Насосных станций

Выбор насосных агрегатов осуществляется на основании требуемых по­дачи О и напора Н, устанавливаемых гидравлическим расчетом системы пере­качиваемой жидкости, для которого требуется следующие исходные данные:

- расход воды (приток) в сутки максимального водопотребления (притока);

-расход (приток) воды в часы максимального, среднего и минимального водопотребления (притока) в сутки максимального водопотребления;

- расход воды на нужды пожаротушения;

- отметка расчетных уровней воды в источнике (река, резервуар и т.д.);

- отметки уровня воды в напорной емкости или у потребителя, в прием­ной камере или точке приема жидкости;

- гидравлическая характеристика Н _тр.-Q

На основании графика водопотребления (притока) устанавливается режим работы и подача насосной станции. Насосная станция должна пода­вать (или откачивать) за сутки полный расчетный суточный расход при обеспечении требуемой высоты подъема жидкости. Расчетная подача на­сосной станции определяется по суткам максимального водопотребления (или притока), в час максимального водопотребления или притока, в час максимального водопотребления - 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 насосной станции.

При выборе режима работы насосных станций следует учитывать их назначение, место расположения в общей схеме системы водоснабжения или водоотведения, наличие и объем регулирующих емкостей и развития насосных станций.

¸Расчет, особенности проектирования насосных станций

Насосные станции первого подъема, подающие воду на очистные сооружения, работают равномерно в течении суток. При этом расчетную часовую подачу насосной станции в сутки наибольшего водопотребления определяют по формуле

Количество рабочих насосов определяют в зависимости от Q, при обеспечении требований по обеспечению минимума капитальных и эксплуатационных затрат. На насосной станции кроме рабочих насосных агрегатов предусматривают установку и ре­зервных. Количество резервных насосных агрегатов принимается следующим

Количество рабочих агрегатов одной группы	Количество резервных агрегатов в насосных станциях для категории
I	II	III
До 6
Св.6 до 9			-
Св.9			-

Насосные станции второго подъема. Ввиду того, что насосная стан­ция II подъема подает воду непосредственно в сеть потребителя, режим работы ее стараются максимально приблизить к режиму водопотребления.

При этом сочетают различные способы регулирования работы насос­ной станции - изменение числа работающих насосных агрегатов и регули­рование работы одного или нескольких насосов. Выбранному режиму ра­боты насосной станции должен соответствовать минимум затрат на строи­тельство и эксплуатацию устройств, связанных с регулированием.

На практике указанным требованиям, как правило, отвечает двух-, реже трехступенчатый режим работы насосной станции с водонапорной башней в системе водоснабжения. В таком случае задача сводится к определению та­кого ступенчатого режима, при котором вместимость бака водонапорной башни минимальна, а значит, минимальны и затраты на ее строительство.

Обеспечение нужного режима работы можно путем установки в на­сосной станции различного количества одинаковых или разных рабочих насосов следующие:

- необходимо стремится к установке однотипных насосов. Это обеспе­чивает благоприятные условия эксплуатации, минимальную номенк­латуру запасных частей и, что очень важно, возможность устройства скользящего резервирования насосов;

- стремиться к минимальному количеству рабочих и резервных агрега­тов, обеспечивая при этом требуемые режимы работы;

- принятые к установке насосы должны обеспечивать максимальные по­дачи и при всех возможных режимах работы должны работать в облас­ти максимальных КПД.

Канализационные насосные станции. Режим работы канализацион­ной насосной станции назначают в зависимости от режима притока сточ­ных вод в течение суток. Режим притока сточных вод характеризуется и определяется общим коэффициентом неравномерности водоотведения К_общ. Для каждого значения К_общ существуют типовые распределения притока сточных вод по часам суток.

Максимальную подачу насосной станции принимают равной наи­большему часовому притоку сточных вод или несколько превышающей его. В остальные часы суток, когда приток меньше максимального, расчет­ное значение откачки должно быть близким (равно или чуть больше) зна­чению притока стоков в эти часы.

