Глава 9 выбор основного оборудования насосных станций

ГЛАВА 9

ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ

Режим работы и подача насосной станции могут быть установлены только после того, как будут определены расход воды и график водо-потребления. Насосные станции должны подавать (или откачивать) за сутки полный расчетный суточный расход при обеспечении требуемой высоты подъема воды.

Подача насосных станций должна быть рассчитана на максимальное суточное водопотребление. При определении величины максимального суточного расхода воды составляют сводную ведомость расхода во-^!ды в системе водоснабжения¹⁹⁰, которая является основным заданием для определения подачи и выбора режима работы насосных станций проектируемого водопровода. Подача канализационных насосных станций определяется по максимальному расчетному секундному расходу в подходящем коллекторе на участке у насосной станции (см. § 71).

При определении подачи (откачки) и режима работы насосных станций следует учитывать назначение станций и место их расположения з общей схеме системы водоснабжения или системы канализации.

§ 50. РАСЧЕТ РЕЖИМА РАБОТЫ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ I ПОДЪЕМА

Подача воды насосами I подъема может осуществляться по трем основным схемам:

1)    насосная станция подает воду на очистные сооружения для хо-зяйственно-питьевых или производственных нужд;

2)    насосная станция подает воду в резервуары чистой воды без очистки; подача хозяйственно-питьевой воды в этом случае возможна лишь при использовании артезианских вод;

3)    насосная станция подает воду без очистки непосредственно потребителям.

Подача насосной станции I подъема при поступлении воды на очистные сооружения. Как правило, станцию рассчитывают на подачу среднего часового расхода воды в дни максимального водопотребления с учетом расхода воды на собственные нужды насосной станции I подъема и очистной станции. Среднюю часовую подачу насосной станции, м³/ч, определяют по формуле

Q„=    ,    (9.1)

где Рмакс-сут — максимальный суточный расход, м³/сут;

а — 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 отвода промывной воды;

Т — продолжительность работы насосной станции,обычно Т — .=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. Как было сказано, подача воды на хозяйственно-питьевые нужды без очистки возможна лишь при использовании артезианских вод. В этом случае чаще всего вода насосами I подъема подается в резервуары чистой воды, откуда горизонтальными насосами 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 скважины. Часто круглосуточный режим водоотбора диктуется ограниченным дебитом скважины. Часовая подача насосной станции

I подъема должна быть равна:

^ _ ^а1 Фиакс .сут    (9.2)

где ai — коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды водопровода; принимается равным 1,01 —1,02.

Для производственных систем водоснабжения воду можно подавать без очистки и из поверхностных источников водоснабжения, если ее качество удовлетворяет требованиям технологического процесса. Например, для систем охлаждения можно подавать воду с мутностью до

50 мг/л; цветность воды не ограничивается: Этим требованиям обычно удовлетворяет вода из равнинных рек и водохранилищ.

Для системы производственного водоснабжения подача насосной станции I подъема устанавливается >в зависимости от того, куда подается вода: непосредственно на производство (система прямоточного водоснабжения) или в оборотную систему водоснабжения, имеющую цирку-'^!;: ляционные 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 (9.1), если - неравномерный, из условия обеспечения наибольшего часового расхода в дни максимального водопотребления, т. е. по методике расчета насосных станций II подъема городского водопровода (см. далее § 51).

При оборотной системе производственного водоснабжения насосная станция I подъема под'ает 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 относят наиболее мощные скважины, имеющие большой удельный дебит и обеспечивающие среднечасовой расход воды потребителями. Работают они круглосуточно, и .их дебит определяют по формуле (9:2). 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.

Подача воды насосной- станцией I подъема непосредственно потребителю приводит ли увеличению числа скважин по сравнению с системой подачи воды в резервуар. Од-эдако в этом случае отпадает необходимость в строительстве резервуаров и насосной

• станции 11_ подъема. Выбор той или иной схемы подачи воды потребителям решается на <основании технико-экономического сравнения вариантов с учетом конкретных гидрогеологических характеристик источника.

При определении подачи насосной станции I подъема системы объединенного хозяйственно-питьевого и противопожарного водопровода необходимо обеспечить возможность форсированной подачи воды в ча-<сы пополнения противопожарного запаса, который находится в резервуарах, расположенных на насосной станции II подъема. В течение времени восстановления противопожарного запаса воды насосная станция =1 подъема должна обеспечивать также и .расчетную подачу воды на хо-яяйственно-питьевые и производственные нужды.

Восстановление противопожарного запаса может производиться:

а)    рабочими насосами, предназначенными для подачи воды на хо-.зяйственно-питьевые и производственные нужды, если эти насосы работают не круглые сутки; пополнение производится во время перерывов в ¦их работе;

б)    рабочими насосами за счет возможного сокращения водопотреб-.ления¹;

в)    резервным насосным оборудованием;

г)    специальными противопожарными насосами, установленными на насосной станции I подъема.

При восстановлении израсходованного противопожарного запаса воды подачу насосов, м³/ч, определяют по формулам:

^На период пополнения противопожарного запаса воды допускается снижение подачи воды на хозяйственно-'Гттьевые нужды до 50% расчетного расхода, на производственные нужды — по аварийному графику (см. СНиП П-31-74).

