2.2.2. Насосные станции второго подъема

В зависимости от планировки снабжаемого водой объекта и взаимного расположения НС-II и напорных аккумуляторов, различают следующие системы:

1) безбашенную;

2) с башней в начале сети;

3) с контррезервуаром.

Количество воды, потребляемой объектом, непрерывно изменяется в зависимости от случайных событий. Поскольку НС-II подают воду непосредственно в сеть потребителя, режим их работы определяют в зависимости от режима водопотребления объекта, характеризующегося значительной неравномерностью.

Для НС-II должны быть проведены расчеты режима работы на следующие случаи:

1. работа в часы наибольшего и наименьшего водопотребления в сутки максимального расхода воды;

2. работа системы при тушении пожара в часы наибольшего водопотребления;

3. работа при возникновении аварий.

Для системы с контррезервуаром, кроме того:

4. расчет на случай наибольшего транзита в контррезервуар.

В безбашенной системе вода подается от НС-II непосредственно в сеть, поэтому производительность НС-II подбирается на час наибольшего водопотребления в сутки максимального водопотребления (Q_{макс.час.} в сутки с Q_{макс. сут}). Достоинством этой системы является отсутствие аккумулирующей емкости, а недостатками – завышенная производительность НС-II и частые включения и выключения насосов.

В системе водоснабжения с напорным аккумулятором максимальная подача НС-II меньше максимального часового расхода у потребителя. Когда подача воды НС-II больше водопотребления, избыток воды поступает в аккумулирующую емкость, а когда водопотребление превышает подачу, недостающее количество воды поступает в сеть из аккумулирующей емкости. Чем больше разность между подачей и потреблением, тем больше должен быть объем аккумулирующей емкости. При определении подачи НС-II необходимо найти оптимальный вариант режима ее работы, соответствующий минимальной вместительности аккумулирующей емкости (минимальным капитальным затратам) и наименьшей частоте включения насосных агрегатов. Как правило, график работы НС-II принимают двух- или трехступенчатым (в зависимости от работы различного числа насосов в разное время суток). При назначении этого графика используются следующие рекомендации:

- равномерный режим работы НС-II рекомендуется для систем водоснабжения с Q_{макс. сут} ≤ 15 тыс. м³/сут. При этом вместимость аккумулирующей емкости V_рег составляет 8…15 % суточной подачи НС-II;

- при ступенчатой работе НС-II величина V_рег должна быть в диапазоне 2,5…6 % суточной подачи НС-II;

- рекомендуется выбирать типовые проекты аккумулирующих емкостей (водонапорных башен).

Количество рабочих насосов N_р, установленных на НС-II, и подачу одного насоса Q₁ определяют с помощью совмещенного графика водопотребления и водоподачи, пример которого для двухступенчатого графика работы НС-II показан на рис. 2. 1.

Рис. 2.1. Совмещенный график водопотребления

(сплошная линия) и подачи воды НС-II (пунктирная линия)

Площадь под графиком водопотребления (сплошная линия на рис. 2.1) равна суточному потреблению воды объектом в сутки максимального водопотребления Q_{макс. сут}, а площадь под графиком водоподачи (пунктирная линия на рис. 2.1) – суточной подаче НС-II. Так как эти величины должны быть одинаковы, то

, (2.5)

где i = 1,…,I – номер периода работы НС-II общей продолжительностью t_i, ч, в течение которого эксплуатируется количество насосов N_i с подачей каждого насоса Q₁, м³/ч.

Величина N_р равна большей из величин N_i, а суммарная продолжительность всех периодов работы НС-II составляет 1 сут ( ч).

Для примера, представленного в табл. 2.1 и на рис. 2.2: Q_{макс. сут} = 15273,7 м³, I = 2, t₁ = 12, N₁ = 1 (от 19 ч до 7 ч), t₂ = 12, N₂ = 2 (от 7 ч до 19 ч), а подача одного насоса Q₁ = 15273,7 : (1 × × 12 + 2 × 12) = 424,3 м³/ч.

Таблица 2.1

Часы суток	Водопотребление, м3/ч		Подача НС-II, м3/ч		Остаток воды в резервуаре, м3/ч
	за 1 ч	накопленное с начала суток	за 1ч	накопленная с начала суток
1	2	3	4	5	6
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15	377,8 377,8 377,8 377,8 464 550,2 599,4 708,8 881,6 843,6 802 848,4 873,4 863,8 818,6	377,8 755,6 1133,4 1511,2 1975,2 2525,4 3124,8 3833,6 4715,2 5558,8 6360,8 7209,2 8082,6 8946,4 9765	424,3 424,3 424,3 424,3 424,3 424,3 424,3 848,6 848,6 848,6 848,6 848,6 848,6 848,6 848,6	424,3 848,6 1272,8 1697,1 2121,35 2545,62 2969,89 3818,43 4666,97 5515,51 6364,05 7212,59 8061,13 8909,67 9758,21	-46,47 -92,94 -139,41 -185,88 -146,15 -20,22 154,91 15,17 48,23 43,29 -3,25 -3,39 21,47 36,73 6,79
15-16 16-17	792 810,7	10557 11367,7	848,6 848,6	10606,75 11455,29	-49,75 -87,59