График режима откачки стремятся приблизить к графику притока сточ­ных вод, с тем чтобы получить минимальную вместимость приемного резервуара и тем самым уменьшить стоимость насосной станции. Однако макси­мальное приближение режима откачки к режиму притока сточной жидкости может быть обеспеченно путем установки большего количества рабочих на­сосов, что в свою очередь, увеличивает стоимость насосной станции.

Принципы выбора числа рабочих насосов в канализационных насос­ных станциях такие же, как и для водопроводных насосных станций.

¸ Напор насосной станции. Выбор энергетического оборудования

Насосные станции I подъема. Напор, который должны развивать на­сосы I подъема, рассчитывают для конкретной схемы размещения станции в системе водоснабжения. При подаче воды на очистные сооружения (рис. 5.27) требуемый напор определяется по формуле:

Насосные станции II подъема. Полный напор, который должны раз­вивать насосы второго подъема, зависит от принятой схемы водоснабжения.

На рис. 5.28 показана расчетная схема для определения напора насосной станции Ц подъема при расположении водонапорной башни в начале сети.

Требуемый напор насосов второго подъема в оп­ределяется по формуле:

Канализационные насосные станции. Напор, м, насосов (рис. 5.30) определяют по формуле:

Выбор типоразмеров насосов. По вычисленным значениям Q и Н на­сосов с помощью сводных полей Н-Q для соответствующих типов насосов подбирают их типоразмер.

На водопроводных насосных станциях применяют центробежные на­сосы (типы К, КМ, Д, В, ЦНС) диагональные и осевые.,

На насосных станциях I подъема, как правило, заглубленных, реко­мендуется применять вертикальные центробежные или осевые, для которых требуется меньшая площадь здания. Однако эти насосы имеют весьма большую подачу, используют их только на крупных насосных станциях. На насосных станциях малой и средней производительности в основном используют горизонтальные центробежные насосы и иногда скважинные насосы с трансмиссионным валом, что позволяет значительно уменьшить строи­тельные объемы зданий.

На насосных станциях II подъема в основном применяют центробеж­ные горизонтальные насосы.

На канализационных насосных станциях устанавливают насосы типов СД и СДВ. В последнее время на канализационных насосных станциях ис­пользуют погружные насосы, что позволяет уменьшить строительные объ­емы станций и улучшить условия эксплуатации.

¸ Всасывающие и напорные трубопроводы

Количество всасывающих трубопроводов зависит от типа и принципи­альной схемы насосной станции, ее категории надежности, количества ра­бочих и резервных насосов. Выполняют их, как правило, из стальных труб.

В насосных станциях I подъема, совмещенных с водозаборными со­оружениями, и в канализационных насосных станциях (совмещенных и разделенных) всасывающие линии устраивают для каждого насоса.

Обособленные всасывающие водоводы устраивают в насосных стан­циях I подъема раздельного типа и в насосных станциях II подъема при малых их длинах (до 50 м). В противном случае устраивают общие всасы­вающие водоводы: для насосных станций I и II категорий (не зависимо от числа и групп установленных насосов) - не менее двух линий.

Диаметр труб всасывающих линий, арматуры и фасонных частей, ус­танавливаемых на них, определяют из скорости движения воды в них, м/с: при диаметре до 250 мм - 0,8-1,0; от 300 до 800 мм - 1,0-1,5; свыше 800 мм-1,2-2,0. Диаметр труб напорных трубопроводов, фасонных частей и арматуры, устанавливаемой на них, принимают с учетом значений экономического фактора в следующих пределах, м/с: при диаметре до 250 мм - 0,8-2,0; от 250 до 800 мм - 1,0-3,0; свыше 800 мм - 1,5-4,0. Потери напора во всасывающих и напорных коммуникациях и водово­дах определяют как сумму потерь по длине Sh и местных сопротивлений h_м.

