3.3.3. Побудова характеристики сумісної роботи насосів і трубопровідної мережі

Систему «насос-трубопровід» розглядають як єдину. Сумісна робота насосів і трубопроводів характеризується режимною точкою системи, яку в практиці гідравлічних розрахунків насосних станцій знаходять графоаналітичним методом. Робота насоса визначається його головною характеристикою Н – Q, трубопровід також має свою характеристику Н – Q_тр . Вивчаючи характеристики обраного насоса (Q-H; Q-N; Q-η), в тому числі при сумісній роботі з водогінною мережею (трубопроводом), встановлюють заходи щодо забезпечення роботи насосів в області оптимальних значень ККД (обточування робочого колеса, зміна числа обертів).

Характеристика трубопроводу являє собою функціональний зв'язок між напором і витратою води в системі Н_тр = fQ_тр , визначається рівнянням:

Н_тр = Н_г +S Q² _тр ,

де S - опір трубопроводу, залежить від діаметра і матеріалу труб [10]:

S = .

Приймаючи довільно значення витрат води Q, м³/c, обчислюють відповідні значення втрат напору в трубопроводі , м, за формулою:

= .

Рис. 3. Побудова характеристики сумісної роботи насоса і трубопроводу Н-Q

(для прикладу прийнято Н_г= 40м).

4. Компонування насосної станції

Після вибору за розрахунковими параметрами Q і Н основного устаткування (насосів і двигунів) виконують компонування будівлі насосної станції. Компонування станції, склад елементів і їхній тип багато в чому визначаються видом джерела водопостачання.

До складу елементів насосних станцій I підйому (НС-І) при заборі води з поверхневих джерел ( ріки, каналу, водосховища, озера ) входять:

• водозабірна споруда;

• проміжні елементи від водозабору до водоприймальної споруди;

• водоприймальна споруда;

• всмоктувальні труби;

• основне (насоси, двигуни), механічне і допоміжне устаткування станції;

• напірні трубопроводи.

Конструктивне рішення станції визначається розміщенням водозабору стосовно джерела (береговий чи русловий водозабір) і до самої станції (суміщений чи роздільний тип споруди).

Поділ насосних станцій за розташуванням щодо поверхні землі на напівзаглиблені (камерного типу) чи заглиблені (підземні) визначається видом джерела водопостачання і рівнем води в ньому.

Напівзаглиблені будівлі станцій застосовуються при заборі води з поверхневих джерел з невеликими коливаннями рівня води (з водосховища, озера), насоси встановлюють з позитивною висотою всмоктування. Будівлі проектують прямокутними в плані (як підземна частина, так і верхня будівля).

Заглиблені станції влаштовують при заборі поверхневих вод зі значним коливанням рівнів води в джерелі, що перевищує допустиму висоту всмоктування насосів (з ріки, каналу).

Будівлі заглиблених насосних станцій складаються з підземної частини і верхньої будівлі; підземна частина станції кругла в плані, верхня будівля - прямокутної форми.

Глибина підземної частини заглиблених станцій визначається розташуванням насосів щодо рівня води в джерелі (резервуарі) – висотою всмоктування насосів чи висотою підпору. Будівлі станцій проектують таким чином, щоб насоси розташовувалися «під заливом» щодо рівня низьких вод у джерелі.

У заглиблених насосних станціях I підйому (рис. 1.) при установці насосів «під заливом» величина заглиблення станції:

h_загл = Z_знс  Z_пмз ,

де: Z_знс - відмітка поверхні землі біля насосної станції, м; Z_пмз - відмітка підлоги машинного залу станції, м.

Z _пмз = Z _рнв – h _нас - h _рами - h _фунд - h _п -0.5 ,

де: _рнв - відмітка рівня низьких вод (РНВ) у джерелі, м; h_нас - висота насоса (за каталогом ), м; [6]; h_рами - висота рами насоса, м (h_рами = 0.2 м); h_фунд - висота фундаменту насоса, м (h_фунд = 0.5 м); h_п - товщина підлоги машинного залу (h_п = = 0.4 , м); 0.5 - запас на зниження рівня води в джерелі, м.

При русловому водозаборі і великій довжині самопливних труб необхідно при обчисленні _пмз врахувати зниження рівня води у водоприймальній камері (стосовно _рнв) за рахунок втрат напору в самопливних трубах (h_{w сам.тр}).

До складу елементів насосної станції II підйому (НС-ІІ) входять:

• всмоктувальні труби;

• основне (насоси, двигуни), механічне і допоміжне устаткування;

• напірні трубопроводи;

• колектори всмоктувальних і напірних трубопроводів.

Насосні станції II підйому залежно від висотної схеми РЧВ можуть бути наземними чи частково заглибленими.

