Насосы и насосные станции

6. Насосы и насосные станции

6.1. Насосы (основное оборудование СПВ)

6.1.1. Классификация насосов

Был разработан ГОСТ 17398-72 «Насосы. Термины и определения».

Все насосы подразделяются на 2 группы: динамические и объемные.

1). Динамические подразделяются на лопастные насосы и насосы трения.

Лопастные насосы объединяют в свою очередь две группы насосов: центробежные и осевые.

Насосы трения и инерции – это группа динамических насосов, в которых перемещение жидкости осуществляется силами трения и инерции. В эту группу входят шнековые, вихревые, лабиринтные, червячные и струйные насосы.

2). Объемные насосы объединяют в свою группу: поршневые, плунжерные, диафрагменные, роторные, шестеренные, винтовые и другие типы насосов.

Рекомендуемые материалы

Насосы каждой из перечисленных групп отличаются друг от друга конструктивными решениями отдельных деталей и узлов. В зависимости от этого их классифицируют также и по конструктивным признакам. Например, центробежный насос консольного типа или консольный насос.

Кроме того, насосы подразделяются и по эксплуатационным признакам (например, скважинные насосы, дозировочные насосы и т.п.).

В системах водоснабжения мы имеем дело с насосными агрегатами: насос и двигатель, соединенные между собой.

Насосная установка – это насосный агрегат с комплектом оборудования, смонтированного по определенной схеме.

6.1.2.Типы насосов

По числу комплектов рабочих органов (рабочих колес, направляющих аппаратов и т.п.) различают одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые насосы.

Одноступенчатые насосы с горизонтальным валом для подачи воды и незагрязненных жидкостей

Одноступенчатые насосы с осевым входом, как правило, бывают консольного типа. Согласно ГОСТ 8337-87 насосы такого типа имеют входные патрубки от 37 до 200 мм и рассчитаны на подачу от 5до 360 м³/ч.

Промышленность выпускает центробежные консольные насосы двух типов: типа К- с горизонтальным валом и отдельной стойкой и типа КМ – с горизонтальным валом, моноблочные.

В обозначении насоса кроме букв входят две группы цифр: первая группа цифр обозначает диаметр входного патрубка в мм, уменьшенный в 25 раз, а цифры после буквы – коэффициент быстроходности, уменьшенный в 10 раз и округленный до целого числа.

Например, насос 4К-6 имеет входной патрубок d=100мм и коэффициент быстроходности 60.

Насос 3КМ-9 является моноблочным консольным насосом с входным патрубком d=75мм и коэффициентом быстроходности 87.

Промышленностью выпускаются насосы 4К-8, 1¹/₂К-6, 2К-6 и 3К-9, 4К-25.

В установках с большой подачей воды широкое распространение получили одноступенчатые насосы с двусторонним подводом жидкости к рабочему колесу типа Д и НД.

Согласно ГОСТ 10272-87 подача насосов этого типа находится в пределах 120…12000 м³/ч, а напоры, развиваемые ими, составляют 10…140м вод.ст.

Например, насос 10Д-9 имеет входной патрубок диаметром d=250мм и коэффициент быстроходности " 90.

Насосы одноступенчатые вертикальные (по ГОСТ 19740-74)

Применяются для установки в заглубленных насосных станциях, если необходимо сократить их площадь.

Согласно ГОСТ вертикальные насосы должны изготовляться с подачей от 1 до 18 м³/с и напором от 18 до105 мм вод.ст.

В настоящее время изготовляются насосы следующих типоразмеров: 28В-12; 32В-12; 36В-12; 40В-16; 52В-11; 52В-17 и 72В-22 с подачей до12 м³/с. «В»- нерегулируемые; «ВР»- регулируемые.

Многоступенчатые горизонтальные насосы (по ГОСТ 10407-88)

Развивают большие напоры при относительно небольших подачах.

ГОСТ регламентирует параметры двух типов многоступенчатых насосов: секционных – МС с подачей от 10 до 1300 м³/ч нормальных от 20 до 650 м вод.ст. и высоконапорных и спиральных двухступенчатых и многоступенчатых типа М.

