Насосы та насосные станции систем водоснабжения и водоотведения

Насосы представляют собой гидравлические машины, предназначенные для перемещения жидкостей под напором. Преобразуя механическую энергию приводного двигателя в механическую энергию движущейся жидкости, насосы поднимают жидкость на определенную высоту, подают ее на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или заставляют циркулировать в какой-либо замкнутой системе.

Выполняя одну или несколько упомянутых функций, насосы в любом случае входят в состав оборудования насосной станции, принципиальная схема которой применительно к условиям водоснабжения и канализации. В этой схеме для привода насоса используется электродвигатель, подключенный к электрической сети. Вода или другая рабочая жидкость забирается насосом из нижнего бассейна и перекачивается по напорному трубопроводу в верхний бассейн за счет преобразования энергии двигателя в энергию жидкости. Энергия жидкости, прошедшей через насос, всегда больше, чем энергия перед насосом.

Основными параметрами насосов, определяющими диапазон изменения режимов работы насосной станции, состав ее оборудования и конструктивные особенности, являются напор, подача, мощность и коэффициент полезного действия.

Напор представляет собой приращение удельной энергии жидкости на участке от входа в насос до выхода из него. Выраженный в метрах напор насоса определяет высоту подъема или дальность перемещения жидкости.

Подача характеризуется объемом жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод в единицу времени, и измеряется обычно в м/с, л/с или м3/ч.

Мощность, затрачиваемая насосом, необходима для создания нужного напора и преодоления всех видов потерь неизбежных при преобразовании подводимой к насосу механической энергии в энергию движения жидкости по трубопроводам. Измеряемая в кВт мощность насоса определяет мощность приводного двигателя и суммарную (установленную) мощность насосной станции.

Коэффициент полезного действия учитывает все виды потерь связанных с преобразованием насосом механической. энергии двигателя в энергию движущейся жидкости. КПД определяет экономическую целесообразность эксплуатации насоса при изменении остальных его рабочих параметров (напора, подачи, мощности).

Тип и число основных и вспомогательных насосов, состав помещений и набор вспомогательного оборудования, конструктивные особенности и предъявляемые к насосной станции технологические требования зависят от ее назначения. В зависимости от перекачиваемой жидкости насосные станции подразделяются на водопроводные и станции систем водоотведения (канализационные).

По своему назначению и расположению в общей схеме водоснабжения водопроводные насосные станции подразделяются на станции I подъема, II и последующих подъемов, повысительные и циркуляционные (рис. 1, а, б, в, г).

Насосные станции 1 подъема забирают воду из источника и подают ее на очистные сооружения или, если не требуется очистка воды, в аккумулирующие емкости (резервуары чистой воды, водонапорные башни, гидропневматинеские баки), а в некоторых случаях непосредственно в распределительную сеть. Характерной особенностью насосных станций 1 подъема является более или менее равномерная подача в течение суток.

Насосные станции 2 подъема подают воду потребителям из резервуаров чистой воды, которые позволяют регулировать подачу. Подача насосных станций 2 подъема в течение суток неравномерна. Ее по возможности приближают к графику водопотребления.

Повысительные насосные станции (станции подкачки) предназначены для повышения напора на участке сети или в водоводе. Они забирают воду не из резервуара, а из трубопроводов и поэтому не могут самостоятельно регулировать подачу.

Циркуляционные насосные станции входят в замкнутые системы технического водоснабжения промышленных предприятий и тепловых электростанций.

На этих станциях может устанавливаться несколько групп насосов: одна — для подачи отработанной воды на охлаждающие, другая — на очистные устройства, третья — для возврата подготовленной воды к производственным установкам.

Насосные станции систем водоотведения (рис. 1, д) предназначены для подачи сточных вод на очистные сооружения. Районные насосные станции водоотведения часто перекачивают стоки не непосредственно на очистные сооружения, а из одного бассейна канализования в другой, когда соединение бассейнов самотечными коллекторами нецелесообразно.

Особый вид насосных станций представляют станции для перекачивания атмосферных вод (на сети ливневой канализации), осадков и ила (на канализационных и водопроводных очистных сооружениях), агрессивных промышленных сточных вод.

