Насосные и воздуходувные станции

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный геологоразведочный университет имени Серго Орджоникидзе» (МГРB) Гидрогеологический факультет Кафедра строительства систем и сооружений водоснабжения и водоотведения УТВЕРЖДАЮ: Декан ГГФ Горобцов Д.Н. «____» ______________2019 г. КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ по дисциплинЕ Б1.В.ОД.4 «Насосные и воздуходувные станции» Уровень бакалавриат Направление подготовки 08.03.01 «Строительство» Профиль подготовки «Водоснабжение и водоотведение» Квалификация (степень) выпускника бакалавр Форма обучения очная Лекции 16 ч Курс 3 Практические занятия 32 ч Семестр 5 Лабораторные занятия нет Количество недель 16 Самостоятельная работа 60 ч (в т. контроль 36 ч.) Промежуточная аттестация экзамен Общая трудоемкость освоения учебной дисциплины 4 з.е. (144 ч) Компетенции реализуемые дисциплиной: ОПК-3, ПК-5,9, 17 Программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры Строительство систем и сооружений водоснабжения и водоотведения Протокол № 06 от «17» июня 2019 г. Зав. кафедрой, профессор________________________________ (Б.Н. Фрог) Москва – 2019 г. п/п 9 . Глава 1. Введение. §1.1. Классификация насосов и воздуходувных машин. Насосы являются наиболее распространенными видами гидравлических машин, конструктивное разнообразие которых (более 117 видов) не поддается единой классификации. Согласно принятой терминологии (см. ГОСТ 17398 «Насосы. Термины и определения») насос – это машина для создания потока жидкой среды. Насос передает энергию перемещаемой среде. Как правило, к насосу подводят механическую энергию от электрического, дизельного или парового двигателя., К группе таких насосов относят: центробежные, осевые, вихревые, поршневые и т.д. Сходство физических свойств жидкостей и газов позволяет установить сходство насосов с группой нагнеталей газов: компрессорами (вентиляторами, газодувками, воздуходувками). К нагнетателям, которым сообщается работа в форме потенциальной или кинетической энергии жидкого или газообразного рабочего тела, относятся струйные насосы, пневматические водоподъемники (эрлифты), тараны, паровые прямодействующие насосы. В общем виде все нагнетатели сред подразделяются на две группы: динамические и объемные. Они выпускаются отдельно от привода и моноблочно. К числу нагнетателей, получивших распространение в водоснабжении и водоотведении, относятся: - лопастные насосы: центробежные, диагональные, осевые, вихревые; - поршневые насосы; - роторные нагнетатели (винтовые, шестеренчатые); - струйные насосы (нагнетатели); - воздушные водоподъемники; - компрессоры. §1.2. Краткая история развития насосов Насосы, как машины для подъема воды, были известны еще в глубокой древности. Одним из старинных водоподъемников относится «китайская или индийская лопата» с противовесом по типу колодезного журавля, водяных колес с черпаками, четочный, цепной, ленточный водоподъемник. Что касается поршневых насосов, то они были известны в 5 веке до н.э. (Геродот – отец истории). К 3 веку до н.э. относится появление Архимедова винта (320 г. до н.э. г. Сиракузы. Сицилия). Архимед долго работал в Александрии в Египте (центр культуры, созданный Александром Македонским). По оценке Галилея – самое чудесное открытие в мире. Идея использования центробежной силы для подачи воды принадлежит Леонардо да Винчи (15 век). Но его конструкция насоса не сохранилась. Первый сохранившийся рисунок центробежного насоса принадлежит итальянцу Жордано. Первая конструкция центробежного насоса была сконструирован французом Бланкано (1566- 1624 гг.) для лабораторных целей, затем вновь была предложена французким физиком Д. Папеном (1647- 1714 г), применившем крыльчатку и улиткообразный корпус. Эти устройства были единичными, не имели механического привода, а потому не находили применения. По просьбе Даниила Бернулли(1707-1788 гг.) Леонард Эйлер (1707-1783 гг.) разработал теорию центробежного насоса(члены Петербуржской академии наук) . В 16 веке во Франции А. Раммели (1530-1590 гг) создает первый герметичный роторный насос. Примерно к этому же времени относится изобретение шестеренчатого насоса. Изобретения его приписывают Паппенгейму. В конце 18 века появилась так называемая «спиральная помпа». В 1746 г. в Швейцарии А. Вирц построил барабан со спиральной перегородкой наподобие часовой пружины. При вращении барабана вода входила в отверстие его и по спирали поднималась к центру барабана, где и выливалась в лоток. Д. Бернули, изучая эту машину по книгам, предложил не делать барабан, а заменить улитку спиральной трубой. Такой водоподъемник был осуществлен в 1783 г. в России в подмосковном имении Н.А.Голицына – в Архангельском. Идея применения воздушных вытеснителей принадлежит русскому изобретателю П.А. Зарубину, который в 1865 г. предложил оригинальное устройство для подъема воды из колодца. В России это предложение не нашло применение и в Россию оно пришло уже из Франции. Изобретение эрлифта, появилось в 1797 г., приписывается французу Лошару. Гидроэлеваторы нашли первое применение в Америке в 1852 году, (автор Д. Томпсон). Элементарная теория гидроэлеватора была дана в 1863 году Цейнером. В России в 1880 г. акционерное общество машиностроительных заводов «Густав Лист» в Москве начало строить поршневые и центробежные насосы. На этом заводе сформировались русские инженеры, которые развивали отечественно насосостроение в г. Риге, Коломенский завод, Горловский завод (г. Сумы). В России в 1820 г. А.А. Саблуков предложил насос, названный им водогонном, который был идентичен центробежному насосу конструкции Папена. В 1832 г. генерал-лейтенант А.А. Саблуков изготовил воздуходувную машину двухстороннего входа, которая нашла применение на морских судах и рудниках. В Америке центробежный насос был сконструирован в 1846 г., в Англии - в 1867 г. В.А. Пушечниковым в 1839-1900 гг. предложил вертикальный поршневой насос с двигателем над скважиной (эти насосы длительное время известны под названием Фарко). Исследования Н.Е. Жуковского (1841-1921 гг.) легли в основу разработки осевых насосов. §1.3. Центробежные насосы В настоящее время, из всего многообразия нагнетателей, наибольшее распространение получили - центробежные насосы. Принципиальная схема одноколесного центробежного насоса представлена на рис.1. Рис. 1.1. а – продольный разрез; б – поперечный; 1 – рабочее колесо; 2 – лопасти рабочего колеса; 3 – вал; 4 – корпус; 5 – всасывающий патрубок; 6 – всасывающий трубопровод; 7 – напорный патрубок с зоной расширения; 8 – напорный трубопровод Рабочее колесо центробежного насоса показано на рис. 2 и 3 Рис. 2. 1. Рабочее колесо (закрытого типа) центробежного насоса Рис. 3. 1. Рабочее колесо (открытого типа) центробежного насоса Жидкость выходит из рабочего колеса с большой скоростью. При этом поток обладает высокой кинетической энергией, а движение жидкости сопровождается большими гидравлическими сопротивлениями. Чтобы уменьшить скорость движения жидкости выходящей из рабочего колеса, преобразовать кинетическую энергию потока в потенциальную (увеличить давление) и уменьшить гидравлические сопротивления, применяются отводящие устройства (отводы), а также направляющие аппараты. Различают спиральный, полуспиральный, двухзавитковый и кольцевой отводы. Спиральный отвод – это канал в корпусе насоса, охватывающий рабочее колесо по окружности (см. рис. 1.1  4.1). Поперечное сечение канала увеличивается соответственно расходу жидкости, поступающей в него из рабочего колеса, а средняя скорость движения ее в канале постепенно уменьшается по мере приближения к выходу или остается примерно постоянной. Спиральный канал оканчивается выходным диффузором, в котором происходит дальнейшее уменьшение скорости и преобразование кинетической энергии жидкости в потенциальную энергию. Рис. 4.1. Схема спирального отвода 1 – спиральный канал; 2 – лопасти рабочего колеса; 3 – диффузор (напорный патрубок насоса) Кольцевой отвод – это канал постоянного сечения, который охватывает рабочее колесо так же, как и спиральный отвод. Кольцевой отвод применяют обычно в насосах, предназначенных для перекачки загрязненных жидкостей. Гидравлические потери в кольцевых отводах значительно больше, чем в спиральных. Полуспиральный отвод – это кольцевой канал, переходящий в спиральный расширяющийся отвод. Двухзавитковый отвод состоит из двух спиральных симметрично расположенных каналов и одного канала постоянного сечения. Направляющий аппарат (см. рис. 5.1) представляет собой два кольцевых диска, между которыми размещены направляющие лопасти, изогнутые в сторону, противоположную направлению изгиба лопастей рабочего колеса. Направляющие аппараты – более сложные устройства, чем спиральные отводы, гидравлические потери в них больше, и поэтому их применяют только в конструкциях многоступенчатых насосов. Вал насоса служит для передачи вращения от двигателя рабочему колесу. Колеса закрепляют на валу при помощи шпонок и установочных гаек. Для изготовления валов чаще всего применяют легированные стали. Рис.5. 1.– Рабочее колесо с направляющим аппаратом 1 – лопасти рабочего колеса; 2 – лопасти направляющего аппарата; 3 – каналы направляющего аппарата Подшипники, в которых вращается вал насоса, применяются шариковые или скользящего трения с вкладышами. Шариковые подшипники применяют, как правило, в насосах небольшой мощности. В некоторых конструкциях подшипников крупных насосов предусматриваются устройства для охлаждения и принудительной циркуляции масла. По расположению подшипниковых опор различают насосы с выносными опорами, изолированными от перекачиваемой жидкости и насосы с внутренними опорами, в которых подшипники соприкасаются с перекачиваемой жидкостью. Сальники служат для уплотнения отверстий в корпусе насоса, через которые проходит вал. Сальник, расположенный со стороны нагнетания, должен предотвращать утечку воды из насоса, а сальник со стороны всасывания – предупреждать поступление воздуха в насос. Центробежный насос – не герметичная машина. Для обеспечения герметичности насоса – его заливают водой (способы заливки различные: из водопровода, вакуум насосом, из напорного резервуара). При вращении рабочего колеса жидкость, заполняющая рабочее колесо, также начинает вращаться, приобретая при этом центробежную силу. Под действием этих сил частицы жидкости устремляются от центра к периферии по радиусу. Чем больше радиус колеса R и частота его вращения n, тем больше скорость движения жидкости, тем с большей скоростью частицы жидкости устремляются к напорному патрубку насоса. Объем заполняемый жидкостью опорожняется и в нем создается пониженное давление – вакуум. Под действием атмосферных сил вода из расходной емкости по всасывающей трубе поступает на лопасти колеса в зону пониженного давления. И цикл повторяется. Корпус насоса имеет форму улитки и служит для преобразования кинетической энергии в потенциальную (зона расширения корпуса), а также для гашения поперечных сил (или радиальных сил). Методы гашение поперечных и осевых сил будут рассмотрены ниже. §1.4. Поршневые насосы Поршневой насос – герметичная машина, поэтому не требует заливки. Он может нагнетать как жидкости, так и газы (объемные насосы вытеснения). Основные конструкционные элементы насоса: Рис. 1.4. Поршневой насос простого действия 1-всасывающий трубопровод; 2- клапаны;3- корпус; 4- напорный трубопровод; 5- рабочая камера; 6- поршень; 7- шток; 8-ползун; 9- шатун; 10- кривошип. §1.5. Роторные насосы. К роторным нагнетателям относятся такие насосы, которые, как и поршневые, перемещают жидкость за счет ее вытеснения. Только у поршневого наоса рабочий орган имеет возвратно-поступательное движение, а у роторных – рабочие органы вращаются по окружности и этих органов больше, чем количество поршней. Примером роторного нагнетателя может служить шестеренчатый насос: Рис. 1.5. Шестеренчатый насос 1-полость всасывания; 2- ведущая шестерня; 3 –ведомая шестерня; 4 – напорная полость; 5 - корпус За счет герметичного защемления зубьев шестерен друг с другом рабочая камера насоса делится на две части: всасывающую и напорную. Во всасывающей камере зубья попеременно вытесняют находящуюся там среду (масла, жидкости). Создавая тем самым вакуум, а в напорной части создают избыточное давление за счет поступления вытесняемой среды. Примерно поэтому же принципу работают винтовые насосы (один ведущий и два ведомых винта), пластинчатый насос. §1.6. Вихревые насосы Принцип действия вихревых наосов основан также на передаче энергии от лопасти к потоку жидкости. Рис.1.6. Вихревой насос типа В 1 –рабочее колесо с радиальными лопастями. 2 – кольцевой канал; 3- полость; 4- напорный патрубок; 5- всасывающий патрубок; 6 – окно в боковой части корпуса. Жидкость поступает на лопасти рабочего колеса, через окно 6. Рабочее колесо представляет собой своеобразное центробежное колесо с радиальными лопастями. Вокруг периферии колеса в корпусе насоса выполнен кольцевой канал, заканчивающийся напорным патрубком. Область входных каналов отделяется от напорного патрубка участком, плотно прилегающим к колесу (радиальный зазор) не более 0,2 мм и служащим уплотнением. Жидкость, вошедшая через входное отверстие в насос, попадает межлопастные пространства, в которых ей сообщается механическая энергия. Центробежные силы выбрасывают ее из колеса. В кольцевом канале жидкость движется по винтовым траекториям и через некоторое расстояние вновь поступает в межлопастное пространство, где снова получает приращение механической энергии. Таким образом, в корпусе работающего насоса образуется своеобразное кольцевое вихревое движение, от которого насос и получил название вихревого. Многократность приращения энергии частиц жидкости приводит к тому, что вихревой насос при прочих равных условиях создает значительно больший напор, чем центробежный. Наличие уплотняющего участка позволяет насосу перекачивать газы. Недостаток – низкий КПД – 40-50-% §1.7.Водокольцевые насосы широко используются в системах водоснабжения и водоотведения. Они предназначены для создания вакуумметрического (вакуум –насосы) или избыточного (воздуходувки, компрессоры) давления. В качестве рабочей жидкости используется вода. Рассмотрим работу водокольцевого вакуум-насоса (рис. 7 и 8). Ротор 1, представляет собой цилиндр с радиальными лопатками, эксцентрично расположен в цилиндрическом корпусе 2 , который частично заполнен водой. При вращении ротора за счет центробежной силы вода отбрасывается к стенке корпуса, образуя водяное кольцо 3 и серповидную полость 4. Рис. 1.7.Схема водокольцевого вакуум-насоса 1-ротор; 2- корпус; 3- водяное кольцо;4 – серповидная полость; 5–нагнетательное окно; 6- всасывающее окно Рис. 1.8. Водокольцевой вакуум-насос типа ВВН Объем рабочих камер, замкнутых втулкой ротора, внутренней поверхностью водяного кольца и лопатками, при вращении ротора изменяется от Vmax до нуля. Рабочие камеры сообщаются соответственно с всасывающим и нагнетательным патрубками. Когда камеры сообщаются с всасывающим патрубков по ходу вращения ротора, их объем увеличивается, происходит всасывание перекачиваемой газовой среды. Максимально наполненные камеры замыкаются и по ходу вращения ротора переносятся в область уменьшения их объема, т.е. сжатия и выталкивания. Для обеспечения нормального рабочего процесса в корпус насоса непрерывно должна подаваться вода из сети или циркуляционного бачка. Расход воды должен быть таким, чтобы в верхней части втулки рабочего колеса водяное кольцо касалось ее поверхности, а в нижней части лопатки погружались на некоторую глубину  . При подаче вакуум-насосом 1 м3/мин воздуха расход воды составляет 0,2 -0,3 м3/ч. Подачу перекачиваемой газовой среды (м3/с) при нормальной работе вакуум-насоса определяют по формуле Q = {, (1) где D р - внешний диаметр ротора, м; а - глубина погружения лопатки, мм; Dо – диаметр втулки ротора. м; z – число лопаток; l1 – толщина водяного кольца в сечении - , м; S – толщина лопатки, мм; n –частота вращения ротора, об/мин; о – КПД: о = 0,7-0,8; b - эксцентриситет, м. §1.8. Воздуходувки Водокольцевые воздуходувки (компрессоры) отличаются от вакуум-насосов при одинаковых подачах размерами и размещением распределительных окон, что дает возможность несколько уменьшить удельные затраты мощности при работе компрессора. Водокольцевые воздуходувки выпускают двух типов (В – простого действия; ДВ – двойного действия) и в двух исполнениях (ВН –для работы в качестве вакуум-насоса; К – для работы в качестве компрессора(воздуходувки)). Примеры энергетических параметров водокольцевых нагнетателей приведены ниже в таблицах 1 и 2 . Таблица 1 Основные параметры водокольцевых вакуум-насосов Марка Подача, м3/мин Вакуум при номинальной подаче, % Максимально допустимый вакуум, % Удельная мощность, кВт/м3/мин Масса, кг ВВН-075 0,75 60 85 2,8 50 ВВН-1,5 1,5 70 90 2,2 110 ВВН-3 3 70 90 2 120 ВВН-6 6 70 95 2 320 ВВН-12 12 70 95 1,7 475 ВВН-50 50 70 95 1,7 3000 ДВВН-100 100 65 85 1,8 8000 ДВВН-150 150 65 85 1,8 12000 Таблица 2 Основные параметры водокольцевых воздуходувок (компрессоров) Марка Подача, м3/мин Конечное давление сжатия при номинальной подаче, МПа Максимально допустимый давление сжатия, МПа Удельная мощность, кВт/м3/мин Масса, кг ВК-0,75 0,75 0,5 - - 50 ВК-1,5 1,5 0,5 1,8 2,2 110 ВК-3 3 0,5 1,8 2,2 120 ВК-6 6 0,5 1,8 2,2 320 ВК-12 12 0,5 1,8 2,2 475 ВК-50 50 0,5 1,8 2 3000 ДВК-100 100 0,5 1,8 2 8000 ДВК-150 150 0,5 1,8 2 12000 §1.9. Воздушные водоподъемники бывают двух типов: -вытеснители (монтжю, пульсометры, джаты, нагнетатели Кремера) - эрлифты (струйные водоподъемники). Вытеснители применяются для перемещения загрязненных или агрессивных жидкостей. На рис. 9 приведена схема воздушного водоподъемника вытеснителя. Он состоят: из приемника – куда подводится жидкость, компрессора, нагнетательной трубы, которая присоединяется к верхней части приемника. Под действием сжатого воздуха жидкость по напорной трубе вытесняется на желаемую высоту. Рис. 1.9. Схема воздушного водоподъемника, вытеснителя а—схема устройства;- б—напорная характеристика; 1—приемный бак; 2—воздушная труба от компрессора; 3—водоподъемная труба; 4—обсадная труба скважины; 5—форсунка Водоподъемная труба (3) спущена под уровень воды в колодец . Воздушная труба (2) подводит сжатый воздух от компрессора в нижнюю часть водоподъемной трубы с помощью дырчатого распределителя воздуха (5). Сжатый воздух, растворяясь в воде, насыщает воду. Благодаря чему удельный вес водовоздушной смеси внутри водоподъемной трубы оказывается меньше, чем удельный вес воды в колодце. Регулируя количество подаваемого воздуха, можно добиться того, что водовоздушная смесь начнет подниматься по трубе и выливаться в емкость. Недостаток – низкий КПД, о =20-30% . §1.10. Эрлифты Эрлифты (струйные водоподъемники)– применятся для извлечения воды из глубоких трубчатых колодцев. Струйные водоподъемники работают по принципу использования энергии рабочей среды для перемещения жидкости. В качестве рабочей среды могут выступать: вода, пар, газ. Если в качестве рабочей используется газ – то эжектор, вода – гидроэлеватор. На рис. 10- 11 приведены схемы эрлифтов Рис. 1.10. Схема струйного водоподъемника а—схема устройства; б – рабочая характеристика . Рис.1.11. Струйный водоподъемник 1—всасывающий трубопровод; 2—труба; 3—сопло; 4—подводящая камера; 5—камера смешения; 6—диффузор; 7—напорный трубопровод; б—теоретическая расходно-напорная характеристика В водоструйных – гидроэлеваторах – рабочая жидкость (вода) под высоким напором h по трубе 2 поступает в насадку, а из нее в сужающую часть трубы – 4, где скорость движения жидкости возрастает за счет энергии рабочей жидкости. При увеличении скорости в сечении 1-1 падает давление и в это место устремляется поток жидкости из резервуара под действие атмосферного давления. Недостаток низкий КПД, о – 20-30% Рис. 2.2. Схема установки насоса под залив № п/п 9. Глава 2. Основные энергетические параметры центробежных насосов. §1.2. Подача, напор, мощность насоса, КПД Работа центробежного насоса характеризуется энергетическими параметрами. Из них выделяются два независимых параметра – подача Q и напор H (см. ГОСТ 17398. Насосы. Термины и определения) . Параметры напор H и давление насоса Р различаются по терминологии, но по условию передачи энергии перемещаемому потоку жидкости эти параметры едины. 1.Подача (производительность) – количество жидкости, подаваемое в единицу времени. Количество жидкости можно измерять в единицах объема, массы, веса. Объемная подача: Q== [м3/сут, м3/ч, л/с] Весовая подача: G== [т/сут, кг/ч, Н/с], 1 Н =0,102 кгс Массовая подача: == [кг/с] Пересчитать эти параметры можно, если принять во внимание условие: G =  Q =  g Q ,  =  Q , (1.2) где  - удельный вес жидкости при to = 4оС, =1000 , кг/м3;  - плотность жидкости (масса единицы объема), кг/м3, (Н/м3), в системе СИ  =1000 кг/м3 , 1 кг = 9,80665 Н, в системе СГС  = 102 кгс· с2/м4 ; g = 9,81 - ускорение свободного падения, м/с2; масса = = = - мера инертности тела; F – сила, мера взаимодействия тел, кг. §2.2. Напор – приращение удельной энергии, получаемое каждым килограммом жидкости, проходящей через насос. Напор Н (высота столба жидкости) по размерности линейная величина [м] при g  const, но по существу - энергетическая. Н= = =м, (2.2) где F = mg; m – масса; Еп=mgh - энергия в однородном поле; Н= Евых - Евх - разность (приращение) энергии на входе и выходе из насоса для 1 кг жидкости. Напор Н тесно связан с понятием давление Р - мерой приращения энергии, измеряемой в паскалях Па = , кгс/м2, где Н – ньютон, 1 м= 9806 Н/м2; кгс – килограмм силы. Взаимосвязь этих параметров можно оценить по формуле: Н= = , м, Р = Нg = м·102 кгс· с2/м4· 9,81 м/с2= = 102 · 9,81·9,806 Н/м2 =9806 Н/м2 = 9806 Па , (3.2) где 9806 Па = 1 м;  = g - по условию, что для несжимаемой жидкости плотность  независима от давления Р. Показатели: напор Н и подача (производительность) Q тесно связаны с такими энергетическими параметрами насоса как: мощность N и коэффициент полезного действия (КПД ). §3.2. Мощность N – приращение энергии, получаемое всем потоком среды проходящем через насос в единицу времени. Для вращающегося тела N= М, где М - момент силы,  - угловая скорость. В замкнутой системе (т.е. когда внешние силы отсутствуют и их работа А=0) полная энергия системы остается постоянной. В этой связи: N=   g H Q = , кг/м3 м3/с  м103 = = кВт , (4.2) 1 кВт=102 кгс ·м/с , g=9,8 м/с2 = ,  Q - масса воды, Р=gH, если Q , [л/с] , то  =1 кг/л, N= , кВт (5.2) Мощность двигателя, приводящего в движение насос, принимается всегда больше мощности насоса, в целях преодоления возникающих перегрузок, по формуле Nдв = kдвN = kдв кВт, (6.2) где kдв- коэффициент запаса мощности двигателя, принимается в зависимости от расчетного значения N кВт: N < 2 – 1, 5 2 < N < 5 – 1,5-1,25 5 < N < 50 – 1,25-1,15 50 < N < 100 – 1,15-1,05 N > 100 – 1,05 дв – КПД двигателя; пр – КПД привода, обычно пр =1. §4.2. КПД - (этта) – отражает величину преобразования механической энергии Nпотр, полученной от двигателя в энергию потока жидкости N.  = ; N потр.= , кВт; Nдв= , кВт Часть механической энергии теряется вследствие потерь внутри насоса. =гобм , (5.2) где г = - гидравлический КПД; hг - гидравлические потери напора в насосе; об = - объемный КПД; q - объемные утечки (циркуляционные и безвозвратные); м = - механический КПД; Nm= N + N+ N , Nт1- потери мощности на трение деталей о жидкость, Nm2 – потери мощности на трение в сальниках, Nт3 – потери мощности на трение в подшипниках. КПД насоса определяется гидродинамическим совершенством проточной части, качеством системы внутренних уплотнений и величиной потерь мощности на механическое трение. §5.2. Измерение энергетических параметров насоса Подача насоса Q (объемная) – измеряется расходомером установленном на напорном трубопроводе. Часто применяемые расходомеры: сопла и трубы Вентури, мерные диафрагмы, ротаметры, турбинные и крыльчатые расходомеры, индукционные и ультразвуковые расходомеры и т.д. Напор насоса Н – измеряется с помощью манометров и вакуумметров, которые устанавливаются на напорной и всасывающей линиях насоса. Рис. 1.2. Схема установки центробежного насоса: 1 – напорный трубопровод; 2 – задвижка; 3 – обратный клапан; 4 – насос; 5 – приемный клапан; 6 – манометр; 7 – вакуумметр; Н г. н. – геометрическая высота нагнетания; Н г. .в.. – геометрическая высота всасывания; Нг– геометрическая высота подъема Как видно из рис.1.2, и уравнения Бернулли, напор насоса представляет собой сумму: Н = Нг + h + Нсв , (6.2) где Нг = Н г. .в + Н г. н. – геометрическая высота подъема, которая равна разности отметок верхнего (Z в) и нижнего (Z н) уровней воды , м; Н г. .в = Zо –Zн – геометрическая высота всасывания, м; Н г. .н = Zв –Zо – геометрическая высота нагнетания, м; Zо – отметка оси насоса, м; h= h.вс +h.нап - потери напора на трение по длине и на местные сопротивления, м; h вс - потери напора во всасывающей трубе, м; h нап - потери напора в напорном трубопроводе, м; hвс = i Lвс  1,2 + (0,51,5) м i - гидравлический уклон; Lвс- длина всасывающей линии, м; 1,2 – коэффициент потерь на местные сопротивления; 0,51,5– потери напора во всасывающих коммуникациях насосной станции, м; hнап = i Lнап 1,1 + 2,5÷5 , м Lнап- длина напорного трубопровода, м; 1,1– коэффициент потерь на местные сопротивления в напорном трубопроводе, м; 2,5÷5 – потери напора в напорных коммуникациях насосной станции, м; Нсв - свободный напор, м Если теоретический напор – это приращение энергии, полученное каждым кг жидкости, проходящим через насос, то Н = Евых - Евх,, Евых= в ++ , Евх= н ++ , Н = (в - н) + (- ) + (-), где  - удельная потенциальная энергия положения; Р – абсолютное давление жидкости; - удельное давление жидкости (удельная потенциальная энергия давления). (в - н) + (-) = Нман – манометрический напор или Н= Нман+ (-) Манометрический напор при расположении оси насоса выше уровня воды в источнике определяется по формуле Н ман = Мо + Wо вс, (7.2) где Мо, Wо вс - приведенные к оси насоса показания манометра и вакуумметра, установленных на напорном и всасывающем патрубках насоса; Манометрический напор при расположении оси насоса ниже уровня воды в источнике (установка насоса под залив см. рис. 2.2) определяется по формуле Н ман = Мо – Мо всас, (7.3) или Н ман = М2 – (М1 + Z мм) где Мо, Мо вс - приведенные к оси насоса показания манометра и вакуумметра, установленных на напорном и всасывающем патрубках насоса; М2, М1 - показания манометров на всасывающем и напорном патрубках насоса; Zмм – разница по высоте точек подключения манометров. Рис. 2.2. Схема установки насоса под залив № п/п 10. ГЛАВА 3. Высота всасывания насоса. Кавитация §1.3. Высота всасывания насоса Движение жидкости по всасывающему трубопроводу и подвод ее к рабочему колесу осуществляются за счет разности давлений: РА - давления на поверхности воды в приемном резервуаре (атмосферное давление) и Рвх - давления у входа в колесо насоса. Уровень воды в источнике по отношению к оси насоса и давление на поверхности воды могут быть различными 1 случай: Забор воды из открытого резервуара. Уровень воды в резервуаре ниже отметки оси насоса (см. рис.1.3 «а»). Рис.1.3 Составим уравнение баланса энергии (уравнение Бернулли) для двух сечений 0-0 и 1-1: = Нгвс + + + hвс, (1.3) где Нгвс= - - - hвс - геометрическая высота всасывания, м; Нвак= - - вакуумметрическая высота всасывания, м; 1 - скорость воды на входе в рабочее колесо, м/с; γ - объемный вес жидкости, кгс/м3. hвс - потери напора во всасывающем трубопроводе, м; Рвх – давление у входа в рабочее колесо, кмс/м2. Зависимость между вакуумметрической высотой всасывания Нвак и геометрической высотой всасывания Нгвс определяется из уравнения: Нгвс= Нвак - - hвс или Нвак= Нгвс + + hвс (2.3) 2 случай Уровень воды в резервуаре выше отметки оси насоса (см. рис.1.3 «б»). В этом случае Нгвс - геометрическая высота всасывания будет иметь отрицательную величину, а уравнения ( 2.3) примут вид: Нгвс= + hвс - Нвак или Нвак = + hвс - Нг. вс (3.3) Отрицательное значение (-Нгвс) на входе в насос называется подпором. При достаточном подпоре давление на ходе в насос может устанавливаться больше атмосферного на всех режимах его работы. 3 случай Откачка жидкости из замкнутого резервуара (см. рис.1.3). В этом случае: Нвак= - + , (4.3) где - некоторое избыточное давление, которое может быть положительным или знакопеременным. Для того чтобы не происходило отрыва жидкости от лопасти рабочего колеса, необходимо, чтобы давление перед насосом на входе в рабочее колесо было бы больше паров жидкости (≥). Давление паров жидкости зависит от tо жидкости (=(tо) при tо = 20о = 0,24 м при tо = 100о = 10,33 м при tо = 0о = 0,06 м Равновесное состояние, когда = . Из уравнения (1.3) следует, что Нгвс= - - - hвс, (4.3) т.е. в этом состоянии наблюдается нормальное движение потока жидкости в рабочем колесе, без отрыва от его лопастей. При  - возникает кавитация. §2.3. Кавитация и борьба с ней Кавитация - это явление нарушения сплошности потока жидкости, которое происходит в тех участках, где давление понижается, достигает некоторого критического значения. Чем меньше давление, тем быстрее возникает парообразование жидкости. Причины кавитации: а) понижение давление в области рабочего колеса; б) повышение температуры воды; в) большая высота всасывания; г) повышенное сопротивление во всасывающей линии. Поток воды при входе в рабочее колесо должен изменять свое направление. Поскольку в рабочем колесе жидкость движется с большой скоростью, происходит отжим потока от переднего диска рабочего колеса и прижатие потока к заднему диску. В области «А» давление повышается , а в области «Б» - понижается (см. рис. 2.3). Чем больше разность давлений в областях «А» и «Б», тем больше нарушается равномерность движения жидкости. В области пониженного давления происходит выделение паров жидкости и растворенных в воде газов. В области повышенного давления – обратная картина – конденсация паров и растворенных газов. Рис. 2.3.Схема формирования потоков воды в области рабочего колеса Из области пониженного давления воздушные и паровые пузырьки относятся потоком воды в область повышенного давления, где они лопаются и растворяются в воде. При этом возникают точечные гидравлические удары. Чем больше пузырьков, тем больше ударов и их сила. Действуя постоянно на поверхность металла эти удары, разрушают лопасти колеса. Идет процесс коррозии и механического разрушения металла. Неоднородность поверхности металла и наличие жидкости как слабого электролита приводит к появлению местных электрических токов. Места выхода тока в электролит также разрушаются. В настоящее время кавитация называется процесс появления пустот в потоке жидкости, а весь комплекс – называется кавитационным процессом. Разрушение же рабочего колеса насоса в результате кавитационного процесса называется кавитацией рабочего колеса. Профессор Н.М. Щапов предложил заменить иностранный термин «кавитация» новым термином, являющимся переводом иностранного слова «опустошение». Однако этот термин не получил распространение. Задача ставится так, чтобы не допустить работу ц.н. в режиме кавитации. С этой целью геометрическую высоту всасывания Н гвс принимают с учетом Н = - - - hвс -  hзап, (5.3) где  hзап= · hмин , = 1,11,5 в зависимости от условий работы. Обычно допустимая высота всасывания ()н указывается в паспорте насоса, установленной при атмосферном давлении 10 м в.с. и температуре 20оС Допустимая высота всасывания Допустимая вакуумметрическая высота всасывания ()н в паспорте насоса (в рабочей характеристике) всегда приводится меньше расчетной на величину кавитационного запаса ∆hк, т.е. ()н = -  hзап, (6.3) Поскольку кавитационный запас зависит от атмосферного давления и упругости насыщенных паров жидкости при данной температуре, то при условиях, отличающихся от номинальных, вычисляется (для воды) по следующей формуле: = ()н – 10 + + 0,24 – ht, (7.3) где ()н – допустимая вакуумметрическая высота всасывания, указанная в паспорте насоса либо в каталоге; – атмосферное давление в точке местности, м. вод. ст. (таблица 1.3); ht – давление паров жидкости зависит от tо (таблица 2.3); 0,24 – давление паров жидкости при температуре 20оС. Таблица 1.3 Атмосферное давление в точке местности Высота над уровнем моря -600 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1500 2000 Атмосферное давление, м. в. ст 11,3 10,3 10,2 10,1 10 9,8 9,7 9,6 9,5 9,4 9,3 9,2 8,6 8,4 Таблица 2.3 Давление насыщенных паров жидкости ht в зависимости от температуры Температура в оС 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ht, м.вод.ст. 0,09 0,12 0,24 0,43 0,75 1,25 2,02 3,17 4,82 7,14 10,33 С.С. Рудневым получена формула для определения кавитационного запаса  hмин = 10 (4/3, где С – постоянная, зависящая от конструктивных особенностей насоса и называется кавитационным коэффициентом быстроходности (от 800 -1200); n – число оборотов в минуту. Для насосов двухстороннего входа Q принимается как для двух насосов, поэтому в формуле (7.3) вводится поправка: q =. № п/п 11. Глава 4. Основное уравнение центробежного насоса. Приближенные формулы подачи и напора насоса §1.4. Основное уравнение центробежного насоса В 1754 г. Леонард Эйлер разработал математическую модель кинематики движения потоков и приращения удельной энергии перемещаемой жидкости в центробежном насосе. При установившемся относительном движении идеальной несжимаемой жидкости, для каждой ее струйки в отдельности, приращение удельной энергии можно оценить по уравнению 1-2Е = Нт = , (1.4) где Нт -теоретический напор, как приращение удельной энергии, м; - переносные скорости на входе и выходе из рабочего колеса насоса, м/с; - абсолютные скорости на входе и выходе из рабочего колеса насоса , м/с; α1 и α2 - углы между абсолютной и переносной скоростями на входе и выходе, град, (см. рисунок 1.4); g = 9,81 м/с2. В насосах, как правило, 1 =90о , соs 90о =0, что делается в целях увеличения допустимой высоты всасывания и повышения напора. Тогда Нт = (2.4) В этом виде основное уравнение центробежного насоса наиболее широко применяется в расчетах всех видов лопастных нагнетателей. Л. Эйлер, формулируя теорию приращения энергии потоком жидкости в насосе, вводил допущения: 1) количество лопастей в насосе бесконечно большое, что позволяет принимать струйное движение жидкости; 2) потери напора в насосе отсутствуют. Он утверждал, что поступившая в насос жидкость начинает вращаться с частотой вращающегося рабочего колеса n, а частицы жидкости при этом изменяют свое направление движения с осевого на радиальное, перпендикулярного оси вала (см. рис.1.4). При перемещении частицы жидкости имеют два вида движения: вращательное – вместе с колесом, приобретая переносную (окружную) скорость u , и вдоль лопастей, с относительной скоростью . В итоге, абсолютная скорость движения частиц жидкости  может быть выражена как геометрическая сумма скоростей в векторной форме = +. (3.4) При прохождении жидкости по каналам между лопатками, абсолютная скорость непрерывно возрастает c 1 до 2 на выходе из колеса. Направление относительной скорости касательно к лопасти колеса насоса, а направление переносной (окружной) скорости – касательно к окружности колеса. Геометрическая связь между скоростями частицы жидкости выражается параллелограммом скоростей. Радиальная составляющая абсолютной скорости, определяемая из параллелограмма скоростей, равна  r =  ·sin, (4.4) где α – угол между абсолютной скоростью  и касательной к окружности в точке схода частицы жидкости с лопасти колеса или входа на нее. Окружная составляющая абсолютной скорости равна  u =  ·cos  . (5.4) Окружная скорость определяется по формуле теоретической механики u = π м/с, (6.4) где D– диаметр колеса, м. В связи с тем, что реальный поток жидкости, который проходит через насос испытывает стеснение и встречает сопротивление из-за шероховатостей поверхностей колеса насоса, то в формулу (2.4) вводится поправочный коэффициент на стеснение k , и гидравлический коэффициент полезного действия г , т.е. Н = k ·г ·Нт (7.4) При выводе этого уравнения можно воспользоваться теоремой об измене­нии моментов количества движения, которая формулируется следующим образом: производная по времени от главного момента коли­чества движения системы материаль­ных точек относительно некоторой оси равна сумме моментов всех внешних сил, действующих на эту систему, т.е. момент внешних сил относительно оси вращения сводится к моменту динамического воздействия рабочего колеса М р.к. на протекающую через него жидкость равна: = М = М р.