_п __п . 3 Q_n -f- 2 Q_MaK0 3 Qx

Чч — 41 “Г    .    J,    >

для специальных противопожарных насосов

_п   3 Q_n —j— S Q_MaKc 3 Qi

Чч —    _т    >    \

где 3 Q_n — полный пожарный расход за 3 ч (3 ч — расчетная продолжительность тушения пожара в населенном пункте или на предприятии);

SQmакс — суммарный расход в течение 3 ч наибольшего водопотреб-ления (по графику водопотребления);

Q1 — средняя часовая подача нормально работающих насосов станции I подъема; может приниматься в расчет в том слу-• чае, если гарантирована бесперебойная подача воды насосной станцией I подъема;

Т — продолжительность пополнения пожарного запаса, устанавливаемая в соответствии с требованиями СНиП П-31-74.

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;

* 74 ч — .в сельских населенных пунктах и сельскохозяйственных 'про.изводстветшх комплексах.

Для промышленных предприятий с пожарными расходами воды на наружное пожаротушение 20 л/с и менее допускается увеличивать время 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 время восстановления запаса и соответственно запас воды в резервуаре.

Дополнительный-объем противопожарного запаса воды при удлинении времени его восстановления надлежит определять по формуле ,

где Q — 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 во время пополнения этого запаса. В любом случае необходимо технико-экономическое обоснование принятого варианта восстановления неприкосновенного противопожарного запаса воды в резервуарах.

§ 51. РАСЧЕТ РЕЖИМА РАБОТЫ НАСОСНЫХ СТАНЦИИ II ПОДЪЕМА

Насосы II подъема подают воду непосредственно в сеть потребителя, и поэтому подачу насосной станции II подъема определяют в зависимости от режима водопотребления населенного пункта.

График режима работы насосной станции II подъема принимают из условия максимального приближения его к графику водопотребления, но это не значит, что графики должны в точности совпадать. Водопот-ребление в системах водоснабжения весьма неравномерно, поэтому, если мы примем режим подачи воды насосами, в точности . соответствующим режиму водопотребления, потребуется очень часто включать и выключать насосные агрегаты, что чрезвычайно усложнит эксплуатацию •насосных станций.

При подаче воды насосами II подъема, большей водопотребления, избыток воды поступает в аккумулирующую емкость. В часы, когда во-допотребление превышает подачу, недостающее количество воды поступает в сеть из аккумулирующей емкости. Следовательно, чем больше разность между подачей и потреблением воды, тем больше должна быть аккумулирующая емкость.

При определении подачи насосной станции II подъема необходимо найти оптимальный вариант режима работы насосной станции — минимальная аккумулирующая емкость и наименьшая частота 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 в сутки, 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.

Определение подачи и выбор режима работы насосной станции удоб-. «о производить по табл. 9.1 или по совмещенному графику водопотребления и подачи насосной станции II подъема (рис. 9:1).

,В табл. 9.1 приведены примеры равномерной и ступенчатой работы насосов при наличии в системе водопровода водонапорной -башни, при коэффициенте часовой неравномерности водопотребления 1,35. Регулирующая вместимость равна максимальному остатку в баке. При получении отрицательных и положительных величин регулирующая вместимость равна сумме абсолютных величин максимальной отрицательной •и максимальной положительной. При равномерной круглосуточной работе насосов регулирующая вместимость бака по та'бл. 9.1 составила W—6,9S% максимального суточного расхода; при ступенчатой работе насосов №=2,5% максимального суточного расхода. По III варианту

/

'Рис. 9.1. Совмещенный график водопотребления, равномерной и ступенчатой подачи воды наеооной станцией

работы насосной станции регулирующая вместимость W—2,25% максимального суточного расхода. Анализ ступенчатых режимов работы насосной станции по II и III вариантам показывает, что при II варианте поступление воды в бак водонапорной башни происходит в основном в дневные часы, т. е когда в городе расходуется наибольшее количество воды и водопроводная сеть в напряженный момент работы должна пропускать транзитный расход воды в башню. В III варианте ступенчатой работы насосной станции регулирующая вместимость уменьшается. Сокращается часовое поступление воды в бак и из ‘бака, т. е. соединительные водоводы «башня — сеть» будут рассчитываться на меньший расход и, следовательно, можно принять трубы меньшего диаметра.

Общее количество воды, поступающее в бак водонапорной башни за сутки при режиме работы насосной станции по II варианту, равно 4,2% максимального суточного; при режиме работы по III варианту поступление воды в башню уменьшается до 3,55%, что позволяет сократить эксплуатационные расходы, так как напоры при подаче воды в сеть меньше, чем при подаче воды в бак водонапорной башни.

Окончательный выбор режима работы насосной станции устанавливается на основании технико-экономического расчета конкурирующих вариантов с учетом местных условий. Например, на маленьких поселковых водопроводах бак водонапорной башни заполняется в дневную смену, а затем в вечерние и ночные часы расходуется созданный запас воды. Это приводит к увеличению вместимости бака, но позволяет сократить дежурный персонал и принять работу насосной станции в одну смену. При применении автоматизированного управления при том же дежурном персонале можно перейти на круглосуточную работу насосной станции и уменьшить вместимость бака башни, но увеличатся капитальные затраты на автоматизированное управление насосными агрегатами.