По степени обеспеченности подачи воды насосные станции подразделяются на три категории.

• 1 категория допускает перерыв в подаче воды только на время (неболее 10 мин), необходимое для выключения поврежденных и включения резервных элементов (оборудования, арматуры, трубопроводов), и снижение подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды не более 30% расчетного расхода и на производственные нужды до предела, установленного аварийным графиком работы предприятий, при длительности снижения не более 3 сут.
• 2 категория допускает перерыв в подаче для проведения ремонта не более, чем на б ч, а на канализационных станциях — на время, обусловленное аккумулирующей вместимостью подводящих сетей, и соответствующее снижение подачи не более, чем на 10 сут.
• 3 категория допускает перерыв в подаче не более, чем на 24 ч и соответствующее снижение подачи не более, чем на 15 сут.

К 1 категории относятся насосные станции, обслуживающие технический водопровод и системы водоотведения специальных производств; системы водоснабжения и водоотведения населенных пунктов с числом жителей свыше 50 000 чел. (ориентировочно, максимальное суточное водопотребление свыше 40 000 м3); подающие воду непосредственно в сеть противопожарного и объединенного хозяйственно-противопожарного водопроводов.

Ко 2 категории относятся насосные станции, обслуживающие водопровод населенных пунктов с числом жителей от 5000 до 50 000 чел., если подача воды на пожаротушение возможна и при временной остановке этих станций;

насосные станции систем водоотведения населенных пунктов с тем же числом жителей, если аккумулирующая вместимость подводящих сетей обеспечивает прием стоков на время отключения станции при ремонте; насосные станции водопроводов населенных пунктов с числом жителей до 600 чел. (ориентировочно, максимальное суточное водопотребление не более 3000 м3) и других объектов, указанных в нормах.

К 3 категории относятся насосные станции систем водоотведения, обслуживающие населенные пункты с числом жителей до 500 чел., и насосные станции поливочных водопроводов.

К насосным станциям различных категорий предъявляются соответствующие требования по надежности энергообеспечения (для насосных станций I и II категории подключение не менее, чем к двум независимым ЛЭП), по капитальности сооружений, по резерву технологического оборудования.

От категории насосной станции зависит число резервных агрегатов, число всасывающих и напорных линий и расчетные расходы для них, количество и размещение запорной арматуры на внутристанционных коммуникациях.

Наряду с обеспечением напора и подачи, предусмотренных графиком водопотребления или водоотведения, и удовлетворением требований по бесперебойности работы, при сооружении и оборудовании насосных станций необходимо при наименьших затратах на их строительство и эксплуатацию обеспечивать комфортные условия работы обслуживающего персонала, широкое применение автоматики и телемеханики. Не следует допускать излишеств в составе и размерах сооружений, кубатуре зданий, основном и вспомогательном оборудовании, архитектурном оформлении.

В то же время необходимо учитывать, что состав сооружений и оборудования, так же как и вся схема водоснабжения или водоотведения в целом, должны отвечать условиям будущей экспулатации при возрастающих объемах водопотребления.

Конструкция насосной станции должна предусматривать возможность модернизации и расширения, замены установленного оборудования на более мощное, обеспечивающее увеличение подач и напоров.

Наиболее широкое распространение получили насосные станции шахтного типа с наземным павильоном. В машинном помещении размещаются два агрегата с вертикальными насосами марки ФВ144/46 подачей 144 м3/ч каждый и два вспомогательных (для охлаждения и смазки подшипников) вихревых насоса марки ВК-2/26 подачей 2,7 м3/ч каждый.

Насосные станции этого типа предназначены для перекачки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод, имеющих нейтральную или слабощелочную реакцию, без взрывоопасных примесей.

Приемный резервуар принят вместимостью 30 м³, что соответствует 6-минутной подаче двух насосов.

Для задержания твердых отбросов предназначена механизированная малогабаритная вертикальная решетка, установленная в приемном резервуаре. В грабельном помещении установлена молотковая дробилка для измельчения отбросов, которые после дробления подаются в сточную воду перед решеткой.

Для монтажа и демонтажа оборудования установлена таль с ручным приводом грузоподъемностью 1 т.

Проекты станции разработаны для глубины заложения подводящего коллектора от 3 до 7 м в сухих и мокрых грунтах.

