в зависимости от материала стенок:

• железобетонные сборные, Д = 500…1600 мм, Р < 15 атм.

• железобетонные сборные со специальным сердечником, Д = 500…1600 мм, Р < 30 атм.

• железобетонные монолитные, Д > 1600 мм, Р < 5 атм.

• стальные — могут применяться при любых диаметрах и любых давлениях. Но ввиду их дефицитности их применяют при невозможности применения других труб (при Д > 1500 мм, Р > 10 атм).

Определение диаметра напорного трубопровода.

Для определения экономичности диаметра применяют метод сравнительной экономической эффективности капитальных вложений. Показателем эффективности служит минимум приведенных затрат.

З_а = Е_нК_а + U_а

где

З_а — приведенные затраты по варианту;

Е_н — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений

Е_н = 0,12

Т = 8 - 10 лет (окупаемость)

К_а — суммарные капитальные затраты на строительство по варианту;

U_а — ежегодные издержки по рассматриваемому варианту.

С увеличением диаметра, увеличиваются суммарные капитальные затраты на строительство, но уменьшаются ежегодные издержки. С уменьшением диаметра, уменьшается суммарные капитальные затраты на строительство, но увеличиваются ежегодные издержки.

Экономический диаметр определяется технико-экономическим расчетом. Расчет сводится к рассмотрению нескольких вариантов трубопровода с различными диаметрами и отысканию минимального соизмерения капитальных затрат, отнесенных к одному году, и ежегодных издержек. Сумма капитальных затрат, отнесенных к одному году, и ежегодных издержек, называется приведенными затратами. Экономичный диаметр будет соответствовать минимуму приведенных затрат.

где

К – капитальные затраты;

И – эксплуатационные издержки;

Е – нормативный коэффициент окупаемости,

Т = 8-10 лет – срок окупаемости объекта.

, где

Э – потерянная электроэнергия, , где

q_рт – приведенный средне кубический расчет, .

Интеграл заменить

- расчет ведется на 1 м трубопровода.

А – удельное сопротивление

_ну – КПД насосной установки, подставляется в долях.

, где

_н – из характеристики на насос;

_дв – из паспорта на двигатель;

_пер – КПД передачи;

_сети – КПД сети.

а – стоимость 1 кВт/ч

₁ – отчисление в фонд восстановления

₂ – отчисления на капитальный и текущий ремонт.

Трубопровод	1	2
Стальной	1%	0,87%
Железобетонный	1%	0,54%
Асбестоцементный	2,5%	1,4%

Расчет по определению экономичного диаметра целесообразно проводить в табличной форме.

Определение экономичного диаметра трубопровода

Напорный трубопровод

Схема 25

Экономический диаметр должен соответствовать минимуму приведенных затрат.

3. Определение толщины напорного трубопровода.

S_ст = 3,5 + 0,06(Д_у - 15) , см

где

Д_у — условный диаметр трубопровода;

Д_у = Д_эк

S_ст = 5 + 0,08Д_у + 0,2 Н_р , см

где

Н_р — расчетный напор в трубопроводе, м.

S_ст = 0,1Д_у

Укладка напорного трубопровода.

Требования при укладке напорного трубопровода:

• трассу выбирают на устойчивых к оползню участках;

• по возможности прокладывать трубопровод с непрерывным подъемом. Как исключение допускается участок с обратным уклоном;

• для опорожнения напорных трубопроводов их прокладывают с уклоном не менее 0,001 по направлению к водовыпускному сооружению;

• необходимо избегать поворотов трассы трубопровода в плане и в вертикальных плоскостях;

• раструбные и фланцевые трубы следует укладывать снизу вверх по уклону раструбами вперед по ходу укладки. Гибкий конец трубы вставляется в раструб уложенной трубы;

• при параллельной прокладке нескольких напорных трубопроводов расстояние между наружными поверхностями труб принимают из условия проведения работ, а также из условия подмыва трубопровода при аварии соседнего с ним.

Схема 26

При Д_эк < 400 мм, b_тр = 0,7 м. При Д_эк = 400 - 1000 мм, b_тр = 1 м. При Д_эк > 1000 мм, b_тр = 1,5 м.