Оконч. табл. 2.1

1	2	3	4	5	6
17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-24	708,8 688,9 599,4 556,4 530,4 444,2 377,8	12076,5 12765,4 13364,8 13921,2 14451,6 14895,8 15273,6	848,6 848,6 424,3 424,3 424,3 424,3 424,3	12303,83 13152,37 13576,64 14000,91 14425,18 14849,45 15273,7	-227,33 -286,97 -211,84 -79,71 26,42 46,35 0

Очевидно, что можно составить большое количество графиков работы НС-II, удовлетворяющих условию (2.5), но при этом отличающихся друг от друга величинами I, t_i, N_i и Q₁. Искусство проектировщика заключается в умении найти такой вариант, при котором минимальный объем аккумулирующей емкости достигается при сравнительно небольшом количестве рабочих насосов и небольшой частоте их включений и выключений.

Для расчета «регулирующей вместимости» бака водонапорной башни строится табл. 2.1. В качестве примера построения такой таблицы используем данные рис. 2.1.

В графах 2 и 4 этой табл. 2.1 указывается водопотребление и подача НС-II, взятые из совмещенного графика рис. 2.1. В графах 3 и 5 – накопленные значения водопотребления и подачи НС-II с начала отсчета (в данном случае – с 0 ч). В графу 6 заносится разность значений величин из граф 3 и 5. Величина «регулирующей вместимости» определяется как сумма самого большого положительного и самого большого отрицательного (по абсолютной величине) значений величин из графы 6. Для данного примера V_рег = 154,91 + 286,97 = 441,88 м³. Данная величина должна быть не менее 5-минутной подачи одного из насосов.

Для того чтобы определить час, когда в аккумулирующей емкости находится минимальное количество воды, надо ко всем значениям величин графы 6 прибавить самое большое по абсолютной величине отрицательное значение этой графы. Тогда минимальное значение величины в графе 6 будет равно нулю, а максимальное значение – «регулирующей вместимости» V_рег.

Величину V_рег можно также определять по совмещенному интегральному графику водоподачи и водопотребления (рис. 2.2), используя формулу

V_рег = V⁺ + V^–..

Рис. 2.2 Совмещенный интегральный график

водоподачи и водопотребления:

V⁺ – превышение «накопленной» водоподачи

(за время от 0 ч до текущего момента) над водопотреблением;

V^– – превышение «накопленного» водопотребления над водоподачей

Основным преимуществом ступенчатого графика работы НС-II по сравнению с равномерным является уменьшение величины «регулирующей вместимости» бака водонапорной башни, а следовательно – стоимости НС-II, а недостатком – увеличение количества включений и выключений насосного оборудования, ведущего к его ускоренному износу.

В ряде случаев вполне оправдана эксплуатация малых насосных станций (например, в сельской местности) в одну смену: в ночное время, когда тарифы на электроэнергию минимальные, бак заполняется, а водоразбор производится в дневное время.

Следует помнить, что общий объем бака V_вб водонапорной башни складывается из «регулирующего объема» V_рег и неприкосновенного противопожарного запаса воды V_п для тушения одного наружного и одного внутреннего пожара:

. (2.6)

Для определения «регулирующего объема» РЧВ необходимо воспользоваться совмещенным графиком работы НС-I и НС-II (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Совмещенный график подачи воды:

НС-I – сплошная линия; НС-II – пунктирная линия

Как известно, НС-I работает равномерно в течение суток и ее часовая подача составляет 100 % : 24 ч = 4,17 % суточной подачи. График работы НС-II примем, как в предыдущем примере, двухступенчатым (от 0 до 4 ч часовая подача составляет 2,5 % суточной, а от 4 до 24 ч – 4,5 %). При этом от 0 до 4 ч подача НС-I превышает подачу НС-II, и вода накапливается в РЧВ, а от 4 до 24 ч подача НС-II превышает подачу НС-I, и запас воды в РЧВ уменьшается. Следовательно: V_рег = (4,17 – 2,5) × 4 = (4,5 – 4,17) × 20 = 6,7 % суточной подачи.

Полный объем резервуаров чистой воды должен включать кроме «регулирующего объема» еще запас воды на тушение расчетных пожаров в течение трех (иногда двух) часов максимального водопотребления V_пож и запас воды на собственные нужды очистных сооружений V_сн:

, (2.7)

где V_пож = Q_п∙t_п, Q_п – противопожарный расход, м³/ч (см. (2.3), (2.4)); t_п – расчетная продолжительность пожара (2 или 3 ч).