При глубине заложения подводящего коллектора 3 м строительство насосной станции предусмотрено в открытом котловане. При глубине заложения подводящего коллектора 5 м конструкция насосной станции разработана в двух вариантах: для условий ее строительства в сухих грунтах (в открытом котловане) и в мокрых грунтах (опускным способом). Конструкция подземной части насосных станций для глубины заложения подводящего коллектора 7 м принята из условия ее строительства опускным способом.

Пуск и остановка насосных агрегатов, а также замена остановившегося по каким-либо причинам рабочего агрегата запасным выполняются автоматически, в зависимости от уровня воды в приемном резервуаре, с помощью электродного реле уровня. Предусматривается возможность местного кнопочного управления насосами.

Насосы установлены ниже уровня воды в приемном резервуаре и находятся под постоянным заливом, что значительно упрощает их автоматизацию. На напорных трубопроводах после насосов установлены обратные клапаны.

Автоматическое управление станции предусматривает включение насосов при повышении уровня воды в приемном резервуаре до максимального значения, отключение их при достижении минимального уровня, включение резервного насоса при остановке рабочего, а также сигнализацию на щит показателей работы оборудования станции и превышения установленного уровня воды При необходимости перекачки большого объема сточных вод в крупных городах строят круглые в плане насосные станции с большим числом мощных насосов На крупных канализационных насосных станциях устанавливается техническое телевидение для контроля отдельных агрегатов станций. Диспетчер, начальник данного участка и обслуживающий персонал могут следить на экране за работой отдельных агрегатов, особенно решеток. Таким образом, возможно быстрое обнаружение помех.

Введение

промышленного телевидения приводит к сокращению эксплуатационных затрат.

В системах канализации нередко приходится прибегать к подъему (перекачке) сточных вод. Для подачи бытовых и производственных сточных вод на очистные сооружения служат главные насосные станции; для подъема сточных вод из заглубленного коллектора и транспортирования их в верхний коллектор канализуемой территории предназначены районные насосные станции.

Иногда возникает необходимость устройства насосных станций для перекачки дождевых вод, если отметки уровня воды в водоеме, в который должны быть отведены эти воды, выше отметок канализуемой территории и поэтому возможность удаления дождевой воды самотеком исключается.

В некоторых случаях станции перекачки строят для уменьшения глубины заложения коллектора и, следовательно, уменьшения его строительной стоимости. Такое решение может дать значительную экономию, в особенности в водоносных грунтах или в плывунах, где прокладка труб на большой глубине связана со значительными затруднениями и расходами.

Место расположения насосных станций определяется при решении схемы канализации на основе технико-экономических расчетов и согласовывается с местными Советами депутатов трудящихся и органами Государственного санитарного надзора.

Как правило, насосные станции для перекачки сточных вод устраивают в самой пониженной части канализуемой территории с учетом санитарных, планировочных и гидрогеологических условий местности, наличия источников питания станции электроэнергией и возможности устройства аварийного выпуска. Перед насосной станцией все канализационные линии, тяготеющие к ней, должны быть объединены одним общим коллектором, по которому сточные воды подводятся в отделение решеток приемного резервуара.

По санитарным правилам насосные станции подачей до 50 тыс. м3/сутки следует располагать в отдельных зданиях на расстоянии не менее 20 м от жилых зданий или от пищевых предприятий; для станций большей подачи это расстояние должно быть не менее 30 м. По периметру территории насосной станции следует предусматривать создание защитной зеленой зоны шириной не менее 10 м. Насосные станции не следует располагать на красной линии квартала; чаще всего насосную станцию располагают на территории зеленых насаждений.

По гидрогеологическим условиям место расположения насосной станции должно быть наиболее благоприятным для производства строительных работ (низкий уровень грунтовых вод, плотные грунты и т. п.).

В условиях высокого стояния грунтовых вод и слабых грунтов (насыщенных водой — плывунов) целесообразно строить станции шахтного типа опускным способом. При этом способе работ наиболее удобно здание круглой формы в плане. Для глубоких станций, даже при хороших грунтах, такая форма оказывается выгодной и по конструктивным соображениям. В настоящее время почти для всех станций, имеющих суточную подачу примерно до 100—160 тыс. м3/сутки, принимают круглую форму в плане. Диаметр шахты при этом может достигать 24 м.

