Раздел второй насосные станции глава 7 типы насосных станций систем водоснабжения и канализации

Раздел второй НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ

ГЛАВА 7

ТИПЫ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И КАНАЛИЗАЦИИ

§ 40. НАЗНАЧЕНИЕ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ИХ СООРУЖЕНИЯМ И ОБОРУДОВАНИЮ

Насосные станции си-стем водоснабжения и канализации представляют собой сложный комплекс сооружений и оборудования, обеспечивающий водоподачу или водоотведение в соответствии с нуждами потребителя. Состав сооружений, их конструктивные особенности, тип и число основного и вспомогательного оборудования определяются исходя из принципов комплексного использования водных ресурсов⁴ и охраны природы с учетом назначения насосной станции и предъявляемых к ней технологических требований.

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, подающие воду как на очистные сооружения, так я непосредственно на предприятия без очистки.

Насосные станции II подъема .служат для подачи очищенной воды потребителям, обычно из резервуаров чистой воды.

В некоторых случаях насосы I и II подъема могут быть размещены на одной станции, что позволяет уменьшить расходы на строительство и эксплуатацию. Однако такое решение не всегда возможно и зависит от вида водоисточника, наличия и типа очистных сооружений, от рельефа местности и т. п.

Повысительные насосные станции (станции подкачки) предназначены для повышения напора в’ водопроводной сети или в водоводе. В этом случае вода забирается из одной сети (участка .водовода) и под увеличенным напором подается в другую сеть (района города, отдельного цеха промышленного предприятия) или в последующий участок длинного нагнетательного водовода.

Циркуляционные насосные станции входят в схемы технического водоснабжения промышленных предприятий и тепловых электростанций. На этих станциях одни насосы подают отработавшую на предприятии воду на охлаждающие или очистные устройства, а другие насосы возвращают подготовленную воду снова к производственным установкам.

Назначение насосных станций в схемах канализации заключается в подъеме воды на очистные сооружения, если рельеф местности не позволяет подавать сточные воды самотеком. Канализационные насосные станции устраивают также для того, чтобы избежать большого заглубления самотечного коллектора. В этом случае сточные воды из заглубленного коллектора подаются в другой, расположенный выше.

По расположению в общей схеме канализации насосные станции подразделяются на главные, которые служат для перекачки сточных вод со всей территории населенного пункта или промышленного предприятия, и районные, .предназначенные для перекачки сточных вод только с части территории населенного пункта или промышленного предприятия. Районные насосные станции перекачивают воду или непосредственно на очистные сооружения, или в близлежащий коллектор.

¦Наряду с обеспечением напора и подачи, предусмотренных графиком водоподачи или водоотведения для нормальных и аварийных условий, при сооружении и оборудовании насосных станций необходимо при наименьших затратах на их строительство и эксплуатацию обеспечивать: требуемую степень надежности и, следовательно, определенную степень бесперебойности работы; долговечность, соответствующую народнохозяйственному значению объектов, в состав которых они входят; достаточные удобства эксплуатации и широкое применение автоматики и телемеханики.

¦При строительстве насосных станций не следует допускать излишеств в составе и размерах сооружений, кубатуре зданий, основном и вспомогательном оборудовании, объемах временного строительства, архитектурном оформлении и т. п.

Необходимо наиболее полно попользовать стандартные изделия и. местные строительные материалы. Строительство должно быть выполнено в наиболее короткие сроки при возможно меньшей стоимости, максимальной механизации строительного процесса, применении совершенного-строительного оборудования и передовых методов труда, а также при сокращении трудоемкости рабат. Ущерб, который может быть причинен при возведении сооружений насосной станции вследствие затопления и подтопления территорий, занесения и размывания русла, пре-формирования берегов, изменения ледового режима и нарушения рыбного хозяйства, следует сводить до минимума.

В заключение необходимо особо отметить, что состав сооружений и оборудования, равно как и вся схема водоснабжения или канализации в целом, должны отвечать условиям будущей эксплуатации при непрерывно изменяющихся размерах и режиме водопотребления в данном районе на основе плана развития народного хозяйства.

§ 41. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ

Большое разнообразие природных условий, различие технологических требований и особенности эксплуатации обусловливают обилие методов решения задач водоснабжения и канализации. В связи с этим установившейся и общепринятой классификации насосных станций в настоящее время не существует.