На рис. 9.1 показан совмещенный график ступенчатого водопотреб-ления и работы насосов (равномерной и ступенчатой) для I (линия 2),

II (линия За) и III (линия 36) вариантов по табл. 9.1. Регулирующая вместимость определяется наибольшей из- отдельных площадей, образуемых линией работы насосов и линией водопотребления 1 [например, при равномерной работе насосов — заштрихованная площадь (от 23 до 5 ч), равная приблизительно 7% (по таблице 6,98%)].

Для определения режима работы насосов и вместимости бака водонапорной башни удобнее пользоваться интегральным графиком. Ординаты интегральных графиков дают суммарное количество воды, поданной с начала суток до каждого рассматриваемого часа.-На рис. 9.2 приведен интегральный график водопотребления (линия 1), совмещенный с интегральными графиками подачи воды насосной станцией II подъема при равномерном (линия 2) и ступенчатом (линии 3а, 36) режиме, соответствующем расчету по табл. 9.1. Тангенс угла наклона интегральной кривой к оси абсцисс характеризует интенсивность расходования и подачи воды за соответствующий промежуток времени. .

Подача воды насосами представлена ломаной линией, точки излома которой соответствуют моментам изменения подачи воды насосной станцией, т. е. моментам пуска или остановки отдельных насосных агрегатов.

Требуемую аккумулирующую емкость определяют по интегральному графику как сумму абсолютных величин максимальной положительной и максимальной отрицательной разностей ординат кривых подачи и водопотребления. Например, при неравномерной работе насосов вместимость бака составит +0,8+ ( — 1,45) =2,25%, при ступенчатой — 2,5%. Если кривую подачи (линию 2) сдвинуть вдоль оси абсцисс влево таким образом, чтобы она стала касательной к наиболее выпуклой части кривой потребления (точка А), то разности ординат линий 1 и 2 будут од~

ного знака, а максимальная разность ординат даст расчетную величину регулирующей вместимости.

Анализ режимов работы насосных станций показывает, что при ступенчатой работе возможны значительное уменьшение вместимости бака водонапорной башни и некоторое снижение требуемой полной высоты подъема воды насосами за счет меньшей высоты бака. Как видно из приведенного примера, при ступенчатой работе насосов вместимость бака водонапорной башни может быть значительно (почти, в 3 раза) меньше, чем при равномерной работе, но зато увеличивается площадь насосной станции вследствие установки большего числа насосов (хотя и меньшей

Рис. 9.2. Интегральный график водопотребления, равномерной и ступенчатой' подачн воды насосной станцией

подачи) и вместимость подземных, резервуаров, .поскольку станция

I подъема обычно работает равномерно.

В ряде случаев увеличивается и диаметр водоводов, так как при ступенчатой работе они должны быть рассчитаны на пропуск большего количества воды, чем при равномерной. Практика проектирования и эксплуатации систем водоснабжения показывает, что для малых водопроводов обычно выгодна равномерная работа насосов, для больших — ступенчатая, для средних водопроводов, чем больше длина водоводов, тем выгоднее равномерная работа.

-§ 52. ОСОБЕННОСТИ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАСЧЕТОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ

На промышленных предприятиях водопотребление в течение суток может быть равномерное и неравномерное.

•При равномерном водопотреблении насосы подбирают с расчетом на равномерную подачу воды (подача насоса равна 4,17% суточного расхода). Необходимость в устройстве водонапорной башни отпадает, поскольку требуемый расход воды обеспечивается насосами. В некоторых случаях, исходя из специфических требований отдельных производств, может быть предусмотрено устройство водонапорной башни с некоторым ' аварийным запасом воды.

На рис. 9.3 показан график неравномерного водопотребления (линия 1) промышленным предприятием по часам суток: * в первую смену водопотребление равно 2,5% в час, во вторую смену — 6%, в третью смену — 4%. Если принять в данном случае ступенчатую работу насо-

% в-j.

'-jC-

Рис. 9.3. График вддопотреблеаия промышленным предприятием    ^

-JL

J

2к-------L

0-2 4 S 8 10 /2 t4 1S 18 20 22 ч

сов (линия 2), то для работы в первую смену должен быть подобран насос подачей 2,2% в час, во вторую смену будет работать этот же насос и насос подачей 4,25%; ’Суммарная подача воды этими насосами с уче-. том параллельной их работы будет равна 6,05%; в третью смену насос подачей 2,2% должен быть отключен и будет работать только второй насос подачей 4,-25%. Вместимость бака водонапорной башни будет (6,05—6) 8+ (4,25—4) -8=2,4%.

Если для данного графика водопотребления принять ' равномерную работу насосов (линия 3), то при их подаче 4Д7% в час потребуется создать запас воды. Вместимость бака водонапорной башни будет равна (6—4,17) 8=14,67% суточного расхода.

§ 55. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО НАПОРА Определение расчетного напора насосов I подъема

Требуемый напор насосов станции I подъема определяют в соответствии с принятой схемой ее подачи.