• железобетонные сборные и монолитные трубопроводы и асбестоцементные рекомендуется устраивать засыпными;

• стальные трубопроводы диаметром до 3 м следует устаивать засыпными, а при диаметре больше 3 м — открытые;

• асбестоцементные трубы соединяются с помощью самоуплотняющих асбестоцементных или чугунных муфт;

• соединение железобетонных труб раструбное. В качестве уплотнителя используют резиновые кольца;

• стальные засыпные трубы выполняют цельносварными без анкерных и промежуточных опор и без компенсаторов;

• открытые стальные трубопроводы проектируют разрезными с анкерными опорами, которые ставятся не реже чем 200 м, а также во всех местах изменения направления трубопровода. Между анкерными опорами утраивают промежуточные опоры, воспринимающие поперечные и силы трения, возникающие при температурных перемещениях трубопровода. Расстояние между промежуточными опорами определяется по расчету;

• нельзя укладывать трубы на камни или деревянные, кирпичные и другие прокладки;

• специальные сплошные бетонные основания или тумбы устраивают в исключительных случаях;

• при стальном основании трубопровод укладывают на выравнивающий слой из песка или другого местного мягкого грунта толщиной не менее 15 см, не содержащих крупных включений;

• на участках земли, предназначенных для нужд сельского хозяйства и проезда автотранспорта и сельскохозяйственной техники минимальную величину засыпку над верхом трубопровода принимают 0,8 м, а на землях не используемых для выше перечисленных нужд — 0,5 м;

• трубопроводы укладывают так, чтобы низ трубы был на 0,5 м ниже глубины промерзания;

• для отвода ливневых и фильтрационных вод вдоль трассы трубопроводов предусматривают дренаж: открытый для стальных трубопроводов и трубчатый в каменной откачке для трубопроводов укладываемых в грунте.

Схема 27

Гидравлический удар в трубопроводе.

Причины возникновения гидроудара:

• изменение степени открытия трубопроводной арматуры;

• изменение режима работы насосов (отключение и пуск).

Первую причину почти всегда можно предотвратить, применив режим закрытия при котором гидравлический удар не возникает. Поэтому основной причиной является аварийное отключение насосов (отключение электрического питания).

Процесс гидравлического удара в напорной системе с насосной станции

После отключения насоса уменьшается его параметры (подача, напор, частота вращения). У насосной станции понижается давление, которое распространяется в виде волн пониженного давления по трубопроводу к водовыпускному сооружению. При этом происходит отражение волн в местах изменения диаметра (m, М), в местах отбора воды (m, С), а также в местах установки трубопроводной арматуры и непрерывно по длине трубопровода в следствии гидравлического сопротивления трубопровода на трение. Через некоторое время, зависящее от длины трубопровода и скорости распространения ударной волны, волна пониженного давления достигнет конца трубопровода и отразится от уровня воды в водовыпускном сооружении волной повышенного давления. Это вызовет понижение скорости воды в трубопроводе, что приведет к изменению направления движения потока воды.

Два случая:

1. отсутствие обратного клапана — вода будет сбрасываться через насос, что вызовет реверсивное вращение ротора насосного агрегата. Увеличение частоты реверсивного вращения приводит к увеличению гидравлического сопротивления насоса и торможению потока, сопровождающуюся повышением давления;

2. на насосной станции есть обратные клапаны — при обратном движении жидкости клапан резко закрывается, что вызовет гидравлический удар, при котором давление повышается по отношению к рабочему в несколько раз.

В обоих случаях — большое увеличение давления наблюдается когда гидравлический удар сопровождается образованием в трубопроводе разрывов сплошности потока, которое происходит вследствие уменьшения давления в трубопроводе до предельного значения вакуума (- 8 м). Наиболее вероятными точками разрыва сплошности потока являются точки перелома трубопровода (т. В). Когда в точке В давление уменьшается до значения вакуума скорость движения воды на участке АВ станет меньше скорости движения воды на участке ВС. Из-за этого колонны воды будут между ними заполняются парами воды. При движении жидкости в обратном направлении скорость движения воды на участке ВС больше скорости на участке АВ, поэтому расстояние между колоннами воды начнет уменьшаться и их соударение приведет к резкому повышению давления.

— величина ударного давления

где

— изменение скорости движения воды;

а — скорость распространения, м/с.

Схема 28

Первым вывел формулу для определения скорости ударной волны Жуковский:

и — модуль упругости и плотности жидкости;

d, , Е_m — диаметр, толщина стенок и модуль упругости материала стенок трубопровода.