Водопроводные насосные станции. Для водоснабжения используются, как известно, подземные воды (артезианские или грунтовые, воды ключей), подрусловые воды и поверхностные воды рек, каналов, озер и водохранилищ. В отдельных случаях для производственного водоснабжения используется морская вода, что требует строительства насосных станций специального морского типа. В каждом случае состав сооружений насосной станции, их тип и компоновка будут определяться не только видом источника водоснабжения, но и его особенностями. Так, когда открытый водоем в меженный период в естественном состоянии не обеспечивает потребности в воде, необходимо предусматривать создание водохранилища для перераспределения естественного стока в пределах года или многолетнего периода. Отсутствие в реке глубин, достаточных для устройства и нормальной работы насосной станции, требует повышения горизонта воды путем строительства плотины. Содержание в воде источника большого количества взвешенных наносов

заставляет видоизменять конструкции отдельных' элементов станции для предотвращения абразивного износа оборудования или включать в состав ее сооружений специальные отстойники.

Принципиальные схемы насосных станций I подъема, забирающих воду из открытого водоисточника, приведены на рис. 7.1. В состав этих станций входят:

водозаборное сооружение, предназначенное для забора требуемого объема воды из водоисточника и предварительной очистки воды от взвешенных и плавающих загрязнений, а при необходимости также и от наносов;

сооружения, транспортирующие воду от водозаборного до водоприемного сооружения насосной станции;

водоприемное сооружение, предназначенное для подвода воды к всасывающим трубам насоса;

всасывающие трубы;

здание насосной станции со всем необходимым гидромеханическим, энергетическим и вспомогательным оборудованием;

напорные трубопроводы;

водовыпускное сооружение, предназначенное для спокойного выпуска воды из напорного трубопровода в отводящий канал, на очистные или технологические сооружения.

В зависимости от естественных, эксплуатационных и производственных условий некоторых сооружений может не быть вообще или они могут быть объединены. Основным фактором, определяющим общую схему компоновки и конструктивные решения отдельных сооружений, является размещение водозаборного сооружения по отношению к зданию насосной станции — совмещенное или раздельное.

При наличии у берега реки или водохранилища глубин, обеспечивающих нормальные условия для забора воды, и при относительно небольших колебаниях горизонтов воды (до 5—8 м) обычно устраивают береговые насосные станции совмещенного типа (см.

S

Рис. 7.1. Принципиальные схемы компоновки сооружений насосных станций I подъема, использтюпгих открытый (ВОДОИСТОЧНИК а — береговая совмещенного типа; б — береговая раздельного типа; в—| русловая совмещен ного тонна; г — русловая раз делыного /тнпа; 1—водозабор ное сооружение; 2 — вод оводы 3 — водоприемник; 4 — всасьвва ющие трубы; б — эдакие ста-н цин; 6 —.напорные птрубогарово ды; 7 — водовыпуск

/

а—с индивидуальными насосными установкам.и; б — с прупловым водозабором; 1 —скважины с установленны-мл в iH.Hix насосами;, 2—сборный коллектор; в — напорный трубопровод; 4—'водонапорная башня; 5—разводящая сеть 'водопровода; 6—сиважины без насосов; 7—

Рис. 7.2. Схемы насосных станций, забирающих подземные воды

самотечный трубопровод; 8 — сборный колодец; 9 — всасывающие трубы; '10—насосная станция I подъема

/

рис. 7.1,а). В зависимости от формы берегов и геологических условий здание станции может быть расположено непосредственно на берегу у’ уреза максимального горизонта воды или на некотором удалении от берега в конце подводящего канала.

Береговые насосные станции раздельного типа (см. рис. 7.1,6) применяют при широкой затопляемой пойме. Водозаборные сооружения располагают вблизи уреза максимального горизонта воды, а здание станции — у береговой надпойменной террасы.'Между водозаборным сооружением и зданием насосной станции укладывают самотечные трубы.

При значительных колебаниях горизонтов воды (12—20 м) здание станции для обеспечения его устойчивости выносят в русло реки, т. е. применяют русловые совмещенные насосные станции (см., рис. 7.1,в).

В условиях пологого русла реки и малых глубин рекомендуется применять русловые насосные станции, раздельного типа, у которых вода из оголовка водозабора, расположенного в русле реки, поступает в водоприемник станции, размещенной на .берегу, по самотечным водоводам (рис. 7.1,г).

Русловые насосные станции. применяют также и при заборе воды из водохранилищ. В этом случае при проектировании станции обычно проверяют целесообразность совмещения насосной станции с плотиной и использованием в качестве водозабора башни донного водоспуска или головного сооружения поверхностного водосброса.

В водозабор подземных вод, как правило, входят приемные устройства (скважины, шахтные колодцы, лучевые водозаборы, горизонтальные водосборы, каптажи источников), насосы и трубопроводы, связывающие отдельные приемные устройства с насосной станцией или с водоводами.