При проектуванні НС-II важко домогтися того, щоб насоси знаходилися «під заливом» у широкому діапазоні рівнів води в РЧВ. Так, при максимальному рівні води в РЧВ насоси, як правило, працюють «під заливом», а при мінімальному рівні - з позитивною висотою (рис. 2.). В останньому випадку необхідно забезпечити припустиму висоту насосів h_вс^доп і передбачити:

• засувки на всмоктувальних лініях насосів;

- заливання насосів перед їхнім пуском (за допомогою вакуум-насосів чи ежекторів ).

Висота верхньої будівлі насосних станцій, не обладнаних підйомними механізмами, приймається не менше 3 м.

Висоту машинного залу, обладнаного підйомно-транспортними механізмами, визначають з урахуванням можливості вантаження устаткування на транспортну платформу з додержанням правил техніки безпеки. При цьому повинні бути дотримані наступні запаси:

- при проносі вантажу над устаткуванням за допомогою гнучких строп -0,5...0,7 м (довжину строп визначають виходячи з умови, що кут обхвату деталі гнучкими стропами рівного 60°);

- при використанні жорсткого кріплення - 0,25...0,35 м (так проносять довгі вали вертикальних насосів);

- при проносі устаткування над перекриттями і при установці на транспортну платформу - 0,3 м;

- між устаткуванням, що проноситься, і виступаючими частинами будівлі - 0,3...0,5 м.

При цьому визначальними є габарити переміщуваного за допомогою вантажопідйомних пристроїв устаткування, розміри самих вантажопідйомних пристроїв і висоти вже змонтованого устаткування. Згальна розрахункова висота будівлі, м:

Н_н.с = h_агр + h_з + h_дет + h_стр + h_кр + h_мон + h_з.м ,

де: h_агр - відстань від чистої підлоги до верху насосного агрегату, м; h_з - запас на пронос деталі над встановленим устаткуванням, м; h_дет - максимальна висота устаткування, що проноситься, м; h_стр - розмір строп для захоплення деталі або вузла, що піднімається, м; h_кр - висота підвісного крана при стягнутій талі від гака до низу монорейки, м; h_мон - висота монорейки, м; h_з.м - запас монорейки - відстань від її верху до низу балки перекриття, м.

Розрахункова ширина будівлі насосної станції, м:

В_р = 2 δ_ст + l_фз + l_к + l_н + l_мв + l_вс+ l_зк + l_вс + l_з + l_д + l_фз ,

де: δ_ст - товщина стін будівлі (бічні стіни будівлі із стінних панелей завтовшки 0,3 м, нижня частина стін з цегли завтовшки 0,38 м), м; l_фз - відстань від стіни будівлі до фланцевого з'єднання, м; l_к - довжина перехідного косого конфузора (з горизонтальною верхньою лінією) від всмоктуючого трубопроводу до всмоктуючого патрубка насоса , м; l_н – відстань між фланцями всмоктуючого і напірного патрубків насоса, м; l_мв -довжина монтажної вставки, м; l_вс - довжина вставки для приєднання обвідної лінії до зворотного клапана, використовуваного як засіб захисту від гідравлічного удару, а також для вільного відкриття диска зворотного клапана з ексцентрично розташованою віссю, м; l_зк - довжина зворотного клапана, м; l_з - довжина засувки, м; l_д - довжина дифузора від діаметру напірного патрубка насоса до діаметру напірної лінії.

Розрахункову ширину будівлі В_р пов'язують із стандартною довжиною балки перекриття, рівної 6 м. Необхідно мати на увазі, що відстані від стін до насоса і до двигуна повинні бути не менше 1 м (для високовольтного двигуна - 1,2 м).

Розрахункова довжина внутрішньої частини будівлі насосної станції, м:

L_вн = l₁ + n l_агр +( n -1) l₂ + l_м.п ,

де: l₁ - відстань між стіною торця будівлі і насосним агрегатом, м; n - число встановлених насосних агрегатів; l_агр - довжина насосного агрегата, м; l₂ - відстань між агрегатами, м; l_м.п - довжина монтажного майданчика.

l_агр =b_агр + l₁ + l₂ .

При визначенні габаритів будівлі насосної станції треба чітко дотримуватися вимог розділів 7, 12 СНиП [1].

У зв'язку з тим що довжина внутрішньої частини будівлі повинна бути кратна кроку колон, рівному 6 м, приймають її найближче більше значення в порівнянні з розрахунковим стандартним значенням. З урахуванням товщини цегляних стін торців підсумкова загальна зовнішня довжина будівлі насосної станції :

L_зов = L_вн + 2 δ_ст .