При подаче воды на очистные сооружения (рис. 9.4) полную высоту подъема насосов, м, определяют по формуле

Н ~ ^ст + Ьщ, вс + н + ¹ >

где #_CT = #s+tf_r.H — статический напор, т.е. разность отметок уровней воды в источнике и в смесителе;

H_s — геометрическая высота всасывания, т. е. разность отметок оси насоса и самого низкого уровня воды в водоприемном, колодце;

Нг.н — 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, 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; hw,Bc и h_w>н — потери напора соответственно во всасывающем и нагнетательном трубопроводах;

1 —запас напора на излив воды из трубопровода.

При подаче 'воды в резервуары чистой воды из артезианских скважин полную высоту подъема воды насосами, м, определяют по формуле

Н = #ст + ^ска + ^hs + ¹ *

где Я_ст — статический напор, т. е. разность отметок динамического уровня в скважине и максимального уровня в сборном резервуаре;

Ьскв—'потери в скважине на обтекание погружного насоса при входе воды в приемную сетку (при насосах типов АТН, А необходимо принимать потери в сетке и скоростные потери на входе);

h_B — потери в сборном трубопроводе от скважины до резервуара.

При подаче воды непосредственно в водопроводную сеть полную высоту подъема воды насосами, м, определяют по формуле

^Н = ^Нг + /г_{ш> вс} + н+ ^Нсв,

гдеЯ_г — разность отметок расчетного уровня воды в источнике и геодезической отметки диктующей точки;

hw,n — потери напора в водоводах и водопроводной сети, определяемые в соответствии с данными, полученными при расчете водопроводной сети;

Я св — требуемый свободный напор в водопроводной сети в точке* принятой за расчетную.

Рис. 9.4. Схема подачи воды на очистные сооружения

/ — .водоприемный .колодец; 2 — насос; 3— смеситель; РУВ— расчетный уровень воды

Напор насосов станции II подъема определяют после полного расче- * та 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 (контррезервуаром), находящейся в конце сети.

На рис. 9.5 нанесены пьезометрические линии для первого случая. Полная высота подъема насосов, м, определяется по формуле

Я ~ ^hw, вс + Hz + ~Ь + ^hw. н ,

где /1_ад>Вс — потери напора во всасывающем трубопроводе;

H_z — разность отметок поверхности земли у водонапорной башни и расчетного уровня воды в резервуаре;

Нб — высота башни от поверхности земли до дна резервуара;

Я_р — высота резервуара;

^го,н — потери напора в напорных коммуникациях и в водоводе от насосной станции до водонапорной башни.

На рис. 9.6 нанесены пьезометрические линии для второго случая. При определении полной высоты подъема насоса надо учитывать пежим работы насосной станции:

1)    в часы максимального водопотребления, когда часть воды подается насосной станцией, а другая часть поступает из водонапооной башни;

2)    в часы минимального водопотребления, когда вода, подаваемая насосом, поступает в основном транзитом в башню.

При максимальном водопотреблении полную высоту подъема насосов, м, определяют по формуле

Я' = Я_г -f- h_w' _вс -f- h_w' _а -f- Я_св,

где Я _г—геометрическая высота подъема воды, т.е. разность отметок точки схода а и расчетного уровня воды в резервуаре; местоположение точки схода определяется в результате расчета сети;

Ясв — требуемый свободный напор в сети;    ^г

h'w. 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, вычисляют по формуле

я'

где Яст —статический напор, т.е. разность отметок расчетного уровня воды в резервуаре и уровня воды в баке водонапорной башни;

h_w. 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 подача полного расчетного расхода воды на тушение пожара¹ должна быть

'Абрамов Н. Н. Водоснабжение. М., Стройиздат, 1974.

Рис. 9.5. Схема подачи воды газ резервуара в систему с 'башней в начале сети 1 — резервуар; 2 — насос; в — башня

обеспечена в час максимального водоразбора, т. е. в момент наиболее напряженной работы насосной станции и водопроводной сети.

•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 Q_n+

макс-ч-

'При определении (Змакс.ч не учитывается расход воды на поливку территории, а в системах промышленных водопроводов не 'учитывают , расход воды на прием душей, мытье полов в производственных зданиях и мойку технологического оборудования.

Полная высота подъема воды, м, в момент пожара определяется по формуле

^На ⁼ #сг.п + ^hw, вс + ^hw, в + ^СВ,

Рис. 9.6. Схема пада1чи воды из резервуара в систему с контррезервуаром

1 — резервуар; 2 — насос; 3 — водопроводная оеть; 4 — башня

где Нст.п — статический напор, т.е. разность отметок земли в расчетной точке пожара и расчетного пожарного уровня воды в резервуаре;

а —потери напора в водоводе и сети от насосной станции до места пожара;

Я_св — свободный напор в расчетной точке возникновения 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 Q_n-f Фмакс.ч, при этом коэффициенты запаса 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 струи высотой, достаточной для тушения пожара. Системы высокого давления (с временным повышением давления при пожаре) применяют иногда и в промышленных водопроводах. Водопроводы постоянного высокого давления применяют только на промышленных объектах повышенной пожарной опасности.

При определении требуемого напора насосов II подъема следует оас-сматривать три основных случая:

1)    необходимый напор для пожаротушения больше напора, развиваемого хозяйственными насосами;

2)    необходимый напор пожаротушения равен напору, развиваемому хозяйственными насосами;

3)    необходимый напор для пожаротушения меньше напора в режимной точке работы насосов до возникновения пожара.