к. (8.4) где m— масса рассматриваемой системы ма­териальных точек; — абсолютная скорость их движения; r — расстояние до оси. Удобство теоремы об изменении моментов количества движения в приложении к сплошной среде заклю­чается в том, что с ее помощью динамическое взаимодействие между жидкостью и обтекаемыми поверх­ностями можно определить по ха­рактеру течения в контрольных се­чениях без учета структуры потока внутри выделенного объема. При выводе уравнения отметим, что все внешние силы, действующие на массу жидкости, заполняющую межлопастные каналы рабочего ко­леса, можно разделить на три группы: 1) силы тяжести; как бы ни было расположено рабочее колесо насоса, их момент относительно оси вращения всегда равен нулю, так как рассматриваемый объем представ­ляет собой тело вращения и его центр тяжести находится на оси колеса, т. е. плечо этих сил равно нулю; 2) давление на поверхностях контрольных сечений; создаваемые этим давлением силы проходят через ось вращения, и, следовательно, их момент также равен нулю; 3) силы на обтекаемых поверхностях рабочего колеса; главным образом, это воздействие на протекающую жидкость сил давления со стороны лопастей рабочего колеса; участвуют здесь, и силы трения жидкости на обтекаемых поверхностях, однако они сравнительно невелики, и в соответствии со сделанным ранее допущением, их моментом можно пренебречь. Применяя теорему к установив­шемуся движению жидкости через рабочее колесо центробежного на­соса между сечениями от входа в колесо до выхода из него, допустим, что при струйном характере течения приращение энергии на этом участке происходит без гидравлических по­терь. Кроме этого, дифференцирова­ние в уравнении (8.4) заменим рассмотрением изменения момента количества движения массы жид­кости за время t=1 с. При подаче насоса масса жидкости, участвующей в движении, составит: т =  Q Если абсолютная скорость тече­ния жидкости при входе в рабочее колесо насоса 1, то момент коли­чества движения в этом сечении относительно оси насоса (см. рис. 1.4) равен: Мк.д.1 = Q1 rвх (9.4) Момент коли­чества движения на выходе из колеса Мк.д.2 = Q2 rвых (10.4) Рис.1.4. Параллелограммы скоростей потока на входе в рабочее колесо центробежного насоса и на выходе из него (к основному уравнению центробежного насоса) С учетом сделанных допущений уравнение (8.4) может быть переписано в виде М = Мк.д.2 –М к.д.1 = Q ( 2rвых - 1rвх) (11.4) Из треугольников скоростей (см. рис. 1.4) следует: rвх = и rвых = . Подставляя найденные значения r вых и r вх в уравнение (11.4), имеем: М = Q ( 2 - 1). (12.4) В то же время известно, что мощность, передаваемая жидкости рабочим колесом насоса, равна произведению Мр.к ·. С другой сто­роны, та же мощность определяется подачей Q и напором Нт. Следова­тельно, всегда должно соблюдаться равенство Мр.к ·. = g Q Hт = ·Q ·Hт , (13.4) где Нт — напор, создаваемый рабочим коле­сом насоса. Преобразуя уравнение (12.4) с учетом выражений (13.4), получаем: ··Q ( 2 - 1) = ·g·Q·H т = ·Q·H т (14.4) Так как D1//2 = и D2//2 = , разделив обе части уравнения на Q окончательно получим: Нт = . При анализе данного уравнения можно установить, что напор центробежного насоса тем больше, чем больше переносная скорость на выходе из рабочего колеса. Это, в свою очередь, указывает на две принципиально различные возможности повышения напора: путем увеличения выходного диаметра рабочего колеса D2 или за счет увеличения частоты вращения n. Повышение напора может быть также достигнуто уменьшением угла <. Теоретически произведение · 2· cos имеет максимум при =0, однако практически это означает прекращение подачи, поэтому при конструировании рабочих колес центробежных насосов обычно принимают = 8о÷ 12°. При неизменных параметрах по­тока на выходе из рабочего колеса напор насоса, согласно основному уравнению, достигает максимума при условии u1 1 cos α1 = 0, (15.4) что практически означает cos=0 или =90о. Из параллелограмма скоростей (см. рис. 1.4) видно, что вектор абсолютной скорости жидкости 1 в этом случае должен быть направ­лен по радиусу, поэтому условие (8.4) обычно называют условием радиального входа. Поскольку при =90о проекция абсолютной скорости на направление переносной скорости равна нулю (1=0), то условие радиального входа также означает, что жид­кость подводится к рабочему коле­су без предварительного закручива­ния. Уравнение Л. Эйлера при этом принимает вид: Нт = Применительно к осевым насосам, имея в виду, что на любом радиусе переносные скорости на входе и выхо­де одинаковы (), можно написать: Нт= (16.4) Уравнение (16.4) показывает, что теоретический напор осевого насоса пропорционален произведению пере­носной скорости и разности, составля­ющих абсолютной скорости потока в направлении переносного движе­ния. При отсутствии предварительного закручивания жидкость поступает в межлопастные каналы колеса в осе­вом направлении, следовательно, 1 ·cos ==0. В этом случае основное уравнение осевого насоса имеет вид: Нт= (17.4) §1.4. Приближенные формулы подачи и напора насоса Приближенная формула подачи насоса: Q =об   z D2b22 sin2 (18.4) где D2 и b2 - диаметр и ширина рабочего колеса; 2 - относительная скорость на выходе из колеса; 2 – угол наклона лопасти колеса к горизонту; об - объемный коэффициент полезного действия;  z = (D2 - z)D2 - коэффициент стеснения потока; z – количество лопастей в насосе;  - толщина лопасти колеса. Напор насоса: Нт=kг (19.4) где г - гидравлический коэффициент полезного действия № п/п 11. Глава 4. Основное уравнение центробежного насоса. Приближенные формулы подачи и напора насоса §1.4. Основное уравнение центробежного насоса В 1754 г. Леонард Эйлер разработал математическую модель кинематики движения потоков и приращения удельной энергии перемещаемой жидкости в центробежном насосе. При установившемся относительном движении идеальной несжимаемой жидкости, для каждой ее струйки в отдельности, приращение удельной энергии можно оценить по уравнению 1-2Е = Нт = , (1.4) где Нт -теоретический напор, как приращение удельной энергии, м; - переносные скорости на входе и выходе из рабочего колеса насоса, м/с; - абсолютные скорости на входе и выходе из рабочего колеса насоса , м/с; α1 и α2 - углы между абсолютной и переносной скоростями на входе и выходе, град, (см. рисунок 1.4); g = 9,81 м/с2. В насосах, как правило, 1 =90о , соs 90о =0, что делается в целях увеличения допустимой высоты всасывания и повышения напора. Тогда Нт = (2.4) В этом виде основное уравнение центробежного насоса наиболее широко применяется в расчетах всех видов лопастных нагнетателей. Л. Эйлер, формулируя теорию приращения энергии потоком жидкости в насосе, вводил допущения: 1) количество лопастей в насосе бесконечно большое, что позволяет принимать струйное движение жидкости; 2) потери напора в насосе отсутствуют. Он утверждал, что поступившая в насос жидкость начинает вращаться с частотой вращающегося рабочего колеса n, а частицы жидкости при этом изменяют свое направление движения с осевого на радиальное, перпендикулярного оси вала (см. рис.1.4). При перемещении частицы жидкости имеют два вида движения: вращательное – вместе с колесом, приобретая переносную (окружную) скорость u , и вдоль лопастей, с относительной скоростью . В итоге, абсолютная скорость движения частиц жидкости  может быть выражена как геометрическая сумма скоростей в векторной форме = +. (3.4) При прохождении жидкости по каналам между лопатками, абсолютная скорость непрерывно возрастает c 1 до 2 на выходе из колеса. Направление относительной скорости касательно к лопасти колеса насоса, а направление переносной (окружной) скорости – касательно к окружности колеса. Геометрическая связь между скоростями частицы жидкости выражается параллелограммом скоростей. Радиальная составляющая абсолютной скорости, определяемая из параллелограмма скоростей, равна  r =  ·sin, (4.4) где α – угол между абсолютной скоростью  и касательной к окружности в точке схода частицы жидкости с лопасти колеса или входа на нее. Окружная составляющая абсолютной скорости равна  u =  ·cos  . (5.4) Окружная скорость определяется по формуле теоретической механики u = π м/с, (6.4) где D– диаметр колеса, м. В связи с тем, что реальный поток жидкости, который проходит через насос испытывает стеснение и встречает сопротивление из-за шероховатостей поверхностей колеса насоса, то в формулу (2.4) вводится поправочный коэффициент на стеснение k , и гидравлический коэффициент полезного действия г , т.е. Н = k ·г ·Нт (7.4) При выводе этого уравнения можно воспользоваться теоремой об измене­нии моментов количества движения, которая формулируется следующим образом: производная по времени от главного момента коли­чества движения системы материаль­ных точек относительно некоторой оси равна сумме моментов всех внешних сил, действующих на эту систему, т.е. момент внешних сил относительно оси вращения сводится к моменту динамического воздействия рабочего колеса М р.к. на протекающую через него жидкость равна: = М = М р.к. (8.4) где m— масса рассматриваемой системы ма­териальных точек; — абсолютная скорость их движения; r — расстояние до оси. Удобство теоремы об изменении моментов количества движения в приложении к сплошной среде заклю­чается в том, что с ее помощью динамическое взаимодействие между жидкостью и обтекаемыми поверх­ностями можно определить по ха­рактеру течения в контрольных се­чениях без учета структуры потока внутри выделенного объема. При выводе уравнения отметим, что все внешние силы, действующие на массу жидкости, заполняющую межлопастные каналы рабочего ко­леса, можно разделить на три группы: 3) силы тяжести; как бы ни было расположено рабочее колесо насоса, их момент относительно оси вращения всегда равен нулю, так как рассматриваемый объем представ­ляет собой тело вращения и его центр тяжести находится на оси колеса, т. е. плечо этих сил равно нулю; 4) давление на поверхностях контрольных сечений; создаваемые этим давлением силы проходят через ось вращения, и, следовательно, их момент также равен нулю; 3) силы на обтекаемых поверхностях рабочего колеса; главным образом, это воздействие на протекающую жидкость сил давления со стороны лопастей рабочего колеса; участвуют здесь, и силы трения жидкости на обтекаемых поверхностях, однако они сравнительно невелики, и в соответствии со сделанным ранее допущением, их моментом можно пренебречь. Применяя теорему к установив­шемуся движению жидкости через рабочее колесо центробежного на­соса между сечениями от входа в колесо до выхода из него, допустим, что при струйном характере течения приращение энергии на этом участке происходит без гидравлических по­терь. Кроме этого, дифференцирова­ние в уравнении (8.4) заменим рассмотрением изменения момента количества движения массы жид­кости за время t=1 с. При подаче насоса масса жидкости, участвующей в движении, составит: т =  Q Если абсолютная скорость тече­ния жидкости при входе в рабочее колесо насоса 1, то момент коли­чества движения в этом сечении относительно оси насоса (см. рис. 1.4) равен: Мк.д.1 = Q1 rвх (9.4) Момент коли­чества движения на выходе из колеса Мк.д.2 = Q2 rвых (10.4) Рис.1.4. Параллелограммы скоростей потока на входе в рабочее колесо центробежного насоса и на выходе из него (к основному уравнению центробежного насоса) С учетом сделанных допущений уравнение (8.4) может быть переписано в виде М = Мк.д.2 –М к.д.1 = Q ( 2rвых - 1rвх) (11.4) Из треугольников скоростей (см. рис. 1.4) следует: rвх = и rвых = . Подставляя найденные значения r вых и r вх в уравнение (11.4), имеем: М = Q ( 2 - 1). (12.4) В то же время известно, что мощность, передаваемая жидкости рабочим колесом насоса, равна произведению Мр.к ·. С другой сто­роны, та же мощность определяется подачей Q и напором Нт. Следова­тельно, всегда должно соблюдаться равенство Мр.к ·. = g Q Hт = ·Q ·Hт , (13.4) где Нт — напор, создаваемый рабочим коле­сом насоса. Преобразуя уравнение (12.4) с учетом выражений (13.4), получаем: ··Q ( 2 - 1) = ·g·Q·H т = ·Q·H т (14.4) Так как D1//2 = и D2//2 = , разделив обе части уравнения на Q окончательно получим: Нт = . При анализе данного уравнения можно установить, что напор центробежного насоса тем больше, чем больше переносная скорость на выходе из рабочего колеса. Это, в свою очередь, указывает на две принципиально различные возможности повышения напора: путем увеличения выходного диаметра рабочего колеса D2 или за счет увеличения частоты вращения n. Повышение напора может быть также достигнуто уменьшением угла <. Теоретически произведение · 2· cos имеет максимум при =0, однако практически это означает прекращение подачи, поэтому при конструировании рабочих колес центробежных насосов обычно принимают = 8о÷ 12°. При неизменных параметрах по­тока на выходе из рабочего колеса напор насоса, согласно основному уравнению, достигает максимума при условии u1 1 cos α1 = 0, (15.4) что практически означает cos=0 или =90о. Из параллелограмма скоростей (см. рис. 1.4) видно, что вектор абсолютной скорости жидкости 1 в этом случае должен быть направ­лен по радиусу, поэтому условие (8.4) обычно называют условием радиального входа. Поскольку при =90о проекция абсолютной скорости на направление переносной скорости равна нулю (1=0), то условие радиального входа также означает, что жид­кость подводится к рабочему коле­су без предварительного закручива­ния. Уравнение Л. Эйлера при этом принимает вид: Нт = Применительно к осевым насосам, имея в виду, что на любом радиусе переносные скорости на входе и выхо­де одинаковы (), можно написать: Нт= (16.4) Уравнение (16.4) показывает, что теоретический напор осевого насоса пропорционален произведению пере­носной скорости и разности, составля­ющих абсолютной скорости потока в направлении переносного движе­ния. При отсутствии предварительного закручивания жидкость поступает в межлопастные каналы колеса в осе­вом направлении, следовательно, 1 ·cos ==0. В этом случае основное уравнение осевого насоса имеет вид: Нт= (17.4) §1.4. Приближенные формулы подачи и напора насоса Приближенная формула подачи насоса: Q =об   z D2b22 sin2 (18.4) где D2 и b2 - диаметр и ширина рабочего колеса; 2 - относительная скорость на выходе из колеса; 2 – угол наклона лопасти колеса к горизонту; об - объемный коэффициент полезного действия;  z = (D2 - z)D2 - коэффициент стеснения потока; z – количество лопастей в насосе;  - толщина лопасти колеса. Напор насоса: Нт=kг (19.4) где г - гидравлический коэффициент полезного действия № п/п 13. Глава 6. Характеристики центробежных насосов §1.6. Характеристики центробежных насосов: теоретические, рабочие, универсальные, сводные (графики полей). Характеристикой насоса назы­вается графически выраженная зави­симость основных энергетических по­казателей насоса от подачи при постоян­ной частоте вращения вала рабо­чего колеса, вязкости и плотности жидкой среды на входе в насос. Основные параметры лопастных насосов подача (Q, напор H, мощ­ность N, коэффициент полезного действия  и частота вращения вала рабочего колеса n) находятся в определенной зависимости, которая лучше всего уясняется при анализе графических характеристик. Значения напора Н, мощности N и КПД  для ряда значений подачи Q могут быть представлены в виде системы точек в координатах H-Q , N –Q,  -Q. Соединяя точки плавными кривыми, получаем непре­рывную графическую характеристику зависимости рассматриваемых па­раметров от подачи насоса при по­стоянной частоте вращения п. Ос­новной характеристической насоса является график, выражающий зависимость развиваемого насосом напора от подачи H=f(Q) при постоянной частоте вращения n = const. Для построения теорети­ческой характеристики насоса при заданных конструктивных размерах воспользуемся уравнениями, которые были приведены ранее для центро­бежного насоса. В частности, если поток на входе в колесо не закручен, то Нт= u2· 2 cos a2 / g, Qт =  ·z ··D2·b2·2 ·sin2 , 2 = , где D2 — диаметр рабочего колеса; b2 — ширина рабочего колеса; Из рис. 1.6 следует, что 2· cos a2 = u2 - 2 cos2 2 · cos a2 = u2 - Подставляя полученное значение 2  cosa2 в основное уравнение теорети­ческого напора, получаем: Нт= (u2 – u2 ) или Нт = ( ) (1.6) При n = const окружная скорость u2 будет постоянной. Очевидно, что для рассматриваемого насоса D2, b2 и tg2 являются постоянными величинами. Обозначая =А, =В получим: Hт=A—BQт. (2.6) Таким образом, зависимость тео­ретического напора Нт от теорети­ческой подачи Qт выражается урав­нением первой степени, которое в координатах Qт и Нт графически изображается прямыми линиями; наклон этих прямых зависит от зна­чения углового коэффициента, яв­ляющегося функцией угла 2. На рис. 1.6, 2.6 приведена графи­ческая интерпретация уравнения (2.6) для различных значений уг­лового коэффициента. Проанализируем положение прямых Рис. 1.6. Параллелограмм скоростей на выходе из рабочего колеса Рис. 2.6. Графики теоретической характеристики Нт-Qт при  <9О°,  = 90° и  >90°. Для построения графика зависимости Нт-Qт предположим, что Qт =0, тогда Н т= , а при Нт =0, Qт =об   z D2b22 sin2 . При  <90° (лопатки отогнуты назад) tg 2 > 0, поэтому с увеличением Qт напор, развиваемый насосом, Н т уменьшается. Следовательно, линия зависимости теоретического напора (рис. 2.6) от по дачи Нт-Qт направлена наклонно вниз. Наклон прямой I будет тем больше, чем меньше tg2, т.е. угол 2 . При 2 = 90° (лопатки направ­лены радиально) tg2 = , следова­тельно, второй член уравнения (2.6) будет равен нулю, тогда: Н т= , т. е. график зависимости Нт - Qт выражается прямой II , параллельной оси абсцисс и отсе­кающей на оси ординат отрезок Н т= . При  2 >90° (лопатки загнуты вперед) tg 2 0. Рис. 6.6. График неустойчивой работы системы «насос-трубопровод» Недостаток в системе напора H по сравнению с требуемым Hтр может быть компенсирован только за счет кинетической энергии жид­кости в системе. Скорость движения жидкости при уменьшении Н па­дает, подача уменьшается, в резуль­тате чего достигается равновесие системы. Следовательно, критерием устой­чивой работы системы является знак разности напора Н при уве­личении подачи. Математическим критерием устойчивой работы в ре­жимной точке является выполне­ние неравенства dHтр /dQ > dH / dQ. Неустановившийся режим работы насоса недопустим по соображениям надежности работы всей системы, поэтому при выборе насоса, нужно стремиться к тому, чтобы заданный режим работы насоса лежал в поле рекомендуемой работы насоса. В настоящее время в России уделяется большое внимание раз­работке конструкций насосов с ns < 100 для получения непрерывно падающих, т. е. стабильных харак­теристик. §5.6. Характеристика трубопровода Подача центробежного насоса за­висит от напора и, следовательно, в значительной степени от гидрав­лического сопротивления водоводов и сети движению жидкости, опреде­ляемого их диаметром. Поэтому система «насос -трубопроводы» должна рассматриваться как еди­ная система, а выбор насосного оборудования и трубопроводов должен решаться на основании рас­чета совместной работы составляю­щих элементов системы. Совместная работа насосов и сети характеризуется точкой мате­риального и энергетического равно­весия системы. Для определения этой точки необходимо вычислить энер­гетические затраты в системе «во­доводы — сеть» Qp и Hтр. Совмест­ная работа насосов и трубопро­водов связана следующими зави­симостями: h'=f(Qp); h6=G(Qp,q); h = j(Q), где Q — расчетный расход в трубопроводе; Qp — подача воды насосом; q — расход во­ды в системе; H — напор насоса; Hб — уровень воды в баке водонапорной башни; h — гидравлическое сопротивление водово­дов и сети. Аналитический расчет режимной точки работы насоса довольно трудо­емкий процесс, так как приходится оперировать четырьмя переменными величинами Qp , H, q и h, ко­торые находятся между собой в функциональной зависимости. При расчете системы «насос — водопроводная сеть» используют ме­тод последовательного приближения или производят расчет на электрон­но-вычислительных машинах. Од­нако эти вычисления, не дают на­глядности, и анализ работы насоса весьма затруднен. В практике гид­равлического расчета насосных стан­ций и при анализе режимов работы насосов широко применяется метод графо-аналитического расчета сов­местной работы системы «насосы - сеть». Насосы в системе работают в соответствии с характерной для них зависимостью между Q и H, т. е. график работы насоса определяется его характеристикой Н-Q . Для построения графической характеристики - системы подачи и распределения воды воспользуемся известными уравнениями гидравлики.­ Требуемый напор в системе равен сумме геометрической высоты подъема жидкости и потерь напора: Hтр = Hг + hвс+hн =Hг+h (4.6) где Hг -геометрическая высота подъема жидкости; hвс - потери напора во вса­сывающем трубопроводе и коммуникациях насосной станции; hн -то же, в напорных водоводах от насосной станции до точки присоеди­нения к сети и в напорных коммуникациях насосной стан­ции; h = hвс + hн . Потери напора в трубопроводах складываются из потерь на преодо­ление трения при движении жидкос­ти по трубопроводу hl и потерь на преодоление сопротивлений в его фасонных частях (местных сопротив­лений) hм, т. е. hвс = hl + hм (5.6) Гидравлические потери по длине трубопровода могут быть определены по формуле hl = или hl = k , (6.6) где l - длина трубопровода, м; D - расчетный внутренний диаметр трубы, м;  - средняя скорость движения воды, м/с; Q — подача, м3/с; g - ускорение свобод­ного падения, м/с2; k - коэффициенты потерь напора. Для определения потерь напора в трубопроводе при построении его ха­рактеристики Q -Н удобно восполь­зоваться формулой h = SQ2 = Sвс Q2+Sн Q2 = (Sвс+ Sн) Q2= Sс Q2 (7.6) где S=Sоl, Sс = -приведенное сопротивление трубопровода; Sо - удельное сопротивление ; Sвс,Sн – удельное сопротивление во всасывающей и напорной линии; h – сумма потерь напора по длине и на местные сопротивления. Потери напора на местные сопротивления по длине трубопровода принимаются в пределах 1020%, в пределах насосной станции 0,55 м. Исследования Ф. А. Шевелева показали, что пропорциональность сопротивлений квадрату подачи при движении воды по трубам со ско­ростью менее 1,2 м/с нарушается и в значение удельных сопротивлений необходимо вводить поправку . Диаметры труб, фасонных частей и арматуры следует принимать на основании технико-экономическо­го расчета, исходя из скоростей в пределах, указанных в СП. §6.6. Приведенная характеристика насоса При построении графической характеристики сложной системы» насос-водоводы- сеть» пользуются формулой Н = Нг +Нсв+(Sвс +Sн) Q2 (8.6) Из формулы (8.6) следует, Н – (Sв Q2 )= Нг +Нсв - (SнQ2), ( 9.6) что напор в точке выхода жидкости из насоса равен напору, развивае­мому насосом и уменьшенному на величину потерь во всасывающем трубопроводе. Рис. 7.6. Приведенная характеристика центробежного насоса Графическая характеристика на­соса Н-Q (рис. 7.6), построен­ная с учетом потерь во всасываю­щем трубопроводе, называется при­веденной характеристикой. Для построения графической характерис­тики всасывающего трубопровода воспользуемся уравнением (10.6). При заданном расчетном расходе Qp определим hвс, которые можно выразить как функцию подачи: h  вс = SвсQ2 (10.6) Задаваясь подачей Qx, получим характеристику всасывающего трубопровода h вс В координатной сетке Н- Q от линии Нг отложим ординаты h вс 1, h вс 2, h  вс i для соответствую­щих подач Qi, Q2, Qi. Соединяя точки плавной кривой, получим па­раболическую кривую, т. е. графи­ческую характеристику Н-Qвс.тр. всасывающего трубопровода (см. рис.7.6). Вычитая ординаты кри­вой hвс из ординат кривой Н- Q насоса и соединяя найден­ные точки плавной кривой, полу­чим характеристику Н- Q' насо­са, приведенную к точке входа жид­кости в насос и исправленную на потери во всасывающем трубопро­воде. Подобные расчеты можно произ­вести и для напорных коммуни­каций насосной станции. Введя поправку h н в приведенную ха­рактеристику Н-Q' на потери в напорных коммуникациях, получим характеристику Н- Q", приведенную к точке выхода напорных водо­водов с насосной станции. Аналогично можно построить графическую характеристику системы «водоводы – сеть». № п/п 14. Лекция № 7. Методы регулирования подачи и напора насосов. Формулы пересчета. §1.7. Основные методы регулирования работы центробежного насоса Регулированием работы насоса называется процесс искусственного изменения характеристики трубопро­вода или насоса для обеспечения работы насоса в требуемой режим­ной точке, т. е. для сохранения ма­териального и энергетического баланса системы. С развитием и укрупнением сис­тем водоснабжения и канализации возрастает необходимость регулиро­вания подачи насосных станций, поскольку они являются одним из крупнейших энергопотребителей. Кроме того, поддержание требуе­мого напора в сети приводит к уменьшению утечек и аварий на трубопроводах. В связи с этим в современном насосостроении раз­рабатываются способы плавного ре­гулирования параметров насосов. Работа системы «насос — сеть" регулируется изменением характеристики сети, частоты вращения рабочего колеса насоса, геометрии проточных каналов насоса и кине­матики потока на входе в рабочее колесо. Одним из наиболее рас­пространенных методов изменения характеристики сети является способ дросселирования задвижкой, установленной на напорной линии насоса. Установки дополнитель­ного оборудования в этом случае не требуется, что является основ­ным достоинством данного способа. Дроссельное регулирование заключается во введении добавоч­ного сопротивления в напорный тру­бопровод системы, благодаря чему характеристика Н-Q сети подни­мается более круто Q-Нтр ( см. рис.1.7) и пересекает характеристику насоса в режимной точке 2, соот­ветствующей требуемой подаче Q 2 . При этом требуемый напор в системе равен H3, а насос развивает напор H2. Следовательно, энергия N=Q3 P, где = H2—H3, теряется вследствие увеличения местного сопротивления в задвижке. Рис. 1.7. Характеристика системы «насос—сеть» при регулировании работы дросселированием Полезная мощность насоса для обеспечения работы в точке 3 N3 = Затрачиваемая мощность насос­ной установки в этом случае N = Тогда КПД насосной установки  = N3/N = 3, откуда видно, что КПД насосной установки уменьшается с увели­чением разности между напором, развиваемым насосом, и напором, требуемым в сети. Из-за существенных недостатков (неэкономичность и возможность регулирования только в сторону уменьшения подачи) способ дрос­сельного регулирования можно при­менять только на имеющих плавную характеристику небольших насос­ных агрегатах, где регулирование требуется в течение короткого вре­мени. Для устранения неустойчивой ра­боты насосов применяют регулиро­вание подачи насоса перепуском жидкости из напорной линии во всасывающую. Наиболее часто такое регулирование применяется в осе­вых насосах, у которых кривая мощности снижается с увеличением подачи. Перепуск жидкости во всасывающий трубопровод улуч­шает кавитационные качества насоса, но наличие циркуляции снижает КПД системы, требует устройства циркуляционного трубо­провода и установки дополнитель­ной арматуры, что усложняет ком­муникации трубопроводов в поме­щении насосной станции. Поэтому данный способ не получил распро­странения в практике городского водоснабжения. Регулирование подачи впуском воздуха во всасывающий трубо­провод является более экономичным, чем дросселирование, но позволяет только ограниченно изменять подачу из-за резкого ухудшения кавитационных качеств насоса. В системах водоснабжения этот способ вообще неприменим, так как нельзя подавать в сеть воду, сме­шанную с большим объемом воздуха. Наиболее экономичным является регулирование режима работы насоса изменением частоты враще­ния рабочего колеса. Изменение частоты вращения ведет к изме­нению характеристики Н-Q насо­са таким образом, что точка пере­сечения кривой Нi-Qi насоса с характеристикой трубопровода соот­ветствует требуемой подаче Qx при напоре Нх, т. е. сохраняется материальный и энергетический баланс системы. Частоту вращения рабочего колеса насоса можно изменять при­менением двигателей с переменной частотой вращения (электродви­гателей постоянного тока, электро­двигателей переменного тока с пе­реключением обмотки на различное число пар полюсов, коллекторных электродвигателей, паровых и газо­вых турбин, двигателей внутрен­него сгорания). На насосных станциях городско­го и промышленного водоснабжения наиболее широко применяют короткозамкнутые асинхронные электро­двигатели, которые не допускают изменения частоты вращения. В этом случае для изменения час­тоты вращения рабочего колеса насоса можно соединить насос и электродвигатель с помощью регу­лируемой гидромуфты или электро­магнитной муфты скольжения (ЭМС), либо применить асинхрон­ный электродвигатель с вентильно-каскадным преобразователем. Введением сопротивления (реос­тата) в цепь фазного ротора асин­хронного электродвигателя пере­менного тока также можно изме­нять частоту вращения, что дает существенный экономический эффект по сравнению с дроссельным регу­лированием. При малых мощностях регулирование включением сопро­тивления достаточно просто и на­дежно. При больших мощностях приходится включать крупные реос­таты, и экономическая эффектив­ность применяемого способа резко снижается. Кроме того, этот способ обладает следующими недостатками: уменьшаются пределы регулирова­ния при малых нагрузках и услож­няются конструкции двигателя вследствие добавления колец и щеток для подключения реостата. При применении асинхронных электродвигателей, имеющих об­мотку на статоре, которая пере­ключается во время работы дви­гателями на различное число пар полюсов, экономическая эффектив­ность регулирования параметров Н и Q насосов возрастает. Дви­гатели этого типа выпускаются двух-, трех- и четырех скоростными. Наиболее простым способом из­менения частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя яв­ляется изменение частоты тока. В настоящее время разработаны частотные приводы с полупровод­никовыми преобразователями, при­менение которых значительно по­вышает экономическую эффектив­ность регулирования параметров на­соса. Регулирование частоты вращения ротора фазного асинхронного элек­тродвигателя возможно также с по­мощью каскадного соединения его с другими машинами. Различают два типа каскадного соединения: электромеханический каскад - энергия скольжения с ротора регу­лируемого электродвигателя через выпрямитель подается на якорь двигателя постоянного тока и воз­вращается (за вычетом потерь) на вал регулируемого электродви­гателя с помощью механической связи между ними; электрический каскад — энергия скольжения с ротора регулируемого электродвигателя возвращается непосредственно в электросеть. Рис. 2.7. Регулируемая гидромуфта переменного наполнения ­Экономическая эффективность этого способа регулирования за последнее время значительно воз­росла в связи с применением полу­проводниковых выпрямителей. Регулирование частоты вращения рабочего колеса насоса при по­стоянной частоте вращения ротора электродвигателя можно осущест­вить с помощью гидродинамической передачи (регулируемой гидромуфты). Рабочими элементами гидро­муфты являются колесо центробеж­ного насоса (рис. 2.7) и колесо турбины, размещенные в общем кор­пусе и предельно сближенные (за­зор 3-10 мм). Рабочее колесо центробежного насоса насажено на ведущий вал (электродвигателя). Колесо турбины закреплено на ведо­мом валу (валу насоса), соосном с ведущим валом. При вращении ведущего вала рабочая жидкость, находящаяся в каналах колеса на­соса, получает приращение меха­нической энергии и передает ее лопаткам колеса турбины. При выходе из колеса турбины рабочая жидкость вновь попадает во вса­сывающие отверстия колеса насоса, и цикл повторяется. Основным способом регулирования частоты вращения ведомого вала является изменение наполнения рабочего про­странства колес гидромуфты жид­костью. Потери в гидромуфте состав­ляют около 2-3 %, поэтому пол­ного равенства между частотой вра­щения ведущего и ведомого вала быть не может. Разность частоты вращения ве­дущего и ведомого валов, отне­сенная к частоте вращения веду­щего вала, называется скольжением гидромуфты: S = (n1—n2)/n1, где n1 - частота вращения ведущего вала (двигателя); n2 -то же, ведомого вала (насоса). Следовательно, частота враще­ния ведомого вала: n2 = г · n1 или г = n2/n1 (1.7) Из выражения (1.7) следует, что потери энергии в гидромуфте увеличиваются с уменьшением пе­редаточного числа, т. е. они увеличиваются при возрастании глубины регулирования. Это обстоятельство является недостатком гидравли­ческих муфт. Кроме того, гидравли­ческие муфты конструктивно более сложны, чем насосы, и имеют слиш­ком большие размеры, почти оди­наковые с размерами насосов. Регулирование включением сопротивления в цепь ротора асин­хронного электродвигателя и регу­лирование с помощью гидромуфты экономически равноценны, так как в том и другом случае по­тери энергии привода прямо пропор­циональны передаточному числу (п2/п). Основным достоинством регули­рования частоты вращения с по­мощью гидромуфт является бес­ступенчатое, автоматическое и быст­рое изменение частоты вращения ведомого вала. В последнее время созданы новые системы регулируемого электро­привода, которые могут быть при­менены для изменения частоты вра­щения рабочего колеса центробеж­ного насоса. К ним относятся при­воды с электромагнитными муфтами скольжения (ЭМС). Электромагнит­ная муфта состоит из двух вращающихся частей — индуктора и якоря. Якорь жестко соединен с валом электродвигателя, имеющим по­стоянную частоту вращения, а ин­дуктор — с валом насоса. Якорь и индуктор максимально сближены и имеют между собой небольшой воздушный зазор. При отсутствии электротока в обмотке индуктора крутящий момент электродвигателя не передается на вал насоса. При включении индуктора возникает электромагнитное поле, под воз­действием которого индуктор с не­которым скольжением вращается вслед за якорем и передает кру­тящий момент от электродвигателя рабочему колесу насоса. Частота вращения индуктора зависит от силы тока возбуждения. В нашей стране выпускаются асинхронные, панцирные, индуктор­ные и порошковые ЭМС. Анализ механических характеристик и конструкций ЭМС показывает, что в системах водоснабжения и канализации наиболее приемлемы ЭМС индукторного типа, коэф­фициент полезного действия кото­рых при полном возбуждении ЭМС составляет 0,98. Регулирование параметров на­соса изменением геометрии про­точных каналов применяется в осевых насосах типа ОП (измене­ние угла установки лопастей ра­бочего колеса ). Регулирование режима работы насоса изменением кинематики по­тока на входе в рабочее колесо насоса осуществляется установкой поворотно-лопастного направляю­щего аппарата у входа в рабочее колесо. Поворотно-лопастный направ­ляющий аппарат изменяет мо­мент скорости (закрутку) потока на входе в рабочее колесо. При этом закрутка по направлению вра­щения рабочего колеса (положи­тельная) уменьшает напор насоса, а против вращения (отрицательная) увеличивает напор. Этот способ регулирования допускает измене­ние подачи на 25 % при" пониже­нии напора на 15 % и уменьшении потребляемой мощности на 30 % номинальной. КПД насоса при ука­занной глубине регулирования снижается на 2-3 %. Регулирова­ние параметров насоса входным направляющим аппаратом наиболее эффективно в системах с малым статическим напором. На основании анализа работ по регулированию частоты вращения рабочего колеса центробежного на­соса можно сделать следующие выводы: 1. Применение регулируемого привода значительно повышает эко­номические показатели насосных станций — экономия электроэнергии достигает 10—15 %. 2. Применение регулируемого центробежного насоса позволяет уменьшить число насосов на на­сосных станциях. 3. На группу из трех-четырех рабочих насосов достаточно иметь один регулируемый насос. 4. Из существующих способов регулирования электропривода следует рекомендовать привод с ЭМС индукторного типа, каскадные приводы различных типов и много­скоростные электродвигатели. Кас­кадные приводы следует приме­нять для регулирования мощных агрегатов на крупных насосных станциях. На средних и малых на­сосных станциях более целесообраз­но применять простые и дешевые приводы с ЭМС индукторного типа и частотные. 