В зависимости от суммарной подачи насосной станции, мощности водоносного пласта и глубины его залегания возможны схемы индивидуального или группового водозабора. В первом случае каждая

а — раздельное расположение; б — объединенное расположение; J—.напорные трубопроводы насосов I подъема; 2 — очистные сооружения; 3 — трубопроводы «т очистны? сооружений iK резервуа[ру чистой воды; 4— резервуар чи стой .воды; 5 — .всасыва.ющие трубопроводы насосов 1 подъема; 6 — насоаная станция II лодъема; 7 — напор ные трубопроводы насосов II подъема; 8—.яасосна? станция I подъема; 9—самотечные .водоводы; 10 — водо заборное сооружение

Рис. 7.3. Принципиальные схемы насосных станций II подъема

<5

Т

S

т

з

О

6

9

скважина оборудована своим собственным насосом, как это показано на рис. 7.2,а. Вода насосом подается в сборный коллектор или непосредственно в водоприемную башню, а оттуда в сеть или в контррезервуар.

Использование буровых скважин в целях водоснабжения возможно и без установки в каждой из них дорогостоящих артезианских и погружных насосов. Водозаборное устройство при этом представляет собой ряд скважин, подключенных к общему водоводу, заканчивающемуся в .водосборном колодце общей для всех скважин насосной станцией (см. рис. 7.2,6).. Водозаборные скважины размещаются на некотором расстоянии друг от друга, определяемом местными гидрогеологическими условиями. Над скважинами устраивают колодцы, в которых устанавливают задвижки для отключения скважины от общей линии и необходимую контрольно-измерительную аппаратуру. При относительно неглубоком уровне напорных вод или неглубоко залегающем безнапорном водоносном пласте вода из скважины забирается трубопроводом, работающим как сифон за счет разности между динамическим уровнем воды в скважинах и уровнем воды в водосбросном колодце насосной станции. Для зарядки сифонного водовода устанавливается вакуум-насос.

Значительная, .как правило, удаленность насосных станций II подъема от источника водоснабжения и независимость работы насосов станции от режима водоисточника (колебаний уровней воды, наличия плавающих и донных загрязнений, ледового режима и т. д.) позволяют з большой мере упростить схему компоновки основных сооружений станции.    "

На рис. 7.3,а показана схема размещения очистных сооружений в комплексе с насосной станцией II подъема. Вода напорными трубопроводами насосной станции I подъема подается на очистные сооружения. После них отфильтрованная и хлорированная вода поступает в резервуар чистой воды, из которого она забирается всасывающими трубами насосов станции II подъема и под напором подается в сеть.

На рис. 7.3,6 показана схема, характерная для условий, при которых очистные сооружения расположены близко к станции I подъема. Здесь насосы I и II подъема для удобства эксплуатации объединены в одном здании.

Принципиальные схемы компоновки сооружений .повысительных насосных станций определяются типом водовода, по которому передается вода, и расходом транспортируемого потока.

В качестве водоводов, транспортирующих большие объемы воды на дальние расстояния, чаще всего используются открытые каналы. Наиболее типичным для этих условий является решение, при котором вода забирается из водоисточника насосами головной насосной станции и подается в канал, на котором через определенные расстояния размещаются станции промежуточного водоподъема, последовательно подкачивающие воду. Продольный профиль канала при этом приобретает ступенчатый характер с отдельными самотечными участками (бьефами), расположенными на разных отметках.

Рис. 7.4. Схемы промежуточных станций подкачки

Схемы головных насосных станций практически не отличаются от уже рассмотренных нами схем водопроводных насосных станций I подъема. Специфическими являются лишь конструкции сооружений, осуществляющих выпуск воды в первый самотечный участок канала.

Схема промежуточной станции подкачки изображена на рис. 7.4,а. Насосная станция, совмещенная С водоприемником, забирает воду из аванкамеры, представляющей собой расширенный участок канала. Вода по относительно коротким трубопроводам подается в водовыпускное сооружение, из которого поступает в напорный бассейн и затем в следующий участок канала. Подобные схемы насосных станций характерны также для ирригационных систем.

При использовании для передачи воды на дальние расстояния напорных водоводов приходится создавать в начальной точке водовода весьма большой напор для преодоления гидравлических сопротивлений. Вследствие этого на значительном участке водовода, примыкающем к головной насосной станции, внутренние давления, как правило, высоки, что требует применения высоко-напорных и, следовательно, дорогих труб. Для снижения давления в трубах длинный напорный водовод разбивают на несколько высотных зон, разделяя его на промежуточные последовательно включаемые участки и располагая в начальной точке каждого участка повысительную насосную станцию, забирающую воду из безнапорного резервуара (рис. 7.4,6).