Потери напора по длине могут быть определены по таблицfv для гид­равлического расчета водоприводных труб Ф. А. Шевелева. По ним можно определить диаметры всасывающих и напорных трубопроводов, соблюдая рекомендуемые скорости движения воды.

Расчет потерь напора на всасывающих и напорных сторонах насосной станции до подбора конкретных насосов, определения схемы обвязки их трубопроводами и расстановки запорно-регулирующей арматуры всегда ориентировочный. Поэтому предварительно величину потерь на местные сопротивления в наружных всасывающихи напорных водоводах можно принять в размере 10% от потерь напора по длине. Потери напора в коммуникациях внутри насосной станции ориентиро­вочно могут быть приняты: на всасывающей стороне 0,5-1,5 м; на напорной 1,5-5,0 м. Эти значения уточняют в ходе проектирования.

После подбора типоразмеров насосов и определения технологической части насосной станции уточняют расчет всасывающих и напорных ком­муникаций. Еще одно уточнение (при необходимости) может быть сделано после определения действительных подач насосов, то есть после построе­ния графиков совместной работы насосов и водоводов.

Местные сопротивления при назначении фасонных частей и запорно -регулирующей арматуры определяют по формуле:

¸ Определение мощности двигателя

Исходными данными для определения требуемой мощности электро­двигателя является подача Q, м³/с, и напор Н, м. Подачу и напор принимают по режимной точке рабочей системы «насосы - водоводы -сеть» или «насосы-водоводы». По этой режимной точке определяется КПД насоса (h_нас).

Мощность насоса, кВт, определяется по формуле:

Мощность приводного двигателя принимают больше мощности, по­требляемой насосом, на случай перегрузок:

где k - коэффициент запаса, зависящий от мощности насоса.

По расчетной мощности подбирается серийный электродвигатель, от­вечающий полученным параметрам.

¸Компоновка насосной станции

Расположение насосных агрегатов и трубопроводов в здании насосной станции должно обеспечивать надежность действия основного и вспомога­тельного оборудования, а также удобство, простоту и безопасность его об­служивания, минимальные площадь и глубину машинного зала, макси­мальную простоту всасывающих коммуникаций с целью уменьшения потерь напора в них, возможность расширения насосной станции в перспективе.

Схема расположения насосных агрегатов в плане определяется специ­фикой конструкций выбранных насосов, в частности взаимным расположе­нием всасывающего и напорного патрубков относительно друг друга и от­носительно оси вращения вала. На компоновку насосных агрегатов оказы­вает влияние также форма насосной станции в плане и расположение пола машинного зала относительно поверхности земли (заглубленная или неза­глубленная насосная станция).

В насосных станциях прямоугольных в плане и незаглубленных и по­лузаглубленных (насосные станции I подъема раздельного типа и насосные станции II подъема) применяют (рис. 5.31) однорядную (а—е) и двухрядную (ж, з) схемы компоновки насосных агрегатов.

Схемы а, б, в, ж, з применяют для насосов типа Д, причем в схемах ж и з с целью уменьшения площади машинного зала используется такая кон­структивная особенность насосов типа Д, как возможность присоединения электродвигателя как с одной, так и с другой стороны.

Схемы гид характерны при использовании горизонтальных насосов с осевым подводом воды (насосы типов К, КМ, СД). По схеме д улитка насо­са установлена таким образом, что напорный патрубок направлен верти­кально вверх, а по схеме г - горизонтально.

Схему е применяют при установке в насосной станции вертикальных (типа В) или осевых насосов.

На рис. 5.32 представлены схемы компоновок насосов в насосных станциях круглых в плане и, как правило, заглубленных (насосные станции I подъема совмещенного типа (а—г) и канализационные - схема д, е).

По схемам а, в, г, д, е в насосных станциях устанавливают горизон­тальные насосы типа Д, по схеме б - вертикальные типа В.