В первом случае (рис. 9.7, а) следует устанавливать противопожарные насосы требуемого напора и подачи, которые обеспечат максимальный 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. 9.7,6).

И

Qmnc ^макс+п. Q.

а

йтнс    йтнс-i-n

$макс ^манс+п

Q

Рис. 9.7. Характеристики работы насосной станции при возникновении пожара

В третьем случае требуемый суммарный расход при необходимой высоте подъема воды обеспечивается хозяйственными насосами за счет снижения расчетного напора насосов на случай пожаротушения (рис. 9.7, в).

_; Ввиду кратковременности пожаротушения допускается работа насосов вне рекомендуемой рабочей части характеристики с некоторым снижением коэффициента полезного действия. При этом необходимо помнить о недопустимости работы насоса в зоне кавитации.

§ 54. ВЫБОР ТИПА И ЧИСЛА УСТАНАВЛИВАЕМЫХ НАСОСОВ

При выборе типа насосов и определении числа рабочих агрегатов необходимо учитывать совместную работу насосов, водоводов и сети и руководствоваться следующими соображениями.

1.    Необходимо устанавливать как можно меньше рабочих насосов. Параллельная работа нескольких насосов экономически невыгодна: выгоднее установить крупные насосы, имеющие более высокие КПД, чем несколько средних и малых; кроме того, суммарная подача нескольких насосов при параллельной работе на общие водоводы всегда меньше, чем сумма их подач при раздельной работе на данную систему.

2.    Насосы должны работать в области наивысших КПД при длительной подаче. Кратковременные расходы могут подаваться с более низким КПД.

3., Целесообразно на насосных станциях устанавливать насосы одного типоразмера, ^хчто обеспечивает взаимозаменяемость насосов, значительно упрощает их эксплуатацию и создает удобства для обслуживания. Однако требования экономичности во многих случаях заставляют отказаться от применения однотипных насосов. Низкие КПД насосов обусловливаются не только тем, что режимная точка насоса находится вне зоны оптимальных расходов, но также и несоответствием напоров, развиваемых насосами, требуемым напорам, так как при уменьшении расхода в сети потери напора на трение уменьшаются пропорционально квадрату расхода. Таким образом, для повышения КПД насосной станции насосы должны подбираться на разные расходы при максимальном КПД с учетом требуемых напоров, что приводит к необходимости установки разнотипных насосов.

4. Подача рабочих насосов должна быть достаточной для обеспечения максимального расхода. Число резервных насосов принимается в соответствии с классом насосной станции. Однако в любом случае целесообразно принимать не менее двух резервных агрегатов, так как при наличии одного резервного агрегата во время'ремонта одного из рабочих насосов станция остается без резерва и при аварии рабочего.насоса его нечем будет заменить.

Требования к надежности работы насосной станции устанавливают в зависимости от назначения водопровода. В соответствии' с требуемой степенью надежности бесперебойного водоснабжения водопроводные насосные станции подразделяют на три класса:

I    класс — не допускается перерыва в работе насосов, так как эго может привести к значительному ущербу народного хозяйства, повреждению технологического оборудования и нарушению сложного технологи-

_ч ческого процесса;    ⁰

II    класс — допускается кратковременный перерыв в работе насосов на время, необходимое для включения резервных агрегатов, что вызывает уменьшение выпуска продукции и простой технологического оборудования;

III    класс — допускается перерыв в подаче воды потребителям на время ликвидации аварии, но не более одних суток; например, в насе-

ленных пунктах с числом жителей до 5000 человек, во вспомогательных цехах, на поливочные нужды и на орошение. '

Насосные станции противопожарных и объединенных хозяйственнопротивопожарных или производственно-противопожарных водопроводов по надежности действия следует относить к I классу; при наличии емкостей с соответствующим противопожарным -запасом воды, обеспечивающим необходимый напор,—‘Ко II классу.

Число резервных агрегатов принимают в зависимости от класса надежности станции и числа рабочих агрегатов (табл. 9.2).

• Т1А1БЛИЦА 9-2

Число резервных агрегатов на станциях класса.

Резервные насосы принимаются с характеристикой, соответствующей наибольшему насосу, установленному на насосной станции.

На основании изложенных выше соображений рассмотрим принцип выбора рабочих агрегатов на насосных,станциях различного назначения.

На насосных станциях I подъема, работающих равномерно, целесообразно устанавливать не менее двух однотипных рабочих насосных агрегатов и один или два резервных. Станции I подъема, как правило, устраивают заглубленными, шахтного типа, в зданиях круглой формы в плане. Круглое здание насосных станций сразу строят с запасом площади для установки более мощных насосов при дальнейшем развитии водоснабжения и соответственно увеличивают размеры фундаментов под насосы. ,    '

Поскольку противопожарный запас хранится в резервуарах чистой воды на насосных станциях II подъема, на станциях I подъема можно устанавливать один резервный насос. Однако следует иметь в виду, что стоимость насосного агрегата весьма мала по сравнению со стоимостью всего водопровода и экономия от сокращения числа резервных насосов нецелесообразна, особенно если принять во внимание важность бесперебойности водоснабжения. Один резервный насос можно устанавливать также на насосной станции I подъема, подающей воду б резервуары охлаждающих устройств (при оборотной системе водоснабжения), где кратковременный перерыв в подаче воды не вызывает осложнений, так. как оборотная система водоснабжения может некоторое время работать за счет запаса воды в системе. В то же время на насосных станциях, обслуживающих металлургические,- химические, нефтеперерабатывающие и другие промышленные предприятия, где перерыв в подаче воды недопустим, число резервных агрегатов может быть увеличено по сравнению с рекомендациями табл. 9.2.