5. Применение входных направ­ляющих аппаратов экономически целесообразно и конструктивно осуществимо на крупных насос­ных агрегатах в системах, где ста­тический напор составляет незна­чительную часть напора насоса. §2.7. Влияние изменения уровня воды в источнике и напором резервуаре на режим работы насосов Геометрическая высота подъема воды насосов, устанавливаемых на насосных станциях  подъема, за­висит от разности уровней воды в источнике и в смесителе водо­проводных очистных сооружений. Однако уровень воды в поверхностных источниках не остается постоян­ным и Рис. 2.7. Режимы работы насосов а) при изменении уровня воды в источнике; б) при повышении уровня воды в баке водонапорной башни изменяется в зависимости от гидрологического режима ис­точника. Рассмотрим режимы работы насоса при изменениях уровня воды в источнике от минимального до максимального. На рис.2.7 «а» приведены харак­теристики насоса Н- Q и харак­теристика напорного водовода Нтр-Q (геометрической высоты подъ­ема Hг). Точка А пересечения ха­рактеристик насоса и водовода соот­ветствует режиму работы системы «насос — водовод» при минимальном уровне воды в источнике. Коор­динаты точки А должны удовлет­ворять требуемым подаче QA и на­пору НА. Потребляемая мощность в этом режиме работы NA и КПД а. С повышением уровня воды в ис­точнике геометрическая высота подъ­ема Hг, равная разности отметок уровней свободных поверхностей во­ды в источнике и в смесителе, будет уменьшаться, т. е. Hс-Hунв> Hс-Hувв и Нг> H, где Нс — отметка уровня воды в смесителе; Hунв — низкий уровень воды в источнике; Нувв — высокий (паводковый) уровень во­ды в источнике. Потери напора в трубопроводе практически остаются постоянными при данном расходе. Из анализа уравнения характеристики трубопровода H=Hr+SQ2 следует, что Нг есть координата вершины квад­ратичной параболы при Q = 0. Сле­довательно, при уменьшении Hг уменьшается координата вершины характеристики трубопровода характери­зуется новой режимной точкой Б, имеющей координаты Qs, HБ, NБ и Б. Следовательно, при повышении уровня воды в источнике напор насоса уменьшается, подача и мощ­ность увеличиваются, КПД насоса снижается. Увеличение мощности насоса вы­зывает перегрузку электродвигателя, его нагрев и уменьшение КПД двигателя, что может привести к выходу двигателя из строя. Во из­бежание перегрузки двигателя необ­ходимо регулировать подачу на­соса. При значительных колебаниях уровня воды в источнике целе­сообразно применять насосы с крутопадающей характеристикой Н-Q, при которой изменение пода­чи и мощности насоса будет мень­шим, чем при пологой. Однако надо иметь в виду, что такие насосы имеют небольшую рабочую часть характеристики и изменение уровня воды может привести к работе на­соса вне рекомендуемого поля. Если насосы подают воду в резервуары, то в момент повышения воды в источнике следует рекомендовать поддерживать максимально возможный уровень воды в резервуаре. Это мероприятие позволят снизить увеличение мощности электродвигателя, т.е. его перегрузку. На рис. 2 показан метод определения режимных точек работы насоса при подаче воды в бак башни графически. Характеристики трубопровода А-Б, А1-Б1, А2-Б2 построены для соответствующих уровней воды в баке при геометрических высотах подъема Нг о, H г1 и H г2. Система работает в ре­жимных точках 0, 1 и 2. Из анализа графика работы системы «насос-сеть» следует, что при увеличении уровня воды в ба­ке вследствие саморегулирующей способности насоса напор его уве­личивается, а подача и мощность уменьшаются. При увеличении гео­метрической высоты подъема до Нг2 подача насоса Q2 меньше ,критической подачи Qкp и режим работы насоса будет находиться в области неустойчивой работы со всеми по­следствиями, вытекающими из это­го. Следовательно, насосы, рабо­тающие на напорные резервуары и безбашенные системы водопровод­ной сети, должны иметь пологие характеристики Н- Q без запа­дающей ветви. При анализе режима работы насоса необходимо уточнять продолжительность работы насоса при различных уровнях воды в баке и в зависимости от этого подби­рать насос с оптимальным КПД на диктующий уровень воды в баке. §3.7. Параллельная работа насосов Параллельной работой насосов называется одновременная подача перекачиваемой жидкости несколь­кими насосами в одну систему водоводов (рис.3.7 ). Рис.3.7. Характеристики параллельной работы трех одинаковых насосов на два водовода Необходимость в параллельной работе нескольких одинаковых или разных насосов возникает в тех случаях, когда невозможно обеспечить требуемое количество воды одним насо­сом. Кроме того, поскольку водопотребление в городе неравномерно по часам суток и по сезонам года, то подачу насосной станции можно регулировать числом одновременно работающих насосов. При проектировании совместной работы центробежных насосов нужно хорошо знать их характеристики; подбирать насосы следует с учетом характеристики трубопровода. Центробежные насосы могут ра­ботать параллельно при условии равенства Н1=Н2=Н3 = …Нi , где i - количество совместно работающих насосов. Если один из насосов имеет напор меньше, чем другие, то он сможет вступить в совместную работу только после снижения напоров у других рекомендуемой работы. При повышении напора в системе этот насос может прини­мать участие в работе, но его КПД будет падать. При достижении мак­симального напора подача насоса бу­дет равна 0. Дальнейшее увеличе­ние напора в системе приведет к закрытию обратного клапана и вы­ключению насоса из работы. Поэто­му для параллельной работы следует подбирать насосы однотипные с рав­ными или незначительно отличаю­щимися напорами и подачами. Различные схемы параллель­ной работы насосов применяются весьма часто для водоснабжения и перекачивания сточных вод, где целесообразно подачу от несколь­ких насосов или станций объеди­нять в общий коллектор. Расчет режима работы по таким схемам можно производить аналитическим или графическим способом. В прак­тике проектирования насосных станций наибольшее распространение получил графический способ. При параллельной работе на­сосов в сеть возможны следующие варианты компоновки системы «насосы - сеть»: в системе работает несколько на­сосов с одинаковыми характеристи­ками; в системе работает несколько на­сосов с разными характеристиками; насосы подключены к общему трубопроводу на близком расстоя­нии друг от друга (см. рис. 3.7), т. е. потери напора от насоса до напор­ного водовода считают равными для всех установленных насосов, или же насосы находятся на достаточно большом расстоянии друг от друга, т. е. разности потерь напора от насо­са до присоединения к общему на­порному трубопроводу необходимо учитывать. §4.7. Параллельная работа нескольких насосов с одинаковыми характерис­тиками. При построении характерис­тики нескольких параллельно рабо­тающих насосов на общий напорный трубопровод суммируют подачи насо­сов при равных напорах. Рассмотрим построение графиче­ской характеристики трех параллельно работающих насосов на два одинаковых трубопровода. В координатах Q, Н, N,  и h наносим паспортные энергетиче­ские характеристики однотипного насоса. Так как насосы одинаковые, то характеристики совпадают и их обозна­чают Н-Q,, (см. рис. 3.7). Для построения суммарной ха­рактеристики Н-Q+ + произ­вольно выбираем напоры НА, НБ и Нв в пределах рекомендуе­мой рабочей части характеристики Н-Q,, складываем подачи Qa, Qб Qв. Для двух параллельно работающих насосов A' = 2Q A, Б' = 2Q Б и В' = 2QB, для трех на­сосов A" = 3Q А, Б" = 3QБиВ" = 3QВ. По полученным точкам А', Б' и В строим суммарную характеристи­ку Н-Q , , двух параллельно ра­ботающих насосов, а по точкам А", Б" и В" характеристику Н-Q, , трех насосов. Аналогичным построе­нием находим характеристику Н-Q тр1+2 параллельной работы двух напорных трубопроводов. Суммарную фактическую подачу двух насосов на два водовода опре­деляют по координатам Q1+2 и Нб точки Б', т. е. точки пересечения ха­рактеристик Н-Q1+2 и Н-Q тр 1+2. Суммарную фактическую подачу трех насосов на два водовода опре­деляют по координатам Q1+2+3 и НА точки А", т. е. точки пересечения характеристик Н-Q тр 1+2+3 и Н-Q тр 1+2 Для определения подачи одного насоса при их совместной работе следует провести из точки А" линию, параллельную оси абсцисс до пере­сечения с характеристикой Н-Q,, в точке А. Координаты точ­ки А определяют подачу Q,, / 3 и напор НА каждого насоса при их одновременной работе на систему с характеристикой Н-Q тр 1+2. Для нахождения КПД насоса из точки А восставляем перпендикуляр до пере­сечения с кривой -Q,, в точке 1. Координаты этой точки определяют КПД насоса при параллельной ра­боте трех насосов. Для определения потребляемой мощности и допускае­мого кавитационного запаса опуска­ем перпендикуляр до пересечения с кривыми N-Q,, и h-Q,, в точках 2 и 3. Координаты этих точек соответственно определяют по­требляемую мощность и допустимый кавитационный запас насоса при совместной их работе. Из рис. 3.7 следует, что подача каждого насоса при параллельной работе равна 1/3 их суммарной подачи, т. е. Q1 = Q1+2+3 / 3. При параллельной работе двух из рассматриваемых насосов их по­дача, напор, потребляемая мощ­ность, КПД и вакуумметрическая вы­сота всасывания определяются по режимной точке Б''. При работе одно­го из рассматриваемых насосов ре­жим его работы определяется рабочей точкой В. Из рис. 3 видно, что суммарная подача трех и двух параллельно работающих насосов меньше суммарной подачи этих же насосов при раздельной их работе на данную систему напорных тру­бопроводов, т. е. Qi+ii+iii < 3 Qi и Q1+2 < 2Q1. Снижение суммарной подачи объясняется тем, что при увеличении подачи возрастает напор в трубо­проводе (HА> НБ и HБ > HВ), что ведет к уменьшению подачи каждого насоса при их совместной работе по сравнению с подачей при одиноч­ной работе насоса на данную си­стему. Уменьшение подачи зависит как от увеличения напора в трубопро­воде, так и от крутизны харак­теристики насоса. Поэтому парал­лельная работа насосов может быть достаточно эффективной при пологих характеристиках трубопроводов. §5.7. Параллельная работа нескольких насосов с разными характеристи­ками Параллельная работа насосов с различными характеристиками возможна в том случае, когда напо­ры, развиваемые насосами, будут равны. На рис. 4.7 приведены ха­рактеристики насоса Н-Q и насоса Н-Q . Второй насос развивает больший напор. Первый насос может начать работу параллельно со вторым лишь после того, как напор второго насоса уменьшится при увели­чении подачи до максимального напора Н А, развиваемого первым насосом при закрытой задвижке. Рис. 4.7. Характеристики параллельной работы двух разных насосов От точки А и должно быть начато построение суммарной характеристи­ки Н- Q1+2 путем сложения абсцисс обеих характеристик, соответствую­щих точкам с равными напорами. Точка Б, полученная пересечением кривой Н- Q1+2 с характеристикой трубопровода Н- Qтр1+2, является режимной точкой совместно работа­ющих насосов. Если характеристики насоса и трубопровода пересекутся выше точки А, то их совместная рабо­та станет невозможной. Режим работы каждого насоса при их совместной работе опреде­ляется следующим образом: из точ­ки Б проводим линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения с ха­рактеристиками Н- Q и Н-Q в точках 1 и 2. Через точки 1 и 2 проводим вертикальные линии, точки пересечения которых с кривыми -Q и N-Q определяют КПД и мощность каждого насоса при их совместной работе. Точки 3 и 4 пересечения характе­ристик Н-Q и Н- Q насосов с характеристикой Н- Qтр.1+2 трубо­провода определяют режим работы каждого насоса при одиночной ра­боте. Для устойчивой параллельной ра­боты насосов необходимо, чтобы их характеристики были плавно сни­жающимися. При параллельной работе насосов, имеющие характеристики Н- Q ( с подъемом вначале работы), работа насосов будет устойчивой только в том случае, если режимная точка работы системы «насосы- сеть» расположена на одной линии или ниже точки А, т. е. при напоре, равном или меньшем напора, разви­ваемого насосом при закрытой за­движке. Если на насосной станции уста­новлены насосы с пологой характе­ристикой Н- Q и расположены они несимметрично относительно напор­ного трубопровода, то для опреде­ления более точных режимных то­чек работы каждого насоса при параллельной работе необходимо построить приведенные характерис­тики Н-Q", для чего строят ха­рактеристики всасывающего и на­порного трубопроводов в пределах насосной станции и вычитают ор­динаты полученных характеристик из ординат характеристик соответ­ствующих насосов. §6.7. Параллельная работа насосов, расположенных на разных насосных станциях. В системах водоснабже­ния, имеющих несколько источников питания, применяют схему подачи воды несколькими насосными стан­циями в общие коллекторы. В этом случае необходимо рассчитывать си­стему параллельно работающих на­сосов, расположенных на разных насосных станциях. Подобные схемы часто применя­ют и при перекачивании сточных вод отдельных районов канализования в напорный трубопровод дру­гой канализационной насосной стан­ции. Такие схемы позволяют значи­тельно сократить протяженность напорных трубопроводов и умень­шить капитальные затраты. Для расчета системы необходимо определить характеристику парал­лельной работы насосов, установ­ленных на каждой станции. Этот расчет производится так же, как и для параллельно работающих насосов, установленных на близком расстоянии друг от друга. Затем строятся приведенные характеристики к точке выхода напорных водоводов из насосной станции. Получив приведенную суммарную характеристику параллельной рабо­ты насосов на первой насосной стан­ции Н-Q1нс и на второй насосной станции Н-Q1нс (рис. 5.7), строим характеристики трубопроводов от первой Н-Qтр1нс-А и второй Н-Qтр2нс-А насосных станций до точки А с учетом разности статиче­ских напоров станций. Вычитая ор­динаты характеристик трубопро­водов Н-Qтр1нс-А и Н-Qтр1нс-А из ординат соответствующих суммар­ных приведенных характеристик Н-Q1нс и Н-Q2нс , получим приве­денные суммарные характеристики первой Н-Q1нс-А и второй Н-Q1нс-А насосных станций, при­веденные к точке А (слияние двух потоков). Строим характеристику Н-Q1нс-А-Б трубопровода от точки А до заданной точки подачи воды Б. Складываем приведенные характеристики первой и второй насосных станций, для чего при произвольно выбранных напорах Н1, H2 и Н3 складываем абсциссы характеристик. По полученным точкам 1, 2 и 3 строим кривую суммарной характеристики параллельной работы двух насосных станций. Рис. 5.7. Характеристики параллельной работы двух насосных станций Точка В пересечения характеристики водовода Н-QтрА-Б и характеристики параллельной работы насосных станций Н-Q1нс+2нс является режимной точкой работы системы «насосные станции—водовод». Для определения подачи каждой станции необходимо от точки В про­вести линию, параллельную оси абсцисс до пересечения с кривыми Н-Q1нс-А и Н-Q2нс-А соответ­ственно в точках 4 и 5 Напор насо­сов на каждой насосной станции определяется точками 6 и 7, получен­ными пересечением перпендикуля­ров, восставленных из точек 4 и 5, с кривыми характеристик параллель­ной работы насосов на каждой на­сосной станции. Для определения рабочей точки каждого насоса сле­дует снести режимные точки 6 и 7 ра­боты каждой станции на индивиду­альные характеристики насосов, ра­ботающих на насосной станции. §7.7. Последовательная работа насосов Последовательной называется ра­бота насосов, при которой один насос (I ступень) подает перека­чиваемую жидкость во всасывающий патрубок (иногда во всасывающий трубопровод) другого насоса ( сту­пень), а последний подает ее в на­порный водовод (рис. 6.7). В условиях проектирования и строительства насосных станций последовательную работу насосов применяют в тех случаях, когда жидкость подается по трубам на очень большие расстояния или на большую высоту. В некоторых случа­ях перекачивать жидкость можно только последовательно работаю­щими насосами. Так, например, на насосных станциях, перекачи­вающих осадок, в момент запуска рабочего насоса требуется создать напор, который превышает напор, развиваемый насосом, и который можно создать при последователь­ной работе двух насосов. Последо­вательное соединение применяют и в тех случаях, когда необходимо при постоянном (или почти посто­янном) расходе увеличить напор, что невозможно сделать одним насосом. Рассмотрим случай последова­тельной работы рядом установлен­ных двух однотипных центробежных насосов (см. рис. 6.7). Рис. 6.7. Характеристики последовательной работы двух насосов Для построе­ния суммарной характеристики Н-Q1+ последовательной работы двух однотипных насосов необхо­димо сложить ординаты характе­ристики Н-Q1+ при одинаковых подачах. Возьмем произвольно по­дачи QA, QB и QB и сложим напоры. При закрытой задвижке напор Н = 2Но, при подаче QA напор НА = 2 аг, соответственно НБ = 2бд и Нв =2ве, Полученные точки А, Б и В соединяют плавной кривой, кото­рая является суммарной характери­стикой последовательной работы центробежных насосов. Из рис.6.7 видно, что напор одно­го насоса недостаточен даже для подъема воды на геометрическую высоту Нг. При подключении второго однотипного насоса с такой же ха­рактеристикой оказывается, что на­сосы развивают напор, достаточный, чтобы поднять воду на высоту Нг и преодолеть сопротивление в трубо­проводе при заданной подаче. Режимная точка работы после­довательно соединенных насосов определяется точкой К, полученной пересечением суммарной характе­ристики Н-Q1+ с характеристикой трубопровода Н-Qтр. Если насосы установлены после­довательно на одной станции, то при построении характеристики тру­бопровода необходимо учесть по­тери на участке от напорного патрубка насоса 1 до всасывающего патрубка насоса 2 и внести поправку в характеристику Н-Q2. Игнориро­вать потери в соединительном уча­стке недопустимо, так как обычно диаметры арматуры и трубопровода, соединяющего насосы, принимают равными диаметру всасывающего патрубка насоса 2. Вследствие больших скоростей движения жидко­сти потери напора на этом участке относительно велики. По этой же причине необходимо стремиться к максимальному упрощению соедини­тельного трубопровода, по возмож­ности избегая поворотов. Следует отметить, что последовательное соединение насосов обычно эконо­мически менее выгодно, чем при­менение одного насоса. Два последовательно соединен­ных насоса приводят в действие следующим образом. При закрытых задвижках 1 и 2 (см. рис. 6.7) включают насос 1. После того как насос 1 разовьет напор, равный напору при закрытой задвижке, открывают задвижку 1 и пускают насос 2. Когда насос 2 разовьет напор, равный напору 2Но, открыва­ют задвижку 2. При последовательной работе на­сосов следует обращать особое вни­мание на выбор насосов, так как не все они могут быть использованы для последовательной работы по ус­ловиям прочности корпуса. Эти усло­вия оговариваются в техническом паспорте насоса. Обычно последова­тельное соединение насосов допуска­ется не более чем в две ступени. Последовательно соединенные на­сосы можно расположить в одном машинном зале, значительно сокра­тив эксплуатационные затраты и капитальные вложения на строи­тельство здания станции, но в этом случае необходимо устанавливать арматуру повышенной прочности и выполнять более массивные крепле­ния и упоры труб. Поэтому иногда целесообразнее размещать насосы на отдалении друг от друга при транспортировании воды на большое расстояние. §8.7. Параллельная работа скважинных насосов Подача насоса при заборе воды из водяных скважин определяется зависимостью Н = (Q) , в которой подача выражена неявной функцией расхода, весьма трудоемко и возможно методом подбора и по­следовательного приближения. В настоящее время институт ВНИИ Водгео разработал реко­мендации для расчета водозабора подземных вод скважинными насо­сами с применением ЭВМ. Однако для анализа влияния различных параметров на изменение подачи необходимо ввести их в программу и произвести пересчет, что приводит к большим затратам машинного времени. Анализ работы скважинного водозабора весьма наглядно можно произвести с помощью графического метода расчета насосов для водя­ных скважин, предложенного В. Г. Лобачевым, В. Ф. Тольцман и Р. Г. Добровольским. Рассмотрим работу двух разных насосов, установленных в скважинах 1 и 2 и подающих воду в резервуар. В координатах Н и Q наносим линии статического уровня воды в скважинах Zст1 и Zст2 (рис. 7.7), отметку точки соедине­ния сборных трубопроводов от 1 и 2 скважины ZА и отметку нижнего и верхнего уровней воды в сборном резервуаре Zp.мин и Zp.мак. Для построения характеристики совместной работы скважины, на­соса и водовода от скважины до точки А (см. рис. 7.7) от линии ста­тического напора Zст.1 строим характеристику скважины qs1 , т.е. зависимость понижения статического уровня воды от дебита скважины (ха­рактеристику скважины qs1 можно строить по опытным откачкам, а для предварительных расчетов - на основании гидрологических изысканий). По каталогу подбираем насос на требуемую подачу и напор. Задаемся несколькими Рис.7.7. График параллельной работы скважинных насосов значениями напора насоса и при соответствую­щих подачах откладываем принятые значения напоров от характеристи­ки скважины qs1. Полученная харак­теристика совместной работы на­соса и скважины справедлива при работе насоса на излив. При работе насоса на водовод от скважины до точки А строим его характе­ристику h тр1-А и вводим в характе­ристику поправку на потери напо­pa в водоводе. Для этого из харак­теристики вычитаем потери напо­ра в водоводе при соответствующих подачах. Полученная характеристи­ка совместной работы скважины, насоса и водовода называется при­веденной характеристикой к точке А. По характеристике можно оп­ределить подачу воды из скважи­ны 1 в точку А, понижение статиче­ского уровня воды в скважине и потери напора в водоводе. Подобные построения можно про­вести и для скважины 2, получив приведенную характеристику совместной работы скважины 2, на­соса и водовода. Проведенный расчет справедлив при отсутствии взаимного влияния скважин. В практике строительства скважинных водозаборов из-за огра­ниченности территории и требования сокращения протяженности сборных трубопроводов расстояние между скважинами принимают меньше ра­диуса влияния. Уменьшение расстоя­ния между скважинами приводит к их взаимодействию, и при эксплуа­тации необходимо это учитывать. Если принять при равных дебитах скважин взаимное влияние одина­ковым, то = ( — снижение уров­ня в скважине 1 при работе скважи­ны 2; - наоборот). Взаимное влия­ние скважин определяется по фор­мулам С. К. Абрамова. Наносим на график характерис­тику влияния скважин и , вычи­таем их ординаты из ординат харак­теристик и и получаем характеристики и исправ­ленные на взаимное влияние сква­жин. Для определения подачи двух насосов в резервуар строим харак­теристику параллельной работы двух скважин, складывая подачи при оди­наковых напорах, и получаем харак­теристику , которая справедлива для точки соединения водоводов А. Для получения характеристики па­раллельной работы насосов в точке излива воды в резервуар необходимо в характеристику внести по­правку на потери в трубопроводе от точки А до резервуара 3. Строим характеристику Н-QтрА-3 и ордина­ты ее вычитаем из характеристики . Полученная характеристика дает зависимость подачи и напора при совместной работе двух насосов с учетом характеристик скважин и трубопроводов. Точка пе­ресечения характеристики с линией Zp является режимной точ­кой работы системы, координаты которой определяют суммарную по­дачу двух насосов на заданный уро­вень воды в резервуаре, подачу каж­дого насоса q1 и q2, понижение статических уровней s1 и s2 и динами­ческие уровни в скважинах Zдин1 и Zдин2 (см. рис.7.7). Приведенный расчет справедлив для скважин с установившимся режимом притока к ней воды, когда положение статического уровня воды в скважине стабилизировалось. В большинстве случаев наблюдается неустановившееся движение воды к скважине и как следствие — сниже­ние статического уровня воды в сква­жине и падение подачи насоса. Зная закономерность снижения пода­чи, можно графически решить эту задачу. Режимную точку работы насоса 1 (см. рис. 7.7) в начальный момент эксплуатации скважины То прини­маем за начало новой системы ко­ординат s = (T). Через Т1 лет статический уро­вень снизится на величину s1. В связи с этим для подъема воды в резервуар напор насоса должен увеличиться на  Н1. Этому увеличению напора соответствует снижение подачи на qi, и новая подача насоса будет равна qт1 = qто - qт1. Аналогично можно вычислить Нi, qi, и qтi для любого момента времени и определить момент, когда требуемая высота подъема воды на­сосом достигнет критического напо­ра, т. е. рекомендуемого для данного типа насоса. № п/п 15. Глава 8. Насосные и воздуходувные станции. Определения. Организация и проведение проектных работ §1.8. Насосные и воздуходувные станции. Определения. Насосные и воздуходувные станции это сооружения, которые служат для подачи жидких и газообразных сред в точки отбора, в соответствии с требованиями потребителей. Условия функционирования системы водоснабжения или водоотведения назначаются по трем категориям: , , . К насосным и воздуходувным станциям различных категорий предъявляются соответствующие требования по бесперебойности энергоснабжения (для станций  и  категории подключение не менее чем к двум независимым ЛЭП) по капитальности сооружений, по резерву технологического оборудования. От категории насосной или воздуходувной станции зависит число резервных агрегатов, которые размещаются на станции или на складе, число всасывающих и напорных трубопроводов, их пропускная способность, количество и размещение переключений на внутристанционных коммуникациях. Наряду с обеспечением подачи и напора (давления) среды в диктующих точках системы (водоснабжения или водоотведения), предусмотренных технологическим графиком, и удовлетворением требований по бесперебойности работы, на стадии проектирования станций необходимо решать задачи по обеспечению минимума затрат на их строительство и эксплуатацию, комфортных условий обслуживания, сокращения персонала за счет оптимального применения автоматики и телемеханики. Необходимо учитывать, что любая насосная или воздуходувная станция, которая входит в состав системы водоснабжения или водоотведения обслуживаемого объекта (населенного пункта, промышленного предприятия, очистных сооружений), должна отвечать условиям унификации и модернизации. В перспективе объекты развиваются, требования к подачам сред возрастают. Срок первой очереди строительства объекта принимается в пределах Т1  5 лет, а второй – в пределах Т2  20-50 лет. В этой связи при проектировании предусматривается, что конструкции, помещения станции должны обеспечивать возможность замены ее основного и вспомогательного оборудования на интервале всего срока эксплуатации Т2. С инженерной и общественной точек зрения любая насосная (воздуходувная) станция представляют собой сложный комплекс сооружений и оборудования, технические показатели и параметры которой (безотказности, долговечности) во многом определяют экономическую эффективность работы системы водоснабжения (водоотведения) в целом. Основным оборудованием насосных и воздуходувных стаций являются насосные и компрессорные агрегаты. Каждый агрегат объединяет: нагнетатель среды и двигатель. Нагнетателями сред служат насосы и компрессоры. К нагнетателям, которые обеспечивают перемещение сред за счет потенциальной или кинетической энергии жидкостей или газов, относятся струйные аппараты, пневматические водоподъемники (эрлифты), тараны и т.д. Чтобы скомпоновать насосную или воздуходувную станцию, которая обеспечивала бы перемещение жидкой или газообразной среды до точки, в соответствии с требованиями потребителей, необходимо знать устройства и свойства комплектующего оборудования этих станций, и в первую очередь насосов и компрессоров. Проектирование насосных и воздуходувных станций систем водоснабжения и водоотведения непосредственно связано с решением технических и экономических задач по выполнению требований потребителей к подаче воды на хозяйственно-питьевые, технологические, противопожарные нужды, либо к перекачке бытовых, атмосферных, производственных сточных вод и осадков. Эффективность их решения обусловливается той особенностью, что обеспечение требований потребителей по подаче и отводу различных сред за определенный интервал времени при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах, должны рассматриваться в комплексе с природоохранными мероприятиями, без отрыва от достижения поставленной задачи. Физические свойства жидких и газообразных сред (при дозвуковых скоростях газа), которые перекачивают насосные и воздуходувные станции имеют большое сходство, что позволяет сравнивать насосы с группой машин для сжатия и перемещения газов - вентиляторами, воздуходувками, компрессорами по конструктивному исполнению. Конструктивное и функциональное подобие насосных и воздуходувных установок обуславливает подобие и станций, на которых они устанавливаются, а также подобие принципов их проектирования. Отечественная промышленность выпускает в настоящее время все типы насосов, компрессоров необходимых для народного хозяйства страны, - начиная от миниатюрных дозирующих насосов и кончая гигантскими осевыми насосами. Кроме того, рынок страны наполнен разнообразными видами насосов и компрессоров зарубежного производства достаточно в большем диапазоне производительностей и конструкций. Любой вид нагнетателя имеет достоинства и недостатки, в этой связи назначение специалиста не в том, чтобы выбрать для работы на насосной станции наиболее эффектный агрегат, а такую машину, которая лучшим образом обеспечит выполнение задачи в совокупности со всем оборудованием станции. Специалист в области «водоснабжение и водоотведение» должен усвоить принципы работы и конструкции основных типов насосов (компрессоров); знать условия их применения и технические характеристики; методы расчета подачи и напора, а также принципы проектирования, условия компоновки, монтажа и эксплуатации нагнетательных установок и станций. §2.8. Водопроводные насосные станции. По своему назначению и расположению в общей схеме водоснабжения насосные станции подразделяются на станции: I подъема, II подъема, повысительные и циркуляционные. Насосные станции I подъема забирают воду из источника водоснабжения и подают ее на очистные сооружения или, если не требуется очистки воды, непосредственно в резервуары, распределительную сеть, водонапорную башню либо другие сооружения в зависимости от принятой схемы водоснабжения. На промышленных предприятиях с процессами, предъявляющими различные требования к качеству воды, на одной и той же насосной станции могут быть установлены насосы: технологические, для системы хозяйственно-питьевого водоснабжения, пожаротушения водоснабжения, пожаротушения. Рис. 1.8. Насосная станция 1 подъема, оборудованная вертикальными центробежными насосами 1- монтажная площадка; 2- помещение пульта управления; 3- помещение РУ Насосные станции II подъема служат для подачи очищенной воды потребителям, обычно из резервуаров чистой воды. Рис. 2.8. Насосная станция II подъема, оборудованная насосами двустороннего входа 1 – машинный зал; 2-помещение обслуживающего персонала;3 – щитовая; 4 – камеры трансформаторов; 5- помещение РУ; 6- помещение выпрямителей; 7- помещение статических конденсаторов; 8 –санузел; 9-мастерская; 10 – всасывающие трубопроводы; 11- напорные трубопроводы В некоторых случаях на одной станции могут размещаться насосы I и II подъема, что позволяет уменьшить расходы на строительство и эксплуатацию сооружения. Повысительные насосные станции (станции подкачки) - предназначены для передачи энергии потокам воды потребителям, расположенным на более высоких отметках или на расстоянии, требующем дополнительного напора на преодоление сопротивлений по длине трубопровода. Циркуляционные насосные станции применяются в системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий (тепловых электростанций). Эти станции перекачивают воду на технологические нужды после очистки (охлаждения) для повторного использования. Насосные станции мелиоративных систем (орошения, осушения местности) обеспечивают подачу воды на орошение сельскохозяйственных культур, перекачивают избыточную воду местности в проточные водоемы (реки, каналы). Насосные станции гидротехнических сооружений обеспечивают подачу воды в каналы со шлюзами. Передвижные насосные станции обеспечивают подачу воды на строительные площадки, объекты временного назначения. Рис. 3.8.Передвижная насосная станция с насосом типа К 1- приемный клапан, 2 гибкие соединения 3- монтажная вставка на всасывающем трубопроводе; 4- задвижка, 5- насос; 6 – электродвигатель; 7 - монтажная вставка на напорном трубопроводе К передвижным насосным станциям относятся и плавучие насосные станции. Все оборудование плавучих насосных станций размещается на понтоне (см. рис. 3.8). Рис.4.8. Плавучая насосная станция с наосами типа Д По условиям функционирования насосные (воздуходувные) станции систем водоснабжения подразделяются:  категории - допускает перерыв в подаче среды (воды или воздуха) потребителям на время (не более 10 мин), необходимое для выключения поврежденных и включения резервных элементов (оборудования, агрегатов, арматуры, трубопроводов); допускается условие функционирования сооружений, при котором расход воды (газообразной среды) у потребителей снижается на 30% от расчетного количества на время до 3 суток;  категории - допускает перерыв в подаче среды для проведения ремонта (не более 6 часов), необходимое для выключения поврежденных и включения резервных элементов (оборудования, агрегатов, арматуры, трубопроводов); допускается условие функционирования сооружений, при котором расход воды (газообразной среды) у потребителей снижается на 30% от расчетного количества на время до 10 суток;  категории - допускает перерыв в подаче среды для проведения ремонта (не более 24 часов), необходимое для выключения поврежденных и включения резервных элементов (оборудования, агрегатов, арматуры, трубопроводов); допускается условие функционирования сооружений, при котором расход воды (газообразной среды) у потребителей снижается на 30% от расчетного количества на время до 15 суток. §3.8. Насосные станции систем водоотведения Назначение насосных станций систем водоотведения заключается в перекачке сточных вод в места отвода по напорным трубопроводам. Системы водоотведения подразделяются на: системы бытовых стоков, системы поверхностных стоков, системы по перекачке осадков, ила, системы водоотведения промышленных стоков. В этой связи, насосные станции систем отведения можно подразделять по виду перекачиваемых сред: насосные станции по перекачке производственных сточных вод, бытовых, поверхностных, по перекачке канализационных илов, осадков и т.д. В настоящее время четкой классификации насосных станций не существует, а приведенное выше деление насосных станций по названиям следует рассматривать, как информацию о сложившейся ранее традиции в инженерной практике именовать сооружения по перекачке сред. Рис. 5. 8. Насосная станция системы водоотведения с вертикальными насосами 1- напорный коллектор; 2- дренажный насос; 3 – труба для подачи воды на взмучивание осадка;4 – бак отработанного масла; 5 - вертикальный насос; 6- подводящий канал; 7 –электродвигатель; 8-кронштейн для подвешивания тали; 9- транспортер; 10 – решетка; 11-кран –балка; 12-шиберныйзатвор; 13- мостовой кран; 14 щитовой затвор; 15-сбросная труба; 16 – насос системы технического водоснабжения Рис. 6.8. Насосная станция для перекачки атмосферных вод 1-пруд-накопитель; 2- решетка; 3- щитовой затвор; 4 – осевой насос; 5 – кран балка; 6 –напорный трубопровод В настоящее время четкой классификации насосных станций не существует, а приведенное выше деление насосных станций по названиям следует рассматривать, как информацию о сложившейся ранее традиции в инженерной практике именовать сооружения по перекачке сред. По условиям функционирования насосные (воздуходувные) станции систем водоотведения подразделяются:  категории - не допускает перерыва или снижения подачи среды (воды или воздуха) потребителям;  категории - допускает перерыв в подаче среды для проведения ремонта (не более 6 часов);  категории - допускает перерыв в подаче среды для проведения ремонта (не более 24 часов). §4.8. Воздуходувные станции Воздуходувные станции по аналогии с насосными станциями подразделяются на три категории , , . На этих станциях устанавливаются машины, которые подают сжатый воздух. Тип воздуходувной машины - оказывает непосредственное влияние на компоновку станции. Машины, предназначенные для сжатия (компримирования) и перемещения воздуха называются компрессорами (нагнетателями воздуха). Рис.7.8. Общий вид машинного зала воздуходувной станции Рис.9.8. Модульная воздуходувная установка (сборно-разборная Сходство физических свойств жидкостей и газов позволяет установить подобие насосов с нагнетателями воздуха и классифицировать их по группам: объемные, динамические. Объемные нагнетатели (компрессоры): поршневые, роторные, винтовые. Динамические нагнетатели (компрессоры): лопастные (центробежные, диагональные, осевые). В поршневом нагнетателе сжатие воздуха производится в цилиндре посредством поршня, совершающего возвратно-поступательное движение. В центробежном нагнетателе (воздуходувке) сжатие воздуха производится вращающимся рабочим колесом, снабженным лопастями; направление потока воздуха в нем – радиальное. В осевом нагнетателе направление потока воздуха - осевое. В диагональном – диагональное. В роторном нагнетателе сжатие воздуха осуществляется в отсеках, образующихся в зазоре между корпусом (статором) машины и вращающимся ротором, который расположен эксцентрично по отношению к статору, с помощью рабочих пластин, скользящих по внутренней поверхности статора. Сжатый воздух является аккумулятором энергии, достаточной для перемещения запорно-регулирующих трубопроводных устройств, для привода механизмов. Воздух хорошо транспортируется по трубопроводам и может использоваться на технологические нужды в системах водоснабжения и водоотведения. Примерами использования сжатого воздуха могут служить: применение его в эжекторах и подъемниках для перемещения различных жидкостей; для выполнения различных процессов и реакций, где воздух используется благодаря наличию в нем кислорода (в аэротенках, преаэраторах, стабилизаторах ила) во флотаторах, для выделения органических веществ из воды; для сжатия воздуха, как аккумулятора энергии, которая может использоваться при работе различных машин и механизмов при автоматизации технологических процессов и т.