На канализационных насосных станциях с горизонтальными (рис.5.31д), так и с вертикальными (рис.5.32е) насосами преимуществен­ное распространение получила однорядная схема. При использовании го­ризонтальных насосов их располагают таким образом, чтобы ось вращения вала была расположена перпендикулярно стенке, отделяющий приемный резервуар от машинного зала. Такая схема расположения насосов позволя­ет прокладывать прямолинейно всасывающие трубопроводы, что уменьша­ет число фасонных частей, а следовательно уменьшает гидравлическое со­противление всасывающих водоводов. Кроме того, однорядное расположе­ние насосных агрегатов обеспечивает более равномерные гидравлические условия работы насосов, а также упрощает применение подъемно - транс­портного оборудования.

Всасывающие и напорные коллекторы - перемычки с запорной арма­турой следует располагать в здании насосной станции, если это не вызыва­ет увеличения пролета машинного зала. В противном случае коллекторы и

задвижки на всасывающих и напорных водоводах устанавливают в камерах переключений, расположенных рядом с насосными станциями.

В машинных залах предусматривают монтажную площадку для на­сосных агрегатов. Она должна быть расположена таким образом, чтобы с помощью подъемно - транспортных механизмов любой насосный агрегат мог быть демонтирован и перемещен на данную площадку. Монтажную площадку обычно устраивают в торце здания на уровне поверхности зем­ли. Размеры площадки в плане определяются габаритами насосов, элек­тродвигателей и транспортных средств, а также расстоянием максималь­ного приближения крюка грузоподъемного механизма к боковым и тор­цовой стенам здания.

¸Всасывающие трубопроводы

Всасывающие трубопроводы являются одним из наиболее ответствен­ных элементов насосной станции. Предназначены для надежного, беспере­бойного и с наименьшими потерями энергии подвода воды к насосам.

Основным требованием, предъявляемым к всасывающим трубопрово­дам центробежных насосов, является их воздухонепроницаемость, так как, по данным многочисленных опытов и наблюдений, попадание воздуха в межлопастные каналы рабочего колеса весьма отрицательно сказывается на его характеристиках. Даже небольшое (до 1% по объему) наличие нерас­творимого воздуха уменьшает подачу насоса на 5-10%, а при увеличении содержания воздуха до 10-15% насос теряет всасывающую способность и происходит срыв его работы.

В связи с этим все стыки деталей трубопроводов выполняют герме­тичными. Наиболее предпочтительными являются сварные соединения, В случае примененияболтовых соединений ко всем фланцам всасывающего трубопровода должен быть обеспечен доступ,с тем, чтобыможно было контролировать их состояние и систематически подтягивать болты.

Во избежание попадания воздуха во всасывающий трубопровод через свободную поверхность воды в водоприемном сооружении входные отвер­стия трубопровода заглубляют на 0,5-1,5 м ниже самого низкого уровня. Если нельзя обеспечить необходимое заглубление, следует установить на концах всасывающих труб экраны, предотвращающие образование воронок вокруг труб и попадание в них воздуха.

Для предотвращения образования во всасывающем трубопроводе воз­душных мешков трубопровод прокладывают с подъемом в сторону насоса (уклон не менее 0,005), чтобы воздух, выделившейся из воды в зонах с по­ниженным давлением, мог свободно двигаться вместе с водой к насосу. По этой же причине при переходе с одного диаметра на другой на горизон­тальных участках трубопровода применяют только «косые» переходы с горизонтальной верхней образующей. На рис. 5.33 показаны примеры не­правильного и правильного расположения всасывающего трубопровода и присоединения его к насосу.

¸ Определение отметки расположения оси насосов

В водопроводных насосных станциях I категории надежности и во всех канализационных насосных станциях, как правило, устанавливают «под залив» то есть ниже уровня воды в нижнем бассейне. В водопровод­ных насосных станциях II и III категории допускается установка насосов выше максимального уровня воды в нижнем бассейне. При этом должна быть предусмотрена система для заливки насосов перед их пуском.

