лицензии. В данном пособии представлены характеристики насосного оборудования ГРАНФЛОУ, выпускаемого одной из наиболее крупных и динамично развивающихся российских компаний АДЛ Напорно-расходные характеристики насосов типов К, Д, ЦНС и СД Напорно-расходные характеристики (прил. 1 4) могут использоваться при выборе количества и типов насосов данных марок. Для расчета КПД насоса можно воспользоваться уравнением характеристики «КПД расход»: Н q q M M q 1 q 1/( q M 1), (8.1) где Н КПД насоса при номинальном режиме (максимальный); q = Q / Q н, где Q н номинальная производительность (вторая величина в маркировке насоса); q M = Q / Q M, где Q M максимально возможная подача насоса (при Н = 0). Если выбранные насосы необходимо адаптировать к работе на сеть путем изменения их числа оборотов и/или диаметра рабочего колеса, то новые параметры работы рассчитываются следующим 90

91 образом: если число оборотов насоса, работавшего с подачей Q и напором H, изменилось и стало n вместо n 0, а диаметр рабочего колеса после обточки стал D вместо D 0, то новые значения подачи Q n и напора H n рассчитываются по формулам: 0 D 0 3 n D Q n Q ; (8.2) n 2 0 D0 2 n D H n H. (8.3) n 8.2. Насосные установки ГРАНФЛОУ Использование насосных установок ГРАНФЛОУ в системах с переменным режимом потребления воды обеспечивает оптимальное функционирование системы (поддержание постоянного напора при переменном расходе), тем самым создает комфортные условия для потребителей, снизить коммунальные затраты, уменьшить эксплуатационные расходы. Стоит отметить, что благодаря успешному развитию программ энергосбережения в большинстве регионов страны, особым успехом пользуются насосные установки ГРАНФЛОУ со шкафом управления ГРАНТОР (производство компании АДЛ) со встроенным преобразователем частоты. Часто из ограниченного перечня насосов потребитель выбирает агрегаты с достаточно большим запасом по напору и отклонениям от оптимальной подачи, что влечет за собой перерасход электроэнергии, а также горячей и холодной воды. В системах водоснабжения ситуация усугубляется еще и тем, что потребление воды в течение суток значительно меняется: достигает максимума в утренние и вечерние часы и резко уменьшается в дневное, а тем более в ночное время. В этом случае насосы работают с максимальной производительностью в любое время суток. Это приводит к увеличению затрат на электроэнергию, повышенному давлению в трубопроводах, что чревато авариями, и серьезным затратам на обслуживание насосов и системы в целом. Поэтому для согласования характеристик насоса и параметров системы при переменных режимах потребления воды в настоящее время широко используется изменение частоты вращения насоса с помощью шкафов управления со встроенным преобразователем частоты. 91

92 Использование насосной установки ГРАНФЛОУ с частотным регулированием позволяет автоматически плавно менять режим работы (например, с минимальной или максимальной характеристикой), тем самым обеспечивая оптимальный режим работы системы при минимальных энергозатратах. Помимо этого потребитель получает плавную работу электродвигателей и механизмов, защиту от больших пусковых токов, тепловой перегрузки, сухого хода, в результате значительно увеличивается срок службы насосов и всей насосной установки и снижаются эксплуатационные затраты на обслуживание системы в целом Условное обозначение насосной установки ГРАНФЛОУ Принцип маркировки насосных установок данного типа показан на рис Рис Принцип маркировки насосных установок ГРАНФЛОУ Области применения и принципы работы насосных установок ГРАНФЛОУ Насосные установки ГРАНФЛОУ серии УНВ производства компании АДЛ предназначены для использования в системах холодного и горячего водоснабжения (в т. ч. питьевой воды), отопления, пожаротушения, в спринклерных системах, установках водоподготовки, мойки автомобилей, а также для перекачивания умягчѐнной, деминерализованной и дистиллированной воды (с использованием насосов типа DPVS). 92