д. Состав основного и вспомогательного оборудования, помещений и конструктивные особенности воздуходувной станции системы водоснабжения или водоотведения (ВиВ) обуславливаются назначением, условиями ее функционирования, энергетическими параметрами: Р - давлением перемещаемой среды, измеряемым в Па, кг/см2, ати; Q - подачей, выражающейся количеством воздуха поданного в единицу времени и измеряемой в м3/час, м3/мин, м3/с; N - мощностью, измеряемой в кВт. §5.8. ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ ПРОЕКТНЫХ РАБОТ НАЗНАЧЕНИЕ ПРОЕКТА И СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Строительство насосных и воздуходувных станций требует полной и качественной проектно-сметной документации. В целях обеспечения качественных инженерных решений, при проектировании любой насосной или воздуходувной станции выполняются следующие работы: 1) определяются размеры здания, сооружений станции, а также место их расположения на генеральном плане объекта; 2) составляются схемы приема, очистки, подачи жидкости (воздуха), системы энергоснабжения, водоснабжения, водоотведения, отопления, вентиляции, освещения, контроля и автоматики объекта; 3) согласовываются с заказчиком подъездные пути и внешние инженерные коммуникации; 4) выполняются рабочие чертежи, спецификации, составляется техническая документация, необходимые для выполнения строительных и монтажных работ; 5) определяют стоимость строительства станции и затраты по ее эксплуатации. Решение этих вопросов осуществляется в известной последовательности и в объеме, установленном «Инструкцией о составе, порядке разработки, согласования и утверждения проектно-сметной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений» [30]. В соответствии с инструкцией [30] и Постановлением Правительства РФ [34], проектирование нового строительства, расширение, реконструкция производятся на основании утвержденных технико-экономических обоснований (ТЭО) или технико-экономических расчетов (ТЭР) в одну или две стадии: в одну стадию — рабочий проект со сводным сметным расчетом стоимости — для предприятий, зданий и сооружений, строительство которых будет осуществляться по типовым и повторно применяемым проектам, и для технически несложных объектов; в две стадии — проект со сводным сметным расчетом стоимости и рабочая документация со сметами — для других объектов строительства, в том числе крупных и сложных. Когда проектируется воздуходувная станция, аналитическими и графическими методами определяют: - давление, температуру и расход воздуха для станции; - количество и тип воздуходувок, двигателей и вспомогательного оборудования воздуходувной станции; - потребности в электроэнергии и обслуживающем персонале; - габариты здания; - объем строительных работ. Проект содержит пояснительную записку и рабочие чертежи. По рабочим чертежам осуществляются строительство и монтаж здания, оборудования, инженерных коммуникаций воздуходувной станции. Уточняется место расположения здания и сооружений станции на генеральном плане с привязкой к разбивочным координатным сеткам и вертикальным отметкам. Пояснительная записка и рабочие чертежи комплектуются со сметной документацией. Сметная документация является одним из важнейших разделов проекта. Общая сметная стоимость строительства насосной или воздуходувной станции определяется сводным сметно-финансовым расчетом. Сводный сметно-финансовый расчет станции при двухстадийном проектировании составляется на основе сметно-финансовых расчетов на отдельные (локальные) системы и сооружения. Сметная документация, прилагаемая к проекту, состоит из локальных и сводной смет. Сметы составляются на основе: данных технического проекта или рабочих чертежей по объему строительно-монтажных работ, оборудования, запроектированного для данного объекта; единичных расценок для данного территориального района; норм накладных, транспортных и заготовительных расходов и плановых накоплений. Для определения стоимости оборудования используются утвержденные прейскуранты на оборудование и ценники на его монтаж. Сметы составляются на строительные, электротехнические и санитарно-технические работы, оборудование и его монтаж, специальные сооружения, внутриплощадочные сети и другие работы. В смете, составляемой по рабочим чертежам технологической части проекта станции, должна быть указана стоимость монтажа основного и вспомогательного оборудования, подъемно-транспортного оборудования, трубопроводов с арматурой, контрольно-измерительных приборов, специальных работ (фундаменты под оборудование, площадки, лестницы и т.п.). На изыскание и проектирование вспомогательных зданий и сооружений, а также временных зданий и сооружений сметы не составляются, а составляются лишь сметно-финансовые расчеты по прейскурантам и по укрупненным измерителям. §6.8. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Проектирование насосной или воздуходувной станции производится на основании задания на проектирование, которое должно быть исчерпывающе ясным и содержать исходные данные, необходимые для комплексного проектирования станции, сооружаемой на территории конкретного объекта. Проектирование технологической части станции ведется в такой последовательности: 1) уточняются и корректируются исходные данные для проектирования, особенно в части режима работы и требований потребителей по подаче воды (воздуха) ; 2) составляются таблицы расходов воды (воздуха) потребителями, определяются экстремальные режимы работы станции; 3) выбираются типы и количество основного и вспомогательного оборудования станции; 4) составляется принципиальная технологическая схема и выполняется компоновка станции; 5) определяются эксплуатационные расходы и технико-экономические показатели станции, составляется проектно-сметная документация. Исходными данными для разработки проектного задания являются: - ситуационный план объекта в масштабе 1/5000 или 1/10000 с указанием мест нахождения потребителей воды (воздуха) и намечаемой площадки строительства станции; - выкипировка из генерального плана в масштабе 1/500, 1/1000 или 1/2000 с нанесением: - места расположения проектируемой станции; - соседних сооружений с их назначением и краткой строительной характеристикой; - источника питания электроэнергией; - мест подключения тепловых сетей, водопровода, канализации (бытовой, ливневой, дренажной); - сведения о протяженности трассы трубопроводов, об отметках диктующих точек потребления (сброса); -данные существующих и проектируемых автодорог и железнодорожных путей; - данные о подземных и надземных коммуникаций; тоннелей, колодцев, электрокабелей и других сооружений, которые могут повлиять на расположение и конструкцию здания станции; - данные геодезических отметок местности; - данные изысканий (геологических, гидрогеологических и климатических); - архитектурные требования к проектируемым зданиям; - очередности строительства, сроки ввода в эксплуатацию и перспективы дальнейшего расширения станции и всего объекта; - сведений о ранее заказанном или выделенном заказчику оборудовании, спецификаций, технических характеристик и габаритных чертежей оборудования; -степени загрязненности воздуха площадки строительства станции механическими примесями (в мг/м3) и газами (в мг/л); - характеристик источников электроснабжения (учитывая необходимость бесперебойного питания станции) с указанием: а) напряжения питающих фидеров; б) существующего напряжения сети силового и осветительного электрооборудования (совместное или раздельное питание); в) оборудования питающих фидеров со стороны источника питания и параметров оборудования; г) токов короткого замыкания и замыкания на землю; д) видов защиты, принятых на головном участке питающих фидеров; е) мощности системы или генерирующей установки, от которой производится питание станции; ж) резервной мощности в существующих низковольтных трансформаторах источника электроснабжения и возможности установки в камерах более мощных трансформаторов; з) наличия на объекте общей сети заземления. Если для питания оборудования станции необходимо использовать имеющиеся высоковольтные линии, то требуется указать их тип, параметры, состояние и существующую нагрузку. При сборе данных по проектируемому объекту необходимо получить: - тарифную сетку ставок должностных окладов инженерно-технических работников и обслуживающего персонала; - единичные расценки на строительные, сантехнические, специальные работы, принятые на данном строительстве, и калькуляции цен на строительные, сантехнические материалы и стоимость машино-смены механизмов в действующих ценах; - условия начисления накладных расходов, группы строительства и других местных данных, влияющих на сметную стоимость объекта; - основные принципы организации строительных и монтажных работ, могущих влиять на проектные решения станции, в том числе максимально допустимый вес сборной строительной детали и высоту ее подъема; - дополнительные требования заказчика, которые необходимо учесть при проектировании. §7.8. СОСТАВЛЕНИЕ ПРОЕКТНО-СМЕТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ Проектирование и строительство насосных и воздуходувных станций должны вестись в соответствии с требованиями норм и правил строительного проектирования, правил устройства станций [20—33]. До недавнего времени в архивах проектных институтов хранились типовые проекты насосных и воздуходувных станций разных производительностей, а потому проектирование станций чаще всего сводилось к привязке соответствующего типового проекта или реконструкции действующих воздуходувных станций. В настоящее время все типовые проекты станций отменены, но принимать их как пример при выборе инженерных решений не запрещается. Во всех случаях проектно-сметная документация должна составляться по правилам и в соответствии с эталоном оформления графических проектных материалов. Проекты, сметы и рабочие чертежи должны выполняться ясно и четко, чтобы пользование ими не вызывало затруднений. Чертежи должны составляться с применением условных обозначений, в соответствии со стандартами и нормами. Рассмотрение и утверждение проектно-сметной документации производятся в соответствии с существующими законодательными требованиями. На утверждение представляются проектное задание со сводным сметно-финансовым расчетом. Рабочие чертежи составляются ответственными за их исполнение проектными организациями и утверждению не подлежат. Рабочие чертежи, поступающие на строительство, передаются к исполнению за подписью главного инженера строящегося объекта. Проекты и сметы представляются на утверждение заказчику. Проектные организации по требованию заказчика обязаны провести защиту разработанного ими проекта в утверждающих инстанциях (экспертных организациях). §8.8. НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ Проектирование насосной станции начинается с определения их энергетических параметров, необходимых для обеспечения требований потребителей по подаче воды. В составе таких параметров входят два независимых параметра - производительность Q и напор H. Данные параметры оцениваются для любой насосной станции по единой методике, но имеются особенности, которые учитываются в зависимости от типа насосной станции. Тип водопроводной насосной станции определяется ее назначением и подачей, а так же зависит от вида источника водоснабжения, режима работы и эксплуатации, рас­положения здания насосной станции по отношению к водозаборному со­оружению, типа и характеристик основного оборудования и систем приво­да, климатических условий и гидрогеологии местности (рис. 10.8 – 12.8). Рис. 10.8. Принципиальные схемы компоновки сооружений насосных стаций  подъемы, использующих источники поверхностных вод 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 Рис.11.9. Схемы насосных станций, использующих источники подземных вод а — с индивидуальными насосными установками; б — с групповым водозабором; в — с сифонным коллектором; 1 — скважины с установленными в них насосами; 2 — сборный коллектор; 3 — напорный трубопровод; 4 — водонапорная башня; 5 — разводящая сеть водопровода; 6 — скважины без насосов; 7 — самотечный трубопровод; 8 — сборный колодец; 9 — всасывающие трубы; 10 — насосная станция I подъема; 11- вакуум-котел Рис. 12.8. Принципиальные схемы насосных станций II подъема а — раздельное расположение; б — объединенное расположение; 1 — напорные трубопроводы насосов I подъема; 2 — очистные сооружения; 3 — трубопроводы от очистных сооружений к резервуару чистой воды; 4 — резервуар чистой воды; 5 — всасывающие трубопроводы насосов II подъема; 6 — насосная станция II подъема; 7 — напорные трубопроводы насосов II подъема; 8 — водозаборное сооружение; 9 — самотечные водоводы; 10 — насосная станция I подъема По характеру основного оборудования насосные станции могут быть: - с центробежными горизонтальными или вертикальными насосами; - с осевыми и диагональными горизонтальными, наклонными или вер­тикальными насосами; - с объемными насосами; - с водоподъемниками различных типов. По расположению лопастных насосов относительно уровня воды в приемном резервуаре: - с положительной высотой всасывания; - с отрицательной высотой всасывания (под заливом); По расположению относительно поверхности земли: - заглубленными (шахтного типа); - частично заглубленными; - наземными. По характеру управления: - с ручным управлением; - автоматическими; - дистанционными. По форме здания: - круглые в плане; - прямоугольные. Состав оборудования насосных станций Для выполнения главной функции насосной станции - подачи воды –на станции устанавливается различное оборудование, от которого зависят эффектив­ность и качество ее эксплуатации. Основное энергетическое оборудование включает насосы и приводы. Привод насосов обычно осуществляется с помощью электро­двигателей. Механическое оборудования включает в себя сороудерживающие уст­ройства, затворы, подъемно-транспортные механизмы. Вспомогательное оборудование включает в себя: Систему технического водоснабжения (СТВ). Она предназначена для подачи технически чистой воды к устройствам для водяной смазки направ­ляющих подшипников и сальниковых уплотнений насосов. Дренажно-осушительную систему (ДОС). Она предназначена для от­качивания воды из камер, самотечных и всасывающих труб насосов, удале­ния дренажной воды из подземных помещений. Систему маслоснабжения (СМС), служащую для обеспечения маслами соответствующих марок масляных ванн и подшипников электродвигате­лей, силовых трансформаторов. Систему пневматического хозяйства (СПХ). Вакуум-система, предна­значенная для заливки водой насосов, установленных выше уровня воды в приемном резервуаре. Контрольно-измерительные приборы и системы автоматизации (ком­плекс КИПиА) включают в себя устройства контроля за состоянием основ­ных агрегатов и другого оборудования. Трубы и фасонные части, обеспечивающие присоединение насосов к всасывающим и напорным трубопроводам. Электрические устройства включают в себя силовые трансформаторы, выводы высокого и низкого напряжения, распределительные устройства, токопроводы к электродвигателям, системы контроля. Противопожарные и санитарно-технические устройства. Расчет энергетических параметров 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 Q ч = αQмакс. сут/T, (1.8) где Qмакс.сут - максимальный суточный расход, м3/сут; α - коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды станции, принимается равным 1,04—1,1 в зависимости от качества воды в источнике водоснабжения, конструкции фильтров, принятой интенсивности промывки и схемы повторного использования промывной воды; T — продолжительность работы насосной станции, принимаемая обычно T = 24 ч; меньшее число часов работы станции принимают только при малом суточном расходе воды и при соответствующей конструкции очистных сооружений, допускающих перерыв в работе. Подача насосной станции I подъема при поступлении воды без очистки в резервуары. Подача воды на хозяйственно-питьевые нужды без очистки возможна лишь при использовании артезианских вод или подрусловых вод с устройством скважин. В этом случае чаще всего вода насосной станцией I подъема подается в резервуары чистой воды, откуда насосами станции II подъема — потребителям. Такая схема подачи воды потребителям позволяет установить равномерную круглосуточную работу насосов I подъема, произвести расчет на среднечасовую подачу и уменьшить число скважин или их диаметр. Кроме того, равномерный и непрерывный отбор воды улучшает режим работы скважин. Часто круглосуточный режим водоотбора диктуется ограниченным дебитом скважины. Подача насосной станции I подъема на нужды промышленных предприятий устанавливается в зависимости от того, куда подается вода: непосредственно на производство (система прямоточного водоснабжения) или в оборотную систему водоснабжения, имеющую циркуляционные насосные станции в системе водоохлаждающих устройств. При прямоточной системе водоснабжения должна быть обеспечена подача насосной станции, отвечающая режиму водопотребления производства. Если режим водопотребления равномерный, то подача станции определяется по формуле (1.8), если неравномерный — из условия обеспечения наибольшего часового расхода в дни максимального водопотребления, т. е. по методике расчета насосных станций II подъема городского водопровода. При оборотной системе производственного водоснабжения насосная станция I подъема подает средний часовой расход воды на восполнение безвозвратных потерь. Вода подается в резервуар охладительных устройств, откуда циркуляционными насосами — в систему производственного водоснабжения по графику режима водопотребления. Подача насосной станции I подъема при поступлении воды без очистки непосредственно потребителям. В этом случае все артезианские скважины условно делят на основные и неосновные. К основным относятся наиболее мощные скважины, имеющие большой удельный дебит и обеспечивающие среднечасовой расход воды потребителями. Работают они круглосуточно, и их дебит определяют по формуле (1.8). К неосновным относятся скважины, которые работают в часы максимального водоразбора, а также во время ремонта основных скважин. Дебит их рассчитывается на подачу воды, равную разности подачи в час максимального водопотребления и подачи среднечасового водопотребления. При определении подачи насосной станции I подъема системы объединенного хозяйственно-питьевого и противопожарного водопровода необходимо обеспечить возможность форсированной подами воды в часы пополнения противопожарного запаса, который находится в резервуарах, расположенных у насосной станции II подъема. В течение времени восстановления противопожарного запаса воды насосная станция I подъема должна обеспечивать также и расчетную подачу воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды. Восстановление противопожарного запаса может производиться: рабочими насосами, предназначенными для подачи воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды, если эти насосы работают не круглые сутки; пополнение производится во время перерывов в их работе; рабочими насосами за счет возможного сокращения водопотребления; резервным насосным оборудованием; противопожарными насосами, установленными на насосной станции I подъема. При восстановлении израсходованного противопожарного запаса воды подачу насосов, м3/ч, определяют по формулам: для рабочих насосов Qч = Q1 + (3Qп + ΣQмакс — 3QI)/T; (2.8) для противопожарных насосов Qч = (3Qп + ΣQмакс — 3QI)/T, где Qп — полный пожарный расход за 3 ч (расчетная продолжительность тушения пожара в населенном пункте или на предприятии принимается равной 3 ч); ΣQмакс — суммарный расход в течение 3 ч наибольшего водопотребления (по графику водопотребления); QI — средняя часовая подача нормально работающих насосов станции I подъема; может приниматься в расчет в том случае, если гарантирована бесперебойная подача воды насосной станцией I подъема; T — продолжительность пополнения пожарного запаса, устанавливаемая в соответствии с требованиями СП 31.1333-12 Максимальный срок восстановления противопожарного запаса воды должен быть не более: 24 ч — в населенных пунктах и на предприятиях пожарной опасности категорий А, Б, В; 36 ч — на предприятиях пожарной опасности категорий Г и Д; 72 ч — в сельских населенных пунктах и сельскохозяйственных производственных комплексах. Для промышленных предприятий с пожарными расходами воды на наружное пожаротушение 20 л/с и менее допускается увеличивать период восстановления противопожарного запаса воды: для производств категории В — до 36 ч, для производств категорий Г и Д — до 48 ч. При недостаточности дебита источника для пополнения противопожарного запаса воды можно увеличить период восстановления запаса и соответственно запас воды в резервуаре. Дополнительный объем противопожарного запаса воды при удлинении времени его восстановления надлежит определять по формуле Q = Q1(k — 1)/k, где Q1 — необходимый объем противопожарного запаса воды; к — отношение принятого времени восстановления противопожарного запаса воды к требующемуся. Насосные станции I подъема, получающие воду из артезианских скважин, обычно рассчитывают на круглосуточную работу при максимальном суточном расходе. Для подачи дополнительного количества воды во время пополнения израсходованного неприкосновенного пожарного запаса должны быть предусмотрены резервные скважины с полным комплектом оборудования. Лишь при крайне незначительном относительном количестве воды, требуемой для пополнения пожарного запаса, подачу воды из скважины рассчитывают на форсированный режим в период пополнения этого запаса. В любом случае необходимо технико-экономическое обоснование принятого варианта восстановления неприкосновенного противопожарного запаса воды в резервуарах. Насосные станции II подъема. При определении подачи насосной станции II подъема необходимо найти оптимальный вариант режима ее работы — минимальную вместимость аккумулирующей емкости и наименьшую частоту включения насосных агрегатов. Работу насосной станции принимают двух- или трехступенчатой (ступенчатой называется работа различного числа насосов в разные часы суток). Равномерный режим работы насосов рекомендуется для систем водоснабжения с подачей не более 15 тыс. м3/сут, так как при большей подаче потребуются большие аккумулирующие емкости. При ступенчатой работе насосной станции объем аккумулирующей емкости принимают 2,5—6 %, при равномерной 8—15 % суточной подачи станции. Следовательно, режим работы насосной станции II подъема в значительной степени зависит от вместимости принятой аккумулирующей емкости. При выборе объема напорных аккумуляторов рекомендуется принимать типовые проекты водонапорных башен. До последнего времени максимальная емкость отечественной типовой водонапорной башни не превышала 800 м3, а экспериментальной - 1400 м3. В зарубежной практике емкости водонапорных баков превышают десятки тысяч кубов. 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 по СП с учетом категории насосной станции. Насосная стан­ция II подъема подает воду непосредственно в сеть потребителя, поэтому 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. 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. Эффективно применение частотного регулирования работы насосов.  Напор насосной станции. Выбор энергетического оборудования Насосы I подъема. Требуемый напор насосов станции I подъема определяют в соответствии с принятой схемой ее подачи. При подаче воды на очистные сооружения (рис. 13.8) полную высоту подъема насосов, м, определяют по формуле H = Hг + h вс + h н + Нсв, где Hг = zс - zр — геометрическая высота подъема воды, т. е. разность отметок уровней воды в источнике и в смесителе: Hг = Hгв + Hгн (здесь Hгв — геометрическая высота всасывания, т. е. разность отметок оси насоса и самого низкого уровня воды в водоприемном колодце; Hгн — геометрическая высота нагнетания, т. е. разность отметок оси насоса и уровня воды в сооружениях (куда она подается), определяемая из условия' подачи воды в смеситель очистной станции, а при оборотном водоснабжении — в резервуар под градирней 'или в брызгальный бассейн; для предварительных расчетов высоту расположения смесителя можно принять 4—6 м над поверхностью земли; при окончательных расчетах эту высоту устанавливают в соответствии с проектом очистной станции); h вс и hн — потери напора соответственно во всасывающем и нагнетательном трубопроводах; Нсв — свободный напор в точке излива. Рис. 12.8. Высотная схема подачи воды на очистные сооружения 1— водоприемный береговой колодец; 2 — насос; 3 — смеситель; РУВ — расчетный уровень воды При подаче воды в резервуары чистой воды из артезианских скважин полную высоту подъема воды насосами, м, находят (см. рис.13.8) по выражению H = Hг + hскв + hв + Нсв. где Hг — геометрическая высота подъема воды, т. е. разность отметок динамического уровня в скважине и максимального уровня в сборном резервуаре; hскв — потери напора в скважине на обтекание погружного насоса при входе воды в приемную сетку (при насосах типов АТН, А необходимо принимать потери напора в сетке и скоростные потери на входе); hв — потери напора в сборном трубопроводе от скважины до резервуара; Нсв = 1 м. Рнс. 13.8 Схема подачи воды от скважины 1— фильтр; 2 — насос При подаче воды непосредственно в водопроводную сеть полную высоту подъема воды насосами, м, вычисляют по формуле H = Hг + hвс + h н + Hсв, где Hг — разность отметки расчетного уровня воды в источнике и геодезической отметки диктующей точки; hвс, hн — потери напора во всасывающей линии, в водоводах и водопроводной сети соответственно, определяемые при расчете системы подачи и распределения воды; Hсв — требуемый свободный напор в водопроводной сети в точке, принятой за расчетную. Насосы II подъема. Требуемый, напор насосов в безбашенной системе водоснабжения определяется аналогично напору насосной станции I подъема, подающей воду непосредственно в сеть. При системе с башней напор насосов станции II подъема определяют после полного расчета сети и вычисления высоты водонапорной башни. Напор на станции должен быть достаточным для обеспечения требуемого свободного напора в сети населенного пункта или промышленного предприятия (с учетом потерь напора в сети и рельефа местности). Рассмотрим два наиболее часто встречающихся случая: 1) вода подается насосной станцией в водонапорную башню, находящуюся в начале сети; 2) вода подается в водопроводную сеть с водонапорной башней (контррезе рвуаром), находящейся в конце сети. Рис. 14.8.Высотная схема подачи воды из резервуара в систему с башней в начале сети 1 — резервуар; 2 — насос; 3 — башня На рис. 14.8 нанесены пьезометрические линии для первого случая. Полная высота подъема насосов, м, определяется по формуле H = h вс + Hг + Hб + Hр +hн, где hвс — потери напора во всасывающем трубопроводе; Hг — разность отметок поверхности земли у водонапорной башни и расчетного уровня воды в резервуаре; Hб — высота башни от поверхности земли до дна бака; Hр — высота бака водонапорной башни; h н — потери напора в напорных коммуникациях и в водоводе от насосной станции до водонапорной башни. Пьезометрические линии для второго случая нанесены на рис. 15.8. При определении полной высоты подъема насоса надо учитывать режим работы насосной станции: в часы максимального водопотребления, когда в диктующую точку часть воды подается насосной станцией, а другая часть поступает из водонапорной башни; в часы минимального водопотребления, когда вода, подаваемая насосной станцией, поступает к потребителю, а избыток в количестве 1 % транзитом в башню. Рис. 15.8. Высотная схема подачи воды из резервуара в систему с контррезервуаром 1 — резервуар; 2 — насос; 3 — водоводы, водопроводная сеть; 4 — башня — контррезервуар При максимальном водопотреблении полную высоту подъема насосов, м, вычисляют по выражению HI = H′г + h вс + h′ н + Hсв, где H′г — геометрическая высота подъема воды, т. е. разность отметок точки схода а и расчетного уровня воды в резервуаре; местоположение точки схода определяется при расчете сети; Hсв — требуемый свободный напор в сети; h′ н — потери напора в напорных коммуникациях насосной станции, в водоводах и сети до точки схода а. При минимальном водопотреблении напор насосов определяют из условия транзитной подачи воды в башню. Полную высоту подъема насосов, м, находят по формуле HI = H′′г + h′′w, вс + h′′w, н, где H′′г — геометрическая высота подъема воды при транзите, т. е. разность отметок расчетного уровня воды в резервуаре и предельного уровня в баке водонапорной башни; h′′н — потери напора в напорных коммуникациях, в водоводах, сети и соединительных линиях «сеть — башня». Напор насосов следует принимать равным наибольшему из полученных по расчету. Как правило, оказывается, что наибольший напор у насосов получается при транзитной подаче воды в башню. По существующим правилам проектирования водопровода (С П 31.1330-12) работа насосной станции должна быть проверена на случай возникновения пожара. Подача полного расчетного расхода воды на тушение пожара должна быть обеспечена в час максимального водоразбора, т. е. в момент наиболее напряженной работы насосной станции и водопроводной сети1. Следовательно, в момент возникновения пожара насосы II подъема должны подать в город расход воды, равный сумме полного расчетного расхода воды на тушение пожара и расхода воды в час максимального водоразбора, т. е. подача насосной станции должна быть равна Qпож + Qмакс Башню в момент тушения пожара отключают. При определении Qмакс не учитывается расход воды на полив территории, а в системах промышленных водопроводов не учитывается расход воды на прием душей, мытье полов и технологического оборудования в производственных зданиях. Полная высота подъема воды, м, в момент пожара определяется по зависимости Hпож = Hг + hвс + h н + Hсв п, где Hг — геометрическая высота подъема воды при пожаре, т. е. разность отметок земли в расчетной точке пожара и расчетного уровня воды в резервуаре; h вс, h н — потери напора соответственно во всасывающих трубопроводах и водоводах и сети до расчетной точки пожара; Hсв п — свободный напор в расчетной точке при возникновении пожара. При определении расчетной точки следует исходить из наиболее неблагоприятных условий работы насосной станции, т. е. возможности возникновения пожара в наиболее возвышенных и наиболее удаленных от насосной станции точках территории, обслуживаемой водопроводом. Определение потерь во всасывающих и напорных коммуникациях насосной станции производят на пропуск расхода Qпож + Qмакс, при этом запас потерь в коммуникациях насосной станции следует принимать во всасывающих 2,5 м, в напорных 5 м. Свободный напор в момент возникновения пожара в расчетной точке должен быть не менее 10 м. В системах водопроводов высокого давления свободный напор должен обеспечивать получение из гидрантов компактной струи высотой до 10 м. Системы высокого давления (с временным повышением давления при пожаре) применяют иногда в промышленных водопроводах. Водопроводы постоянного высокого давления применяют только на промышленных объектах повышенной пожарной опасности. При определении требуемого напора насосов II подъема в момент возникновения пожара следует рассматривать три основных случая: необходимый напор для пожаротушения больше напора, развиваемого хозяйственными насосами; необходимый напор для пожаротушения равен напору, развиваемому хозяйственными насосами; необходимый напор для пожаротушения меньше напора в режимной точке работы насосов до возникновения пожара. Рис. 16.8. Графические характеристики совместной работы насосной станции н системы водоснабжения при возникновении пожара В первом случае (рис.16.8, а) следует устанавливать противопожарные насосы требуемого напора и подачи, которые обеспечат максимальные хозяйственный и противопожарный расходы. При работе пожарных насосов хозяйственные насосы выключают. Во втором случае устанавливают противопожарные насосы такого же типоразмера, как и хозяйственные, с подачей, равной расходу, требуемому исключительно для тушения пожара (рис. 16.8, б). В третьем случае требуемый суммарный расход при необходимой высоте подъема воды обеспечивается хозяйственными насосами за счет снижения расчетного напора насосов на случай пожаротушения (рис. 16.8, в). Ввиду кратковременности пожаротушения допускается работа насосов вне рекомендуемой рабочей части характеристики с некоторым снижением коэффициента полезного действия. При этом необходимо произвести проверку изменения диапазона энергетических параметров насосов по условию их работы без кавитации. §9.8. Насосные станции систем водоотведения. Насосные станции систем водоотведения сооружают в тех случаях, когда рельеф местности не позволяет отводить бытовые и производственные сточные воды, атмосферные воды и осадки (ил) самотеком к месту очистки. Место расположения и число насосных станций в общей схеме канализационной сети выбирают с учетом планировочных, санитарных, гидрологических и топографических условий местности на основании технико-экономического сравнения всех вариантов. По гидрогеологическим условиям место расположения насосной станции должно быть наиболее благоприятным для производства строительных работ (плотные грунты, низкий уровень подземных вод и т. д.). Однако практически выполнить это требование трудно. Наиболее целесообразно канализационные насосные станции размещать на свободных территориях вблизи промышленных предприятий (исключая пищевые), складских помещений или на зеленых массивах. На застроенной территории города станции следует располагать в глубине квартала и устраивать аварийные выпуски в ливневую сеть. По санитарным условиям насосные станции располагают в отдельных зданиях на расстоянии не менее 20—30 м от жилых и общественных зданий. При отсутствии свободной территории это расстояние может быть уменьшено по согласованию с органами Государственного санитарного надзора. По периметру территории насосных станций необходимо устраивать защитную зеленую зону шириной не менее 10 м. При размещении насосной станции у жилых зданий следует учитывать этажность застройки, розу ветров и производительность станции. В зоне затопления паводковыми водами насосные станции необходимо располагать так, чтобы отметка порога входа была не менее чем на 0,5 м выше расчетного максимального горизонта паводковых вод. Выбор места расположения канализационной насосной станции должен быть согласован с местными муниципальными органами, органами санитарно-эпидемиологической службы, органами охраны рыбных запасов и бассейновой инспекцией Министерства природных ресурсов Российской Федерации. При определении числа насосных станций следует помнить о том, что многократное перекачивание сточных вод крайне нежелательно, так как капитальные затраты на устройство насосной станции и эксплуатационные расходы по перекачиванию сточных вод очень велики. Насосные станции рекомендуется располагать так, чтобы они размещались на пересечении минимум двух встречных самотечных коллекторов одинакового заложения. Этот прием значительно удешевляет стоимость строительства, как коллекторов, так и насосных станций, но несколько увеличивает длину напорного трубопровода. Место расположения насосной станции, перекачивающей сточные воды на очистные сооружения, выбирают на основании сравнения различных вариантов. При расположении насосной станции на очистных сооружениях отпадает необходимость в строительстве отдельных вспомогательно-производственных помещений. Станцию можно использовать и для перекачивания уплотненного активного ила, дренажных вод иловых площадок, осадка из первичных отстойников. Приемный резервуар можно использовать для опорожнения отстойников. Во многих случаях отпадает необходимость в строительстве служебных и некоторых бытовых помещений. Однако в этом случае