В насосных станциях I подъема (рис. 5.34) отметку оси насоса 2о„ оп­ределяют из условия установки корпуса насоса под минимальным уровнем воды в береговом колодце после сеток:

В совмещенных насосных станциях I подъема часто пол машинного зала и дна их сеточного отделения насосной станции по конструктивным соображениям располагают на одном уровне (рис.5.34в), в таком случае отметка оси насоса определяется отметкой пола машинного зала _Ñ Z_дн, высо­той фундамента а) и расстоянием от низа лап насоса до его оси Z_о.нас:

В канализационных насосных станциях отметку оси насоса определя­ют из условия размещения корпуса насоса под средним уровнем воды в приемном резервуаре (рис. 5.34е):

вычисленные отметки оси насосов должны быть проверены на обес­печение допустимой вакуумметрической высоты всасывания Н_вак или до­пустимого кавитационного запаса _D h _доп, приведенных в каталогах или пас­портах насосов.

Для этого сравнивают максимальную геометрическую высоту всасы­вания насоса при максимальном расчетном уровне воды в нижнем бассейне (береговом колодце, резервуарах чистой воды, приемном резервуаре КНС) с максимально допустимой высотой всасывания.

Отметка фундаментной плиты (пол нижнего строения) располагается ниже отметки фундамента насосов на 20-50 см.

Высота верхнего строения (наземной части насосной станции) в зда­ниях, оборудованных стандартными грузоподъемными механизмами, оп­ределяется (рис. 5.35) по формуле:

Если при транспортировании груза на монтажную площадку его необ­ходимо проносить над установленным оборудованием (рис. 5.35 б), то в формулу вводится дополнительно высота этого оборудования h_cб,.

Если груз (насос, электродвигатель и т.д.) доставляется непосредст­венно на монтажную площадку насосной станции, то для возможности его погрузки и выгрузки высота верхнего строения должна быть увеличена на высоту от пола до грузовой платформы.

2.11. Определение размеров машинного зала

Машинный зал насосной станции служит для размещения основного и вспомогательного оборудования, коммуникаций трубопроводов и создания нормальных условий для их эксплуатации.

Размеры машинного зала зависят в основном от типа и количества ос­новного насосного оборудования.

Определение размеров машинного зала сводится к установлению ши­рины (пролета), высоты и длины машинного зала.

При этом следует учитывать следующие рекомендации.

1. В машинном зале применять однорядную компоновку основных аг­регатов.

2. Пролеты зданий назначают равными 6, 9, 12, 18....м при шаге ко­лонн 3, 6, 12 м.

3. При компоновке вертикальных агрегатов электродвигатели устанав­ливать на незатопляемых отметках.

4. Подземную часть здания проектируют из монолитного железобето­на; толщину стен и днища принимают равной 0,1Нст, где Ндт- максимально возможный напор воды на конструкцию.

5. В здании должны быть обеспечены следующие минимально допус­тимые проходы:

- между горизонтальными насосными агрегатами или их фундаментами с электродвигателями напряжением: до 1000 В - 1,0 м, свыше 1000 В -1,2м;

- между стеной и горизонтальным насосным агрегатом в зависимости от напряжения электродвигателя соответственно - 1 -1,2 м;

- между вертикальными агрегатами в зависимости от подачи насоса (2-10 м^с) соответственно - 1,5-2,5 м;

- от стены до фланцевого соединения 0,3-0,4 м;

- высота между проносимыми с помощью гибких строп грузов и оборудования - 0,5-0,7 м;

- между проносимым оборудованием и выступающими частями здания - 0,3-0,5 м;

- ширина служебных мостков - 0,8 м.