Таким образом, число резервных насосов в каждом конкретном случае принимают на основании обеспечения надежности работы насосной станции с учетом технико-экономического расчета.

На заглубленных насосных станциях I подъема рекомендуется применять вертикальные центробежные или осевые насосы, для которых требуется меньшая площадь здания станции. Электродвигатели могут быть установлены над корпусом насоса, вследствие чего создаются лучшие условия для работы электродвигателей и их обслуживания. К тому же насосная станция, оборудованная вертикальными насосами, более компактна. Вертикальные центробежные и осевые насосы изготовляют

на весьма большую подачу, и они могут быть использованы только на крупных насосных станциях. На станциях средней и малой производительности в основном применяют горизонтальные центробежные насосы.

В последнее время в практике проектирования и строительства насосных станций I подъема широко применяют скважинные насосы с трансмиссионным валом типов 20А и 24А, что позволяет весьма значительно уменьшить площадь насосной станции.

Насосные станции II подъема работают по ступенчатому графику, й выбор однотипных насосов значительно осложняется, так как при изменении расхода воды потребителем необходимо изменять подачу воды выключением из работы части насосов. Но выключение насоса ведет к скачкообразному изменению подачи, а в сети наблюдается относительно плавное изменение расхода.

Несоответствие подачи воды насосами расходу ее в системе приводит к потере энергии и в конечном результате к снижению КПД. Если водопотребление в сети больше, чем подают насосы, то режимная точка смещается в нижнюю часть рабочей части характеристики и насосы работают с низким КПД. Если же расход в сети меньше, чем подают насосы, то за'счет саморегулирования они будут развивать напор больше, чем требуется в сети, и следовательно, общий КПД насосной станции будет понижаться.

Выбору насосов II подъема должен предшествовать весьма тщательный анализ работы системы «насосы — водоводы — сеть». Принятый в практике анализ работы насосной станции на два (с башней в начале сети) или на три (сеть с контррезервуаром) расчетных случая явно недостаточен. Применение ЭВМ для расчета сети и совместной работы системы «насос — водовод — сеть» позволяет провести более глубокий анализ, подобрать насосы и установить режим работы насосов, обеспечивающий оптимальный КПД работы насосной станции.

В табл. 9.1 в I варианте принята равномерная работа насосов с подачей 4,17%. Можно установить один рабочий насос с подачей 4,17% и_г принимая во внимание, что насосные станции II подъема городских водопроводов относятся к первому классу надежности, два резервных агрегата, т. е. мощность резерва составит 200% рабочей мощности.

При равномерном режиме работы насосной станции II подъема экономически выгоднее установить два рабочих агрегата и в соответствии с требованием обеспечения надежности работы насосной станции два резервных агрегата, т.е. мощность резерва составит 100% рабочей мощности и, следовательно, вдвое сократится стоимость установленной мощности. Кроме сокращения эксплуатационных расходов повышается коэффициент использования установленной мощности.

Во II варианте принята ступенчатая работа насосов. Можно установить четыре однотипных насоса (два рабочих и два резервных) с подачей каждого насоса 2,5%. Один насос будет работать круглые сутки, а другой насос с такой же подачей включается в параллельную работу с первым насосом с 4 ч и выключается из работы в 24 ч. Ввиду того что при параллельной работе подача насосов уменьшается, суммарная подача обоих насосов принята равной 4,5%, т. е. на '10% меньше суммы подач обоих насосов при одиночной работе. Уменьшение суммарной подачи будет зависеть от крутизны характеристик Q—Я насосов и системы «водоводы — сеть» и уточняется при графо-аналитическом расчете.

В III варианте при принятой ступенчатой работе насосов устанавливают пять насосных агрегатов: три рабочих и два резервных. Два насоса работают параллельно круглые сутки с суммарной подачей 3%. Подача каждого насоса при принятой величине уменьшения подачи при параллельной работе на 10% должна быть 1,65%. Третий насос с подачей 1,85% включается в параллельную работу с 5 ч и выключается из рабо-

ты в 23 ч. Уменьшение, суммарной подачи трех параллельно работающих насосов принято равным 10% и уточняется при окончательном расчете после выбора насосов.

По III варианту режима работы насосной станции можно установить однотипные насосы, но с разными рабочими колесами. Например, насос с подачей 1,85% имеет рабочее колесо с максимальным диаметром, а насосы с подачей 1,65%—срезанное pa-

1,85 D_x

бочее колесо на величину    —г— откуда Z)_Cp = 1,65:1,85=0,89, т. е. необходимо

1,65 ^ар

произвести срезку рабочего колеса на 11%, что вполне допустимо. Можно установить два рабочих и'два резервных агрегата. Один насос с подачей 3% будет работать круглые сутки, а другой насос с подачей 2,06% ©ключится в параллельную работу с первым насосом с 5 ч и выключится в 23 ч. Ввиду уменьшения суммарной подачи при параллельной работе принято уменьшение подачи на 10%, т. е. подача насосов при второй ступени работы составит (3+2,06) 0,9 =4,56%.