93 По заказу компания АДЛ может поставить насосные установки ГРАНФЛОУ для поддержания постоянного перепада давления и расхода Принцип работы и функции насосной установки ГРАНФЛОУ с релейным регулированием Реле давления, установленное в напорном коллекторе, срабатывает, когда требуемое давление в системе будет достигнуто. Пуск насоса инициируется падением давления. Когда давление в системе не достигается в пределах электрически регулируемого времени задержки включения, пускается следующий насос. Если требуемое давление будет достигнуто, насосы отключатся один за другим. Установка обеспечивает: автоматическое тестирование каждые 24 ч (серия с контроллером); смену функций насосов между периодами работы; автоматическую настройку времени работы насосов: насос с наименьшей часовой наработкой всегда включается первым, а насос с наибольшей часовой наработкой всегда первым отключается (серия с контроллером); автоматическое отключение при сигнале о «сухой» работе; светодиодную индикацию каждого насоса: «готовность», «работа», «перегрев»; два режима работы: ручной (проверочный) и автоматический; защиту электродвигателя от токов короткого замыкания и тепловой перегрузки; защиту насосов от «сухого хода» Принцип работы и функции насосной установки ГРАНФЛОУ с частотным регулированием (управление до 7 насосов) Сигнал обратной связи о повышении или снижении давления в системе, поступающий с датчика давления на контроллер, сравнивается с ранее введенным заданием, затем измененное задание поступает на преобразователь частоты. Преобразователь частоты в соответствии с сигналом меняет частоту вращения рабочего насоса. 93

94 Таким образом, преобразователь частоты постоянно поддерживает требуемое значение давления в системе. При увеличении расхода преобразователь частоты увеличивает частоту вращения рабочего насоса и при достижении максимальной скорости вращения этого насоса включает следующий насос. При снижении расхода преобразователь частоты уменьшает частоту вращения рабочего насоса и при достижении минимальной скорости вращения выключает поочередно дополнительные насосы. Установка с преобразователем частоты работает внутри настроенного интервала (гистерезис). При получении от преобразователя частоты сигнала аварии установка переходит в автоматический режим работы, при котором насосы включаются и выключаются при достижении границ гистерезиса. Установка обеспечивает: два режима работы: ручной (проверочный) и автоматический; защиту электродвигателя от токов короткого замыкания и тепловой перегрузки; плавную работу основного насоса в режимах пуска и останова; экономию потребляемой электроэнергии; постоянный учет наработки насосов, ч, и автоматическое переключение насосов для ее выравнивания; постоянный учет количества пусков насосов в час и автоматическое переключение при превышении заданной величины; защиту насоса от «сухого хода»; суточное и недельное программирование режимов работы станции; регистрацию отказов и неисправностей узлов насосной установки; аварийный режим работы при выходе из строя частотного преобразователя; жидкокристаллический дисплей (4 строки по 20 символов каждая); управление жокей-насосом (установка содержит один насос меньшей производительности (жокей-насос), чем остальные, который всегда включается первым и выключается после включения основного насоса. После выключения последнего из основных насосов 94

95 жокей-насос выполняет функцию обеспечения остаточной потребности в воде до достижения установленного давления) Варианты насосных установок ГРАНФЛОУ Насосные установки ГРАНФЛОУ (рис. 8.2, табл. 8.1, 8.2) могут производиться на базе: — многоступенчатых насосов серии DPV (DP-Pumps, Голландия) (рис. 8.3, табл. 8.3); — консольных моноблочных насосов из нержавеющей стали серии 3М (Ebara, Япония); — линейных насосов серии Omega (Smedegaard, Дания) Рис Общий вид установки ГРАНФЛОУ : 1 основание; 2 насос с электродвигателем; 3 патрубок присоединительный 4 коллектор; 5 кран шаровой; 6 клапан обратный; 7 бак расширительный; 8 заглушка; 9 реле (датчик) давления; 10 манометр; 11 шкаф управления Таблица 8.1 Арматура и приборы насосной установки ГРАНФЛОУ Арматура Материалы Шаровой фан, латунный кран, поворотный затвор Нержавеющая сталь, чугун, латунь Обратный клапан Латунь Напорный бак Корпус Углеродистая сталь Мембрана Бутил 95

96 Окончание табл. 8.1 Датчики и контрольно-измерительные приборы Датчик давления Реле давления Манометр Входной и напорный коллекторы Материалы Хромоникелевая сталь Латунный штуцер Латунный штуцер Нержавеющая сталь Установка насосная ГРАНФЛОУ модульного типа (см. табл. 8.2) состоит: из насосов (от 1 до 7); электрического шкафа управления ГРАНТОР, включающего в себя: — главный выключатель питания; — автоматы питания и комплекты пускателей для каждого насоса («прямой пуск» или «звезда-треугольник»); — тепловые реле для защиты от токовой перегрузки для каждого насоса; — микропроцессорное устройство управления типа DP-control (до 3 насосов) или Megacontrol (от 2 до 6 насосов); — преобразователь частоты и/или логическую схему переключения реле; — реле защиты от «сухой» работы насосов; — запорные и обратные клапаны, установленные у каждого насоса; — входной и выходной коллекторы; — один манометр на входном трубопроводе и один манометр на выходном трубопроводе; — аккумуляторный бак на выходном коллекторе; — опорную плиту (стальную, покрытую эпоксидным составом). Таблица 8.2 Основные технические характеристики насосной установки ГРАНФЛОУ модульного типа Подача До 4500 м 3 /ч Напор До 380 м Количество насосов 2 6 шт. Температура окружающей среды До 50 С Температура перекачиваемой жидкости До 70 С Максимальное рабочее давление 8 40 бар Частота вращения электродвигателя 2900/1450 об/мин 96