Станции шахтного типа обычно устраивают с насосами под заливом, т. е. размещают ось насоса ниже горизонта воды в резервуаре. Для малых станций это всегда целесообразно, так как значительно упрощает эксплуатацию (особенно при автоматизации управления).

При наличии грунтовых вод на площадке насосной станции подземная ее часть должна быть защищена гидроизоляцией, которую устраивают на 0,5 м выше горизонта грунтовых вод.

Насосные станции, расположенные близ открытых водоемов или в затопляемой местности, должны иметь отметку порога у входа не менее чем на 0,5 м выше самого высокого горизонта воды в водоеме с учетом нагона волны.

Очистные сооружения часто находятся на значительном расстоянии от города или поселка. В этих случаях необходимо разрабатывать варианты расположения главной насосной станции вблизи населенного пункта или в комплексе с очистными сооружениями. При выборе варианта существенное значение имеют не только рельеф местности и гидрогеологические условия, но и очередность капитальных вложений и эксплуатационные условия. Целесообразно насосные станции располагать вблизи очистных сооружений для удобства совместного их обслуживания.

В состав насосных станций входят: а) приемный резервуар с решеткой; б) машинное отделение, где размещены насосные агрегаты; в) производственно-вспомогательные и бытовые помещения.

Машинное отделение может быть расположено в одном здании с приемным резервуаром, но должно быть отделено от него непроницаемой стеной и иметь отдельный вход. В некоторых случаях в районах с положительной средней зимней температурой при условии применения двигателей низкого напряжения можно устанавливать электронасосиые агрегаты на открытой площадке. Для защиты от пыли их помещают в кожухах или над ними устраивают навес. Электродвигатели должны быть во взрывобезопасном исполнении, а щит управления агрегатами должен помещаться в трансформаторном пункте.

Технологическое оборудование машинных отделений состоит из насосов для перекачки сточных вод, вакуум-насосов (на станциях с незаливными насосами), задвижек на трубопроводах, насосов, эжекторов или других устройств для удаления жидкости с пола машинного отделения, подъемно-транспортных устройств и механизмов, а также контрольно-измерительной аппаратуры (указатели уровня воды в резервуаре, расходомеры, манометры и вакуумметры к насосам, а электродвигатели должны иметь вольтметры и амперметры). Перед установленными манометрами должны быть помещены мембраны.

Для перекачки бытовых и близких им по составу производственных сточных вод по новому стандарту применяются центробежные насосы марки Ф, выпускаемые отечественной промышленностью, с подачей 14,5—9000 м3/ч и напором 8—95 м (например, насос Ф16/27 с подачей 16 м3/ч при напоре 27 м).

На насосных станциях дождевой, общесплавной и полураздельной систем канализации устанавливаются насосы для перекачки дождевых вод суммарной подачей, равной расчетному притоку этих вод при периоде однократного переполнения, установленном для принятой схемы канализации, с учетом незатопления пониженных территорий при переполнении сети. Число насосных агрегатов для перекачки дождевых вод должно быть минимальным, резервные насосы не устанавливаются.

Для насосных станций большой подачи или повышенного напора по специальному заказу могут быть изготовлены заводами насосы с применением синхронных двигателей большой мощности с частотой вращения около 1500 мин-1 или коллекторных электродвигателей, дающих возможность регулировать частоту вращения.

Перспективным является применение незасоряемых насосов при перекачке сточных вод. Во всасывающий патрубок такого насоса вмонтировано устройство типа решетки-дробилки, поэтому устанавливать решетки перед этими насосами не нужно.

Для подкачки сточных вод на небольшую высоту во избежание больших заглублений коллекторов з отечественной и зарубежной практике применяют шнековые подъемники. Этот подъемник прост по устройству, в работе почти безотказен, для установки его не нужно дорогостоящих зданий с наземными павильонами, он легко размещается в подземной камере. Важно и то, что он не требует извлечения из сточной воды крупных примесей.