Можно производить подкачку и без резервуаров. Однако их устройство дает ряд преимуществ: резервуары, представляющие собой некоторую аккумулирующую емкость, исключают возможность образования вакуума в водоводе при подходе кнасосам и снижают величину возможных гидравлических ударов. Кроме того, весьма часто в районных схемах водоснабжения, где используют длинные водоводы, промежуточные

Река

Рис. 7,5. Схемы циркуляционных насосных станций прямоточной системы водоснабжения ТЭС

а — центр алиэовамная; б — блочная:    1    —

едамие насосной станции; 2 — .помещение обратных iKJiainaiHOB .н задвижек; 3 — натор-ные трубопроводы; 4—лавденсаторы паровых турбин; 5 — закрытые самотечные отводящие каналы; 6—отбытый отводящий каиал

Рис. 7.6. Схема подачи сточных вод на очистные .сооружения

1—самотечный магистральный •коллектор;

2 — приемный -резервуар; 3 — всасывающие трубы насосав; 4—помещен не нассюной стаицш*; 5— яапарный ттрубапровад; 6 — очистные сооружения резервуары устраивают в местах отбора воды; в этом случае они служат регулирующей емкостью.

Принципиальные схемы компановки циркуляционных насосных станций можно рассмотреть на примерах систем водоснабжения тепловых электростанций (ТЭС). В современной практике строительства ТЭС используют две основные системы водоснабжения: прямоточную и оборотную с прудами-охладителями, градирнями или брызгальными устройствами. Встречается также сочетание обеих систем.

При прямоточной системе водоснабжения различают централизованную и блочную схемы циркуляционных насосных станций. При централизованной схеме (рис. 7.5,а) сооружают одну или две насосные станции. и воду подают обычно по двум прокладываемым параллельно фронту турбинного отделения магистральным трубопроводам, из которых отводят ее к конденсаторам. Если турбина имеет два конденсатора, то к каждому магистральному трубопроводу присоединяют конденсатор, а при одном конденсаторе — одну из его половин. При блочной схеме магистральные трубопроводы отсутствуют, и каждый насос циркуляционной станции подает воду непосредственно в один из конденсаторов или в одну из половин конденсатора турбины (рис. 7.5,6).

В обеих схемах компоновки циркуляционных насосных станций прямоточной системы водоснабжения ТЭС воду после конденсаторов отводят по .самотечным каналам, которые на территории электростанции выполняют закрытыми, а за ее пределами — большей частью открытыми.

При оборотной системе водоснабжения основная масса воды, прошедшая через конденсаторы, поступает в охладители и затем опять используется для охлаждения конденсаторов и других теплообменников. Свежая добавочная вода подается в объеме, необходимом для восполнения потерь в охладителях. Оборотная система водоснабжения с градирнями является типовой для теплоэлектроцентралей.

Схемы циркуляционных насосных станций промышленных предприятий могут иметь некоторые отличия по сравнению с рассмотренными, что определяется особенностями производственного цикла.

Канализационные насосные станции. Принципиальная схема компоновки сооружений канализационной насосной станции, подающей сточные воды на очистные сооружения, приведена на рис. 7.6.

Характерной особенностью любой схемы компоновки является наличие регулирующего приемного резервуара, сглаживающего неравномерность притока воды к насосам. Кроме того, для предохранения насосов от засорения и поломок сточные воды перед поступлением в насосы пропускаются через решетки, устанавливаемые в помещениях, примыкающих к приемным резервуарам.

§ 42. ТИПЫ И КОНСТРУКЦИИ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ

Тип водопроводной насосной станции определяется ее назначением и подачей, а также зависит от вида и режима источника водоснабжения; способа соединения здания насосной станции с водозаборным сооружением; типа и характеристик основного насосного оборудования и систем привода; климатических условий, рельефа и гидрогеологического строения местности.

Тип канализационной насосной станции диктуется главным образом глубиной заложения подводящего коллектора, объемом сточных вод и регулярностью их поступления, гидрогеологическими условиями (в частности, наличием грунтовых вод), типом устанавливаемых насосов и двигателей.

В значительной степени тип насосной станции зависит от способа управления агрегатами.

Всевозможные сочетания указанных условий предопределили наличие большого числа признаков, по которым могут быть классифицированы типы и конструкции насосных станций систем водоснабжения и канализации.

По характеру основного оборудования насосные станции могут быть: -

а)    с центробежными горизонтальными или вертикальными насосами;

б)    с осевыми и диагональными горизонтальными, наклонными или вертикальными насосами;

в)    с объемными насосами;

г)    с водоподъемниками специальных типов.