97 Рис Насосные установки ГРАНФЛОУ с насосами серии DPV (DP-Pumps, Голландия) Таблица 8.3 Спецификация оборудования насосной установки ГРАНФЛОУ Насосы серии DPV Материалы Верхняя крышка/нижняя обечайка насоса/крыльчатки/диффузоры/корпус насоса Нерж. сталь AISI304 Вал насоса Нерж. сталь AISI 303 Подшипники Керамика AI2O3 96 % Втулки для защиты вала Карбид вольфрама Основание Чугун GG22 Присоединение двигателя/ответные фланцы Чугун GG25 Пробки отверстий для заполнения и дренажа Латунь Эластомеры EPDM Воротниковые фланцы Чугун GGG40 Механический сальник 1 10 крыльчаток: графит/керамика AI2O3 99 % крыльчаток: графит/карбид кремния 97

98 Насосные установки ГРАНФЛОУ Эконом Насосные установки ГРАНФЛОУ Эконом обеспечивают производительность до 15 м 3 /ч и напор до 42 м. Данная серия установок производится на базе насосов СDX японско-итальянской компании Ebara. Гидравлическая часть насосов выполнена из нержавеющей стали и включает в себя мембранный бак для защиты от гидроударов при пуске, регулируемое реле давления, обеспечивающее автоматическую работу установки, а также манометры. На входе каждого насоса установлен запорный клапан, а на выходе запорный и обратный клапаны. Таким образом, насосные установки комплектуются на базе высококачественного оборудования европейских производителей. Для предотвращения работы насосной станции на «сухом ходу» в ее состав входит реле защиты от «сухого хода». Насосные установки ГРАНФЛОУ Эконом комплектуются шкафом управления ГРАНТОР, который позволяет осуществлять смену рабочего насоса в зависимости от заданного времени, что обеспечивает равномерную наработку насосов по времени. При выходе из строя рабочего насоса система управления автоматически запускает резервный. В шкафу управления ГРАНТОР предусмотрены защиты от обрыва и перекоса фаз, тепловой перегрузки, короткого замыкания, а также индикация работы и аварии каждого из насосов. Система контроля качества, применяемая на предприятииизготовителе, включает в себя как тестирование установки в целом, так и тестирование комплектующих, что позволяет значительно повысить надежность насосных установок. Отличительными особенностями насосных установок ГРАНФЛОУ Эконом являются: низкое энергопотребление; высокая степень надежности; простота в обслуживании и компактность. Насосные установки ГРАНФЛОУ Эконом позволяют решать задачи водоснабжения зданий как промышленного, так и гражданского назначения, не требуют излишних денежных затрат и во многих случаях являются оптимальным решением. Напорно-расходные характеристики и габаритные размеры установок ГРАНФЛОУ представлены в прил

99 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Назовите основные типы насосных станций систем водоснабжения. 2. Назовите основные типы насосных станций систем водоотведения. 3. Каково назначение насосных станций первого подъема? 4. Каково назначение насосных станций второго подъема? 5. Каково назначение повысительных насосных станций? 6. Каково назначение циркуляционных насосных станций? 7. Каково назначение районных канализационных насосных станций и где они размещаются? 8. Каково назначение главных канализационных насосных станций и где они размещаются? 9. Каковы основные требования, предъявляемые к насосным станциям различного назначения? 10. От чего зависят состав сооружений, тип и компоновка водопроводных насосных станций? 11. От чего зависят состав сооружений, тип и компоновка канализационных насосных станций? 12. В каких случаях применяется компоновка насосных станций первого подъема совмещенного типа? 13. В каких случаях применяется компоновка насосных станций первого подъема раздельного типа? 14. В каких случаях применяется объединенное расположение насосных станций первого и второго подъема? 15. Насосы каких типов применяются на водопроводных насосных станциях? 16. Насосы каких типов применяются на канализационных насосных станциях? 17. Какие параметры являются основными исходными данными для проектирования насосных станций? 18. На какую подачу рассчитывают насосные станции первого подъема? 19. На какую подачу рассчитывают насосные станции второго подъема? 20. На какой приток сточных вод рассчитывают канализационные насосные станции? 21. На какой напор рассчитывают насосные станции первого подъема? 99