Враховуючи додатковий запас по довжині приміщення станції, збільшують,якщо це необхідно, розміри монтажного проходу між агрегатами l₂ з таким розрахунком, щоб внутрішньостанційні трубопровідні комунікації не перетинали колони.

Проходи. В насосних станціях повинні бути забезпечені мінімально допустимі проходи між рядами агрегатів (фундаментами або корпусами машин) і між рядами агрегатів і будівельними конструкціями - не менше 1 м при напрузі струму електродвигунів до 1000 В і 1.2 м - більше 1000 В.

Допускаються місцеві звуження проходів:

- між виступаючими частинами машин і будівельними конструкціями - до 0,6 м;

- між компресорами - не менше 1,5 м;

- між агрегатами і фасадом (лицьова сторона обслуговування) пульта управління або щита управління - не менше 2 м;

- між торцем щита і агрегатами - не менше 1 м.

На одному фундаменті допускається встановлювати два агрегати малої потужності (напругою до 500 В і діаметром напірного патрубка до 100 мм) за умови, що навколо фундаменту буде залишений прохід не менше 1 м, а відстань між виступаючими частинами агрегатів буде не менше 0,3 м.

Службові містки. Для проходу через трубопроводи, обслуговування верхніх підшипників вертикальних насосів і приводів засувок, розташованих на висоті більше 1.4 м, а також для прокладки кабелів і інших цілей необхідно влаштовувати службові містки.

Мінімальна ширина містка, використовуваного тільки для проходу персоналу повинна бути не менше 800 мм.

Конструкція службових містків залежить від їх призначення. Містки, призначені тільки для проходу обслуговуючого персоналу і прокладки кабелів, зазвичай виготовляють із сталевих прокатних профілів: стійки, замонолічені в бетон перекриття, прогони з швелерів або двутаврів, між якими можуть бути укладені кабелі, і знімне покриття з рифленої листової сталі. Службові містки для установки устаткування, як правило, виготовляють із збірних або збірно-монолітних залізобетонних конструкцій.

Рис 4. Будівля насосної станції І-го підйому камерного типу при установці в ній горизонтальних відцентрових насосів:

а, в - поперечний розріз підземної частини будівлі при однорядній і дворядній установці насосів; 1 - підвідна (всмоктуюча) лінія; 2 - конфузор; 3, 8 - засувки;

4, 6 - монтажні вставки; 5 - горизонтальний відцентровий насос;

7 - зворотний клапан; 9 - дифузор; 10 - напірна лінія насоса.

Рис. 4 а. Будівля насосної станції І-го підйому камерного типу при установці в ній горизонтальних відцентрових насосів:

б, г - плани при однорядній і дворядній установці насосів;

1 - підвідна (всмоктуюча) лінія; 2 - конфузор; 3, 8 - засувки;

4, 6 - монтажні вставки; 5 - горизонтальний відцентровий насос;

7 - зворотний клапан; 9 - дифузор; 10 - напірна лінія насоса.

Монтажні люки. Для підйому устаткування із заглиблених насосних приміщень на монтажний майданчик в міжповерхових перекриттях передбачають спеціальні монтажні люки, форма і розміри яких залежать від габаритів устаткування, що проноситься, з урахуванням запасу (не менше 300 мм). Отвір монтажного люка бажано закривати спеціальними знімними плитами, тому його площу можна використовувати для ремонту устаткування.

Рис. 5. Типова насосна станція I-го підйому заглибленого типу,

суміщена з водозабором, обладнана насосами типу Д:

1―насоси; 2―засувки; 3―всмоктуюча труба; 4―каркасні сітки; 5―самопливні водоводи;6―вхідні вікна; 7―підвісна кран-балка; 8―електроталь; 9―радіальна кран-балка; 10— вертикальні стояки; 11―зворотні клапани; 12― напірний колектор; 13—зовнішні напірні трубопроводи

План

1 - 1

Рис. 6. Типова насосна станція II-го підйому напівзаглибленого типу,

обладнана насосами Д1250-65:

1 - машинний зал; 2 - приміщення обслуговуючого персоналу; 3 - щитова;

4 - камери трансформаторів, 5 - приміщення РУ, 6 - приміщення випрямлячів;

7 - приміщення статичних конденсаторів, 8 - санвузол; 9 - майстерня,

10 - всмоктуючі трубопроводи, 11 - напірні трубопроводи

Рис.7. Насосна станція I-го підйому напівзаглиблена, з водозабором роздільного типу, обладнана насосами типу Д:

1 - насосна станція; 2 - галерея всмоктуючих трубопроводів;

3 - водоприймальник; 4 - сміттєзатримуючі плоскі каркасні сітки; 5 - ежектор.