Осевые насосы (по ГОСТ 9366-80)

Согласно ГОСТ изготовляют осевые вертикальные насосы двух типов:

тип О- с жестко закрепленными лопастями колеса и тип ОП - с поворотными лопастями колеса («О» - регулируемые и «ОП»- нерегулируемые)

Насосы рассчитаны на подачу больших расходов жидкости (до 140000 м³/ч) при относительно небольших напорах (4…20 м вод.ст.).

Насосы просты и компактны, их можно использовать для подачи загрязненных жидкостей.

Насосы для химически агрессивных жидкостей

В соответствии с требованиями ГОСТ центробежные насосы для химически агрессивных жидкостей (например, каогулянта) изготовляются шести типов: Х; АХ; ХГ; ХП; ХПА; ПХП.

Насосы трения и инерции

Вихревые насосы (ГОСТ 10392-80Е)

Жидкость захватывается лопатками у входа в кольцевой канал, попадает в межлопастную полость и затем вновь выбрасывается в кольцевой канал.

Вихревые насосы развивают напоры в 2…4 раза больше, чем центробежные при том же диаметре рабочего колеса. Насосы обладают самовсасывающей способностью.

Вихревые насосы выпускают с подачей от 1 до 50 м³/ч при напорах от 25 до 100 м. Высота всасывания в пределах 4...8 м.

Центробежно-вихревые насосы

Центробежно-вихревые насосы типа ЦВ изготавливают с подачей от 14 до 36 м³/ч и напором до 280 м ст. жидкости. Насосы имеют осевой подвод жидкости.

Насосы типа ЦВ применяют главным образом в качестве питательных насосов для котлов малой мощности.

Лабиринтные насосы

Основными деталями лабиринтных насосов являются – шнек (ротор) и обойма корпуса.

Насосы находят применение преимущественно в химической промышленности, иногда применяют для подачи реагентов в системах водоснабжения.

Струйные насосы

Струйные насосы – гидроэлеваторы или эжекторы. Струйные насосы используются для подъема воды из артезианских скважин, для отлива воды при производстве строительных работ.

Например, Струйный насос (гидроэлеватор) типа ВСН-50 обеспечивает подачу 14...17 л/с.

Объемные насосы

Возвратно-поступательные насосы

К возвратно-поступательным насосам относятся поршневые и плунжерные насосы.

Плунжер – скалка, выполненная в виде полого стакана, движется в уплотняющем сальнике.

В водоснабжении нашли применение следующие типы насосов:

Плунжерный насос – дозатор типа НД, используется для дозирования коагулянта, известкового молока и других реагентов. Промышленность выпускает насосы марок НД 160/10...НД 1000/10 с подачей 160, 400, 630 и 1000 л/с и максимальным давлением 10 атм. Для перекачивания осадка (например, из первичных отстойников) применяют плунжерные насосы типа НП (НП-28, НП-50 с подачей 28 и 54 м³/ч при напоре 30 м ст.).

Диафрагменные и шланговые насосы

Диафрагменные насосы развивают небольшой напор. Применяется для откачки воды при производстве строительных работ. Некоторые типы насосов применяют в качестве дозировочных в сооружениях для очистки воды и обработки сточных вод.

Винтовые и шестеренные насосы

Винтовые насосы по принципу действия относятся к роторным насосам. В зависимости от числа рабочих винтов различают одно-, двух-, трех- и многовинтовые насосы.

В системах водоснабжения применяются одновинтовые насосы. Например, ВНМ 18-2.

Шестеренные насосы, также как и винтовые, по принципу действия являются объемными.

Применяются главным образом для перекачивания масла в гидроприводах машин и системах смазки крупных механизмов.

Водоподъемное оборудование водяных скважин

Погружные скважинные насосные агрегаты

В настоящее время промышленность выпускает несколько типов погружных скважинных насосных агрегатов: серии АП, АПВ, серии ЭЦВ, ЭПЛ и ЭПНЛ с подачей от 3 до 470 м³/ч для скважин диаметром до 400 мм.

Полупогружные скважинные насосные агрегаты

Насосы находятся в скважинах, а двигатели расположены на поверхности земли.

Наиболее распространены полупогружные скважинные насосные агрегаты типов АТН, НА и А (такие агрегаты называют артезианскими).

Например, АТН-8, АТН-10 и АТН-14 соответственно для скважин 200, 250 и 300 мм.