100 22. На какой напор рассчитывают насосные станции второго подъема? 23. На какой напор рассчитывают канализационные насосные станции? 24. На какие режимы необходимо рассчитывать насосные станции второго подъема? 25. Как рассчитывается полный объем бака водонапорной башни? 26. Как рассчитывается регулирующий объем бака водонапорной башни? 27. Как рассчитывается противопожарный запас воды в баке водонапорной башни? 28. Как рассчитывается полный объем резервуара чистой воды? 29. Как рассчитывается регулирующий объем резервуара чистой воды? 30. Как рассчитывается противопожарный запас воды в резервуаре чистой воды? 31. В каких случаях при работе НС-II в режиме пожаротушения водонапорную башню следует отключать? 32. В каких случаях на НС-II устанавливаются специальные противопожарные насосы? 33. Как производится определение количества рабочих и резервных насосных агрегатов на насосных станциях? 34. Каковы требования к бесперебойности подачи воды насосными станциями в зависимости от их категории надежности? 35. Как изменяются подача и напор насосной станции в зависимости от количества работающих на ней агрегатов? 36. При каком количестве работающих на насосной станции агрегатов приводные двигатели развивают максимальную мощность? 37. Как определяется отметка оси насосов на насосных станциях первого подъема? 38. Как определяется отметка оси насосов на насосных станциях второго подъема? 39. Как определяется отметка оси насосов на канализационных насосных станциях? 40. Как выбираются приводные двигатели для насосов? 41. Перечислите состав оборудования насосных станций. 42. Перечислите основные типы сороудерживающих устройств насосных станций. 100

101 43. Как производится очистка сороудерживающих устройств на насосных станциях? 44. Перечислите основные типы затворов, задвижек и клапанов на насосных станциях. 45. Перечислите основные типы подъемно-транспортных механизмов на насосных станциях. 46. Как выбираются подъемно-транспортные механизмы на насосных станциях? 47. Перечислите основные типы систем заливки насосов перед пуском на насосных станциях. 48. Каковы основные требования к системе технического водоснабжения насосных станций? 49. Каков состав оборудования систем дренажа и осушения насосных станций? 50. Какие технологические параметры подлежат контролю на насосных станциях? 51. Приведите классификацию конструкций зданий водопроводных насосных станций. 52. Каковы основные принципы выбора типа здания водопроводной насосной станции? 53. Приведите классификацию конструкций зданий канализационных насосных станций. 54. Каковы основные принципы выбора типа здания канализационной насосной станции? 55. Каковы основные требования к всасывающим трубопроводам насосов? 56. Почему диаметр всасывающего трубопровода, как правило, больше диаметра напорного? 57. В каких случаях на всасывающем трубопроводе насоса устанавливается задвижка? 58. Каковы основные принципы расстановки задвижек на напорных коллекторах насосных станций? 59. Приведите классификацию компоновок зданий машинных залов водопроводных насосных станций. 60. Приведите классификацию компоновок зданий машинных залов канализационных насосных станций. 61. Как рассчитываются основные размеры зданий насосных станций? 62. Перечислите основные отличительные особенности передвижных насосных станций. 101

102 63. Каковы основные принципы размещения канализационных насосных станций на территории бассейна канализования? 64. Как рассчитывается вместимость приемного резервуара канализационных насосных станций? 65. Каковы основные требования к конструкции приемного резервуара канализационных насосных станций? 66. Как производится очистка приемного резервуара канализационных насосных станций? 67. Как рассчитывается подача канализационных насосных станций для перекачки атмосферных вод? 68. Каковы основные требования к канализационным насосным станциям для перекачки атмосферных вод? 69. Каковы основные требования к канализационным насосным станциям для перекачки осадков из первичных отстойников и уплотненного активного ила? 70. Назовите основные элементы электрооборудования насосных станций. 71. Каковы основные требования, предъявляемые к приводным электродвигателям насосов? 72. Какие основные типы электродвигателей используются на насосных станциях в качестве приводных? 73. В каких случаях рекомендуется использовать в качестве приводных электродвигателей асинхронные электродвигатели, а в каких синхронные и почему? 74. Какой параметр используется при выборе силового трансформатора в системе электроснабжения насосных станций? 75. В каких единицах измеряется мощность силовых трансформаторов? 76. Какие способы охлаждения применяются для силовых трансформаторов? 77. В каких случаях в системах электроснабжения насосных станций применяются масляные выключатели? 78. Назовите типовые схемы электрических соединений в системах электроснабжения насосных станций. 79. Назовите типовые схемы трансформаторных подстанций в системах электроснабжения насосных станций. 80. Назовите основные процессы, подлежащие автоматизации на насосных станциях. 102