а_max = 1425 м/c.

Расхождение значения а по формуле и практическое их значение связано с наличием в жидкости пузырьков воздуха.

Средство защиты трубопроводов от гидравлического удара.

Средства делят на две группы:

1. средства, уменьшающие скорость движения воды в трубопроводе

• пуск воздуха в местах разрывов сплошности потока. Для этого в местах вероятного разрыва (т. В) устанавливают специальные клапаны (клапан для впуска и защемлении воздуха при гидроударе, при разрыве сплошности потока (КВЗВ)). Когда давление в трубопроводе станет меньше атмосферного клапан автоматически открывается и впускает воздух, а при увеличении давления он закрывается, воздух сжимается и давление в трубопроводе уменьшается. Эффективность ограничена. Н_г = 15 - 20 м;

• пуск воздуха в местах разрывов сплошности потока. При Н_г больше 20 м. Строятся специальные резервуары. Способ более дорогой;

• при очень больших статических напорах (более 60 м) на трубопроводах устанавливают дополнительный обратный клапан. Недостаток: затраты на клапаны, дополнительные потери напора, клапаны инерционные и их открытие запаздывает.

2. средства для сброса воды из трубопровода:

• сброс воды через насос. Наиболее простое и дешевое средство, но вызывает обратное вращение. Применяют ограниченный сброс воды, сделав вокруг клапана обводную линию;

схема 29

• сброс воды помимо насоса. Используются специальные предохранительные клапаны (ПСУ). Недостаток: дополнительные затраты, предусмотреть закрытие клапанов. Применяют, если сброс воды через насос невозможен.

Водовыпускные сооружения (ввс).

Водовыпускное сооружение предназначено для сопряжения напорных трубопроводов в водоприемником.

Требования к водовыпускному сооружению:

1. должно обеспечивать надежный пуск насосов;

2. должно обеспечить выпуск воды с минимальными потерями напора;

3. минимальные капитальные затраты;

4. надежная эксплуатация;

5. возможность распределения воды между потребителями (делитель);

6. обеспечивать предотвращение обратного тока воды из насоса в напорный трубопровод при отключении насосов или при аварии напорных трубопроводов.

Типы водовыпускных сооружений:

1. с механическими запорными устройствами;

2. водовыпускное сооружение сифонного типа;

3. с переливной стенкой.

Область применения водовыпускного сооружения зависит от колебаний уровней воды в отводящем канале. При колебании уровня воды меньше 0,5 м возможны все три типа, но сифонного только если он заряжается. Предпочитается водовыпускное сооружение с переливной стенкой как более прочное и надежное. При колебаниях уровней воды от 0,5 до 0,6 м — только с запорными устройствами и сифонного типа, если он заряжается. Колебания уровня воды более 6 м — только с механическими запорными устройствами.

Водовыпускное сооруженийс механическими запорными устройствами Водовыпуски сифонного типа (ввст).

Зарядка сифона.

Сифон заряжен, если он работает полным сечением и не заряжен если работает неполным сечением.

Схема 30

Сифон заряжен, когда давление в горле ниже атмосферного и в горле находится жидкость. Сифон незаряжен, когда в горле устанавливается уровень воды и давление равное атмосферному. При аварии на насосной станции необходимо создать в горле сифона атмосферное давление, т.е. впустить воздух в горло сифона (автоматически). Для этого применяют специальные клапаны — клапаны срыва вакуума. Воздух впускается со скоростью около 70 м/с, при этом поток разрывается на две части.

Особенности водовыпусков сифонного типа (ВВСТ):

• отсутствие затворов и перегораживающих бычков;

• автоматичность работы;

• надежность;

• небольшая величина гидравлических сопротивлений.

В зависимости от конструкции их делят на три типа:

1. без нижнего отвода;

2. с ускоренным нижним отводом;

3. с удлиненным нижним отводом.

Схема 31 (1)

Преимущество: требуется меньшая длина бассейна (l) для необходимого растекания потока при выходе в канал. Недостаток: вытекающая струя оказывает гидродинамическое воздействие на крепление дна бассейна. Необходимо тщательное крепление дна бассейна.

Схема 32 (2)

Требуется меньшая длина бассейна по сравнению с удлиненным нижним отводом, но большая по сравнению с конструкцией без нижнего отвода. Вытекающая струя не оказывает гидродинамическое воздействие на дно.