¦На циркуляционных насосных станциях можно устанавливать один насос, но в этом случае чрезвычайно затруднено регулирование подачи охлаждающей воды, количество которой изменяется по сезонам года.

Число насосов и их подачу следует принимать с учетом -изменения температуры воды в течение года. .Поэтому целесообразно устанавливать несколько насосов меньшей подачи, чтобы можно было регулировать подачу воды включением различного числа насосов.

На циркуляционных насосных станциях часто устанавливают две группы насосов. Одна группа подает воду на охладительные сооружения, а другая — в сеть системы охлаждения. Насосы одной группы следует принимать с одинаковыми характеристиками, допускающими.параллельную работу.

Выбор типа и числа противопожарных насосов надлежит производить с учетом совместной работы их с хозяйственными насосами. Если для ¦целей пожаротушения устанавливают противопожарные насосы, то экономически целесообразно установить один рабочий противопожарный агрегат и один резервный. В соответствии с требованиями СНиП П-31-74 при установке противопожарных насосов следует 'Предусматривать один резервный агрегат. Однако, принимая во внимание требование СНиП, которое предусматривает, что при наличии на насосной станции насосов с двумя различными "характеристиками общее число резервных агрегатов следует принимать по табл. 9.2, т. е. резервный противопожарный агрегат будет использоваться в качестве резерва и для хозяйственных насосов, лучше устанавливать два рабочих агрегата и один резервный. При использовании противопожарного насоса в качестве резервного для хозяйственных насосов он будет работать с более высокими экономиче- -скими показателями и, следовательно, сократятся эксплуатационные расходы на установленную мощность, так как резервная мощность составляет 50% рабочей против 100% в I варианте.

При обеспечении противопожарного расхода включением в работу однотипных насосов число резервных агрегатов принимается^ в соответствии с табл. 9.2 по числу рабочих агрегатов в момент пожаротушения.

Определив подачу и напор насоса' по графику полей работы насосов, выбирают ближайший подходящий насос. Затем на основании графоаналитического расчета принимают различные меры (срезка рабочего колеса, изменение частоты вращения и т.д.) для обеспечения оптимального КПД насоса. Данные графо-аналитического расчета должны быть уточнены при эксплуатации насосной станции.

§ 55. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСТИМОЙ ВЫСОТЫ ВСАСЫВАНИЯ И ОТМЕТКИ ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТА НАСОСНОГО АГРЕГАТА

Отметка оси HacocaVOH и связанная с ней отметка фундамента насосного агрегата VOO определяются алгебраической суммой отметки расчетного уровня воды в источнике УРУВ и допустимой геометрической высоты всасывания Hs, т. е. V ОН = у РУВ + H_S .

Геометрической высотой всасывания лопастных насосов называется разность отметок оси колеса и свободного уровня поверхности воды в резервуаре или в источнике, из которого вода поступает в насос. Геометрическая высота всасывания насоса, м, определяется по формуле

__

Н S ^доп 2 g    ^вс’    '

где Ядоп — допустимая вакуумметрическая высота всасывания с учетом Поправки на изменение атмосферного давления и температуры перекачиваемой воды (см. § 12);

- «1

—--величина потерь динамического напора на входе в насос

⁸ (см. §12);

&™,вс — потери во всасывающей линии насоса.

В паспорте насоса указывают допустимую вакуумметрическую высоту всасывания, м, которую развивает насос на входе в рабочее колесо. Этот вакуум обычно задается для данной подачи при давлении р₀= —0_Д МПа и температуре перекачиваемой жидкости 20°С. Для определения Ядоп необходимо ввести поправки в соответствии с заданной отметкой расположения площадки строительства насосной станции над уровнем моря и с температурой перекачиваемой жидкости.

Увеличение Яд позволяет уменьшить заглубление и снизить строительную стоимость насосной станции. Однако при неточном определении Яд, т. е. завышении отметки оси насоса, может возникнуть кавитационный режим работы его, что приведет к снижению подачи и КПД насоса.

Для правильного определения отметки расположения оси насоса необходимо иметь график совместной работы системы «насосы— водоводы—сеть», на который нанесены режимные точки работы насосов с изменением требуемой подачи; графическую характеристику всасывающего трубопровода; сведения о числе и типе насосов, устанавливаемых на насосной станции. После анализа этих данных для каждой требуемой подачи насосной станции определяем величину H_s, Я_доп и затем VOH. Расчеты удобно вести в табличной форме (табл. 9.3).

ТАБЛИЦА 9.3

В таблице Q& Q_ъ Q_b Q_n—соответственно подача одного насоса при параллельной работе трех, двух и одного насосов при нормальном режиме работы и при возникновении пожара. Для каждого режима работы определяется: Ядоп—по характеристике Q—Я_доп; h_Wiвс — по графической характеристике h_WiBC—,f(Q); Vi (скорость входа воды во всасывающий патрубок насоса) — по расходу Q3, Q2, Qi и Q_n.