увеличивается длина и заглубление главного коллектора и главной канализационной насосной станции. При расположении насосной станции у канализуемого объекта строительная стоимость напорных водоводов увеличивается, возрастает расход электроэнергии и, следовательно, возрастают эксплуатационные расходы, но отпадает необходимость в строительстве дорогостоящего самотечного коллектора. Решение о размещении насосной станции необходимо обосновать технико-экономическим расчетом. Классификация насосных станций систем водоотведения По роду перекачиваемой жидкости насосные станции систем водоотведения делятся на четыре группы: для перекачивания бытовых сточных вод; производственных сточных вод; атмосферных вод; осадков. Насосные станции первой группы находятся на площадке жилого объекта. В зависимости от места расположения в общей схеме системы водоотведения и выполняемых функций станции могут быть: районными, перекачивающими сточные воды от отдельных районов объекта с нижней отметки коллектора на более высокую по рельефу местности; главными, перекачивающими сточные воды со всей территории жилого объекта на очистные сооружения. К устройству насосных станций второй группы предъявляется целый ряд специфических требований в зависимости от рода перекачиваемой сточной жидкости. Например, агрессивность сточной жидкости по отношению к бетону, чугуну, стали требует защиты резервуаров от разрушения, применения специальных насосов и устройств для периодической промывки их чистой водой. Станции третьей группы сооружают на сети ливневых стоков в тех случаях, когда нельзя отвести атмосферные воды самотеком к месту сброса. Насосные станции четвертой группы находятся в составе сооружений очистки сточных вод и обработки осадка. Такие станции служат для перекачивания осадка из первичных отстойников в метантенки, сброженного осадка из метантенков на сооружения по обработке осадка, уплотненного активного ила в метантенки, активного ила из вторичных отстойников в регенератор активного ила или в аэротенки, песка из песколовок. Кроме того, их сооружают для повышения напора в трубопроводах большой протяженности (транзитные насосные станции). Наличие перечисленных насосных станций не обязательно во всех технологических схемах очистки сточных вод. Их устройство зависит от рельефа площадки и пропускной способности станций очистки сточных вод. Например, в зависимости от высотного расположения иловых площадок, сброженный осадок из метантенков можно выпускать самотеком. На станциях очистки сточных вод небольшой пропускной способности (до 30 000 м3/сут) не всегда требуется постройка отдельных зданий насосных станций, насосные установки размещают в камерах управления первичных отстойников (для перекачивания свежего и сброженного осадка). Насосные агрегаты для перекачивания активного и избыточного активного ила, как правило, устанавливают в одном машинном зале и объединяют с воздуходувной станцией. Только на очень крупных станциях насосные станции для перекачивания активного ила сооружают отдельно. Если взаимное расположение отдельных сооружений станции очистки сточных вод и рельеф местности благоприятствует объединению насосных агрегатов различного назначения, то в одном машинном зале могут быть установлены насосы для перекачивания сырого осадка, сброженного осадка, уплотненного и активного ила. В каждом случае объединение насосных агрегатов в одном здании решается на основании технико-экономического расчета рассматриваемых вариантов и рельефа площадки очистных сооружений. Технологический процесс перекачивания сточной жидкости состоит из двух последовательных операций: освобождения сточной жидкости от содержащихся в ней отбросов, которые могут вызвать засорение насосов, и перекачивания. Следовательно, технологический процесс требует строительства двух помещений: помещения приемного резервуара с решетками и насосного зала. Насосные станции классифицируют следующим образом: по расположению приемного резервуара и помещения решеток относительно машинного зала — станции с раздельным расположением резервуара (рис. 17.8, а) и совмещенные (рис. 17.8, б, в); по расположению насосных агрегатов относительно поверхности земли — станции незаглубленные (до 4 м), полузаглубленные (до 7 м) и шахтного типа (свыше 8 м) (рис. 17.8, г); в зависимости от типов установленных насосных агрегатов — станция с горизонтальными, вертикальными, осевыми и погружными насосами; по системе управления агрегатами — станции с ручным управлением, полуавтоматизированные, автоматизированные с местным диспетчерским пунктом и автоматизированные с телеуправлением (управление насосными агрегатами осуществляется с помощью средств телемеханики). Насосные станции систем водоотведения, как правило, размещаются в самых низких точках территории местности проектируемого объекта, вблизи водоемов, иногда на заболоченной пойме реки. На таких площадках неизбежно высокое стояние грунтовых вод, наличие плывунов и слабых грунтов. Перечисленные факторы обусловливают целесообразность строительства станции опускным способом: наиболее удобная форма здания — железобетонный стакан. Рис. 17.8. Схемы канализационных насосных станций а — раздельная; б — совмещенная; в — совмещенная на скальных грунтах; г — шахтная; д — со шнековыми подъемниками; е — с погружными насосами; 1 — подводящий коллектор; 2 — приемный резервуар; 3 — всасывающие трубопроводы; 4 — напорные трубопроводы; 5 — электродвигатель; 6 — насос Для станций шахтного типа даже при благоприятных гидрогеологических условиях такая форма здания станции оказывается наиболее выгодной и по конструктивным соображениям. В настоящее время для всех станций подачей до 50—160 тыс. м3/сут принимают круглую форму здания в плане (диаметр шахты может достигать 25—50 м). Опыт строительства насосных станций в Москве и Санкт-Петербурга показывает, что станции большой подачи (0,5—1 млн. м3/сут) шахтного типа при благоприятных гидрогеологических условиях также экономически целесообразно строить опускным способом. Строительство подобных станций прямоугольной формы в открытом котловане требует устройства весьма сложного и дорогостоящего крепления его стен и водопонижения, что чрезвычайно стесняет производство работ и ведет к увеличению сроков строительства. Преимущества опускного способа строительства насосных станций еще более возросли в связи с освоением устройства тиксотропной рубашки, состоящей из глинистого раствора, нагнетаемого в пространство между грунтом и стенкой опускного колодца. Применение тиксотропной рубашки позволяет уменьшить толщину монолитных или сборных стен опускного колодца. Преимущества этого способа строительства еще больше возрастают в связи с освоением способа строительства стены в грунте. Незаглубленные здания насосных станций сооружают обычно прямоугольной формы, позволяющей более удобно расположить насосные агрегаты и способствующей лучшей компоновке производственно-вспомогательных и бытовых помещений. Кроме того, прямоугольная форма здания позволяет использовать при строительстве станции типовые строительные детали. Поэтому даже для станций, имеющих подземную часть круглой формы, наземную часть, как правило, выполняют прямоугольной. Раздельная схема насосной станции наиболее благоприятна в санитарном отношении, так как приемный резервуар и помещение решеток полностью изолированы от машинного зала и производственно-вспомогательных помещений, где постоянно находится обслуживающий персонал. К недостаткам этой схемы следует отнести увеличение эксплуатационных расходов и строительной стоимости, большую длину всасывающих труб и, следовательно, усложнение эксплуатации. Поэтому такая схема применяется сравнительно редко. На автоматизированных насосных станциях рекомендуется устанавливать насосы под залив, так как это значительно упрощает схему автоматизации управления насосными агрегатами. Схему насосной станции, приведенную на рис. 17.8, в, рекомендуется применять при строительстве на скальных грунтах. Для уменьшения заглубления резервуара решетки располагают в отдельном помещении. Приемный резервуар выполняют в виде канала для размещения всасывающих труб. В слабых грунтах эту схему применить нельзя, так как расположение плит пола машинного зала на нарушенном грунте может привести к неравномерной осадке, появлению трещин и нарушению гидроизоляции. На рис. 17.8, д приведена схема насосной станции системы водоотведения, оборудованной шнековыми насосами. В этой схеме отсутствуют решетки, так как шнековые насосы практически незасоряемые и могут перекачивать жидкости с весьма крупными включениями. Сточная жидкость по подводящему каналу поступает в распределительный канал и подводится к насосам. Насосы подают жидкость в верхний отводящий канал. На рис. 17.8, е приведена схема насосной станции системы водоотведения, оборудованной погружными насосами. Применение погружных насосов позволяет сократить объемы строительства, так как приемное и машинное отделение совмещаются. Исключаются расходы на отопление, вентиляцию, подачу технической воды. На рис. 17.8 рассмотрены наиболее распространенные схемы компоновки насосных станций. Применяются и другие схемы: например, для крупных шахтных станций можно применить схему с расположением машинного зала в середине приемного резервуара (рис. 11.2). Установка насосных агрегатов по концентрической кривой позволяет увеличить число установленных насосов при том же диаметре шахты насосной станции. Рис. 18.8. Схемы насосных станций для перекачивания илов и осадков Особенностью схемы насосных станций для перекачивания осадка и илов является отсутствие помещения решеток (так как осадок уже прошел механическую очистку и подвергся дроблению), производственных и бытовых помещений (за исключением санузла), которые объединяются в общий комплекс для всей очистной станции. Поскольку помещения решеток отсутствуют, приемные резервуары строят закрытого подземного типа отдельно стоящими (рис. 18.8, а) или совмещенными (рис. 18.8, б). На всех станциях по перекачиванию осадка насосы следует устанавливать под залив Кроме того, необходимо предусмотреть подачу чистой воды из водоема (очищенной сточной) для периодической промывки резервуаров, насосной установки и напорных трубопроводов. На насосных станциях для перекачивания активного ила целесообразно устанавливать осевые или погружные насосы (рис. 18.8, в), так как высота подъема ила обычно 6—8 м, а количество его достигает 50 % объема сточной жидкости. Кроме того, габариты осевых и погружных насосных агрегатов меньше габаритов традиционных центробежных, что позволяет уменьшить площадь станции. Поскольку осевые насосы работают с подпором, станции следует заглублять. При применении погружных насосов нет необходимости заглублять станцию. Транзитные насосные станции аналогичны насосным станциям для перекачивания осадков. Если по условиям транспортирования осадка устройство резервуара для опорожнения трубопровода не требуется, то схема станции упрощается — станция имеет лишь одно помещение машинного зала. При проектировании и строительстве насосных станций следует обращать особое внимание на гидроизоляцию подземной части, которая должна быть водонепроницаемой. Гидроизоляцию выполняют в соответствии с указаниями по проектированию и устройству гидроизоляции подземных частей промышленных и гражданских зданий и сооружений. Стены зданий должны быть покрыты гидроизоляцией, не менее чем на 0,5 м выше уровня подземных вод. На правильно спроектированной и построенной насосной станции не должно быть поступление дренажных вод. §1.8. Приемные резервуары насосных станций систем водоотведения Вместимость приемного резервуара выбирается по требованиям СП (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. Приток сточных вод к насосной станции по часам суток, как правило, неравномерный. Для обеспечения максимально возможного оптимального режима работы насосов необходимо установить в зависимости от их подачи требуемую регулирующую вместимость приемного резервуара, определяемую по совмещенному графику притока бытовых сточных вод (с учетом режима поступления сточных вод от промышленных предприятий) и откачки сточной жидкости. График притока бытовых сточных вод в резервуар по часам суток принимают в зависимости от общего коэффициента неравномерности, который определяют в соответствии с расчетным расходом воды на последнем участке подводящего коллектора перед насосной станцией. Приток производственных сточных вод принимают по данным технологического процесса на промышленном предприятии. График режима работы насосов стремятся максимально приблизить к графику притока сточной жидкости с тем, чтобы получить минимальную вместимость резервуара. Большая вместимость приемного резервуара насосной станции неприемлема вследствие того, что поступающие сточные воды содержат значительное количество загрязнений, которые могут осаждаться в резервуаре, в результате чего сточные воды будут загнивать. Для определения подачи насосов можно воспользоваться ступенчатым или интегральным графиком, нанося на него кривые притока и откачки. При проектировании насосных станций подачу насосов обычно принимают равной максимальному часовому притоку. Однако и в этом случае СП предусматривает создание минимальной приемной вместимости на 5-мин подачу одного насоса. На малых и средних насосных станциях для обеспечения оптимального режима работы насосов в часы минимального и среднего притока необходима емкость регулируемой вместимости. В часы минимального и среднего притока подача насосов превышает приток жидкости и их приходится часто выключать и включать. Математически доказано, что для станций с однотипными насосами наибольшее число включений насоса будет наблюдаться в период, когда приток будет равен (или близок) половине подачи. Большое число включений позволяет сократить вместимость приемного резервуара, но значительно усложняет эксплуатацию насосной станции и оказывает неблагоприятное влияние на электроаппаратуру управления насосами и на систему энергоснабжения. Поэтому частота включения насосных агрегатов в течение 1 ч допускается до 3 при ручном управлении, до 5 при автоматическом управлении и до 15 при применении погружных насосов. Опыт эксплуатации насосных станций показывает, что при мощности электродвигателя выше 50 кВт с автоматическим управлением рекомендуется принимать не более трех включений в час. Крупные агрегаты обычно работают несколько часов без перерыва. Анализ режима работы насосных агрегатов при ограниченном числе включений проще всего произвести графически (рис. 19.8). На оси ординат откладываем значения притока сточной жидкости и подачи насосов в процентах от суточного притока, а на оси абсцисс — время в минутах. Подачу насосов, согласно требованиям СП, принимаем равной максимальному часовому притоку, например для коэффициента часовой неравномерности Kобщ = 1,8ч. макс = 7,5 %, поэтому на графике линии притока и откачки в час максимального притока совпадают (линия 1). Рис. 19.8. График часового режима работы насосной станции Для построения графика подачи насосов в часы 50 %-ного притока от максимального (линия 2) и минимального (линия 3) притока определяют минимально допустимую вместимость резервуара в процентах от максимального часового притока. Например, qч. макс = 7,5 %, тогда Wмин = 7,5: (60: 5) = 0,63 %. Полученное значение Wмин откладывают на оси ординат и проводят пунктирные линии, параллельные оси абсцисс. Точки пересечения пунктирных линий с линиями притока соответствуют моменту наполнения резервуара и необходимости включения в работу насосов. Из точки пересечения пунктирной линии с линией притока (точка а) опускаюг перпендикуляр на ось абсцисс и из полученной точки б проводят линию бв, параллельную линии подачи насосов 1, до пересечения с линией притока 2. Точка пересечения линий притока и откачки в соответствует моменту опорожнения резервуара и выключения насосов из работы. Горизонтальный участок вг соответствует времени наполнения резервуара и интервалу времени между выключением и включением насосов. При достижении разности ординат линии 2 и горизонтального участка вг, равной принятой вместимости, насосы включаются в работу — линия гд. Ломаные линии бвгдеж и икл являются графиками режима работы насосов в часы 50 %-ного и минимального притока. На рис. 19.8 видно, что принятая вместимость резервуара обеспечивает допускаемую частоту включения насосных агрегатов. Принятую вместимость резервуара уточняют по требованиям СП к установке насосных агрегатов и трубопроводов. Если предполагается, что в час максимального притока будут работать два насоса, то в час 50 %-го притока от максимального и час минимального притока может работать один насос. Тогда при его подаче, равной (7,5:2)1,1 = 4,13 % (линия 4), насос при 50 %-ном притоке будет работать постоянно в течение 1 ч (линия 5), а при минимальном притоке потребуется одно выключение в 1 ч (линия 6). Минимальная регулирующая вместимость приемного резервуара, м3, при заданном числе включений насосов в час минимального притока может быть определена и аналитически: Wмин = где Qпр — минимальный часовой приток, м3; n — число включений в 1 ч; Qн.с — подача насосной станции, м3. На насосных станциях большой подачи приемным резервуарам придают форму распределительного канала, имеющего достаточную длину и глубину для размещения в нем всасывающих труб всех насосных агрегатов и минимального заглубления входных воронок. Приемный резервуар, имеющий достаточную вместимость для накопления сточной жидкости, позволяет вести откачку более равномерно, используя оптимальную подачу насосов, несмотря на неравномерность притока сточной жидкости в течение суток. Правильно определенная вместимость приемного резервуара позволяет максимально использовать установленные насосные агрегаты и повысить КПД насосной станции. Резервуар, совмещенный с насосной станцией, должен быть отделен от машинного зала глухой воздухо- и водонепроницаемой стеной с тщательно выполненной гидроизоляцией торкретбетоном. В местах прохода трубопроводов через стенки резервуара устанавливают сальниковые устройства. Глубину рабочей части приемного резервуара (рис. 20.8) следует принимать не менее 1,5—2 м для малых и средних станций и 2,5 м и более для крупных. Дну приемного резервуара придают уклон от наружных стен к приямку не менее 0,05—0,1. Опыт эксплуатации насосных станций Москвы и Санкт-Петербурга показывает, что для лучшего подвода осадка к всасывающим трубам уклон дна следует принимать большим, чем рекомендует СП, на 0,05—0,1. Взмучивание осадка, выпадающего в резервуаре, производят с помощью различных систем. Перфорированные трубы укладывают по периметру резервуара, а открытые выпуски труб — у входных воронок всасывающих трубопроводов. В системы взмучивания подают воду из напорного трубопровода сточной жидкости. Наиболее совершенная система взмучивание осадка – применение погружных миксеров (совокупность рабочего колеса и двигателя). Как показала практика – погружные миксеры удобны в эксплуатации и долговечнее стальных труб. Рис. 20.8. Приемный резервуар 1-подводящий коллектор; 2-распределительный канал; 3- шибер; 4- дробилка; 5- решетка; 6- всасывающий трубопровод; 7- гидроизоляция могут вызвать засорение труб. Система перфорированных труб быстро выходит из строя ввиду частых засорений, поэтому она применяется весьма редко. Более эффективно работает система открытых выпусков труб. Осадок из мертвых зон резервуара периодически смывают с помощью шланга с брандспойтом. Эту операцию производят во время профилактического ремонта резервуара или в часы минимального притока, позволяющего полностью откачать жидкость из резервуара. На средних и крупных насосных станциях резервуары рекомендуется разделять на две части для улучшения условий очистки, осмотра и ремонта. На станциях с подачей 150 тыс. м3/сут и более разделение резервуара обязательно. Наивысший уровень воды в приемном резервуаре принимается равным отметке лотка подводящего коллектора во избежание подпора воды и отложения осадка в коллекторе. Практика показала, что осадок, выпавший в коллекторе в период его подтопления, не отмывается полностью, если даже в дальнейшем откачка будет превышать приток. Смыв осадка возможен лишь при условии, если скорость движения воды в коллекторе будет значительно превышать самоочищающую скорость. Перекрытие резервуара устанавливают на 0,5 м выше наивысшего расчетного уровня сточной жидкости в резервуаре. В перекрытии резервуара устраивают два люка (диаметром 0,7 м). Для спуска в резервуар в стену заделывают ходовые скобы. В помещении приемного резервуара насосной станции сточная жидкость освобождается от отбросов с помощью решеток, устанавливаемых в подводящих каналах. Отбросы, задержанные на решетках, снимаются механическими граблями или вручную, измельчаются в дробилках и спускаются в подводящий канал до места установки. Для предохранения насосов от засорения перед ними устанавливают решетки с шириной прозоров, применяемых в зависимости от типоразмера насоса (см. ниже таблицу). Изменение ширины прозоров в решетке резко сказывается на количестве отбросов, задерживаемых на решетке. Так, например, при увеличении прозоров с 20 до 40 мм количество задержанных отбросов уменьшается примерно в 2—2,5 раза. Если насосная станция перекачивает сточную жидкость непосредственно на очистные сооружения, то независимо от установленных насосов принимают решетку с шириной прозоров 16 мм, а на очистных сооружениях решетки не устанавливают. У нас в стране применяют три типа неподвижных решеток с очисткой их механическими граблями и выгрузкой задержанных отбросов на сортировочный стол или на транспортирующее устройство. В зависимости от схемы очистки решетки, направления движения граблины и места расположения ее по отношению к направлению движения потока решетки подразделяют следующим образом: поворотного типа МГТ — устанавливают под углом 80° к горизонту и очищают граблями, которые движутся перед решеткой по течению сточной жидкости; наклонного типа РМН — устанавливают также под углом 80° к горизонту, но очищают граблями, которые движутся за решеткой по течению сточной жидкости; вертикальная — очищается граблями, которые движутся за решеткой по течению потока. Решетка типа МГТ, Воронежского завода «Водомашоборудование», состоит из неподвижной решетки, грабель и приводной станции. Электродвигатель через редуктор и приводную цепь приводит во вращение две ведущие звездочки и соответственно две тяговые бесконечные цепи, между которыми закреплены грабли. Ведомые (направляющие) звездочки находятся в нижней части корпуса решетки и погружены в сточную жидкость. Число граблин устанавливают в зависимости от количества задерживаемых отбросов, но не более четырех. Если в процессе эксплуатации выяснится, что количество загрязнений невелико, то число граблин может быть уменьшено до единицы. Граблины, двигаясь снизу вверх, своими зубьями входят в прозоры решетки и извлекают задержанные ею загрязнения. В верхней части корпуса решетки граблины очищают скребковым сбрасывателем, который сгребает отбросы с них на сортировочный стол или на транспортирующее устройство. Корпус решетки закрепляется над подводящим каналом на шарнирной опоре, и в случае необходимости осмотра и ремонта нижней части решетки она легко может быть повернута в шарнире опоры. В подводящем канале перед решеткой устанавливают шиберный затвор, позволяющий быстро перекрыть поток и выключить решетку из работы при повреждении грабель. Устройство постоянного затвора за решеткой затрудняет ее обслуживание, поэтому за решеткой допускается устройство только пазов в стенках канала, в которые могут закладываться переносные щиты или шиберные затворы. Рис. 21.8. Камера аварийного затвора 1 — задвижка аварийного выпуска; 2 — стальная труба; 3 — подводящий коллектор; 4 — шиберный затвор Для защиты помещения решеток от затопления при аварийном выключении насосных агрегатов на подводящем коллекторе должен быть установлен аварийный затвор (задвижка) с механизированным приводом, управляемым с поверхности земли (рис. 21.8) и имеющим дистанционное управление с диспетчерского пункта. Если аварийный затвор имеет электрифицированный привод, то двигатель должен быть подключен к сети аварийного питания и иметь параллельный ручной привод. Затвор устанавливают в отдельной или пристроенной к помещению решеток камере. Для предупреждения образования подпора в сети и излива сточной жидкости через люки смотровых колодцев (при длительной остановке насосов) устраивают аварийный выпуск в ближайший водоем (в отдельных случаях в дождевую сеть). Для уменьшения сброса сточной жидкости в водоем необходимо предусмотреть устройства для подключения насосов аварийных машин. Задвижка аварийного выпуска должна быть опломбирована; открыть ее можно только с разрешения органов санитарно-эпидемиологической службы. Выбор места для устройства аварийного выпуска также согласовывается с этими органами. Наилучшим способом удаления отбросов, снятых с решеток, является их измельчение в машинах-дробилках и сброс обратно в подводящий канал перед решеткой для транспортирования и дальнейшей обработки вместе со сточной жидкостью. На крупных насосных станциях предпочтение следует отдать схеме транспортирования отбросов, снятых с решеток непосредственно в метантенки. Это мероприятие способствует повышению эффективности работы песколовок, отстойников и других элементов очистных сооружений. За последнее время среди специалистов по эксплуатации очистных сооружений распространяется мнение, что для повышения экономической эффективности работы очистных сооружений отбросы, снятые с решеток, наиболее целесообразно обрабатывать на фабриках по обработке мусора. Подобные фабрики строят рядом с канализационными очистными сооружениями. Однако это, по-видимому, будет целесообразно только для главных канализационных станций, расположенных на очистных сооружениях. Для дробления отбросов применяют молотковые дробилки, опыт эксплуатации которых показал, что они надежны в эксплуатации и хорошо измельчают отбросы. Отопление заглубленных приемных резервуаров насосных станций не требуется, так как теплопотери через стены резервуара незначительны, а температура сточной жидкости обычно не бывает ниже 10—12 °С. Если в помещении решеток постоянно находится обслуживающий персонал, то температура воздуха в отопительный период не должна быть ниже 16 °С. Основными вредностями в помещении решеток являются газовые выделения, проникающие из подводящего канала и приемного резервуара. Для борьбы с газовыми выделениями устраивают приточную вентиляцию с подогревом воздуха (в отопительный период) и вытяжную вентиляцию с отсосами от канала решеток и от дробилок с десятикратным обменом воздуха в час. Для предупреждения поступления воздуха из канала решеток воздухораспределитель приточной вентиляции устанавливают в рабочей зоне помещения на высоте 2 м от пола, а отсос воздуха — в канале решеток, кроме того, воздуха поступает несколько больше, чем отсасывается. С 1996 года в системах водоотведения МГП «Мосводоканала» успешно применяются аварийно-регулирующие резервуары, предназначенных для приема сточных вод при аварийных ситуациях. Наличие регулирующих емкостей в составе сооружений системы водоотведения позволяет сгладить их режим работы и повысить экологическую безопасность. Расположение насосных агрегатов На канализационных насосных станциях можно применять те же схемы расположения насосных агрегатов, которые применяют при проектировании водопроводных насосных станций. Наиболее рационально применять однорядную схему с параллельным расположением агрегатов в ряду и с расположением осей насосов перпендикулярно стене, отделяющей приемный резервуар от машинного зала. Для определения необходимой площади машинного зала нужно знать число и типоразмер насосов, намеченных к установке на насосной станции. Необходимую подачу насосов устанавливают по максимальному часовому притоку и графику откачки . Для выбора насоса по каталогу необходимо знать второй параметр насоса — напор, определяемый по формуле Н = Нг + h вс + h н + hз, где Нг = Zп - Zр - геометрическая высота подъема жидкости, м ; h вс — потери напора во всасывающем трубопроводе, м; h н — потери напора в напорном трубопроводе, м; hз — запас на излив жидкости из трубопровода (принимается равным 1 м). При вычислении геометрической высоты подъема жидкости за отметку подъема сточных вод Zп принимают: при присоединении напорного трубопровода к приемному колодцу или отводящему самотечному каналу выше горизонта сточных вод в них — отметку верха напорного трубопровода; при присоединении напорного трубопровода ниже уровня сточных вод в приемном колодце или канале — отметку наивысшего расчетного уровня сточных вод в них; при пересечении напорным трубопроводом возвышенности, имеющей отметку выше уровня сточной жидкости в приемном колодце или в отводящем канале, — отметку верха трубопровода в точке максимальной возвышенности. За расчетную отметку уровня сточных вод Zр принимают: для станций с регулирующими резервуарами — отметку среднего уровня сточных вод в них, который принимают на 1 м ниже лотка подводящего коллектора; для станций, не имеющих регулирующих резервуаров, — отметку уровня воды в подводящем коллекторе при минимальном притоке сточных вод на насосную станцию. Насосы на канализационных насосных станциях рекомендуется устанавливать под залив. Если насосы устанавливают не под залив, следует проверить возможность работы насоса при понижении уровня воды в регулирующем резервуаре ниже среднего принятого уровня. При попадании режимной точки работы насоса в зону кавитации за расчетный уровень принимают наинизший допустимый уровень воды в приемном резервуаре. На насосных станциях следует устанавливать по возможности однотипные насосы. Применение разнотипных насосов затрудняет их монтаж, эксплуатацию и ремонт. На станциях шахтного типа лучше всего устанавливать вертикальные насосы, так как насос и электродвигатель находятся в разных помещениях, расположенных одно над другим, и, следовательно, требуется меньшая площадь в плане для их установки. Выбирая насос на заданную подачу, необходимо стремиться к тому, чтобы требуемая высота подъема сточной воды возможно точнее соответствовала напору, развиваемому насосом. Особенно это важно для работы насосов с пологой характеристикой в рабочей части, когда незначительное изменение напора, развиваемого насосом, приводит к резкому изменению подачи. На насосной станции следует устанавливать резервные насосы: при числе рабочих насосов до двух — один насос; при числе рабочих насосов более двух — два насоса. Если на станции установлены разнотипные насосы, то резервный агрегат принимают такого же типа, как насос, имеющий наибольшую подачу. При применении погружных насосов – один резервный агрегат можно хранить на складе. При размещении насосных агрегатов в машинном зале необходимо учитывать следующие основные требования: насосные агрегаты и вспомогательное оборудование должны размещаться таким образом, чтобы были обеспечены свободный доступ к ним, а также удобство и безопасность их обслуживания; профилактический ремонт насосного агрегата должен производиться на месте при работающих соседних агрегатах; должно быть обеспечено визуальное наблюдение за работающими агрегатами, по возможности с одного пункта (лучшее решение — от щита управления); на средних и крупных насосных станциях должно быть выделено место для монтажной площадки . Для обеспечения свободного доступа к агрегатам и для безопасного их обслуживания предусматривают проходы. Расстояние между неподвижными выступающими частями трубопроводов и арматуры принимается не менее 0,7 м; между электродвигателями низкого напряжения (до 1000 В) — не менее 1 м, высокого напряжения — не менее 1,2 м; от стены до торца электродвигателя низкого напряжения — 1,5 м, высокого напряжения — 2 м. Ширина прохода между электрощитами и оборудованием должна быть не менее 1,5 м. На канализационных насосных станциях шахтного типа, оборудованных насосами с низковольтными электродвигателями, допускается устанавливать насосные агрегаты (продольной стороной) вдоль стены здания на расстоянии от стены не менее 0,25 м (лучше 0,3 м) при сохранении указанных выше проходов между трубопроводами и оборудованием. Кроме того, допускается установка двух указанных насосов на общей фундаментной плите без прохода между ними, но с проходом вокруг них не менее 1 м. Вспомогательные насосы можно устанавливать на расстоянии от стены не менее 0,25 м без кругового прохода к оборудованию. На станциях, где устанавливают вертикальные насосы, машинный зал состоит из двух отделений — нижнего насосного и верхнего моторного (двигательного). Поскольку в нижнем отделении нельзя устанавливать подъемно-транспортные механизмы, в нем устраивают площадку, на которую можно перенести снятый с фундамента насос. Над площадкой в перекрытии устраивают монтажный люк для подъема насосов и оборудования в верхние зал и транспортирования их на монтажную площадку. При установке на станции крупных вертикальных насосов по однорядной схеме площадки располагают вне ряда агрегатов и таким образом, чтобы на одной площадке можно было обслуживать два соседних агрегата. Для подъема и транспортирования насосов и другого оборудования применяют неподвижные балки с кошками и электроталями (при весе перемещаемого груза до 2 т) и мостовые или однобалочные краны (при весе груза более 2 т). Насосные агрегаты устанавливают на фундаменты, размеры которых определяют по заводским установочным чертежам. Как правило, фундамент станции представляет собой монолитную железобетонную плиту. Насосные агрегаты устанавливают на бетонные подушки высотой 100—300 мм. Минимальная высота подушки определяется возможностью присоединения трубопроводов и арматуры к насосу. Конструкция фундамента под вертикальные насосы зависит от расположения всасывающего патрубка насоса. Обычно фундамент под эти насосы выполняют в виде двух железобетонных стенок, установленных на плите основания. Высоту машинного зала, не оборудованного подъемно-транспортными механизмами, следует принимать не менее 3 м. В зданиях насосных станций, оборудованных подъемными механизмами, высоту машинного зала ' принимают по расчету. Полу машинного зала придается уклон 0,03—0,05 к сборному лотку для удаления воды от мытья полов и аварийных разливов. Вода собирается в приямке, откуда ее перекачивают дренажными насосами в приемный резервуар или отсасывают рабочими насосами. В помещении машинного зала устраивают приточно-вытяжную вентиляцию. При избыточном выделении тепла от двигателей количество подаваемого воздуха определяется расчетом. При отсутствии избытков тепла принимают однократный обмен воздуха в час. Вентиляционные воздуховоды для машинного зала и приемного резервуара выполняются раздельно. № п/п 15. Глава 8. Насосные и воздуходувные станции. Определения. Организация и проведение проектных работ §1.8. Насосные и воздуходувные станции. Определения. Насосные и воздуходувные станции это сооружения, которые служат для подачи жидких и газообразных сред в точки отбора, в соответствии с требованиями потребителей. Условия функционирования системы водоснабжения или водоотведения назначаются по трем категориям: , , . К насосным и воздуходувным станциям различных категорий предъявляются соответствующие требования по бесперебойности энергоснабжения (для станций  и  категории подключение не менее чем к двум независимым ЛЭП) по капитальности сооружений, по резерву технологического оборудования. От категории насосной или воздуходувной станции зависит число резервных агрегатов, которые размещаются на станции или на складе, число всасывающих и напорных трубопроводов, их пропускная способность, количество и размещение переключений на внутристанционных коммуникациях. Наряду с обеспечением подачи и напора (давления) среды в диктующих точках системы (водоснабжения или водоотведения), предусмотренных технологическим графиком, и удовлетворением требований по бесперебойности работы, на стадии проектирования станций необходимо решать задачи по обеспечению минимума затрат на их строительство и эксплуатацию, комфортных условий обслуживания, сокращения персонала за счет оптимального применения автоматики и телемеханики. Необходимо учитывать, что любая насосная или воздуходувная станция, которая входит в состав системы водоснабжения или водоотведения обслуживаемого объекта (населенного пункта, промышленного предприятия, очистных сооружений), должна отвечать условиям унификации и модернизации. В перспективе объекты развиваются, требования к подачам сред возрастают. Срок первой очереди строительства объекта принимается в пределах Т1  5 лет, а второй – в пределах Т2  20-50 лет. В этой связи при проектировании предусматривается, что конструкции, помещения станции должны обеспечивать возможность замены ее основного и вспомогательного оборудования на интервале всего срока эксплуатации Т2. С инженерной и общественной точек зрения любая насосная (воздуходувная) станция представляют собой сложный комплекс сооружений и оборудования, технические показатели и параметры которой (безотказности, долговечности) во многом определяют экономическую эффективность работы системы водоснабжения (водоотведения) в целом. Основным оборудованием насосных и воздуходувных стаций являются насосные и компрессорные агрегаты. Каждый агрегат объединяет: нагнетатель среды и двигатель. Нагнетателями сред служат насосы и компрессоры. К нагнетателям, которые обеспечивают перемещение сред за счет потенциальной или кинетической энергии жидкостей или газов, относятся струйные аппараты, пневматические водоподъемники (эрлифты), тараны и т.