Схема 33 (3)

Для растекания потока нужна большая длина бассейна (l). Полностью отсутствует удар струи о дно бассейна.

Область применения:

Первый тип применяется при Д_тр меньше 1,2 м — сифон круглого сечения из металла.

Второй тип применяется при Д_тр меньше 1,2 м — металл круглого сечения.

Третий тип применяется при 1,2 < Д_тр< 2,2 — сифон круглого сечения из металла, а если Д_тр больше 2,2 м, то прямоугольного сечения. железобетонные.

Клапаны срыва вакуума (КВС).

К клапанам срыва вакуума предъявляют требования:

1. должен обладать высокой герметичностью для поддержания вакуума в сифоне при подаче воды по трубопроводу;

2. обеспечение надежного срыва вакуума в трубопроводе при прекращении прямого тока воды по трубопроводу;

3. работать автоматически.

Клапаны срыва вакуума по принципу действия делятся:

1. гидравлический тип, при ;

2. механический тип, при ;

• гидромеханический

• электромеханический

• пневмомеханический.

Гидравлический и гидромеханический срабатывают автоматически, а электромеханический и пневмомеханический автоматически открываются, а закрываются принудительно.

1. с гидромеханическим приводом

Схема 34

1 — лопатка;

2 — рычаг;

3 — запорный диск;

4 — корпус;

5 — горло сифона.

Недостатки: дополнительные потери напора, заклинивание запорного диска, прикипание резинового уплотнения.

2. гидравлический клапан срыва вакуума

Схема 35

1 — стакан;

2 — трубка.

— превышения уровня воды в стакане по отношению к уровню воды в водовыпускном сооружении после полной зарядке сифона.

где

V_гс.пр — скорость в горле сифона при прямом токе воды;

— потери напора в нисходящей ветви сифона при прямом токе воды.

— снижение уровня воды в стакане после разрядки сифона.

При постепенном заполнении трубопровода водой воздух из трубопровода выходит через трубку (2) и стакан (1) в атмосферу. Когда вода достигнет горла сифона входное отверстие трубки (2) закрывается и внутренняя полость сифона разобщается с атмосферой (начинается зарядка сифона). Вод по трубке (2) из сифона поступает в стакан (1). Уровень воды в стакане после полной зарядки поднимается на величину . Для поддержания вакуума в сифоне конец трубки (2) должен быть ниже уровня воды в стакане (1). После прекращения подачи воды начинается обратное движение жидкости через заряженный сифон из водоприемника. Уровень воды в стакане снижается на величину . Для разрядки сифона нужно, чтобы опущенный в стакан конец трубки при обратном течении воды был выше уровня воды в стакане. Недостатки: засорение трубки мусором.

Водовыпускное сооружение с переливной стенкой.

Схема 36,37

m — коэффициент расхода;

l — длина гребня водослива..

l = 2l_кол +b, l_кол  4Д_вых; b = (0,8…1)Д_вых

6) l_гас определяется в зависимости от типа гасителя

где

— максимальная глубина в канале;

Возможно применения этого типа водовыпускного сооружения при колебаниях уровни воды больше 0,5 м. Но в этом случае необходимо стенки резервуара сделать с переменной высотой (из шандор). Недостаток: теряется полоне преимущество этого водовыпускного сооружения— наличие эксплуатационного персонала.

Вспомогательное оборудование и системы, обеспечивающие собственные нужды насосной станции.

1. грузоподъемные механизмы в здании насосной станции и на водозаборном сооружении, и на водовыпускном сооружении (при необходимости);

2. вакуум системы;

3. система технического водоснабжения для подачи технически чистой воды для охлаждения и смазки технического оборудования насосной станции (подшипники, сальники);

4. хозяйственно-питьевая система и канализация;

5. дренажная система;

6. Осушительная система.

Дренаж — для откачки фильтрационных вод, поступающих через стенки и фундамент подземной части, а также воды, фильтрующей через сальники и фланцевые соединения.

Осушительная система — для откачки воды из приемных камер водозаборного сооружения, всасывающих и подводящих труб. В некоторых случаях проектируют осушительно-дренажную систему.

7. противопожарная система;

8. отопление;

9. вентиляция;

10. освещение;

11. аппаратура управления основными агрегатами (пусковые и распределительные устройства, трансформаторы и т.д.).