По расположению лопастных насосов относительно уровня воды в приемном резервуаре или в подводящем коллекторе насосные станции подразделяются:

а)    на станции, где насосы установлены с положительной высотой всасывания;

б)    на станции, где насосы установлены с подпором.

По расположению относительно поверхности земли насосные станции могут быть: а) заглубленные (шахтного типа); б) частично заглубленные; в) наземные.

Конструктивные решения зданий водопроводных насосных станций в этом отношении могут быть весьма разнообразными. Общей чертой, характерной для насосных станций, которые забирают воду из открытых водоисточников, является необходимость заглубления -здания станции для обеспечения необходимой высоты всасывания или подпора насосов при всех колебаниях уровня воды в источнике. Подземная часть здания подвергается большим нагрузкам от давления грунта и грунтовых вод, и поэтому ее выполняют исходя из соображений прочности и водонепроницаемости в виде массивных железобетонных конструкций. Наиболее часто встречающимися конструкциями подземных частей зданий насосных станций, совмещенных с водозаборными сооружениями, являются блочная и камерная.

Блочная конструкция характерна для крупных насосных станций» оборудованных высокопроизводительными вертикальными осевыми и центробежными насосами (серий О, ОП и В). Всасывающие трубы этих насосов имеют сложную пространственную форму; трубы устраивают в монолитных массивных бетонных блоках, являющихся одновременно и фундаментом здания. Вследствие значительного веса массивных блоков здание требуется возводить на достаточно прочном основании.

При камерном типе здания станции его подземная часть выполняется в виде тонкостенной полой конструкции — камеры. Все необходимое оборудование располагается внутри этой камеры. Часть ее может быть заполнена водой (в этом случае она называется мокрой). Однако такая конструкция здания возможна лишь при небольших (до 1 м) колебаниях уровня воды в источнике. В зданиях насосных станций камерного типа с сухой камерой последняя отделена от водоприемного сооружения сплошной стенкой, через которую проходят всасывающие трубы насосов. Колебания уровней воды в источнике при этом могут быть сколько угодно большими. Здания станций камерного типа с мокрой камерой оборудуются, как правило, осевыми насосами с вертикальным валом; здания с сухой камерой — насосами любого типа.

Здания насосных станций, выполненных раздельно с водоприемными сооружениями, могут быть камерного или так называемого незаглублен-ного типа. В первом случае они выполняются заглубленными или частично заглубленными с сухой камерой, во втором случае они находятся на некотором удалении от водоисточника и располагаются преимущественно на поверхности земли.

Здание станции незаглубленного типа представляет собой обычное здание промышленного назначения с фундаментом ленточного или другого типа, причем отметка пола его всегда выше отметок уровней воды в водоисточнике и грунтовых вод. Насосные агрегаты устанавливают на отдельные фундаменты, не связанные конструктивно со зданием станции. Вода забирается всасывающими трубами достаточной протяженности непосредственно из источника или из специального водоприемного колодца. Здания насосной станции незаглубленного типа оборудуют центробежными насосами с горизонтальным валом. Отметку установки насосов принимают в соответствии с допустимой высотой всасывания насосов и с учетом возможных колебаний уровня воды в источнике.

Здания канализационных насосных станций выполняют в подавляющем большинстве случаев заглубленными или частично заглубленными, камерного типа, с сухой камерой.

По форме здания насосной станции в плане различают: а) круглые здания; б) прямоугольные.    ¦

Круглая форма здания более удобна при производстве строительных работ опускным способом, но в отношении размещения оборудования, трубопроводов и подъемно-транспортных устройств она менее удобна, чем прямоугольная. При малом заглублении станции и большом числе насосов (свыше 3—4) целесообразно выполнять здания прямоугольной формы.

По характеру управления насосные станции могут быть:

а)    с ручным управлением — все операции по включению и выключению агрегатов производятся обслуживающим персоналом;

б)    автоматические — все операции по управлению выполняются соответствующими приборами;

в)    управляемые на расстоянии — включение и выключение агрегатов производится из диспетчерского пункта, значительно удаленного от станции.

Особую группу представляют собой нестационарные насосные станции, устраиваемые в основном для непродолжительной сезонной работы. Они используются для водоснабжения временных поселков и хозяйств, j строительных площадок, а также для местного орошения относительно небольших площадей.

В заключение следует сказать, что в любом случае окончательный выбор того или иного типа насосной станции обычно производят путем технико-экономического сравнения нескольких вариантов.

Глава 8. основное энергетическое и вспомогательное оборудование насосных станций  »

Библиотека »