103 81. Назовите основные элементы системы автоматизации насосной станции. 82. Какие параметры насосных станций используются в качестве основных параметров автоматического управления насосными станциями? 83. Какие датчики и реле наиболее часто используются в системах автоматизации насосных станций? 84. В каких случаях система автоматизации насосной станции должна обеспечить сигнализацию об опасности наступления аварии? 85. В каких случаях система автоматизации насосной станции должна обеспечить аварийное отключение оборудования? 103

104 Заключение В последние годы при строительстве насосных станций систем водоснабжения и водоотведения используются современные строительные материалы и высокоэффективное энергосберегающее основное и вспомогательное оборудование. Отечественные предприятия, выпускающие насосы, практически полностью перешли на выпуск по лицензии насосов наиболее известных мировых производителей. Особое внимание уделяется автоматизации технологических процессов на насосных станциях, сокращению доли ручного труда и организации дистанционного управления. Наиболее востребованными стали насосы сравнительно небольших подач, а также насосные установки, состоящие из различного количества насосов, укомплектованные всем необходимым вспомогательным оборудованием. Использование таких прогрессивных технических решений позволяет значительно сократить время и затраты на строительство насосных станций. Технологии проектирования насосных станций развиваются в направлении внедрения элементов систем автоматизированного проектирования (САПР), в том числе использования стандартных пакетов прикладных программ. Всѐ это делает актуальным отказ от традиционных технических решений в пользу разработки принципиально новых. В данном учебном пособии учтен опыт в области проектирования и строительства насосных станций систем водоснабжения и водоотведения последних лет. 104

105 Библиографический список 1. Абрамов, Н. Н. Теория и методика расчета систем подачи и распределения воды / Н. Н. Абрамов. М.: Стройиздат, с. 2. Водоснабжение и водоотведение. Наружные сети и сооружения: справ. / Б. Н. Репин [и др.]; под ред. Б. Н. Репина. М.: Высш. шк., с. 3. Воронов, Ю. В. Водоотведение и очистка сточных вод / Ю. В. Воронов, С. В. Яковлев. М.: Изд-во АСВ, с. 4. ГОСТ Динамические насосы для сточных вод. М.: Изд-во стандартов, с. 5. ГОСТ Консольные насосы. М.: Изд-во стандартов, с. 6. ГОСТ Центробежные насосы двустороннего входа. М.: Изд-во стандартов, с. 7. Журба, М. Г. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений / М. Г. Журба. М.: ГНЦ НИИ ВОДГЕО, Канализация / С. В. Яковлев [и др.]. М.: Стройиздат, с. 9. Канализация населенных мест и промышленных предприятий. Справочник проектировщика. М.: Стройиздат, с. 10. Карелин, В. Я. Насосы и насосные станции / В. Я. Карелин, А. В. Минаев. М.: Стройиздат, с. 11. Насосы: справ. пособие / пер. с нем. В. В. Малюшенко, М. К. Бобка. М.: Машиностроение, с. 12. СНиП Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М.: Стройиздат, с. 13. СНиП Канализация. Наружные сети и сооружения. М.: ЦИТП, с. 14. Николадзе, Г. И. Водоснабжение / Г. И. Николадзе, М. А. Сомов. М.: Стройиздат, с. 105

106 П Р И Л О Ж Е Н И Я 106

107 107 НАПОРНО-РАСХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАСОСОВ ТИПА К ПРИЛОЖЕНИЕ 1 107

108 108 НАПОРНО-РАСХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАСОСОВ ТИПА Д ПРИЛОЖЕНИЕ 2 108

109 109 НАПОРНО-РАСХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАСОСОВ ТИПА СД ПРИЛОЖЕНИЕ 3 109

110 ПРИЛОЖЕНИЕ 4 НАПОРНО-РАСХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАСОСОВ ТИПА ЦНС 110

111 ПРИЛОЖЕНИЕ 5 НАПОРНО-РАСХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК ГРАНФЛОУ С НАСОСАМИ СЕРИИ DPV Напорно-расходные характеристики насосных установок ГРАНФЛОУ с насосами серии DPV2 111

114 Напорно-расходные характеристики насосных установок ГРАНФЛОУ с насосами серии DPV4 114