НАСОСЫ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

для пресной воды и других не корродирующих металлы жидкостей

6.2. Насосные станции

Водопроводные насосные станции являются наиболее ответственными сооружениями в системах водоснабжения, обеспечивающие подачу необходимого количества воды под требуемым напором.

Насосные станции представляют собой достаточно сложный комплекс механического оборудования и энергетических установок (электродвигателей, силовых трансформаторов, распредустройств), трубопроводов, арматуры, контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации.

6.2.1. Классификация насосных станций

1. По надежности действия насосный станции (НС) подразделяются на три категории:

первая категория - не допускается перерыв в подаче воды, т.к. это может привести к повреждению технологического оборудования или даже к аварии;

вторая категория – допускается кратковременный перерыв в подаче воды на время, необходимое для включения резервных агрегатов обслуживающим персоналом;

третья категория – допускается перерыв в подаче воды на время ликвидации аварии, но не более 1 суток.

2. По расположению в общей схеме водоснабжения насосные станции подразделяются на:

станции I подъема – предназначены для подачи воды из источника водоснабжения на очистные сооружения. Если очистка воды не требуется, то насосные станции I подъема служат для подачи воды в резервуары или водонапорную башню.

В некоторых системах водоснабжения (чаще всего малых) насосная станция I подъема может быть единственной в данной системе, тогда ее просто называют насосной станцией;

станции II подъема – предназначены для подачи очищенной воды из резервуаров в водоводы и распределительную сеть. Иногда насосную станцию II подъема блокируют с очистными сооружениями или (при благоприятном рельефе местности) с насосной станцией I подъема;

станции оборотного водоснабжения, где одна группа насосов подает отработанную на производстве горячую воду на охлаждающие устройства, а другая возвращает охлажденную воду в цеха; или отработавшая горячая вода поступает на охлаждающие устройства самотеком под остаточным напором, а группа насосов возвращает охлажденную воду в цеха;

повысительные станции служат для повышения напора в сети либо в отдельных или нескольких зданиях.

3. По виду обслуживания объектов (по назначению) насосные станции подразделяются на станции, подающие воду на технические, хозяйственно-питьевые и противопожарные нужды.

4. По расположению насосного оборудования относительно поверхности земли насосные станции подразделяются на:

- наземные – с полом на уровне или выше поверхности земли;

- заглубленные – с наземным строением и полом ниже поверхности земли;

- подземные – с перекрытием на уровне или ниже поверхности земли.

5. По степени автоматизации управления различают насосные станции с ручным управлением, автоматизированные НС и станции с дистанционным управлением.

НС противопожарных и объединенных противопожарных водопроводов относятся к первой категории надежности.

Ко второй категории надежности относятся НС противопожарных и объединенных водопроводов при наличии на сети емкостей с необходимым противопожарным запасом воды, обеспечивающих требуемый напор.

НС противопожарных и объединенных противопожарных водопроводов при расходе воды на наружное пожаротушение до 20 л/с, а также насосные станции, подающие воду на полив, подающие воду во вспомогательные цеха промышленных предприятий, относятся к третьей категории надежности.

6.2.2. Подбор насосов

Подбор насосов производится по их характеристике Q-H. С учетом совместной работы насосов и водопроводной сети.

При этом следует учитывать в соответствующих случаях:

- суточный график водопотребления;

- наличие и объем регулирующей емкости;

- условия пожаротушения;

- целесообразность применения однотипных насосов;

- экономичность подъема воды в связи с КПД насоса;

- допустимое снижение подачи воды на время ликвидации аварии;

- влияние категории насосной станции, числа и мощности рабочих насосов, на потребность в резервных агрегатах, на общую установленную мощность, а также на стоимость оборудования и здания.

Число резервных агрегатов, подающих воду в одну и ту же сеть или в водоводы необходимо принимать согласно следующей таблице:

6.2.3. Расположение оборудования и арматуры в помещении НС

Расположение насосов и трубопроводов на насосных станциях должно отвечать следующим основным требованиям:

- надежность действия;

- удобство, простота и безопасность обслуживания;

- минимальная протяженность трубопроводов и простота узлов коммуникации трубопроводов;

- возможность расширения станции.

По условиям ремонта и эксплуатации целесообразно устанавливать по возможности однотипные насосы с одинаковой производительностью.