о,оо ^

Рис. 9.8. Установка .насоса 1'2НДс на фундаменте

Из всех подсчитанных таким образом отметок оси насоса выбирают минимальную и по ней определяют отметку фундамента.

Отметка верха фундамента определяется по формуле (рис. 9.8)

уВФ = уОН— &_н,

где h_a — высота насоса от оси до лап; принимают по размерам, указанным в паспорте или в каталоге насосов.

Высоту фундамента ^над уровнем чистого пола назначают в зависимости от удобства монтажа всасывающих и напорных трубопроводв, но не менее 150—200.мм. Кроме того, следует учитывать условия прочности, чтобы обеспечить передачу всех усилий (крутящего момента, инерционных сил и вибрации) от насоса к массе фундамента.

Ширину и длину фундамента принимают равной ширине и длине фундаментной плиты насоса плюс 50—Г50 мм.

§ 56. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ПРИВОДНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Исходными данными для определения требуемой мощности электродвигателя являются секундная подача насоса Q, м³/с, и напор Я, м. Подачу и напор насоса принимают по режимной точке работы системы «насосы — водоводы — сеть» или «насосы — водоводы» (см. рис. 4.5),

Мощность на валу насоса обычно указывают в паспорте насоса или в каталоге. Ее величина, взятая с запасом, соответствует подаче и напору для предельных точек рабочей части характеристики данного типа насоса.

Однако не всегда расчетные параметры подачи и напора совпадают с параметрами характеристики Q—Я. В этих случаях возникает необходимость в определении мощности на валу насоса и требуемой мощности приводного двигателя.

Мощность насоса, кВт, определяется по формуле

Мощность приводного двигателя насоса, кВт, принимают больше •мощности, потребляемой насосом, на случай перегрузок от неучтенных ¦условий работы:

при непосредственном соединении вала насоса с валом' электродвигателя

Р gQ'H

k;

^ав —

102 т)_н

при соединении приводного двигателя насоса через промежуточную

'Передачу

м *^gQH ь

Л'ав =-

ЛкЛир

^;где Tjnp — КПД передачи, принимаемый по паспорту.

В соответствии с ГОСТ 12878—67 коэффициент запаса мощности принимают в зависимости от мощности на валу насоса:

Коэффициент запаса мощности зависит также от соотношения мощности на валу насоса при расчетных подаче и напоре.л ближайшей мощности изготовляемого отечественной электропромышленностью двигателя, паспортные данные которого соответствуют условиям работы насосного агрегата.    ⁴

При определении мощности на валу насоса подачу насоса обычно тгринимают наибольшую из рассматриваемых режимов работы насосной станции.

Насосные станции I подъема, как правило, работают круглосуточно, з относительно постоянном режиме, и Q расчетное принимают:

Q = Qe/n.

среднесекундный расход в дни максимального водопотребления;

п — число рабочих насосных агрегатов.

Полный.напор насосов определяют из условия минимального расчетного уровня воды в источнике водоснабжения, который может изменяться как по сезонам года, так и в отдельные годы.

В связи с этим на насосной станции I подъема необходимо проводить -анализ изменения режима работы насосных агрегатов при сезонных колебаниях уровня воды в источнике. Повышение уровня воды в водоеме в наводки приводит к уменьшению требуемого статического напора и как следствие этого к увеличению подачи воды насосными агрегатами и, следовательно, к увеличению потребляемой мощности. Если электродвигатель не рассчитан на увеличение потребляемой мощности, то он “будет работать с перегрузкой и весьма часто выключаться из работы защитной автоматикой. Однако, если мощность двигателя принять на подачу воды в пиковый момент паводка, который продолжается незначительное время и имеет небольшую повторяемость, двигатель в остальное время будет работать с недогрузкой, что вызовет понижение coscp и КПД двигателя. Следовательно, электродвигатель нужно подбирать из расчета требуемой мощности при подаче среднесекундного расчетного расхода и предусматривать мероприятия по его защите от перегрузки. •Окончательное решение о выборе мощности электродвигателя принимается на основании анализа конкретных местных условий (частота

зде Qc

повторяемости и продолжительность паводка, амплитуда колебаний, уровня и т. д.).

На насосных станциях II подъема,-работающих по ступенчатому режиму, Q принимают по режиму максимальной подачи насоса в систему. Обычно эту подачу принимают при одиночной работе насоса, так как известно, что Qi > Qi₊ii/2> Q_I+II+In/3 (см. § 21).    '

Если хозяйственные насосы одновременно являются и противопожарными, необходимо учесть режим работы насосов при пожаротушении, так как при снижении требуемого напора при пожаротушении подача насосов увеличится, что приведет к повышению потребляемой мощности электродвигателя.

При выборе электродвигателя к насосам необходимо знать мощность, частоту вращения, напряжение в питающей сети, тип и исполнение двигателя.

Каждый двигатель независимо от его типа характеризуется номинальными данными. Номинальный режим двигателя соответствует максимальному КПД и удовлетворяет установленным нормам и требованиям в отношении нагрева, коэффициента мощности (coscp), электрической* прочности и т. д. Поэтому при подборе электродвигателя необходимо-стремиться подобрать мощность двигателя как можно ближе к номинальной.

Глава >10. водопроводные насосные станции  »

Библиотека »