Насосные станции в системах водоснабжения
Насосные станции систем водоснабжения предназначены для повышения напора перекачиваемой потребителям воды. По назначению и расположению в схемах водоснабжения насосные станции подразделяются на станции первого подъема (НС I), второго подъема (НС II) и последующих подъемов (НС III и т.п.), повысительные (подкачки) (НСП), циркуляционные (ЦНС). Положение насосных станций в структуре водопровода показано на рис. 1.1.
Рис.1.1. Принципиальная схема системы водоснабжения с насосными станциями различного назначения с пьезометрическими линиями: 1 - водозаборное устройство; 2 - насосная станция первого подъема (НС I), совмещенная с береговым колодцем; 3 -водоочистные сооружения; 4 - резервуар чистой воды; 5 - насосная станция второго подъема (НС II); 6 - напорный водовод; 7- водонапорная башня; 8 - водопроводная сеть; 9 - потребители воды; 10 - насосная станция подкачки (НСП); Н1, Н2, Н3 – напоры, создаваемые насосами соответствующих насосных станций
Насосные станции I подъема забирают воду из источника и подают на очистные сооружения или, если не требуется очистка воды, в аккумулирующие емкости (резервуары чистой воды (РЧВ), водонапорные башни, гидропневмобаки), а в некоторых случаях непосредственно в водопроводную сеть. График работы НС I обычно равномерный круглосуточный.
Насосные станции II подъема подают воду из РЧВ в водопроводные сети и водонапорные башни. Последние служат для регулирования несовпадения графиков подачи воды насосами и водопотребления. График работы НС II в течение суток обычно неравномерный, ступенчатый, его стараются приблизить к графику водопотребления.
Насосные станции подкачки предназначены для увеличения напора на участке сети, где требуется повышенный напор, например, у высотных зданий, в микрорайонах, на производственных объектах. НСП забирают воду из трубопровода сети, поэтому график подачи насосов зависит от режима водопотребления обслуживаемого объекта.
Циркуляционные насосные станции входят в замкнутые системы водоснабжения промышленных предприятий. На ЦНС могут быть несколько групп насосов: одна - для подачи отработанной воды на ее охлаждение, другая - на очистные сооружения, третья - для возврата воды на оборудование или технологические процессы. График работы ЦНС определяется принятой технологией производства.
По степени обеспеченности подачи насосные станции подразделяются на три категории [1].
Первая категория допускает перерыв в подаче воды на время (не более 10 мин), необходимое для выключения поврежденных и включения резервных элементов (оборудования, арматуры, трубопроводов), и снижение подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды не более 30 % расчетного расхода и на производственные нужды до предела, установленного аварийным графиком работы предприятий, при длительности снижения не более 3 сут. К первой категории относятся насосные станции систем водоснабжения населенных пунктов с числом жителей свыше 50 тыс. чел., а также подающие воду непосредственно в сеть противопожарного и объединенного хозяйственно- противопожарного водопровода.
Вторая категория допускает перерыв в подаче для проведения ремонта не более чем на 6 ч и снижение подачи в объеме, что и для первой категории, не более чем на 10 сут. Ко второй категории относятся насосные станции, обслуживающие водопроводы населенных пунктов с числом жителей от 5 тыс. чел. до 50 тыс. чел. При этом подача воды на пожаротушение не должна быть нарушена при временной остановке насосных станций.
Третья категория допускает перерыв в подаче не более чем на 24 ч. Величина допускаемого снижения подачи воды та же, что при первой категории, длительность снижения подачи не должна превышать 15 сут. К третьей категории относятся насосные станции водоснабжения, обслуживающие населенные пункты с числом жителей до 5 тыс. чел.
Категория насосной станции определяет требования к надежности энергоснабжения, к капитальности сооружений, к резерву технологического оборудования, в частности к насосам. Например, для станций I и II категорий должно быть выполнено подключение не менее чем к двум независимым источникам электроснабжения.
Тип и конструкция насосной станции зависит от ее назначения и установленного оборудования. Так, различают насосные станции с горизонтальными и вертикальными насосами; с насосами, установленными с подпором (под залив), и с положительной высотой всасывания. По расположению машинного зала различают насосные станции наземные, частично заглубленные (полузаглубленные), заглубленные и подземные. Заглубленные насосные станции в отличие от полузаглубленных имеют перекрытие над машинным залом, разделяющее подземную и наземную части. Подземные станции обычно не имеют наземного павильона.