6. Верх фундамента под оборудование должен возвышаться над уров­нем чистого пола не менее, чем на 0,1 м.

7. Превышение уровня чистого пола над уровнем пристанционной площадки равно 0,15-0,2 м.

С учетом вышесказанных рекомендаций расчетный пролет здания оп­ределяется по следующей формуле:

В=b + l+ l_обр.кл+ l_з + l_мин

где l_мин - минимально допустимое расстояние между стеной и насосным агрегатом,

l_мин = (1000-1200)мм;

Определив расчетный пролет «В», получаем минимально допустимую ширину машинного зала. Искомый пролет здания «В» принимаем по бли­жайшему большему размеру унифицированных пролетов. Расчетный про­лет здания редко совпадает со стандартным. Поэтому проводят его коррек­тировку, обычно варьируя размером «б)».

Длина машинного зала определяется по уравнению:

¸Приемные резервуары канализационных насосных станций

В помещении приемного резервуара насосной станции сточная жид­кость освобождается от части загрязнений с помощью решеток, устанавли­ваемых в подводящем канале. Вместимость приемного резервуара выбирается по требованиям СНиП (минимальная вместимость приемного резервуара должна быть не менее 5 мин подачи самого крупного из установленных насосов) по графику притока и откачки сточной жидкости и по конструктивным соображениям размеще­ния насосного оборудования, безопасности и удобства его обслуживания. Малая вместимость приемного резервуара уменьшает строительные объемы насосной станции, предотвращает выпадение осадка и его загнива­ния. Большая вместимость резервуара неприемлема вследствие того, что поступающие сточные воды содержат значительное количество загрязне­ний, которые, осаждаясь в резервуарах, будут загнивать. Оптимальную вместимость приемного резервуара определяют на ос­новании технико-экономических расчетов для каждого конкретного случая, где могут быть самые разнообразные сочетания технических и экономиче­ских факторов и условий. Приемные резервуары насосных станций конструируют исходя из вы­численной и принятой их вместимости. Рабочая вместимость резервуаров отсчитывается от лоткаподводящего коллектора. Размеры рабочей части приемного резервуара должны обеспечивать требуемую регулирующую вместимость с учетом стеснения ее конструкции резервуаров, всасываю­щим линиям и другим оборудованием, расположенным в резервуаре (рис. 5.35).Глубину рабочей части приемного резервуара следует принимать не менее 1,5-2,0 м для малых и средних станций и 2,5 м в более крупных. В приемных резервуарах насосных станций с подачей более 100 тыс. м³ /сут необходимо предусматривать два отделения без увеличения общего объема. Это обеспечивает возможность выполнять осмотр, очистку и ре­монт приемного резервуара на ходу, то есть без полного отключения на­сосной станции. Дно приемных резервуаров выполняют с уклоном не менее 0,01 в сто­рону приямка. Перекрытие резервуаров устраивают на 0,5 м выше максимально до­пустимого уровня воды в канале. Максимальный уровень воды в резервуа­ре принимается равным отметке лотка подводящего коллектора.В перекрытии устраивают два смотровых люка для спуска в резерву­ар. Располагают их у стен резервуара в местах крепления ходовых скоб (лестниц).Приемные резервуары оборудуют решетками, устройствами для взму­чивания и смыва осадков, шиберными затворами, аварийными выпусками.Ориентировочно размер (диаметр) насосной станции и вместимость типового приемного резервуара приведены в нижеследующей таблице.

Подача насосной станции Q, м3 /ч	Размер (диаметр) станции, м	Емкость резервуара W, м3
380-2200
1800-3800
5400-10800

При установке на станции погружных насосов для перекачки сточ­ных вод размеры насосной станции могут быть значительно уменьшены.

Толщина стен насосной станции принимается по расчету на опуска­ние, всплытие и прочность может быть принята в зависимости от ее вы­соты.

Нст, м	До 4 м	4-6 м	6-10 м
Д, см