д. Чтобы скомпоновать насосную или воздуходувную станцию, которая обеспечивала бы перемещение жидкой или газообразной среды до точки, в соответствии с требованиями потребителей, необходимо знать устройства и свойства комплектующего оборудования этих станций, и в первую очередь насосов и компрессоров. Проектирование насосных и воздуходувных станций систем водоснабжения и водоотведения непосредственно связано с решением технических и экономических задач по выполнению требований потребителей к подаче воды на хозяйственно-питьевые, технологические, противопожарные нужды, либо к перекачке бытовых, атмосферных, производственных сточных вод и осадков. Эффективность их решения обусловливается той особенностью, что обеспечение требований потребителей по подаче и отводу различных сред за определенный интервал времени при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах, должны рассматриваться в комплексе с природоохранными мероприятиями, без отрыва от достижения поставленной задачи. Физические свойства жидких и газообразных сред (при дозвуковых скоростях газа), которые перекачивают насосные и воздуходувные станции имеют большое сходство, что позволяет сравнивать насосы с группой машин для сжатия и перемещения газов - вентиляторами, воздуходувками, компрессорами по конструктивному исполнению. Конструктивное и функциональное подобие насосных и воздуходувных установок обуславливает подобие и станций, на которых они устанавливаются, а также подобие принципов их проектирования. Отечественная промышленность выпускает в настоящее время все типы насосов, компрессоров необходимых для народного хозяйства страны, - начиная от миниатюрных дозирующих насосов и кончая гигантскими осевыми насосами. Кроме того, рынок страны наполнен разнообразными видами насосов и компрессоров зарубежного производства достаточно в большем диапазоне производительностей и конструкций. Любой вид нагнетателя имеет достоинства и недостатки, в этой связи назначение специалиста не в том, чтобы выбрать для работы на насосной станции наиболее эффектный агрегат, а такую машину, которая лучшим образом обеспечит выполнение задачи в совокупности со всем оборудованием станции. Специалист в области «водоснабжение и водоотведение» должен усвоить принципы работы и конструкции основных типов насосов (компрессоров); знать условия их применения и технические характеристики; методы расчета подачи и напора, а также принципы проектирования, условия компоновки, монтажа и эксплуатации нагнетательных установок и станций. §2.8. Водопроводные насосные станции. По своему назначению и расположению в общей схеме водоснабжения насосные станции подразделяются на станции: I подъема, II подъема, повысительные и циркуляционные. Насосные станции I подъема забирают воду из источника водоснабжения и подают ее на очистные сооружения или, если не требуется очистки воды, непосредственно в резервуары, распределительную сеть, водонапорную башню либо другие сооружения в зависимости от принятой схемы водоснабжения. На промышленных предприятиях с процессами, предъявляющими различные требования к качеству воды, на одной и той же насосной станции могут быть установлены насосы: технологические, для системы хозяйственно-питьевого водоснабжения, пожаротушения водоснабжения, пожаротушения. Рис. 1.8. Насосная станция 1 подъема, оборудованная вертикальными центробежными насосами 2- монтажная площадка; 2- помещение пульта управления; 3- помещение РУ Насосные станции II подъема служат для подачи очищенной воды потребителям, обычно из резервуаров чистой воды. Рис. 2.8. Насосная станция II подъема, оборудованная насосами двустороннего входа 1 – машинный зал; 2-помещение обслуживающего персонала;3 – щитовая; 4 – камеры трансформаторов; 5- помещение РУ; 6- помещение выпрямителей; 7- помещение статических конденсаторов; 8 –санузел; 9-мастерская; 10 – всасывающие трубопроводы; 11- напорные трубопроводы В некоторых случаях на одной станции могут размещаться насосы I и II подъема, что позволяет уменьшить расходы на строительство и эксплуатацию сооружения. Повысительные насосные станции (станции подкачки) - предназначены для передачи энергии потокам воды потребителям, расположенным на более высоких отметках или на расстоянии, требующем дополнительного напора на преодоление сопротивлений по длине трубопровода. Циркуляционные насосные станции применяются в системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий (тепловых электростанций). Эти станции перекачивают воду на технологические нужды после очистки (охлаждения) для повторного использования. Насосные станции мелиоративных систем (орошения, осушения местности) обеспечивают подачу воды на орошение сельскохозяйственных культур, перекачивают избыточную воду местности в проточные водоемы (реки, каналы). Насосные станции гидротехнических сооружений обеспечивают подачу воды в каналы со шлюзами. Передвижные насосные станции обеспечивают подачу воды на строительные площадки, объекты временного назначения. Рис. 3.8.Передвижная насосная станция с насосом типа К 2- приемный клапан, 2 гибкие соединения 3- монтажная вставка на всасывающем трубопроводе; 4- задвижка, 5- насос; 6 – электродвигатель; 7 - монтажная вставка на напорном трубопроводе К передвижным насосным станциям относятся и плавучие насосные станции. Все оборудование плавучих насосных станций размещается на понтоне (см. рис. 3.8). Рис.4.8. Плавучая насосная станция с наосами типа Д По условиям функционирования насосные (воздуходувные) станции систем водоснабжения подразделяются:  категории - допускает перерыв в подаче среды (воды или воздуха) потребителям на время (не более 10 мин), необходимое для выключения поврежденных и включения резервных элементов (оборудования, агрегатов, арматуры, трубопроводов); допускается условие функционирования сооружений, при котором расход воды (газообразной среды) у потребителей снижается на 30% от расчетного количества на время до 3 суток;  категории - допускает перерыв в подаче среды для проведения ремонта (не более 6 часов), необходимое для выключения поврежденных и включения резервных элементов (оборудования, агрегатов, арматуры, трубопроводов); допускается условие функционирования сооружений, при котором расход воды (газообразной среды) у потребителей снижается на 30% от расчетного количества на время до 10 суток;  категории - допускает перерыв в подаче среды для проведения ремонта (не более 24 часов), необходимое для выключения поврежденных и включения резервных элементов (оборудования, агрегатов, арматуры, трубопроводов); допускается условие функционирования сооружений, при котором расход воды (газообразной среды) у потребителей снижается на 30% от расчетного количества на время до 15 суток. §3.8. Насосные станции систем водоотведения Назначение насосных станций систем водоотведения заключается в перекачке сточных вод в места отвода по напорным трубопроводам. Системы водоотведения подразделяются на: системы бытовых стоков, системы поверхностных стоков, системы по перекачке осадков, ила, системы водоотведения промышленных стоков. В этой связи, насосные станции систем отведения можно подразделять по виду перекачиваемых сред: насосные станции по перекачке производственных сточных вод, бытовых, поверхностных, по перекачке канализационных илов, осадков и т.д. В настоящее время четкой классификации насосных станций не существует, а приведенное выше деление насосных станций по названиям следует рассматривать, как информацию о сложившейся ранее традиции в инженерной практике именовать сооружения по перекачке сред. Рис. 5. 8. Насосная станция системы водоотведения с вертикальными насосами 2- напорный коллектор; 2- дренажный насос; 3 – труба для подачи воды на взмучивание осадка;4 – бак отработанного масла; 5 - вертикальный насос; 6- подводящий канал; 7 –электродвигатель; 8-кронштейн для подвешивания тали; 9- транспортер; 10 – решетка; 11-кран –балка; 12-шиберныйзатвор; 13- мостовой кран; 14 щитовой затвор; 15-сбросная труба; 16 – насос системы технического водоснабжения Рис. 6.8. Насосная станция для перекачки атмосферных вод 1-пруд-накопитель; 2- решетка; 3- щитовой затвор; 4 – осевой насос; 5 – кран балка; 6 –напорный трубопровод В настоящее время четкой классификации насосных станций не существует, а приведенное выше деление насосных станций по названиям следует рассматривать, как информацию о сложившейся ранее традиции в инженерной практике именовать сооружения по перекачке сред. По условиям функционирования насосные (воздуходувные) станции систем водоотведения подразделяются:  категории - не допускает перерыва или снижения подачи среды (воды или воздуха) потребителям;  категории - допускает перерыв в подаче среды для проведения ремонта (не более 6 часов);  категории - допускает перерыв в подаче среды для проведения ремонта (не более 24 часов). §4.8. Воздуходувные станции Воздуходувные станции по аналогии с насосными станциями подразделяются на три категории , , . На этих станциях устанавливаются машины, которые подают сжатый воздух. Тип воздуходувной машины - оказывает непосредственное влияние на компоновку станции. Машины, предназначенные для сжатия (компримирования) и перемещения воздуха называются компрессорами (нагнетателями воздуха). Рис.7.8. Общий вид машинного зала воздуходувной станции Рис.9.8. Модульная воздуходувная установка (сборно-разборная Сходство физических свойств жидкостей и газов позволяет установить подобие насосов с нагнетателями воздуха и классифицировать их по группам: объемные, динамические. Объемные нагнетатели (компрессоры): поршневые, роторные, винтовые. Динамические нагнетатели (компрессоры): лопастные (центробежные, диагональные, осевые). В поршневом нагнетателе сжатие воздуха производится в цилиндре посредством поршня, совершающего возвратно-поступательное движение. В центробежном нагнетателе (воздуходувке) сжатие воздуха производится вращающимся рабочим колесом, снабженным лопастями; направление потока воздуха в нем – радиальное. В осевом нагнетателе направление потока воздуха - осевое. В диагональном – диагональное. В роторном нагнетателе сжатие воздуха осуществляется в отсеках, образующихся в зазоре между корпусом (статором) машины и вращающимся ротором, который расположен эксцентрично по отношению к статору, с помощью рабочих пластин, скользящих по внутренней поверхности статора. Сжатый воздух является аккумулятором энергии, достаточной для перемещения запорно-регулирующих трубопроводных устройств, для привода механизмов. Воздух хорошо транспортируется по трубопроводам и может использоваться на технологические нужды в системах водоснабжения и водоотведения. Примерами использования сжатого воздуха могут служить: применение его в эжекторах и подъемниках для перемещения различных жидкостей; для выполнения различных процессов и реакций, где воздух используется благодаря наличию в нем кислорода (в аэротенках, преаэраторах, стабилизаторах ила) во флотаторах, для выделения органических веществ из воды; для сжатия воздуха, как аккумулятора энергии, которая может использоваться при работе различных машин и механизмов при автоматизации технологических процессов и т.д. Состав основного и вспомогательного оборудования, помещений и конструктивные особенности воздуходувной станции системы водоснабжения или водоотведения (ВиВ) обуславливаются назначением, условиями ее функционирования, энергетическими параметрами: Р - давлением перемещаемой среды, измеряемым в Па, кг/см2, ати; Q - подачей, выражающейся количеством воздуха поданного в единицу времени и измеряемой в м3/час, м3/мин, м3/с; N - мощностью, измеряемой в кВт. §5.8. ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ ПРОЕКТНЫХ РАБОТ НАЗНАЧЕНИЕ ПРОЕКТА И СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Строительство насосных и воздуходувных станций требует полной и качественной проектно-сметной документации. В целях обеспечения качественных инженерных решений, при проектировании любой насосной или воздуходувной станции выполняются следующие работы: 1) определяются размеры здания, сооружений станции, а также место их расположения на генеральном плане объекта; 2) составляются схемы приема, очистки, подачи жидкости (воздуха), системы энергоснабжения, водоснабжения, водоотведения, отопления, вентиляции, освещения, контроля и автоматики объекта; 3) согласовываются с заказчиком подъездные пути и внешние инженерные коммуникации; 4) выполняются рабочие чертежи, спецификации, составляется техническая документация, необходимые для выполнения строительных и монтажных работ; 5) определяют стоимость строительства станции и затраты по ее эксплуатации. Решение этих вопросов осуществляется в известной последовательности и в объеме, установленном «Инструкцией о составе, порядке разработки, согласования и утверждения проектно-сметной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений» [30]. В соответствии с инструкцией [30] и Постановлением Правительства РФ [34], проектирование нового строительства, расширение, реконструкция производятся на основании утвержденных технико-экономических обоснований (ТЭО) или технико-экономических расчетов (ТЭР) в одну или две стадии: в одну стадию — рабочий проект со сводным сметным расчетом стоимости — для предприятий, зданий и сооружений, строительство которых будет осуществляться по типовым и повторно применяемым проектам, и для технически несложных объектов; в две стадии — проект со сводным сметным расчетом стоимости и рабочая документация со сметами — для других объектов строительства, в том числе крупных и сложных. Когда проектируется воздуходувная станция, аналитическими и графическими методами определяют: - давление, температуру и расход воздуха для станции; - количество и тип воздуходувок, двигателей и вспомогательного оборудования воздуходувной станции; - потребности в электроэнергии и обслуживающем персонале; - габариты здания; - объем строительных работ. Проект содержит пояснительную записку и рабочие чертежи. По рабочим чертежам осуществляются строительство и монтаж здания, оборудования, инженерных коммуникаций воздуходувной станции. Уточняется место расположения здания и сооружений станции на генеральном плане с привязкой к разбивочным координатным сеткам и вертикальным отметкам. Пояснительная записка и рабочие чертежи комплектуются со сметной документацией. Сметная документация является одним из важнейших разделов проекта. Общая сметная стоимость строительства насосной или воздуходувной станции определяется сводным сметно-финансовым расчетом. Сводный сметно-финансовый расчет станции при двухстадийном проектировании составляется на основе сметно-финансовых расчетов на отдельные (локальные) системы и сооружения. Сметная документация, прилагаемая к проекту, состоит из локальных и сводной смет. Сметы составляются на основе: данных технического проекта или рабочих чертежей по объему строительно-монтажных работ, оборудования, запроектированного для данного объекта; единичных расценок для данного территориального района; норм накладных, транспортных и заготовительных расходов и плановых накоплений. Для определения стоимости оборудования используются утвержденные прейскуранты на оборудование и ценники на его монтаж. Сметы составляются на строительные, электротехнические и санитарно-технические работы, оборудование и его монтаж, специальные сооружения, внутриплощадочные сети и другие работы. В смете, составляемой по рабочим чертежам технологической части проекта станции, должна быть указана стоимость монтажа основного и вспомогательного оборудования, подъемно-транспортного оборудования, трубопроводов с арматурой, контрольно-измерительных приборов, специальных работ (фундаменты под оборудование, площадки, лестницы и т.п.). На изыскание и проектирование вспомогательных зданий и сооружений, а также временных зданий и сооружений сметы не составляются, а составляются лишь сметно-финансовые расчеты по прейскурантам и по укрупненным измерителям. §6.8. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Проектирование насосной или воздуходувной станции производится на основании задания на проектирование, которое должно быть исчерпывающе ясным и содержать исходные данные, необходимые для комплексного проектирования станции, сооружаемой на территории конкретного объекта. Проектирование технологической части станции ведется в такой последовательности: 1) уточняются и корректируются исходные данные для проектирования, особенно в части режима работы и требований потребителей по подаче воды (воздуха) ; 2) составляются таблицы расходов воды (воздуха) потребителями, определяются экстремальные режимы работы станции; 3) выбираются типы и количество основного и вспомогательного оборудования станции; 4) составляется принципиальная технологическая схема и выполняется компоновка станции; 5) определяются эксплуатационные расходы и технико-экономические показатели станции, составляется проектно-сметная документация. Исходными данными для разработки проектного задания являются: - ситуационный план объекта в масштабе 1/5000 или 1/10000 с указанием мест нахождения потребителей воды (воздуха) и намечаемой площадки строительства станции; - выкипировка из генерального плана в масштабе 1/500, 1/1000 или 1/2000 с нанесением: - места расположения проектируемой станции; - соседних сооружений с их назначением и краткой строительной характеристикой; - источника питания электроэнергией; - мест подключения тепловых сетей, водопровода, канализации (бытовой, ливневой, дренажной); - сведения о протяженности трассы трубопроводов, об отметках диктующих точек потребления (сброса); -данные существующих и проектируемых автодорог и железнодорожных путей; - данные о подземных и надземных коммуникаций; тоннелей, колодцев, электрокабелей и других сооружений, которые могут повлиять на расположение и конструкцию здания станции; - данные геодезических отметок местности; - данные изысканий (геологических, гидрогеологических и климатических); - архитектурные требования к проектируемым зданиям; - очередности строительства, сроки ввода в эксплуатацию и перспективы дальнейшего расширения станции и всего объекта; - сведений о ранее заказанном или выделенном заказчику оборудовании, спецификаций, технических характеристик и габаритных чертежей оборудования; -степени загрязненности воздуха площадки строительства станции механическими примесями (в мг/м3) и газами (в мг/л); - характеристик источников электроснабжения (учитывая необходимость бесперебойного питания станции) с указанием: а) напряжения питающих фидеров; б) существующего напряжения сети силового и осветительного электрооборудования (совместное или раздельное питание); в) оборудования питающих фидеров со стороны источника питания и параметров оборудования; г) токов короткого замыкания и замыкания на землю; д) видов защиты, принятых на головном участке питающих фидеров; е) мощности системы или генерирующей установки, от которой производится питание станции; ж) резервной мощности в существующих низковольтных трансформаторах источника электроснабжения и возможности установки в камерах более мощных трансформаторов; з) наличия на объекте общей сети заземления. Если для питания оборудования станции необходимо использовать имеющиеся высоковольтные линии, то требуется указать их тип, параметры, состояние и существующую нагрузку. При сборе данных по проектируемому объекту необходимо получить: - тарифную сетку ставок должностных окладов инженерно-технических работников и обслуживающего персонала; - единичные расценки на строительные, сантехнические, специальные работы, принятые на данном строительстве, и калькуляции цен на строительные, сантехнические материалы и стоимость машино-смены механизмов в действующих ценах; - условия начисления накладных расходов, группы строительства и других местных данных, влияющих на сметную стоимость объекта; - основные принципы организации строительных и монтажных работ, могущих влиять на проектные решения станции, в том числе максимально допустимый вес сборной строительной детали и высоту ее подъема; - дополнительные требования заказчика, которые необходимо учесть при проектировании. §7.8. СОСТАВЛЕНИЕ ПРОЕКТНО-СМЕТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ Проектирование и строительство насосных и воздуходувных станций должны вестись в соответствии с требованиями норм и правил строительного проектирования, правил устройства станций [20—33]. До недавнего времени в архивах проектных институтов хранились типовые проекты насосных и воздуходувных станций разных производительностей, а потому проектирование станций чаще всего сводилось к привязке соответствующего типового проекта или реконструкции действующих воздуходувных станций. В настоящее время все типовые проекты станций отменены, но принимать их как пример при выборе инженерных решений не запрещается. Во всех случаях проектно-сметная документация должна составляться по правилам и в соответствии с эталоном оформления графических проектных материалов. Проекты, сметы и рабочие чертежи должны выполняться ясно и четко, чтобы пользование ими не вызывало затруднений. Чертежи должны составляться с применением условных обозначений, в соответствии со стандартами и нормами. Рассмотрение и утверждение проектно-сметной документации производятся в соответствии с существующими законодательными требованиями. На утверждение представляются проектное задание со сводным сметно-финансовым расчетом. Рабочие чертежи составляются ответственными за их исполнение проектными организациями и утверждению не подлежат. Рабочие чертежи, поступающие на строительство, передаются к исполнению за подписью главного инженера строящегося объекта. Проекты и сметы представляются на утверждение заказчику. Проектные организации по требованию заказчика обязаны провести защиту разработанного ими проекта в утверждающих инстанциях (экспертных организациях). §8.8. НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ Проектирование насосной станции начинается с определения их энергетических параметров, необходимых для обеспечения требований потребителей по подаче воды. В составе таких параметров входят два независимых параметра - производительность Q и напор H. Данные параметры оцениваются для любой насосной станции по единой методике, но имеются особенности, которые учитываются в зависимости от типа насосной станции. Тип водопроводной насосной станции определяется ее назначением и подачей, а так же зависит от вида источника водоснабжения, режима работы и эксплуатации, рас­положения здания насосной станции по отношению к водозаборному со­оружению, типа и характеристик основного оборудования и систем приво­да, климатических условий и гидрогеологии местности (рис. 10.8 – 12.8). Рис. 10.8. Принципиальные схемы компоновки сооружений насосных стаций  подъемы, использующих источники поверхностных вод 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 Рис.11.9. Схемы насосных станций, использующих источники подземных вод а — с индивидуальными насосными установками; б — с групповым водозабором; в — с сифонным коллектором; 1 — скважины с установленными в них насосами; 2 — сборный коллектор; 3 — напорный трубопровод; 4 — водонапорная башня; 5 — разводящая сеть водопровода; 6 — скважины без насосов; 7 — самотечный трубопровод; 8 — сборный колодец; 9 — всасывающие трубы; 10 — насосная станция I подъема; 11- вакуум-котел Рис. 12.8. Принципиальные схемы насосных станций II подъема а — раздельное расположение; б — объединенное расположение; 1 — напорные трубопроводы насосов I подъема; 2 — очистные сооружения; 3 — трубопроводы от очистных сооружений к резервуару чистой воды; 4 — резервуар чистой воды; 5 — всасывающие трубопроводы насосов II подъема; 6 — насосная станция II подъема; 7 — напорные трубопроводы насосов II подъема; 8 — водозаборное сооружение; 9 — самотечные водоводы; 10 — насосная станция I подъема По характеру основного оборудования насосные станции могут быть: - с центробежными горизонтальными или вертикальными насосами; - с осевыми и диагональными горизонтальными, наклонными или вер­тикальными насосами; - с объемными насосами; - с водоподъемниками различных типов. По расположению лопастных насосов относительно уровня воды в приемном резервуаре: - с положительной высотой всасывания; - с отрицательной высотой всасывания (под заливом); По расположению относительно поверхности земли: - заглубленными (шахтного типа); - частично заглубленными; - наземными. По характеру управления: - с ручным управлением; - автоматическими; - дистанционными. По форме здания: - круглые в плане; - прямоугольные. Состав оборудования насосных станций Для выполнения главной функции насосной станции - подачи воды –на станции устанавливается различное оборудование, от которого зависят эффектив­ность и качество ее эксплуатации. Основное энергетическое оборудование включает насосы и приводы. Привод насосов обычно осуществляется с помощью электро­двигателей. Механическое оборудования включает в себя сороудерживающие уст­ройства, затворы, подъемно-транспортные механизмы. Вспомогательное оборудование включает в себя: Систему технического водоснабжения (СТВ). Она предназначена для подачи технически чистой воды к устройствам для водяной смазки направ­ляющих подшипников и сальниковых уплотнений насосов. Дренажно-осушительную систему (ДОС). Она предназначена для от­качивания воды из камер, самотечных и всасывающих труб насосов, удале­ния дренажной воды из подземных помещений. Систему маслоснабжения (СМС), служащую для обеспечения маслами соответствующих марок масляных ванн и подшипников электродвигате­лей, силовых трансформаторов. Систему пневматического хозяйства (СПХ). Вакуум-система, предна­значенная для заливки водой насосов, установленных выше уровня воды в приемном резервуаре. Контрольно-измерительные приборы и системы автоматизации (ком­плекс КИПиА) включают в себя устройства контроля за состоянием основ­ных агрегатов и другого оборудования. Трубы и фасонные части, обеспечивающие присоединение насосов к всасывающим и напорным трубопроводам. Электрические устройства включают в себя силовые трансформаторы, выводы высокого и низкого напряжения, распределительные устройства, токопроводы к электродвигателям, системы контроля. Противопожарные и санитарно-технические устройства. Расчет энергетических параметров 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 Q ч = αQмакс. сут/T, (1.8) где Qмакс.сут - максимальный суточный расход, м3/сут; α - коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды станции, принимается равным 1,04—1,1 в зависимости от качества воды в источнике водоснабжения, конструкции фильтров, принятой интенсивности промывки и схемы повторного использования промывной воды; T — продолжительность работы насосной станции, принимаемая обычно T = 24 ч; меньшее число часов работы станции принимают только при малом суточном расходе воды и при соответствующей конструкции очистных сооружений, допускающих перерыв в работе. Подача насосной станции I подъема при поступлении воды без очистки в резервуары. Подача воды на хозяйственно-питьевые нужды без очистки возможна лишь при использовании артезианских вод или подрусловых вод с устройством скважин. В этом случае чаще всего вода насосной станцией I подъема подается в резервуары чистой воды, откуда насосами станции II подъема — потребителям. Такая схема подачи воды потребителям позволяет установить равномерную круглосуточную работу насосов I подъема, произвести расчет на среднечасовую подачу и уменьшить число скважин или их диаметр. Кроме того, равномерный и непрерывный отбор воды улучшает режим работы скважин. Часто круглосуточный режим водоотбора диктуется ограниченным дебитом скважины. Подача насосной станции I подъема на нужды промышленных предприятий устанавливается в зависимости от того, куда подается вода: непосредственно на производство (система прямоточного водоснабжения) или в оборотную систему водоснабжения, имеющую циркуляционные насосные станции в системе водоохлаждающих устройств. При прямоточной системе водоснабжения должна быть обеспечена подача насосной станции, отвечающая режиму водопотребления производства. Если режим водопотребления равномерный, то подача станции определяется по формуле (1.8), если неравномерный — из условия обеспечения наибольшего часового расхода в дни максимального водопотребления, т. е. по методике расчета насосных станций II подъема городского водопровода. При оборотной системе производственного водоснабжения насосная станция I подъема подает средний часовой расход воды на восполнение безвозвратных потерь. Вода подается в резервуар охладительных устройств, откуда циркуляционными насосами — в систему производственного водоснабжения по графику режима водопотребления. Подача насосной станции I подъема при поступлении воды без очистки непосредственно потребителям. В этом случае все артезианские скважины условно делят на основные и неосновные. К основным относятся наиболее мощные скважины, имеющие большой удельный дебит и обеспечивающие среднечасовой расход воды потребителями. Работают они круглосуточно, и их дебит определяют по формуле (1.8). К неосновным относятся скважины, которые работают в часы максимального водоразбора, а также во время ремонта основных скважин. Дебит их рассчитывается на подачу воды, равную разности подачи в час максимального водопотребления и подачи среднечасового водопотребления. При определении подачи насосной станции I подъема системы объединенного хозяйственно-питьевого и противопожарного водопровода необходимо обеспечить возможность форсированной подами воды в часы пополнения противопожарного запаса, который находится в резервуарах, расположенных у насосной станции II подъема. В течение времени восстановления противопожарного запаса воды насосная станция I подъема должна обеспечивать также и расчетную подачу воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды. Восстановление противопожарного запаса может производиться: рабочими насосами, предназначенными для подачи воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды, если эти насосы работают не круглые сутки; пополнение производится во время перерывов в их работе; рабочими насосами за счет возможного сокращения водопотребления; резервным насосным оборудованием; противопожарными насосами, установленными на насосной станции I подъема. При восстановлении израсходованного противопожарного запаса воды подачу насосов, м3/ч, определяют по формулам: для рабочих насосов Qч = Q1 + (3Qп + ΣQмакс — 3QI)/T; (2.8) для противопожарных насосов Qч = (3Qп + ΣQмакс — 3QI)/T, где Qп — полный пожарный расход за 3 ч (расчетная продолжительность тушения пожара в населенном пункте или на предприятии принимается равной 3 ч); ΣQмакс — суммарный расход в течение 3 ч наибольшего водопотребления (по графику водопотребления); QI — средняя часовая подача нормально работающих насосов станции I подъема; может приниматься в расчет в том случае, если гарантирована бесперебойная подача воды насосной станцией I подъема; T — продолжительность пополнения пожарного запаса, устанавливаемая в соответствии с требованиями СП 31.1333-12 Максимальный срок восстановления противопожарного запаса воды должен быть не более: 24 ч — в населенных пунктах и на предприятиях пожарной опасности категорий А, Б, В; 36 ч — на предприятиях пожарной опасности категорий Г и Д; 72 ч — в сельских населенных пунктах и сельскохозяйственных производственных комплексах. Для промышленных предприятий с пожарными расходами воды на наружное пожаротушение 20 л/с и менее допускается увеличивать период восстановления противопожарного запаса воды: для производств категории В — до 36 ч, для производств категорий Г и Д — до 48 ч. При недостаточности дебита источника для пополнения противопожарного запаса воды можно увеличить период восстановления запаса и соответственно запас воды в резервуаре. Дополнительный объем противопожарного запаса воды при удлинении времени его восстановления надлежит определять по формуле Q = Q1(k — 1)/k, где Q1 — необходимый объем противопожарного запаса воды; к — отношение принятого времени восстановления противопожарного запаса воды к требующемуся. Насосные станции I подъема, получающие воду из артезианских скважин, обычно рассчитывают на круглосуточную работу при максимальном суточном расходе. Для подачи дополнительного количества воды во время пополнения израсходованного неприкосновенного пожарного запаса должны быть предусмотрены резервные скважины с полным комплектом оборудования. Лишь при крайне незначительном относительном количестве воды, требуемой для пополнения пожарного запаса, подачу воды из скважины рассчитывают на форсированный режим в период пополнения этого запаса. В любом случае необходимо технико-экономическое обоснование принятого варианта восстановления неприкосновенного противопожарного запаса воды в резервуарах. Насосные станции II подъема. При определении подачи насосной станции II подъема необходимо найти оптимальный вариант режима ее работы — минимальную вместимость аккумулирующей емкости и наименьшую частоту включения насосных агрегатов. Работу насосной станции принимают двух- или трехступенчатой (ступенчатой называется работа различного числа насосов в разные часы суток). Равномерный режим работы насосов рекомендуется для систем водоснабжения с подачей не более 15 тыс. м3/сут, так как при большей подаче потребуются большие аккумулирующие емкости. При ступенчатой работе насосной станции объем аккумулирующей емкости принимают 2,5—6 %, при равномерной 8—15 % суточной подачи станции. Следовательно, режим работы насосной станции II подъема в значительной степени зависит от вместимости принятой аккумулирующей емкости. При выборе объема напорных аккумуляторов рекомендуется принимать типовые проекты водонапорных башен. До последнего времени максимальная емкость отечественной типовой водонапорной башни не превышала 800 м3, а экспериментальной - 1400 м3. В зарубежной практике емкости водонапорных баков превышают десятки тысяч кубов. 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 по СП с учетом категории насосной станции. Насосная станция II подъема подает воду непосредственно в сеть потребителя, поэтому 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. 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. Эффективно применение частотного регулирования работы насосов.  