Управление насосными станциями может быть ручным, автоматическим, полуавтоматическим и дистанционным.
2 ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОДБОРА И УСТАНОВКИ НАСОСОВ
Подбор насосов по каталогам
Подбор насосов осуществляется по расчетным параметрам подачи Q и напора Н, определенным для всех характерных режимов работы насосной станции. Под режимом понимается график подачи насосной станции и порядок работы насосов при определенных условиях эксплуатации. Например, для насосной станции второго подъема объединенного хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения, одним из режимов является режим пожаротушения. Подробно режимы для каждого типа насосной станции рассмотрены в последующих разделах.
Для каждого режима работы насосной станции назначается внутрисуточный график подачи воды потребителям. Наиболее важные для подбора насосов значения подачи и соответствующие этой подаче требуемые напоры насосов являются расчетными параметрами работы насосовQ и Н. Положение точки с такими координатами на сводном графике полей каталога насосов [2], [3] или приложения 2 позволяет выявить марку насоса (или нескольких насосов), которые обеспечивают расчетные параметры. Сводный график полей в координатах Q и Н представлен фигурами, каждая из которых ограничивает область оптимальной работы насоса определенной марки. Верхняя и нижняя линии фигуры показывает часть основной характеристики насоса Н - Q соответственно с максимальным и сточенным диаметром рабочего колеса.
Наилучшим положением точки является такое, когда она находится на верхней граничной линии области насоса. Также удачным считается попадание точки внутрь фигуры области насоса. Хуже положение точки ниже нижней границы фигуры. На рис. 2.1 показаны примеры различного положения расчетной точки на сводном графике полей. Точка А находится в пределах оптимальной области работы насоса 1 с максимальным рабочим колесом. Точка Б расположена чуть ниже характеристики насоса 1со сточенным колесом, который для нее и пригоден. Для точки В насос 3 дает завышенный напор даже со сточенным рабочим колесом, поэтому необходима его регулировка. Для точки Г пригодны насосы 1 и 2, поэтому окончательный выбор производится на основании их технико-экономического сравнения. Точка Д не попадает в зону оптимальной работы ни одного из приведенных насосов. Следует мысленно продолжить характеристики показанных насосов до пересечения с осью напоров Н и выбрать ближайший по расходу и напору насос (очевидно 1). Этот насос при работе на точку Д будет иметь невысокий коэффициент полезного действия, но часто с этим приходится мириться. Иногда, для того, чтобы расчетная точка попала в оптимальную область работы насоса, прибегают к корректировке графика подачи или изменению характеристики трубопроводов (например, изменению диаметра труб или числа ниток водоводов).
Точка Е также лежит за пределами оптимальной зоны работы приведенных насосов. Для нее можно рекомендовать применение двух параллельно работающих насосов 1 с параметрами Ни Q/2.
После выбора марки насоса по сводному графику полей, по паспортным характеристикам этого насоса (из каталога) производится уточнение его пригодности для работы на расчетные точки. При этом следует анализировать работу насосной станции во всех характерных режимах, руководствуясь следующими рекомендациями:
1. Для различных ступеней графика подачи насосной станции желательно применять однотипные насосы, используя их совместную работу.
2. При параллельной работе насосов следует учесть уменьшение подачи каждого из них: для двух насосов примерно на 10 %, трех - на 20 %.
3. Если хозяйственно-питьевые насосы не обеспечивают режим пожаротушения, желательно пожарный насос включать совместно с хозяйственными, хотя допускается установка специального пожарного насоса, обеспечивающего не только пожарные параметры, но и хозяйственно-бытовые.
4. При аварии на напорном водоводе или на водораспределительной сети подача насосов снижается. При этом расчетная аварийная точка может выйти за пределы области работы выбранного насоса. Поскольку специальные насосы для аварийных ситуаций обычно не предусматривают, анализом работы выбранных насосов на запроектированный трубопровод уточняется необходимость и количество переключений на водоводе, или число параллельных ниток на сети.
5. При отсутствии в каталоге подходящих насосов иногда целесообразно скорректировать ступенчатый график подачи воды, т.е. изменить продолжительность ступеней подачи или даже число ступеней. Если расчетная точка располагается значительно ниже напорной характеристики насоса можно прибегнуть к частотному регулированию работы насосов.
Рис.2.1. Выбор насоса по сводному графику полей: 1, 2, 3 - поля рекомендуемой области работы насосов; А, Б, В, Г, Д, Е – точки, соответствующие расчетным параметрам насосов