Основные схемы расположения насосов

В практике получили следующие основные схемы расположения насосов:

1. однорядное расположение агрегатов перпендикулярно продольной оси станции. В этом случае достигается компактность размещения оборудования, небольшая ширина здания. Такое расположение применимо при малых и при больших агрегатах;

2. однорядное расположение агрегатов параллельно оси станции. Здесь достигается компактность размещения оборудования при ещ¨ меньшей ширине машинного зала станции (чем при первой схеме);

3. двухрядное расположение агрегатов (рядами). В этом случае увеличивается пролет здания, и усложняются коммуникации трубопроводов. Схема целесообразна при большом числе агрегатов разных параметров;

4. двухрядное расположение агрегатов в шахматном порядке. Здесь достигается компактность расположения трубопроводов, сокращаются размеры машинного зала. Схема применима при большом числе крупных агрегатов.

Повышение надежности работы

Для повышения надежности работы станции насосы следует устанавливать под залив при самом низком уровне воды в водо¨ме или резервуаре.

Если насос установлен с превышением его оси над самым низким уровнем воды, то это повышение должно быть меньше допустимой высоты всасывания насосов на величину потерь напора во всасывающем трубопроводе.

Требования к трубопроводам НС

Трубы в насосных станциях применяют стальные на сварке в виде крупноблочных соединений. Для присоединения насосов и арматуры на трубопроводы привариваются фланцы.

Всасывающие трубы должны быть возможно меньшей длины и иметь малое количество фасонных частей: колен, отводов, тройников, что обеспечит минимальные потери напора. Всасывающие трубы должны иметь непрерывный подъем к насосу (уклон не менее 0,005), чтобы воздух, выделяющийся из воды, свободно двигался с водой к насосу. Во всасывающих трубах не должно образовываться воздушных мешков. Скорость движения воды во всасывающих трубопроводах диаметр < 250мм следует принимать 1…2 м/с,(при диаметре > 250мм – 1,2…1,6 м/с).

Скорость движения воды в напорных трубопроводах внутри станции следует принимать: 1,5…2 м/с для труб диаметром < 250мм (и 2…2,5 м/с для труб диаметром > 250мм).

Прокладка трубопроводов внутри насосных станций

Трубы внутри НС могут быть уложены:

- в каналах;

- в подвальных помещениях под полом машзала;

- на полу насосной станции;

- вверху над агрегатами (в исключительных случаях).

Всасывающие и напорные трубопроводы в помещениях насосных станций, как правило, укладывают над поверхностью пола.

Количество всасывающих линий независимо от количества агрегатов должно быть не менее двух. Всасывающие линии насосов, установленных под заливом, следует оборудовать задвижками. Это обеспечит возможность демонтажа насосов при любых условиях их работы.

Особое внимание уделяется расположению всасывающих трубопроводов в сооружениях, из которых забирается вода (резервуарах чистой воды; всасывающих камерах водопри¨мных колодцев и др.), поскольку в их отверстия не должен засасываться воздух и осадки со дна сооружений.

Напорные линии каждого насоса оборудуют задвижками и обратными клапанами, располагаемыми между насосами и задвижками.

Для измерения и учета расхода воды на напорных трубопроводах в машинном отделении или в камере, примыкающей к нему, устанавливают водомеры.

6.2.4. Вспомогательное оборудование насосных станций

Машинные отделения кроме того должны иметь следующее вспомогательное оборудование:

- вакуум-насосы для заливки основных насосов, если они установлены не под заливом;

- дренажные насосы для удаления из заглубленных насосных станций грунтовой воды, просачивающейся через стены;

- подъемно-транспортные механизмы для монтажа и демонтажа оборудования.

Для приведения в действие насосов применяют синхронные и асинхронные двигатели.

Насосные станции I и II категории надежности должны быть обеспечены бесперебойным питанием электроэнергией.

6.2.5. Особенности устройства насосных станций различного назначения

В зависимости от назначения станции, выбор и размещение основного и резервного оборудования имеет свои особенности, поэтому различны строительные конструкции зданий станций, а также их компоновка.

Насосные станции 1 подъема (НС1)

Насосные станции 1 подъема обычно устраивают заглубленными.

Подземную часть здания НС1 выполняют из железобетона и тщательно изолируют от грунтовых вод. В плане здания могут иметь круглое или прямоугольное сечение.