Напор насосной станции. Выбор энергетического оборудования Насосы I подъема. Требуемый напор насосов станции I подъема определяют в соответствии с принятой схемой ее подачи. При подаче воды на очистные сооружения (рис. 13.8) полную высоту подъема насосов, м, определяют по формуле H = Hг + h вс + h н + Нсв, где Hг = zс - zр — геометрическая высота подъема воды, т. е. разность отметок уровней воды в источнике и в смесителе: Hг = Hгв + Hгн (здесь Hгв — геометрическая высота всасывания, т. е. разность отметок оси насоса и самого низкого уровня воды в водоприемном колодце; Hгн — геометрическая высота нагнетания, т. е. разность отметок оси насоса и уровня воды в сооружениях (куда она подается), определяемая из условия' подачи воды в смеситель очистной станции, а при оборотном водоснабжении — в резервуар под градирней 'или в брызгальный бассейн; для предварительных расчетов высоту расположения смесителя можно принять 4—6 м над поверхностью земли; при окончательных расчетах эту высоту устанавливают в соответствии с проектом очистной станции); h вс и hн — потери напора соответственно во всасывающем и нагнетательном трубопроводах; Нсв — свободный напор в точке излива. Рис. 12.8. Высотная схема подачи воды на очистные сооружения 1— водоприемный береговой колодец; 2 — насос; 3 — смеситель; РУВ — расчетный уровень воды При подаче воды в резервуары чистой воды из артезианских скважин полную высоту подъема воды насосами, м, находят (см. рис.13.8) по выражению H = Hг + hскв + hв + Нсв. где Hг — геометрическая высота подъема воды, т. е. разность отметок динамического уровня в скважине и максимального уровня в сборном резервуаре; hскв — потери напора в скважине на обтекание погружного насоса при входе воды в приемную сетку (при насосах типов АТН, А необходимо принимать потери напора в сетке и скоростные потери на входе); hв — потери напора в сборном трубопроводе от скважины до резервуара; Нсв = 1 м. Рнс. 13.8 Схема подачи воды от скважины 1— фильтр; 2 — насос При подаче воды непосредственно в водопроводную сеть полную высоту подъема воды насосами, м, вычисляют по формуле H = Hг + hвс + h н + Hсв, где Hг — разность отметки расчетного уровня воды в источнике и геодезической отметки диктующей точки; hвс, hн — потери напора во всасывающей линии, в водоводах и водопроводной сети соответственно, определяемые при расчете системы подачи и распределения воды; Hсв — требуемый свободный напор в водопроводной сети в точке, принятой за расчетную. Насосы II подъема. Требуемый, напор насосов в безбашенной системе водоснабжения определяется аналогично напору насосной станции I подъема, подающей воду непосредственно в сеть. При системе с башней напор насосов станции II подъема определяют после полного расчета сети и вычисления высоты водонапорной башни. Напор на станции должен быть достаточным для обеспечения требуемого свободного напора в сети населенного пункта или промышленного предприятия (с учетом потерь напора в сети и рельефа местности). Рассмотрим два наиболее часто встречающихся случая: 1) вода подается насосной станцией в водонапорную башню, находящуюся в начале сети; 2) вода подается в водопроводную сеть с водонапорной башней (контррезе рвуаром), находящейся в конце сети. Рис. 14.8.Высотная схема подачи воды из резервуара в систему с башней в начале сети 1 — резервуар; 2 — насос; 3 — башня На рис. 14.8 нанесены пьезометрические линии для первого случая. Полная высота подъема насосов, м, определяется по формуле H = h вс + Hг + Hб + Hр +hн, где hвс — потери напора во всасывающем трубопроводе; Hг — разность отметок поверхности земли у водонапорной башни и расчетного уровня воды в резервуаре; Hб — высота башни от поверхности земли до дна бака; Hр — высота бака водонапорной башни; h н — потери напора в напорных коммуникациях и в водоводе от насосной станции до водонапорной башни. Пьезометрические линии для второго случая нанесены на рис. 15.8. При определении полной высоты подъема насоса надо учитывать режим работы насосной станции: в часы максимального водопотребления, когда в диктующую точку часть воды подается насосной станцией, а другая часть поступает из водонапорной башни; в часы минимального водопотребления, когда вода, подаваемая насосной станцией, поступает к потребителю, а избыток в количестве 1 % транзитом в башню. Рис. 15.8. Высотная схема подачи воды из резервуара в систему с контррезервуаром 1 — резервуар; 2 — насос; 3 — водоводы, водопроводная сеть; 4 — башня — контррезервуар При максимальном водопотреблении полную высоту подъема насосов, м, вычисляют по выражению HI = H′г + h вс + h′ н + Hсв, где H′г — геометрическая высота подъема воды, т. е. разность отметок точки схода а и расчетного уровня воды в резервуаре; местоположение точки схода определяется при расчете сети; Hсв — требуемый свободный напор в сети; h′ н — потери напора в напорных коммуникациях насосной станции, в водоводах и сети до точки схода а. При минимальном водопотреблении напор насосов определяют из условия транзитной подачи воды в башню. Полную высоту подъема насосов, м, находят по формуле HI = H′′г + h′′w, вс + h′′w, н, где H′′г — геометрическая высота подъема воды при транзите, т. е. разность отметок расчетного уровня воды в резервуаре и предельного уровня в баке водонапорной башни; h′′н — потери напора в напорных коммуникациях, в водоводах, сети и соединительных линиях «сеть — башня». Напор насосов следует принимать равным наибольшему из полученных по расчету. Как правило, оказывается, что наибольший напор у насосов получается при транзитной подаче воды в башню. По существующим правилам проектирования водопровода (С П 31.1330-12) работа насосной станции должна быть проверена на случай возникновения пожара. Подача полного расчетного расхода воды на тушение пожара должна быть обеспечена в час максимального водоразбора, т. е. в момент наиболее напряженной работы насосной станции и водопроводной сети2. Следовательно, в момент возникновения пожара насосы II подъема должны подать в город расход воды, равный сумме полного расчетного расхода воды на тушение пожара и расхода воды в час максимального водоразбора, т. е. подача насосной станции должна быть равна Qпож + Qмакс Башню в момент тушения пожара отключают. При определении Qмакс не учитывается расход воды на полив территории, а в системах промышленных водопроводов не учитывается расход воды на прием душей, мытье полов и технологического оборудования в производственных зданиях. Полная высота подъема воды, м, в момент пожара определяется по зависимости Hпож = Hг + hвс + h н + Hсв п, где Hг — геометрическая высота подъема воды при пожаре, т. е. разность отметок земли в расчетной точке пожара и расчетного уровня воды в резервуаре; h вс, h н — потери напора соответственно во всасывающих трубопроводах и водоводах и сети до расчетной точки пожара; Hсв п — свободный напор в расчетной точке при возникновении пожара. При определении расчетной точки следует исходить из наиболее неблагоприятных условий работы насосной станции, т. е. возможности возникновения пожара в наиболее возвышенных и наиболее удаленных от насосной станции точках территории, обслуживаемой водопроводом. Определение потерь во всасывающих и напорных коммуникациях насосной станции производят на пропуск расхода Qпож + Qмакс, при этом запас потерь в коммуникациях насосной станции следует принимать во всасывающих 2,5 м, в напорных 5 м. Свободный напор в момент возникновения пожара в расчетной точке должен быть не менее 10 м. В системах водопроводов высокого давления свободный напор должен обеспечивать получение из гидрантов компактной струи высотой до 10 м. Системы высокого давления (с временным повышением давления при пожаре) применяют иногда в промышленных водопроводах. Водопроводы постоянного высокого давления применяют только на промышленных объектах повышенной пожарной опасности. При определении требуемого напора насосов II подъема в момент возникновения пожара следует рассматривать три основных случая: необходимый напор для пожаротушения больше напора, развиваемого хозяйственными насосами; необходимый напор для пожаротушения равен напору, развиваемому хозяйственными насосами; необходимый напор для пожаротушения меньше напора в режимной точке работы насосов до возникновения пожара. Рис. 16.8. Графические характеристики совместной работы насосной станции н системы водоснабжения при возникновении пожара В первом случае (рис.16.8, а) следует устанавливать противопожарные насосы требуемого напора и подачи, которые обеспечат максимальные хозяйственный и противопожарный расходы. При работе пожарных насосов хозяйственные насосы выключают. Во втором случае устанавливают противопожарные насосы такого же типоразмера, как и хозяйственные, с подачей, равной расходу, требуемому исключительно для тушения пожара (рис. 16.8, б). В третьем случае требуемый суммарный расход при необходимой высоте подъема воды обеспечивается хозяйственными насосами за счет снижения расчетного напора насосов на случай пожаротушения (рис. 16.8, в). Ввиду кратковременности пожаротушения допускается работа насосов вне рекомендуемой рабочей части характеристики с некоторым снижением коэффициента полезного действия. При этом необходимо произвести проверку изменения диапазона энергетических параметров насосов по условию их работы без кавитации. §9.8. Насосные станции систем водоотведения. Насосные станции систем водоотведения сооружают в тех случаях, когда рельеф местности не позволяет отводить бытовые и производственные сточные воды, атмосферные воды и осадки (ил) самотеком к месту очистки. Место расположения и число насосных станций в общей схеме канализационной сети выбирают с учетом планировочных, санитарных, гидрологических и топографических условий местности на основании технико-экономического сравнения всех вариантов. По гидрогеологическим условиям место расположения насосной станции должно быть наиболее благоприятным для производства строительных работ (плотные грунты, низкий уровень подземных вод и т. д.). Однако практически выполнить это требование трудно. Наиболее целесообразно канализационные насосные станции размещать на свободных территориях вблизи промышленных предприятий (исключая пищевые), складских помещений или на зеленых массивах. На застроенной территории города станции следует располагать в глубине квартала и устраивать аварийные выпуски в ливневую сеть. По санитарным условиям насосные станции располагают в отдельных зданиях на расстоянии не менее 20—30 м от жилых и общественных зданий. При отсутствии свободной территории это расстояние может быть уменьшено по согласованию с органами Государственного санитарного надзора. По периметру территории насосных станций необходимо устраивать защитную зеленую зону шириной не менее 10 м. При размещении насосной станции у жилых зданий следует учитывать этажность застройки, розу ветров и производительность станции. В зоне затопления паводковыми водами насосные станции необходимо располагать так, чтобы отметка порога входа была не менее чем на 0,5 м выше расчетного максимального горизонта паводковых вод. Выбор места расположения канализационной насосной станции должен быть согласован с местными муниципальными органами, органами санитарно-эпидемиологической службы, органами охраны рыбных запасов и бассейновой инспекцией Министерства природных ресурсов Российской Федерации. При определении числа насосных станций следует помнить о том, что многократное перекачивание сточных вод крайне нежелательно, так как капитальные затраты на устройство насосной станции и эксплуатационные расходы по перекачиванию сточных вод очень велики. Насосные станции рекомендуется располагать так, чтобы они размещались на пересечении минимум двух встречных самотечных коллекторов одинакового заложения. Этот прием значительно удешевляет стоимость строительства, как коллекторов, так и насосных станций, но несколько увеличивает длину напорного трубопровода. Место расположения насосной станции, перекачивающей сточные воды на очистные сооружения, выбирают на основании сравнения различных вариантов. При расположении насосной станции на очистных сооружениях отпадает необходимость в строительстве отдельных вспомогательно-производственных помещений. Станцию можно использовать и для перекачивания уплотненного активного ила, дренажных вод иловых площадок, осадка из первичных отстойников. Приемный резервуар можно использовать для опорожнения отстойников. Во многих случаях отпадает необходимость в строительстве служебных и некоторых бытовых помещений. Однако в этом случае увеличивается длина и заглубление главного коллектора и главной канализационной насосной станции. При расположении насосной станции у канализуемого объекта строительная стоимость напорных водоводов увеличивается, возрастает расход электроэнергии и, следовательно, возрастают эксплуатационные расходы, но отпадает необходимость в строительстве дорогостоящего самотечного коллектора. Решение о размещении насосной станции необходимо обосновать технико-экономическим расчетом. Классификация насосных станций систем водоотведения По роду перекачиваемой жидкости насосные станции систем водоотведения делятся на четыре группы: для перекачивания бытовых сточных вод; производственных сточных вод; атмосферных вод; осадков. Насосные станции первой группы находятся на площадке жилого объекта. В зависимости от места расположения в общей схеме системы водоотведения и выполняемых функций станции могут быть: районными, перекачивающими сточные воды от отдельных районов объекта с нижней отметки коллектора на более высокую по рельефу местности; главными, перекачивающими сточные воды со всей территории жилого объекта на очистные сооружения. К устройству насосных станций второй группы предъявляется целый ряд специфических требований в зависимости от рода перекачиваемой сточной жидкости. Например, агрессивность сточной жидкости по отношению к бетону, чугуну, стали требует защиты резервуаров от разрушения, применения специальных насосов и устройств для периодической промывки их чистой водой. Станции третьей группы сооружают на сети ливневых стоков в тех случаях, когда нельзя отвести атмосферные воды самотеком к месту сброса. Насосные станции четвертой группы находятся в составе сооружений очистки сточных вод и обработки осадка. Такие станции служат для перекачивания осадка из первичных отстойников в метантенки, сброженного осадка из метантенков на сооружения по обработке осадка, уплотненного активного ила в метантенки, активного ила из вторичных отстойников в регенератор активного ила или в аэротенки, песка из песколовок. Кроме того, их сооружают для повышения напора в трубопроводах большой протяженности (транзитные насосные станции). Наличие перечисленных насосных станций не обязательно во всех технологических схемах очистки сточных вод. Их устройство зависит от рельефа площадки и пропускной способности станций очистки сточных вод. Например, в зависимости от высотного расположения иловых площадок, сброженный осадок из метантенков можно выпускать самотеком. На станциях очистки сточных вод небольшой пропускной способности (до 30 000 м3/сут) не всегда требуется постройка отдельных зданий насосных станций, насосные установки размещают в камерах управления первичных отстойников (для перекачивания свежего и сброженного осадка). Насосные агрегаты для перекачивания активного и избыточного активного ила, как правило, устанавливают в одном машинном зале и объединяют с воздуходувной станцией. Только на очень крупных станциях насосные станции для перекачивания активного ила сооружают отдельно. Если взаимное расположение отдельных сооружений станции очистки сточных вод и рельеф местности благоприятствует объединению насосных агрегатов различного назначения, то в одном машинном зале могут быть установлены насосы для перекачивания сырого осадка, сброженного осадка, уплотненного и активного ила. В каждом случае объединение насосных агрегатов в одном здании решается на основании технико-экономического расчета рассматриваемых вариантов и рельефа площадки очистных сооружений. Технологический процесс перекачивания сточной жидкости состоит из двух последовательных операций: освобождения сточной жидкости от содержащихся в ней отбросов, которые могут вызвать засорение насосов, и перекачивания. Следовательно, технологический процесс требует строительства двух помещений: помещения приемного резервуара с решетками и насосного зала. Насосные станции классифицируют следующим образом: по расположению приемного резервуара и помещения решеток относительно машинного зала — станции с раздельным расположением резервуара (рис. 17.8, а) и совмещенные (рис. 17.8, б, в); по расположению насосных агрегатов относительно поверхности земли — станции незаглубленные (до 4 м), полузаглубленные (до 7 м) и шахтного типа (свыше 8 м) (рис. 17.8, г); в зависимости от типов установленных насосных агрегатов — станция с горизонтальными, вертикальными, осевыми и погружными насосами; по системе управления агрегатами — станции с ручным управлением, полуавтоматизированные, автоматизированные с местным диспетчерским пунктом и автоматизированные с телеуправлением (управление насосными агрегатами осуществляется с помощью средств телемеханики). Насосные станции систем водоотведения, как правило, размещаются в самых низких точках территории местности проектируемого объекта, вблизи водоемов, иногда на заболоченной пойме реки. На таких площадках неизбежно высокое стояние грунтовых вод, наличие плывунов и слабых грунтов. Перечисленные факторы обусловливают целесообразность строительства станции опускным способом: наиболее удобная форма здания — железобетонный стакан. Рис. 17.8. Схемы канализационных насосных станций а — раздельная; б — совмещенная; в — совмещенная на скальных грунтах; г — шахтная; д — со шнековыми подъемниками; е — с погружными насосами; 1 — подводящий коллектор; 2 — приемный резервуар; 3 — всасывающие трубопроводы; 4 — напорные трубопроводы; 5 — электродвигатель; 6 — насос Для станций шахтного типа даже при благоприятных гидрогеологических условиях такая форма здания станции оказывается наиболее выгодной и по конструктивным соображениям. В настоящее время для всех станций подачей до 50—160 тыс. м3/сут принимают круглую форму здания в плане (диаметр шахты может достигать 25—50 м). Опыт строительства насосных станций в Москве и Санкт-Петербурга показывает, что станции большой подачи (0,5—1 млн. м3/сут) шахтного типа при благоприятных гидрогеологических условиях также экономически целесообразно строить опускным способом. Строительство подобных станций прямоугольной формы в открытом котловане требует устройства весьма сложного и дорогостоящего крепления его стен и водопонижения, что чрезвычайно стесняет производство работ и ведет к увеличению сроков строительства. Преимущества опускного способа строительства насосных станций еще более возросли в связи с освоением устройства тиксотропной рубашки, состоящей из глинистого раствора, нагнетаемого в пространство между грунтом и стенкой опускного колодца. Применение тиксотропной рубашки позволяет уменьшить толщину монолитных или сборных стен опускного колодца. Преимущества этого способа строительства еще больше возрастают в связи с освоением способа строительства стены в грунте. Незаглубленные здания насосных станций сооружают обычно прямоугольной формы, позволяющей более удобно расположить насосные агрегаты и способствующей лучшей компоновке производственно-вспомогательных и бытовых помещений. Кроме того, прямоугольная форма здания позволяет использовать при строительстве станции типовые строительные детали. Поэтому даже для станций, имеющих подземную часть круглой формы, наземную часть, как правило, выполняют прямоугольной. Раздельная схема насосной станции наиболее благоприятна в санитарном отношении, так как приемный резервуар и помещение решеток полностью изолированы от машинного зала и производственно-вспомогательных помещений, где постоянно находится обслуживающий персонал. К недостаткам этой схемы следует отнести увеличение эксплуатационных расходов и строительной стоимости, большую длину всасывающих труб и, следовательно, усложнение эксплуатации. Поэтому такая схема применяется сравнительно редко. На автоматизированных насосных станциях рекомендуется устанавливать насосы под залив, так как это значительно упрощает схему автоматизации управления насосными агрегатами. Схему насосной станции, приведенную на рис. 17.8, в, рекомендуется применять при строительстве на скальных грунтах. Для уменьшения заглубления резервуара решетки располагают в отдельном помещении. Приемный резервуар выполняют в виде канала для размещения всасывающих труб. В слабых грунтах эту схему применить нельзя, так как расположение плит пола машинного зала на нарушенном грунте может привести к неравномерной осадке, появлению трещин и нарушению гидроизоляции. На рис. 17.8, д приведена схема насосной станции системы водоотведения, оборудованной шнековыми насосами. В этой схеме отсутствуют решетки, так как шнековые насосы практически незасоряемые и могут перекачивать жидкости с весьма крупными включениями. Сточная жидкость по подводящему каналу поступает в распределительный канал и подводится к насосам. Насосы подают жидкость в верхний отводящий канал. На рис. 17.8, е приведена схема насосной станции системы водоотведения, оборудованной погружными насосами. Применение погружных насосов позволяет сократить объемы строительства, так как приемное и машинное отделение совмещаются. Исключаются расходы на отопление, вентиляцию, подачу технической воды. На рис. 17.8 рассмотрены наиболее распространенные схемы компоновки насосных станций. Применяются и другие схемы: например, для крупных шахтных станций можно применить схему с расположением машинного зала в середине приемного резервуара (рис. 11.2). Установка насосных агрегатов по концентрической кривой позволяет увеличить число установленных насосов при том же диаметре шахты насосной станции. Рис. 18.8. Схемы насосных станций для перекачивания илов и осадков Особенностью схемы насосных станций для перекачивания осадка и илов является отсутствие помещения решеток (так как осадок уже прошел механическую очистку и подвергся дроблению), производственных и бытовых помещений (за исключением санузла), которые объединяются в общий комплекс для всей очистной станции. Поскольку помещения решеток отсутствуют, приемные резервуары строят закрытого подземного типа отдельно стоящими (рис. 18.8, а) или совмещенными (рис. 18.8, б). На всех станциях по перекачиванию осадка насосы следует устанавливать под залив Кроме того, необходимо предусмотреть подачу чистой воды из водоема (очищенной сточной) для периодической промывки резервуаров, насосной установки и напорных трубопроводов. На насосных станциях для перекачивания активного ила целесообразно устанавливать осевые или погружные насосы (рис. 18.8, в), так как высота подъема ила обычно 6—8 м, а количество его достигает 50 % объема сточной жидкости. Кроме того, габариты осевых и погружных насосных агрегатов меньше габаритов традиционных центробежных, что позволяет уменьшить площадь станции. Поскольку осевые насосы работают с подпором, станции следует заглублять. При применении погружных насосов нет необходимости заглублять станцию. Транзитные насосные станции аналогичны насосным станциям для перекачивания осадков. Если по условиям транспортирования осадка устройство резервуара для опорожнения трубопровода не требуется, то схема станции упрощается — станция имеет лишь одно помещение машинного зала. При проектировании и строительстве насосных станций следует обращать особое внимание на гидроизоляцию подземной части, которая должна быть водонепроницаемой. Гидроизоляцию выполняют в соответствии с указаниями по проектированию и устройству гидроизоляции подземных частей промышленных и гражданских зданий и сооружений. Стены зданий должны быть покрыты гидроизоляцией, не менее чем на 0,5 м выше уровня подземных вод. На правильно спроектированной и построенной насосной станции не должно быть поступление дренажных вод. §1.8. Приемные резервуары насосных станций систем водоотведения Вместимость приемного резервуара выбирается по требованиям СП (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. Приток сточных вод к насосной станции по часам суток, как правило, неравномерный. Для обеспечения максимально возможного оптимального режима работы насосов необходимо установить в зависимости от их подачи требуемую регулирующую вместимость приемного резервуара, определяемую по совмещенному графику притока бытовых сточных вод (с учетом режима поступления сточных вод от промышленных предприятий) и откачки сточной жидкости. График притока бытовых сточных вод в резервуар по часам суток принимают в зависимости от общего коэффициента неравномерности, который определяют в соответствии с расчетным расходом воды на последнем участке подводящего коллектора перед насосной станцией. Приток производственных сточных вод принимают по данным технологического процесса на промышленном предприятии. График режима работы насосов стремятся максимально приблизить к графику притока сточной жидкости с тем, чтобы получить минимальную вместимость резервуара. Большая вместимость приемного резервуара насосной станции неприемлема вследствие того, что поступающие сточные воды содержат значительное количество загрязнений, которые могут осаждаться в резервуаре, в результате чего сточные воды будут загнивать. Для определения подачи насосов можно воспользоваться ступенчатым или интегральным графиком, нанося на него кривые притока и откачки. При проектировании насосных станций подачу насосов обычно принимают равной максимальному часовому притоку. Однако и в этом случае СП предусматривает создание минимальной приемной вместимости на 5-мин подачу одного насоса. На малых и средних насосных станциях для обеспечения оптимального режима работы насосов в часы минимального и среднего притока необходима емкость регулируемой вместимости. В часы минимального и среднего притока подача насосов превышает приток жидкости и их приходится часто выключать и включать. Математически доказано, что для станций с однотипными насосами наибольшее число включений насоса будет наблюдаться в период, когда приток будет равен (или близок) половине подачи. Большое число включений позволяет сократить вместимость приемного резервуара, но значительно усложняет эксплуатацию насосной станции и оказывает неблагоприятное влияние на электроаппаратуру управления насосами и на систему энергоснабжения. Поэтому частота включения насосных агрегатов в течение 1 ч допускается до 3 при ручном управлении, до 5 при автоматическом управлении и до 15 при применении погружных насосов. Опыт эксплуатации насосных станций показывает, что при мощности электродвигателя выше 50 кВт с автоматическим управлением рекомендуется принимать не более трех включений в час. Крупные агрегаты обычно работают несколько часов без перерыва. Анализ режима работы насосных агрегатов при ограниченном числе включений проще всего произвести графически (рис. 19.8). На оси ординат откладываем значения притока сточной жидкости и подачи насосов в процентах от суточного притока, а на оси абсцисс — время в минутах. Подачу насосов, согласно требованиям СП, принимаем равной максимальному часовому притоку, например для коэффициента часовой неравномерности Kобщ = 1,8ч. макс = 7,5 %, поэтому на графике линии притока и откачки в час максимального притока совпадают (линия 1). Рис. 19.8. График часового режима работы насосной станции Для построения графика подачи насосов в часы 50 %-ного притока от максимального (линия 2) и минимального (линия 3) притока определяют минимально допустимую вместимость резервуара в процентах от максимального часового притока. Например, qч. макс = 7,5 %, тогда Wмин = 7,5: (60: 5) = 0,63 %. Полученное значение Wмин откладывают на оси ординат и проводят пунктирные линии, параллельные оси абсцисс. Точки пересечения пунктирных линий с линиями притока соответствуют моменту наполнения резервуара и необходимости включения в работу насосов. Из точки пересечения пунктирной линии с линией притока (точка а) опускаюг перпендикуляр на ось абсцисс и из полученной точки б проводят линию бв, параллельную линии подачи насосов 1, до пересечения с линией притока 2. Точка пересечения линий притока и откачки в соответствует моменту опорожнения резервуара и выключения насосов из работы. Горизонтальный участок вг соответствует времени наполнения резервуара и интервалу времени между выключением и включением насосов. При достижении разности ординат линии 2 и горизонтального участка вг, равной принятой вместимости, насосы включаются в работу — линия гд. Ломаные линии бвгдеж и икл являются графиками режима работы насосов в часы 50 %-ного и минимального притока. На рис. 19.8 видно, что принятая вместимость резервуара обеспечивает допускаемую частоту включения насосных агрегатов. Принятую вместимость резервуара уточняют по требованиям СП к установке насосных агрегатов и трубопроводов. Если предполагается, что в час максимального притока будут работать два насоса, то в час 50 %-го притока от максимального и час минимального притока может работать один насос. Тогда при его подаче, равной (7,5:2)1,1 = 4,13 % (линия 4), насос при 50 %-ном притоке будет работать постоянно в течение 1 ч (линия 5), а при минимальном притоке потребуется одно выключение в 1 ч (линия 6). Минимальная регулирующая вместимость приемного резервуара, м3, при заданном числе включений насосов в час минимального притока может быть определена и аналитически: Wмин = где Qпр — минимальный часовой приток, м3; n — число включений в 1 ч; Qн.с — подача насосной станции, м3. На насосных станциях большой подачи приемным резервуарам придают форму распределительного канала, имеющего достаточную длину и глубину для размещения в нем всасывающих труб всех насосных агрегатов и минимального заглубления входных воронок. Приемный резервуар, имеющий достаточную вместимость для накопления сточной жидкости, позволяет вести откачку более равномерно, используя оптимальную подачу насосов, несмотря на неравномерность притока сточной жидкости в течение суток. Правильно определенная вместимость приемного резервуара позволяет максимально использовать установленные насосные агрегаты и повысить КПД насосной станции. Резервуар, совмещенный с насосной станцией, должен быть отделен от машинного зала глухой воздухо- и водонепроницаемой стеной с тщательно выполненной гидроизоляцией торкретбетоном. В местах прохода трубопроводов через стенки резервуара устанавливают сальниковые устройства. Глубину рабочей части приемного резервуара (рис. 20.8) следует принимать не менее 1,5—2 м для малых и средних станций и 2,5 м и более для крупных. Дну приемного резервуара придают уклон от наружных стен к приямку не менее 0,05—0,1. Опыт эксплуатации насосных станций Москвы и Санкт-Петербурга показывает, что для лучшего подвода осадка к всасывающим трубам уклон дна следует принимать большим, чем рекомендует СП, на 0,05—0,1. Взмучивание осадка, выпадающего в резервуаре, производят с помощью различных систем. Перфорированные трубы укладывают по периметру резервуара, а открытые выпуски труб — у входных воронок всасывающих трубопроводов. В системы взмучивания подают воду из напорного трубопровода сточной жидкости. Наиболее совершенная система взмучивание осадка – применение погружных миксеров (совокупность рабочего колеса и двигателя). Как показала практика – погружные миксеры удобны в эксплуатации и долговечнее стальных труб. Рис. 20.8. Приемный резервуар 1-подводящий коллектор; 2-распределительный канал; 3- шибер; 4- дробилка; 5- решетка; 6- всасывающий трубопровод; 7- гидроизоляция могут вызвать засорение труб. Система перфорированных труб быстро выходит из строя ввиду частых засорений, поэтому она применяется весьма редко. Более эффективно работает система открытых выпусков труб. Осадок из мертвых зон резервуара периодически смывают с помощью шланга с брандспойтом. Эту операцию производят во время профилактического ремонта резервуара или в часы минимального притока, позволяющего полностью откачать жидкость из резервуара. На средних и крупных насосных станциях резервуары рекомендуется разделять на две части для улучшения условий очистки, осмотра и ремонта. На станциях с подачей 150 тыс. м3/сут и более разделение резервуара обязательно. Наивысший уровень воды в приемном резервуаре принимается равным отметке лотка подводящего коллектора во избежание подпора воды и отложения осадка в коллекторе. Практика показала, что осадок, выпавший в коллекторе в период его подтопления, не отмывается полностью, если даже в дальнейшем откачка будет превышать приток. Смыв осадка возможен лишь при условии, если скорость движения воды в коллекторе будет значительно превышать самоочищающую скорость. Перекрытие резервуара устанавливают на 0,5 м выше наивысшего расчетного уровня сточной жидкости в резервуаре. В перекрытии резервуара устраивают два люка (диаметром 0,7 м). Для спуска в резервуар в стену заделывают ходовые скобы. В помещении приемного резервуара насосной станции сточная жидкость освобождается от отбросов с помощью решеток, устанавливаемых в подводящих каналах. Отбросы, задержанные на решетках, снимаются механическими граблями или вручную, измельчаются в дробилках и спускаются в подводящий канал до места установки. Для предохранения насосов от засорения перед ними устанавливают решетки с шириной прозоров, применяемых в зависимости от типоразмера насоса (см. ниже таблицу). Изменение ширины прозоров в решетке резко сказывается на количестве отбросов, задерживаемых на решетке. Так, например, при увеличении прозоров с 20 до 40 мм количество задержанных отбросов уменьшается примерно в 2—2,5 раза. Если насосная станция перекачивает сточную жидкость непосредственно на очистные сооружения, то независимо от установленных насосов принимают решетку с шириной прозоров 16 мм, а на очистных сооружениях решетки не устанавливают. У нас в стране применяют три типа неподвижных решеток с очисткой их механическими граблями и выгрузкой задержанных отбросов на сортировочный стол или на транспортирующее устройство. В зависимости от схемы очистки решетки, направления движения граблины и места расположения ее по отношению к направлению движения потока решетки подразделяют следующим образом: поворотного типа МГТ — устанавливают под углом 80° к горизонту и очищают граблями, которые движутся перед решеткой по течению сточной жидкости; наклонного типа РМН — устанавливают также под углом 80° к горизонту, но очищают граблями, которые движутся за решеткой по течению сточной жидкости; вертикальная — очищается граблями, которые движутся за решеткой по течению потока. Решетка типа МГТ, Воронежского завода «Водомашоборудование», состоит из неподвижной решетки, грабель и приводной станции. Электродвигатель через редуктор и приводную цепь приводит во вращение две ведущие звездочки и соответственно две тяговые бесконечные цепи, между которыми закреплены грабли. Ведомые (направляющие) звездочки находятся в нижней части корпуса решетки и погружены в сточную жидкость. Число граблин устанавливают в зависимости от количества задерживаемых отбросов, но не более четырех. Если в процессе эксплуатации выяснится, что количество загрязнений невелико, то число граблин может быть уменьшено до единицы. Граблины, двигаясь снизу вверх, своими зубьями входят в прозоры решетки и извлекают задержанные ею загрязнения. В верхней части корпуса решетки граблины очищают скребковым сбрасывателем, который сгребает отбросы с них на сортировочный стол или на транспортирующее устройство. Корпус решетки закрепляется над подводящим каналом на шарнирной опоре, и в случае необходимости осмотра и ремонта нижней части решетки она легко может быть повернута в шарнире опоры. В подводящем канале перед решеткой устанавливают шиберный затвор, позволяющий быстро перекрыть поток и выключить решетку из работы при повреждении грабель. Устройство постоянного затвора за решеткой затрудняет ее обслуживание, поэтому за решеткой допускается устройство только пазов в стенках канала, в которые могут закладываться переносные щиты или шиберные затворы. Рис. 21.8. Камера аварийного затвора 1 — задвижка аварийного выпуска; 2 — стальная труба; 3 — подводящий коллектор; 4 — шиберный затвор Для защиты помещения решеток от затопления при аварийном выключении насосных агрегатов на подводящем коллекторе должен быть установлен аварийный затвор (задвижка) с механизированным приводом, управляемым с поверхности земли (рис. 21.8) и имеющим дистанционное управление с диспетчерского пункта. Если аварийный затвор имеет электрифицированный привод, то двигатель должен быть подключен к сети аварийного питания и иметь параллельный ручной привод. Затвор устанавливают в отдельной или пристроенной к помещению решеток камере. Для предупреждения образования подпора в сети и излива сточной жидкости через люки смотровых колодцев (при длительной остановке насосов) устраивают аварийный выпуск в ближайший водоем (в отдельных случаях в дождевую сеть). Для уменьшения сброса сточной жидкости в водоем необходимо предусмотреть устройства для подключения насосов аварийных машин. Задвижка аварийного выпуска должна быть опломбирована; открыть ее можно только с разрешения органов санитарно-эпидемиологической службы. Выбор места для устройства аварийного выпуска также согласовывается с этими органами. Наилучшим способом удаления отбросов, снятых с решеток, является их измельчение в машинах-дробилках и сброс обратно в подводящий канал перед решеткой для транспортирования и дальнейшей обработки вместе со сточной жидкостью. На крупных насосных станциях предпочтение следует отдать схеме транспортирования отбросов, снятых с решеток непосредственно в метантенки. Это мероприятие способствует повышению эффективности работы песколовок, отстойников и других элементов очистных сооружений. За последнее время среди специалистов по эксплуатации очистных сооружений распространяется мнение, что для повышения экономической эффективности работы очистных сооружений отбросы, снятые с решеток, наиболее целесообразно обрабатывать на фабриках по обработке мусора. Подобные фабрики строят рядом с канализационными очистными сооружениями. Однако это, по-видимому, будет целесообразно только для главных канализационных станций, расположенных