Шнековые насосы стабильно работают в большом диапазоне изменения притока сточных вод к насосу. Для шнековых насосов общий к. п. д. насосной установки (вместе с приводом) составляет 50—55%. При проверке работоспособности шнековых насосов для перекачки загрязненных сточных вод установлено, что они одинаково хорошо транспортируют как мелкие, так и крупные примеси. Недостатком шнекового подъемника является то, что он не может подавать сточную воду в напорный трубопровод.

Кроме рабочих насосов на канализационной станции должны быть установлены еще и резервные насосы: при числе рабочих насосов до двух — один насос; при числе рабочих насосов более двух — два насоса. При трех рабочих насосах марки Ф допускается предусматривать установку одного резервного насосного агрегата при условии хранения второго (резервного) на складе насосной станции. При двух рабочих насосах марки Ф7200/24,9 допускается установка двух резервных насосных агрегатов. Подача резервного насосного агрегата должна быть равна максимальной подаче наиболее мощного рабочего агрегата.

Насосы желательно подбирать одинаковые по характеристике (диаметру, напору и подаче) для возможности замены одного насоса другим и, кроме того, однотипные, чтобы могла быть обеспечена взаимозаменяемость их деталей.

В целях упрощения эксплуатации насосов необходимо стремиться к их установке под заливом. Для пуска в работу насосов, расположенных выше отметки наивысшего урозня воды в приёмном резервуаре, должна быть предусмотрена установка двух вакуум-насосов или эжекторов (одного — рабочего, другого — резервного). Для каждого насоса предусматривается отдельная всасывающая труба; при работе насоса под заливом на всасывающей трубе устанавливается задвижка.

Скорость движения сточных вод во всасывающих трубопроводах принимают равной 0,7—1,5 м/с, скорость движения сточных вод в напорных трубопроводах— 1,5—2,5 м/с.

При давлении в напорном трубопроводе более 0,3 МПа при каждом насосе следует предусматривать установку обратного клапана на напорной линии, что позволяет производить запуск насосов с открытой задвижкой и упрощает схему автоматического управления агрегата.

Схемы перехода напорного патрубка насоса с меньшего диаметра на больший с установкой перехода, задвижки и обратного клапана показаны на 3.47. Монтаж по схеме, показанной на 3.47, а, приводит к перерасходу электроэнергии в результате больших потерь напора. Арматура трубопроводов должна иметь необходимый для нормальной эксплуатации комплект запасных частей и материалов.

На насосной станции, оборудованной центробежными насосами с диаметром напорного патрубка более 200 мм, на каждом агрегате должны быть установлены расходомеры; при меньшем диаметре напорного патрубка отдельных расходомеров не устанавливают. В этом случае о подаче насосов судят на основании сопоставления показаний манометра и вакуумметра, а о нагрузке электродвигателя насоса — по амперметру.

В машинном отделении насосной станции должны быть указатели уровня воды в приемных резервуарах, а также сигнализация и телефонная связь.

Насосные станции могут быть автоматические, полуавтоматические — с собственным или центральным диспетчерским пунктом и реже с ручным управлением. Перспективным является программное управление работой насосных станций. Основной задачей автоматического управления является пуск и остановка электродвигателей насосных агрегатов в зависимости от уровня воды в приемном резервуаре, который контролируется с помощью многоточечного реле уровня.

Канализационные насосные станции должны иметь внутренний водопровод, отопление, достаточное освещение и приточно-вытяжную вентиляцию всех помещений.

Температура воздуха в машинном отделении в отопительный период при постоянном пребывании обслуживающего персонала должна быть не менее 16° С. При автоматическом управлении агрегатами температура воздуха не должна быть ниже 5° С.

При устройстве и эксплуатации канализационных насосных станций должны выполняться требования техники безопасности.

Насосные станции, как правило, должны проектироваться для работы без постоянного обслуживающего персонала.

На насосных, оборудованных агрегатами с высоковольтными двигателями, допускается наличие постоянного обслуживающего персонала.

насос гидравлический канализация.

• 1. Репин Б. Н. (ред.) — Водоснабжение и водоотведение. Наружные сети и сооружения. Справочник.
• 2. С. В. Яковлев, Я. А Карелин, -Канализация. Стройиздат, 1975
• 3. Абрамов Н. Н — Водоснабжение