При небольшом числе насосов (3…5) строят круглые в плане здания НС1, а при большом числе – прямоугольные.

Как правило, в НС1 устраивают отдельные всасывающие линии для каждого насоса. Коллекторы переключения напорных трубопроводов монтируют в отдельных камерах, примыкающих к насосной станции или расположенных в непосредственной близости от нее. В этих же камерах располагаются задвижки и обратные клапаны.

Насосные станции 2 подъема (НС2)

НС2 подъема устраивают или незаглубленными (пол машинного зала находится на уровне земли), или полузаглубленными (пол машинного зала на 2…3м ниже поверхности земли). Величину заглубления пола станции определяют из условия, чтобы высота всасывания не превышала величины, допустимой для принятого типа насосов.

Незаглубленные НС2 проще и экономичнее заглубленных, но в них не всегда обеспечивается допустимая высота всасывания насосов.

Насосные станции 2 подъема (НС2) забирают воду из резервуаров чистой воды (или из артезианских водозаборов) и подают ее в сеть. Поэтому, в некоторых случаях НС2 встраивают в здание станции очистки воды.

Станции оборотной воды (СОВ)

(Циркуляционные насосные станции – ЦНС)

В циркуляционных насосных станциях, как правило, устанавливают две группы насосов:

1) для подачи отработанной (нагретой) воды на охлаждающие сооружения;

2) для подачи охлажденной воды потребителям.

ЦНС располагают вблизи от сооружений для охлаждения воды, откуда вода по самотечным линиям подается в приемные камеры станции.

В целях обеспечения надежности работы насосов их устанавливают под заливом, поэтому ЦНС устраивают заглубленными или полузаглубленными.

6.2.6. Производительность насосных станций

Подача насосами 1 подъема

Есть два случая работы насосов:

1) подача воды на очистные сооружения;

2) подача воды непосредственно в сеть.

1). Когда НС1 подает воду на очистные сооружения, ее работу рассчитывают на подачу среднего часового расхода в сутки с максимальным водопотреблением (с учетом расхода воды на собственные нужды очистных сооружений).

Средняя часовая подача станции

где - максимальный расход воды за целые сутки, м³;

– коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды очистных сооружений ( = 1,04…1,1);

Т – число часов работы сооружений для очистки воды (как правило, Т=24ч).

Если в СПВ нет сооружений для обработки воды, например, при использовании источников подземных вод, а насосы подают воду в резервуар, то общую подачу насосов 1 подъема определяют так

где – коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды очистных сооружений ( = 1,01…1,03).

2). Подачу насосов 1 подъема, перекачивающих воду непосредственно в сеть, устанавливают равной наибольшему часовому расходу в сутки с максимальным водопотреблением .

При обслуживании насосами оборотных систем водоснабжения подачу насосов 1 подъема принимают равной среднему часовому расходу свежей (добавочной) воды в сутки с максимальным водопотреблением.

Подача насосов 2 подъема

Насосы 2 подъема подают воду из резервуаров в сеть потребителя, поэтому режим их работы, а, следовательно, их количество и производительность зависят от графика водопотребления.

Графики водопотребления строятся по данным промпредприятий.

Насосные станции 2 подъема могут работать в режиме равномерной или ступенчатой подачи. При ступенчатой подаче в различные часы суток работает разное число насосов в зависимости от водопотребления.

Люди также интересуются этой лекцией: 6 Основы матричных методов расчета электрических цепей.

При равномерном водопотреблении насосы выбирают с расчетом на равномерную подачу воды, т.е. в этом случае подача (производительность) насоса = 4,17 % от суточного водопотребления. Так как требуемый расход воды обеспечивается насосами, то отпадает необходимость в устройстве водонапорной башни.

В случае неравномерного водопотребления график может иметь следующий вид

Рисунок 6.1 – График неравномерного водопотребления

В первую смену водопотребление составляет 2,5%, во вторую – 6%, в третью смену – 4% в час.

При организации ступенчатой работы насосов в первую смену может быть выбран насос подачей 2,2% в час. Во вторую смену будет работать этот же насос, и к нему подключается насос подачей 4,25%. Суммарная подача двумя насосами с учетом их параллельной работы 6,05%. В третью смену отключается насос подачей 2,2%, а продолжает работать насос подачей (производительностью) 4,25%.