на очистных сооружениях. Для дробления отбросов применяют молотковые дробилки, опыт эксплуатации которых показал, что они надежны в эксплуатации и хорошо измельчают отбросы. Отопление заглубленных приемных резервуаров насосных станций не требуется, так как теплопотери через стены резервуара незначительны, а температура сточной жидкости обычно не бывает ниже 10—12 °С. Если в помещении решеток постоянно находится обслуживающий персонал, то температура воздуха в отопительный период не должна быть ниже 16 °С. Основными вредностями в помещении решеток являются газовые выделения, проникающие из подводящего канала и приемного резервуара. Для борьбы с газовыми выделениями устраивают приточную вентиляцию с подогревом воздуха (в отопительный период) и вытяжную вентиляцию с отсосами от канала решеток и от дробилок с десятикратным обменом воздуха в час. Для предупреждения поступления воздуха из канала решеток воздухораспределитель приточной вентиляции устанавливают в рабочей зоне помещения на высоте 2 м от пола, а отсос воздуха — в канале решеток, кроме того, воздуха поступает несколько больше, чем отсасывается. С 1996 года в системах водоотведения МГП «Мосводоканала» успешно применяются аварийно-регулирующие резервуары, предназначенных для приема сточных вод при аварийных ситуациях. Наличие регулирующих емкостей в составе сооружений системы водоотведения позволяет сгладить их режим работы и повысить экологическую безопасность. Расположение насосных агрегатов На канализационных насосных станциях можно применять те же схемы расположения насосных агрегатов, которые применяют при проектировании водопроводных насосных станций. Наиболее рационально применять однорядную схему с параллельным расположением агрегатов в ряду и с расположением осей насосов перпендикулярно стене, отделяющей приемный резервуар от машинного зала. Для определения необходимой площади машинного зала нужно знать число и типоразмер насосов, намеченных к установке на насосной станции. Необходимую подачу насосов устанавливают по максимальному часовому притоку и графику откачки . Для выбора насоса по каталогу необходимо знать второй параметр насоса — напор, определяемый по формуле Н = Нг + h вс + h н + hз, где Нг = Zп - Zр - геометрическая высота подъема жидкости, м ; h вс — потери напора во всасывающем трубопроводе, м; h н — потери напора в напорном трубопроводе, м; hз — запас на излив жидкости из трубопровода (принимается равным 1 м). При вычислении геометрической высоты подъема жидкости за отметку подъема сточных вод Zп принимают: при присоединении напорного трубопровода к приемному колодцу или отводящему самотечному каналу выше горизонта сточных вод в них — отметку верха напорного трубопровода; при присоединении напорного трубопровода ниже уровня сточных вод в приемном колодце или канале — отметку наивысшего расчетного уровня сточных вод в них; при пересечении напорным трубопроводом возвышенности, имеющей отметку выше уровня сточной жидкости в приемном колодце или в отводящем канале, — отметку верха трубопровода в точке максимальной возвышенности. За расчетную отметку уровня сточных вод Zр принимают: для станций с регулирующими резервуарами — отметку среднего уровня сточных вод в них, который принимают на 1 м ниже лотка подводящего коллектора; для станций, не имеющих регулирующих резервуаров, — отметку уровня воды в подводящем коллекторе при минимальном притоке сточных вод на насосную станцию. Насосы на канализационных насосных станциях рекомендуется устанавливать под залив. Если насосы устанавливают не под залив, следует проверить возможность работы насоса при понижении уровня воды в регулирующем резервуаре ниже среднего принятого уровня. При попадании режимной точки работы насоса в зону кавитации за расчетный уровень принимают наинизший допустимый уровень воды в приемном резервуаре. На насосных станциях следует устанавливать по возможности однотипные насосы. Применение разнотипных насосов затрудняет их монтаж, эксплуатацию и ремонт. На станциях шахтного типа лучше всего устанавливать вертикальные насосы, так как насос и электродвигатель находятся в разных помещениях, расположенных одно над другим, и, следовательно, требуется меньшая площадь в плане для их установки. Выбирая насос на заданную подачу, необходимо стремиться к тому, чтобы требуемая высота подъема сточной воды возможно точнее соответствовала напору, развиваемому насосом. Особенно это важно для работы насосов с пологой характеристикой в рабочей части, когда незначительное изменение напора, развиваемого насосом, приводит к резкому изменению подачи. На насосной станции следует устанавливать резервные насосы: при числе рабочих насосов до двух — один насос; при числе рабочих насосов более двух — два насоса. Если на станции установлены разнотипные насосы, то резервный агрегат принимают такого же типа, как насос, имеющий наибольшую подачу. При применении погружных насосов – один резервный агрегат можно хранить на складе. При размещении насосных агрегатов в машинном зале необходимо учитывать следующие основные требования: насосные агрегаты и вспомогательное оборудование должны размещаться таким образом, чтобы были обеспечены свободный доступ к ним, а также удобство и безопасность их обслуживания; профилактический ремонт насосного агрегата должен производиться на месте при работающих соседних агрегатах; должно быть обеспечено визуальное наблюдение за работающими агрегатами, по возможности с одного пункта (лучшее решение — от щита управления); на средних и крупных насосных станциях должно быть выделено место для монтажной площадки . Для обеспечения свободного доступа к агрегатам и для безопасного их обслуживания предусматривают проходы. Расстояние между неподвижными выступающими частями трубопроводов и арматуры принимается не менее 0,7 м; между электродвигателями низкого напряжения (до 1000 В) — не менее 1 м, высокого напряжения — не менее 1,2 м; от стены до торца электродвигателя низкого напряжения — 1,5 м, высокого напряжения — 2 м. Ширина прохода между электрощитами и оборудованием должна быть не менее 1,5 м. На канализационных насосных станциях шахтного типа, оборудованных насосами с низковольтными электродвигателями, допускается устанавливать насосные агрегаты (продольной стороной) вдоль стены здания на расстоянии от стены не менее 0,25 м (лучше 0,3 м) при сохранении указанных выше проходов между трубопроводами и оборудованием. Кроме того, допускается установка двух указанных насосов на общей фундаментной плите без прохода между ними, но с проходом вокруг них не менее 1 м. Вспомогательные насосы можно устанавливать на расстоянии от стены не менее 0,25 м без кругового прохода к оборудованию. На станциях, где устанавливают вертикальные насосы, машинный зал состоит из двух отделений — нижнего насосного и верхнего моторного (двигательного). Поскольку в нижнем отделении нельзя устанавливать подъемно-транспортные механизмы, в нем устраивают площадку, на которую можно перенести снятый с фундамента насос. Над площадкой в перекрытии устраивают монтажный люк для подъема насосов и оборудования в верхние зал и транспортирования их на монтажную площадку. При установке на станции крупных вертикальных насосов по однорядной схеме площадки располагают вне ряда агрегатов и таким образом, чтобы на одной площадке можно было обслуживать два соседних агрегата. Для подъема и транспортирования насосов и другого оборудования применяют неподвижные балки с кошками и электроталями (при весе перемещаемого груза до 2 т) и мостовые или однобалочные краны (при весе груза более 2 т). Насосные агрегаты устанавливают на фундаменты, размеры которых определяют по заводским установочным чертежам. Как правило, фундамент станции представляет собой монолитную железобетонную плиту. Насосные агрегаты устанавливают на бетонные подушки высотой 100—300 мм. Минимальная высота подушки определяется возможностью присоединения трубопроводов и арматуры к насосу. Конструкция фундамента под вертикальные насосы зависит от расположения всасывающего патрубка насоса. Обычно фундамент под эти насосы выполняют в виде двух железобетонных стенок, установленных на плите основания. Высоту машинного зала, не оборудованного подъемно-транспортными механизмами, следует принимать не менее 3 м. В зданиях насосных станций, оборудованных подъемными механизмами, высоту машинного зала ' принимают по расчету. Полу машинного зала придается уклон 0,03—0,05 к сборному лотку для удаления воды от мытья полов и аварийных разливов. Вода собирается в приямке, откуда ее перекачивают дренажными насосами в приемный резервуар или отсасывают рабочими насосами. В помещении машинного зала устраивают приточно-вытяжную вентиляцию. При избыточном выделении тепла от двигателей количество подаваемого воздуха определяется расчетом. При отсутствии избытков тепла принимают однократный обмен воздуха в час. Вентиляционные воздуховоды для машинного зала и приемного резервуара выполняются раздельно. № п/п 16. Глава 9. Воздуходувные станции §1.9. Воздуходувные станции систем водоснабжения Воздуходувные станции это комплекс технологического, вспомогательного оборудования и сооружений, обеспечивающих забор и подачу воздуха потребителям в соответствии с требованиями потребителей. Воздух, забираемый воздуходувными нагнетателями, предварительно должен быть очищен от твердых частиц и примесей (количество пыли до 4,5 мг/м3) , которые могут оказывать эрозионное и коррозионно-механическое воздействие на внутреннюю поверхность труб и проточную часть машин. Со временем из-за пыли шероховатость воздуховодов возрастает. За 10—13 лет эксплуатации пропускная способность воздуховодов может снизиться на 25-30%. На рис.1.9. приведены графики изменения пропускной способности воздуховодов, которая оценивается коэффициентом эффективности трубопровода kэф, изменяющейся из-за увеличения внутренней шероховатости труб во времени Т. Рис. 1.9. График изменения коэффициента эффективности воздухопроводов в процессе эксплуатации: воздуховодов высокого (1) и низкого (2) давлений во времени Т (лет). kэф= = , (1.9) где Qфакт и Факт — фактические расход и коэффициент сопротивления воздуховода; Qрасч и расч — расчетные расход и коэффициент сопротивления воздуховода. Для забора воздуха на станциях предусматриваются воздухозаборные сооружения, представляющие собой ряд камер, оборудованных фильтрами. Камеры фильтров штукатурят, и все поверхности покрывают масляной краской или металлическими листами. Камеру разделяют на два отделения - воздухозабора и чистого воздуха; двери делают герметичными. Воздух в воздухозаборную камеру поступает через трубу или шахту. Обычно забор воздуха осуществляется с высоты не менее 3 м от поверхности земли. В приемной пылеулавливающей камере устанавливаются жалюзи или фильтр-камера (при установке в ней фильтра). Можно устраивать общую фильтр-камеру для нескольких воздуходу­вок, при этом должно быть не менее двух отделений камеры. В стене, разделяющей отделение воздухозабора и камеру чистого воздуха, устанавливают коробчатые фильтры. Они представляют собой металлические рамки размером 600х600х100 мм, обтянутые с двух сторон сеткой и заполненные фильтрующими материалами. Перед установкой кассеты фильтра смачивают висциновым маслом (смесь цилиндрового или индустриального масла с дизельным топливом в соотношении 3:2). Периодически засоренные кассеты очищаются с помощью обдувки, встряхивания и промывки в содовом растворе (0,5 кг кальцинированной соды на 10 л воды с подогревом до 80 °С). В отдельных случаях воздухозаборные камеры оборудуют сетчатыми подвижными с механическим приводом фильтрами. Сетка обильно смачивается висциновым маслом, что способствует лучшей очистке воздуха. Корпуса фильтров должны плотно прилегать к проемам конструкций. Для уплотнения используют резиновые прокладки. Требуемую площадь фильтров определяют из расчета 0,6... 1 м2 поверхности фильтра на 10 000 м3/ч всасываемого воздуха. На средних и крупных воздуходувных станциях фильтрами дополнительно оборудуют всасывающие трубы каждого агрегата Здания воздуходувных станций чаще всего бывают наземного типа или с небольшим заглублением для размещения вспомогательного оборудования. Часто здания малых и средних воздуходувных станций совмещают с насосными, крупные всегда строят отдельно. Размеры зданий станций определяют по той же методике, что и для насосных станций. При этом руководствуются рекомендациями строительных правил. Здания воздуходувных станций долж­ны быть огнестойкими. В машинном зале предусматривают не менее двух выходов с разных сторон, один из которых может быть использован для монтажа оборудова­ния. Двери (ворота) должны открываться наружу. На небольших станциях монтаж оборудования можно производить через оконный проем. Другой выход предназначен для прохода обслуживающего персонала в служебно-бытовые помещения, не выходя на улицу. В бытовых помещениях станции преду­сматривается приточно-вытяжная вентиля­ция, в производственных помещениях - вен­тиляция естественная (удаление избытка тепла из машинного зала допускается так­же за счет частичного забора воздуха на­гнетателем). Электроснабжение воздуходувных стан­ций должно быть бесперебойным (два источника питания). Напряжение питающего тока может быть 3, 6 или 10 кВ. В машинном зале станции можно разме­щать распределительные и пусковые устройства высокого напряжения, соблюдая пра­вила техники безопасности. При выборе вида и числа рабочих воздуходувных агрегатов пользуются теми же принципами, что и при проектировании насосных станций: применяются однотипные агрегаты; устанавливается минимальное количество оборудования; предусматривается работа нагнетателей в диапазонах с высокими к.п.д. Воздуходувная станция должна соответствовать нормативным требованиям надежности, ее оборудование необходимо резервировать. Например, при числе рабочих агрегатов на станции до 3 необходимо предусматривать 1 резервный агрегат; при 4 и более рабочих агрегатов - два резервных. Аналогично резервируются и фильтры по очистке воздуха. Если воздух подается в перфорированные трубы аэротенков, то фильтры для очистки воздуха могут не применяться. Воздуходувные станции при подаче свыше 5000 м3/ч оборудуются не менее чем двумя рабочими агрегатами, при меньшей подаче допускается установка одного рабочего агрегата. Напор или давление воздуходувной станции определяется по формулам, которые приведены ранее в разделе «воздуходувные машины» §2.9. Воздуходувные станции систем водоотведения По условиям строительства и проектирования данные станции принципиально не отличаются от воздуходувных станций систем водоснабжения. Различия между ними обусловлены только функциональными назначениями и условиями применения воздуха. В системах водоотведения воздух в большей мере используется как реагент. Например, в целях создания аэробных условий при биологической очистке или химическом окислении органических и минеральных компонентов, содер­жащихся в сточных водах, а также удаления летучих компонентов из сточ­ных вод, проводится насыщение их кислородом воздуха. Сточные воды аэрируются посредством продувки их воздухом в очи­стных сооружениях. На очистных сооружениях систем водоотведения воздуходувные станции могут обеспечивать подачу воздуха к следующим потребителям: аэротенкам, преаэраторам, сме­сителям, аэробным минерализаторам ила, реагентному хозяйству, вакуум-фильтрам, аэрируемым прудам и другим объектам . Сжатый воздух подается и распределяется по магистральным и распределительным трубопро­водом и каналам. Комплекс сооружений воздуходувной станции включает: - главное здание; - водоохлаждающие сооружения (градирня, бассейн) для оборотной во­ды от охлаждения оборудования; - воздухопроводы. В главном здании размещается основное оборудование (воздуходув­ные машины), насосы для подачи технической воды, устройства для очист­ки воздуха от пыли, насосы для перекачки циркулирующего активного ила или для опорожнения емкостных сооружений, центральный диспетчерский пункт, электрораспределительные устройства, трансформаторная, вспомо­гательные и бытовые помещения. Воздухоочистительные устройства, а также нагнетатели воздуха могут располагаться вне главного здания. В случае применения на станции аэра­ции флотационного илоразделения в главном здании дополнительно уста­навливаются воздуходувки и напорные емкости рабочей жидкости. Для подачи воздуха используются, в основном, турбовоздуходувки, т.е. воздуходувные машины, предназначенные для создания высокого давле­ния (или разрежения). В системы пневматического транспорта входят воздушные нагнетатели различных типов: динамические, струйные, объемные. Выбор типа и марки воздуходувной машины определяется количеством воздуха, по­требляемого на станции аэрации, давлением (напором) нагнетания воздуха, технико-экономическим расчетом и данными проектов-аналогов. На станциях аэрации и на сооружениях, где требуются большие расхо­ды сжатого воздуха, с напором до 10 м применяются одноступенчатые турбовоздуходувки (ТВ). При напорах свыше 10 м применяют многоступенчатые турбовоздухо­дувки (до 30 м) или турбокомпрессоры (30-100 м). Многоступенчатые турбовоздуходувки изготавливают с числом ступеней не более четырех, с односторонним и двусторонним всасыва­нием. Турбовоздуходувки работают без охлаждения сжижаемого воздуха, так как при развиваемых давлениях температура воздуха повышается толь­ко до 170200°С. Для турбокомпрессоров применение охлаждения, являет­ся обязательным. При определении габаритов машинного зала проходы между высту­пающими частями агрегатов и расстояние от воздуходувки до продольной стены принимают не менее 1,5 м (со стороны электродвигателя это рас­стояние должно обеспечивать возможность демонтажа его ротора). Турбовоздуходувки монтируют на бетонных фундаментах в отапли­ваемых помещениях. Их электродвигатели имеют закрытое исполнение, чтобы исключить попадание в них пыли. Расчетное давление (напор) воздуха Нобщ, необходимое при подаче его в воз­духопроводную систему, равно: Нобщ. =hвс.+ hтр.+ hаэр.+ hст.+ hизб. (2.9) где hвс – потери напора на трение и местные сопротивления в воздуходувной станции (обычно 0,30,5 м); hтр.- потери напора на трение и местное сопротивление по расчетному воздухопроводу; hаэр – потери напора в аэраторах (в мелкопузырчатых 0,5-0,7 м); hст – рабочая глубина аэротенка, м; hизб – избыточное (резервное) давление ( 0,5 м) §3.9. Основные энергетические параметры воздуходувной станции Основные энергетические параметры воздуходувных станций - подачу Q и напор Н ( давление Р) - определяют на основании гидравлического расчета систем транспортирования воздуха с учетом изменения его температуры и сжимаемости. Подачей или производительностью воздуходувной станции называется количество воздуха, которое подается в единицу времени, т. е. Qk: Qk = Qn + q , [м3/ч , м3 /мин, м3/с ] (3.9) где Qn — количество воздуха, полезно используемое в единицу времени, [м3 /ч, м3 /мин, м3 /с]; q— количество воздуха, которое теряется (10-25%) в со­единениях трубопроводов с арматурой, в воздуходувных машинах и емкостях, м3/ч. Подачу воздуходувных машин (нагнетателей) рассчитывают исходя из конкретных условий отбора воздуха. Например, расчетная подача воздуходувной станции (Q), обеспечивающей работу аэротенков системы водоотведения, определяется по объему кислорода, необходимого для биологического окисления органических загрязнений, и расходу аэрируемых сточных вод. Подача сжатого воздуха для оборудования реагентного хозяйства предусматривается с интенсивностью: 8-10 л/с – для растворения реагентов; 3-5 л/с – для перемешивания реагентов Подача воздуходувной станции, обеспечивающей работу эрлифтов, определяется расходом воздуха на подъем воды из скважин. Расход воды из скважины на стадии проектирования станции (Qн.у) задается. Если расход воздуха задается для нормальных условий (to = 20 °С, Р = 0,101МПа), его следует пересчитать на рабочие условия по формуле: Qр = Qн. у (1+ ) (4.9) где Тнаг - температура перекачиваемого воздуха на выходе из нагнетателя, К; Рн. у =0,286 - давление воздуха при нормальных условиях, Па; Р - расчетное давление нагнетателя, Па; m - содержание водяных паров в воздухе: при нормальных условиях m = 0,804 кг/м3. Плотность влажного воздуха (кг/м3) при рабочих условиях подсчитывают по зависимости р = (н.у + m) (5.9) где н.у - плотность воздуха при нормальных условиях, н.у = 1,2 кг/м3; Температура воздуха при адиабатическом сжатии равна: Тнаг= Тн. ( , (6.9) где Тн и Рн - начальные температура, К, и давление воздуха, Па; Рнаг - конечное давление воздуха в нагнетателе, Па. Подача воздуха станцией может быть неполной Q  0, 5 Qk , средней 0,5 < Q < 0,75 Qk и максимальной. Максимальную подачу станции условно подразделяют на: максимально длительную и максимально возможную. Максимально длительная подача длится 20—30 мин. и обеспечивается на 75—90% всеми работающими воздуходувками, за исключением резервных. Для обеспечения максимально возможной подачи включают в работу все, даже резервные агрегаты. Производительность воздуходувной станции оценивается укрупненным или расчетным методом. Укрупненный метод основан на применении средних норм удельных расходов сжатого воздуха на единицу продукции или на каждую из операций обслуживаемого процесса. Средние удельные нормы устанавливаются опытным путем. По укрупненному методу суточная подача воздуха воздуходувной станцией определяется по формуле Qсут=   Асут , м3/год , (7.9) где — средний удельный расход воздуха на единицу продукции (или на обслуживаемый процесс); Асут— суточный расход продукции (воды) в соответствующих единицах (или же общее суточное число часов обслуживания процесса). Значение Асут следует принимать в соответствии с нормативными требованиями той отрасли промышленности, которая обеспечивает выпуск данной продукции. Например, подача чистой воды нормируется СП 31.13330.2012 , а сточной воды СП 32.13330.2012 и т.д. Средняя подача воздуха определяется по формуле Qср=  Кодн  Кут, м3/ч , (8.9) где К одн - коэффициент, учитывающий максимум потребления сжа­того воздуха; Кут = 1,2 1,25 – коэффициент, учитывающий утечки воздуха в магистральных и внутрицеховых воздухопроводах, арматуре, при продувках сосудов. Коэффициент одновременности К одн, принимается по таблице 1.9 в зависимости от потребителей воздуха. Коэффициент одновременности показывает степень одновременного участия в расходе воздуха группы однотипных потребителей воздуха в течение, отрезка времени t . Таблица 1.9 Количество воздухопотребителей 2 3 4 5 6 7 8 10 12 15 20 30 50 К одн 0,9 0,9 0,8 0,8 0,8 0,77 0,75 0,7 0,67 0,6 0,58 0,5 0,5 На некоторых объектах возможно, сезонное или кратковременное увеличение расхода воздуха за счет включения или одновременной работы нескольких потребителей сжатого воздуха, Это увеличение расхода воздуха создает максимальный расход воздуха, т. е. максимальную нагрузку на воздуходувную станцию, которая определяется по формуле Qmax = К max Qср , м3/ч (9.9) где К max —коэффициент максимума, который принимается равным 1,2—1,5 в зависимости от характера нагрузки, возмож­ного одновременного включения в работу большого коли­чества потребителей сжатого воздуха. По максимальному расходу воздуха Qmax определяют диаметры трубопроводов сжатого воздуха и максимальную длительную нагрузку на воздуходувную станцию, которая лежит в основе расчета и выбора технологического оборудования станции. Максимальная длительная нагрузка на компрессорную станцию определяется по формуле: Q max.t =  где — коэффициент неодновременности, учитывающий несов­падение во времени слагаемых максимальных нагрузок; в зависимости от состава и числа групп пневмоприемников с неодинаковыми режимами работы он может иметь различные значения (в среднем  = 0,85 — 0,95 и с увеличением числа разных групп уменьшается); -сумма максимальных расходов воздуха всеми потребителями, питающимися сжатым воздухом от компрессорной станции в рассматриваемую систему. §4.9. Давление воздуходувной станции На работу воздуходувной станции в значительной мере влияет правильный выбор необходимого давления воздуха у потребителей во всей сети и на отдельных ее участках. Давление сжатого воздуха, должно соответствовать давлению, которое необходимо в точке отбора. Требуемое рабочее давление определяется по схеме подачи воздуха с учетом статического давления, форм и размеров всех элементов сети Работа воздуходувок, подающих сжатый воздух в точки отбора с давлением ниже необходимого, приводит к потере производительности оборудования (сооружения) потребителя, а подающих сжатый воздух с давлением значительно выше необходимого приводит к бесполезной затрате энергии. Давление Р или напор Н воздуха на выходе из воздуходувки должно быть не ниже расчетных параметров: Р = Рст +рвс+рн + Рсв (10.9) Н = Нг + hвс +hн +Нсв, где Рст — статическое давление, Па; рвс — суммарные потери давления на линии всасывания, Па; рн — то же, по пути нагнетания, Па Рсв – давление, необходимое в точке отбора воздуха, Па; Нг - геометрический напор, м; hвс – суммарные потери напора на линии всасывания, (обычно 0,30,5 м); м; hн - суммарные потери напора на трение в напорных трубопроводах (в магистралях, распределительных сетях, в аэраторах (в мелкопузырчатых 0,5-0,7 м), м; Нсв – свободный напор или избыточное (резервное) давление ( 0,5 м), необходимое в точке отбора воздуха, м. §5.9. Регулирование подачи и давления воздуха Экономичность работы воздуходувной станции в значительной мере зависит от правильного использования агрегатов установленных на станции по подаче, давлению и времени использования. При эксплуатации агрегатов имеют место потери сжатого воз­духа и потери электроэнергии, обусловленные не экономичным режимом воздуходувок; при тяжелом температурном ре­жиме теряется энергия, идущая на сжатие воздуха, снижается к. п. д. воздуходувок. Потери сжатого воздуха уменьшают производительность воздуходувной станции. Производительность воздуходувной станции зависит от расхода воздуха в точках потребления. Например, если расход воздуха в сети больше производительности воздуходувной станции, то давление воздуха на напорной линии станции снижается и в первый момент производительность станции повышается. Когда расход воздуха в сети меньше производительности станции, то давление воздуха в напорной линии станции возрастает. При переменном расходе воздуха необходимо регулировать произ­водительность воздуходувной станции, поддерживая в сети воздухопроводов постоянное давление. Для поддержания в сети требуемого давления необходимо своевре­менно останавливать часть работающих воздуходувок и содержать в полной исправности автоматические регуляторы давления. Регулирование подачи воздуха должно быть плавным, чтобы резкие колебания усилий в компрессоре вредно не отражались на де­талях машины. Кроме того, резкие колебания нагрузок могут вывести из синхронизма электродвигатель. Наиболее простым, но малоэкономичным методом регулирования подачи воздуха является выпуск части сжатого воздуха в атмосферу через предохранительный клапан или перепуск его во всасывающую линию. Регулирование производительности воздуходувки мож­но производить также переводом ее работы на холостой ход. Работа агрегатов на холостом ходу крайне невыгодна, так как она снижает их к. п. д. и приводит к значительным потерям электроэнергии. Поэтому, в тех случаях, когда нагрузка снижается на величину, равную или большую производительности регулируемого агрегата, целесообразно его отключит из работы. Регулирование производительности воздуходувной станции может быть ручным, полуав­томатическим и автоматическим. Для крупных и станций обеспечивающих подачу воздуха в особенных условиях регулирование производительности должно быть полностью автоматическим. Для поддержания постоянного давления в сети регулирование воздуходувки может осуществляться двумя способами: изменением чис­ла оборотов и методом дросселирования, регулированием закрытия задвижки на всасывающем трубопроводе. Регулирование работы воздуходувки с целью предотвращения помпажа может производиться: 1) перепуском воздуха из напорного во всасывающий воздуховод; 2) методом дросселирования; 3) по­воротом лопаток направляющего аппарата. Наиболее простым, но экономически невыгодным является первый способ. §6.9. Влияние начальных параметров воздуха на производительность станции Производительность воздуходувной станции в значительной мере зависит от начальных параметров всасываемого воздуха, особенно от температуры и давления. При повышении температуры и понижении давления всасываемого воздуха производительность воздуходувки снижается. Воздуходувная станция, распо­ложенная на большой высоте над уровнем моря, при прочих равных условиях производит меньше сжатого воздуха, чем станция, в которой установлены такие же агрегаты, но располо­женная на уровне моря. Это объясняется тем, что при работе на вы­соте Н над уровнем моря, где плотность атмосферного воздуха меньше, объемная и весовая производительности воздуходувки снижаются, вследствие увеличения степени сжатия при одном и том же рабочем давлении воздуха по манометру Рм, которое, считаем, должно быть одинаковым как при работе на уровне моря, так и на высоте Н. Давление воздуха на высоте Н может быть определено ориентировочно по табл. 2.9. Таблица 2.9 Давление воздуха на различных высотах над уровнем моря Высота над уровнем моря, м Давление воздуха, мм рт.ст. Высота над уровнем моря, м Давление воздуха, мм рт.ст. 760 1500 635 100 751 2000 588 200 742 3000 530 300 733 4000 470 400 724 5000 411 500 716 6000 370 1000 674 Для того чтобы знать, на сколько нужно увеличить объемную про­изводительность воздуходувок, работающих на высоте Н над уровнем моря, следует пользоваться табл. 3.9 Таблица 3.9 Поправочные коэффициенты к производительности станции Высота над уровнем моря, м 305 600 914 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3074 3300 3658 4572 Поправочный коэффициент 1 1,03 1,07 1,10 1,10 1,14 1,17 1,20 1,23 1,26 1,29 1,31 1,37 1,43 §7.9. Методы повышения производительности станций, расположенных на высоких площадках над уровнем моря При работе станций на большой высоте над уровнем моря, где плотность атмосферного воздуха меньше, производительность воздуходувной станции можно повысить следующими методами: установкой дополнительного агрегата (при последовательном соединении) ; увеличением числа оборотов ротора воздуходувки; охлаждением засасываемого воздуха; наддувом воздуха механическим путем; динамическим наддувом воздуха. Увеличение производительности воздуходувной станции за счет установки дополнительного агрегата или принятия воздуходувки с большей объемной производительностью является не всегда простым, возможным и выгодным способом, так как это требует увеличения площади машинного зала здания станции, реконструк­ции ее и, главное, дополнительных нагнетателей воздуха и вспомо­гательного оборудования. Увеличение числа оборотов ротора воздуходувки возможно, не более чем на 10%. Охлаждение засасываемого воздуха приводит к уменьшению затра­ченной работы и повышению производительности воздуходувки, однако для охлаждения засасываемого воздуха необходимы специальные холодильные установки. Увеличение производительности воздуходувки путем применения наддува, т. е. сжатия всасываемого воздуха во всасывающей системе воздуходувки, является одним из лучших мероприятий. Сжатие всасываемого воздуха механическим путем рационально производить вентилятором высокого давления любой системы, что всегда выгоднее, чем ставить дополнительный агрегат. Рис. 2. 9.Схема применения наддува 1 — фильтр для всасываемого воздуха; 2 — вентилятор; 3 — охладитель воздуха, 4 — нагнетатель воздуха Схема устройства наддува на всасывающей линии воздуходувной машины приведена на рис. 2.9. Воздух через фильтр 1 всасывается вентиля­тором 2, проходит холодильник 3 и подается в компрессор 4. Ввиду того, что воздух поступает во всасывающий патрубок компрессора под дополнительным давлением (наддувом), весовая производитель­ность компрессора возрастает. График зависимости производительности воздуходувки от степени наддува и температуры наружного воздуха приведен на рис. 3.9 Степень увеличения подачи G Степень наддува Рис. 3.9. Графики зависимости увеличения весовой подачи воздуходувки G при увеличении степени наддува и температуры наружного воздуха  — температура наружного воздуха + 30° С;  — температура наружного воздуха 0° С; — температура наружного воздуха — 30оС. Степень наддува выражается формулой = (11.9) где Po— давление наружного воздуха; P1—давление воздуха после наддува. Для категории потребителей, в рабочих органах которых воздух расширяется (пневмопривод, вибраторы и т. д.), характерно при понижении давления увеличение расхода воздуха для осуществления заданной механической работы. Например, если принять расход воздуха для пневмопривода при номиналь­ном давлении 6 ата за единицу, то при понижении давления сжа­того воздуха до 4,4 ата расход воздуха (для производства одинаковой работы) возрастает в 2,2 раза. Понижение давления у потребителя ниже нормального в этих случаях ведет к увеличению потребления воздуха (приведенного к усло­виям всасывания) и, следовательно, к недостаточности рабочей про­изводительности воздуходувной станции. Перерасход воздуха при понижении давления составит  Q = 2,8 (1- ) Qн, (12.9) где Р — пониженное давление воздуха, ата; Рн — номинальное давление воздуха, ата; Qн — расход воздуха при номинальном давлении, м3/мин. На экономичность работы воздуходувной станции оказывает влияние как давление воздуха на выходе из агрегата (за нагнетательным патрубком), так и температура. Возрастание конечной температуры сжатого воздуха на выходе из воздуходувки, за счет повышения температуры всасываемого воздуха или за счет недостаточного промежуточного охлаждения, приводит к снижению производительности воздуходувки. Уменьшение количества воздуха в точке отбора при подогреве до температуры tп оС определяется по уравнению  Q = Q, (13.9) где  Q — уменьшение производительности воздуходувки, при заборе воздуха из атмосферы при Р = 1 ата и to = 15°, м3/мин. Q — расход воздуха потребителем до подогрева, м3/мин; t п- температура подогретого воздуха, °С. §8.9. Технологические схемы воздуходувных станций Существует два вида технологических схем: принципиальные и монтажные. Схема, показывающая принцип работы воздуходувной станции с целью графического изображения процесса получения сжатого воздуха, называется принципиальной схемой. Примером простейшей принципиальной схемы воздуходувной станции могут служить схемы, приведенные на рис.4.9 - 8.9. Для малых и средних станций монтажные и так называемые пространственные схемы воздухопроводов можно не выполнять. Рис. 4.9. Схемы размещения воздуходувок а — перпендикулярно к длинной оси зданий; б — параллельно длинной оси здания; 1 — шахта для забора воздуха; 2 — первичный фильтр; 3 — фильтр на всасывающем трубопроводе; 4 — дроссельные затворы; 5 — воздуховод к потребителю; 6 — сброс воздуха в атмосферу; 7 — воздуходувка; 8 — глушитель шума от стравливания с баком для продувки Рис.5.9. Воздуходувная станция, оборудованная турбовоздуходувками 1-воздухозаборная шахта; 2- кран-балка; 3- нагнетатель; 4-редуктор; 5 – электродвигатель; 5* - воздуховод; 6- камера неочищенного воздуха; 7 – камера чистого воздуха; 8- масляный фильтр; 9-всасывыающая труба; 10- виброгасители; 11- компенсатор; 12- нагнетательный трубопровод; 13- трубопровод для выброса воздуха в атмосферу; 14- распределительный коллектор; 15- нагнетательный трубопровод; 16-служебные помещения; 17- статические батареи; 18- высоковольтное распределительное устройство; 19- диспетчерская; 20 – трансформаторные ячейки Рис.6.9. Схема размещения вспомогательного оборудования воздуходувной станции 1— фильтр; 2 — колонка управления; 3 — камера чистого воздуха; 4 — всасывающая труба; 5 — дроссельный затвор; 6 — маслобак; 7 — маслонасос; 8 — охладитель масла; 9, 10 — холодильники для воздуха (промежуточные); 11 — концевой холодильник; 12 — воздуховод Рис.7.9. Воздуходувная станция, оборудованная воздуходувками типа ТВ: 1-воздуходувка; 2- насос для перекачивания ила; 3-наос для гидроэлеваторов; 4- камера неочищенного воздуха; 5-фильтр. Рис. 8.9. Схема воздуходувной установки: 1 — всасывающий коллектор; 2 — напорный коллектор; 3— фильтр; 4 — сепаратор II ступени; 5 — сепаратор I ступени; 6 — холодильник I ступени; 7 — двухступенчатый компрессор; 8— маховик; 9— выносной подшипник; 10— пусковая кнопка; 11 — сальниковое уплотнение; 12— соединительная муфта; 13 — электродвигатель; 15— пусковое устройство; tвс, t н и t 1— температуры на линиях всасывания, нагнетания и после I ступени; Pвс/П Рн/П и P1 /П — манометры, показывающие давление па линиях всасывания, нагнетания и после  и  ступеней Более подробную информацию можно получить из приложений