Способы заливки основных насосов водой (с положительной высотой всасывания) перед пуском.

Может производиться с помощью:

• вакуум-системы;

• инжекторов;

• методом автоподсоса;

• при помощи всасывающих труб с приподнятом коленом или баков аккумуляторов.

Основной способ — вакуум-система, основной элемент которой вакуум-насос.

Типы вакуум-насосов:

• водокольцевой вакуум-насос (КВН, ВВН);

КВН — консольный вакуум-насос;

ВВН — водокольцевой вакуум-насос.

1. Определение производительности вакуум-насоса:

, м³/мин

Н_а — напор воды, соответствующий атмосферному давлению, м.

W — объем всасывающего и напорного трубопровода до задвижки и корпуса насоса;

К — коэффициент запаса;

К = 1,05…1,1

Т — время заливки насоса водой;

Т = 7…10 мин

h_в — геометрическая высота всасывания.

Схема 38

2. Определение степени растяжения:

Н = Н_г + h_т

Н_г = h_в + h

h_т  0,15h_в

Системы технического водоснабжения (ТВС).

В зависимости от числа и подачи насоса, а также подачи насосной станции применяют три схемы технического водоснабжения:

1. централизованная — обеспечивает водой все насосные агрегаты.

2. групповая.

Пример: при n = штук — Q_н < 5 м³/с, 1 м³/с < Q_нс < 100 м³/c

Техническое водоснабжение разделяют на группы. Каждая группа автономна и обслуживает не более 5 насосов. Такая схема увеличивает надежность всей системы.

3. блочная (поагрегатная)

Пример: при Q_н > 5 м³/с

Система технического водоснабжения состоит:

• водозаборное устройство;

• из фильтров и отстойников;

• специальных насосов;

• трубопроводов, запорной арматуры, контрольно-измерительных приборов.

Хозяйственно-питьевая система и канализация (ХПС).

Проектируется в зданиях где одновременно могут находиться более пяти человек.

Источники питьевой воды:

• ближайший водопровод;

• привозная вода.

Расчетный расход питьевой системы

q = mS,

где

S — суточный расход воды в здании насосной станции. Зависит от водопотребления и количества обслуживающего персонала.

m = f (S), m = 0,0232…0,0047

0,0232 при S меньше 5 м³/с;

0,0047 при S больше 25 м³/с.

Рекомендуемые нормы водопотребления на насосной станции.

Для южных районов — 45 л воды в смену на человека. В остальных районах — 25 л на человека в смену. Гидростатический напор в системе не должен превышать 60 м.

При наличии системы хозяйственно-питьевого водоснабжения проектируется канализация. Расход отвода бытовых сточных вод рассчитывают по смене с максимальным числом обслуживающего персонала.

, л/с

где

— коэффициент суточной неравномерности. Для жарких районов — 2,5, для других — 3.

W — норма водоотведения;

n — число персонала в смену;

t — число часов смены, ч.

Дренажные и осушительные системы (ДС, ОС).

Применяют два вида дренажных систем:

1)?????????????

При Q_н < 3 м³/с. Для наземного типа здания насосной станции. Устанавливают, как правило, три насоса, один резервный.

2) раздельная. Устанавливают 2 дренажных насоса, 1 резервный и 2 осушительных.

Определение подачи дренажного насоса:

Q_др = (1,5…2)Q

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃

Q₁ — фильтрационный расход через сальники, л/с.

q = 0,5 л/с (О, ОП)

q = 1 л/с (ВЦ)

q = 0,05…0,1 л/с (консольные)

Q₂ — фильтрационный расход через фланцевые соединения

Q₂ = 1,5 л/с (через все соединения);

Q₃ — фильтрационный расход через стенки и фундамент подземной части здания

Q₃ = KW

где

W — объем здания насосной станции (подземной части) по наружному обмену, расположенному ниже максимальной отметки уровня воды;

К — коэффициент, учитывающий качество строительно-монтажных работ.

К = 0,0005 — хорошее;

К = 0,001 — нормальное;

К = 0,002 — плохое.

Определим подачу осушительного насоса:

где

W₀ — начальный объем воды, подлежащий удалению из водоприемной камеры водозаборного сооружения, всасывающих и подводящих труб;

Т — время откачки

q — фильтрационный расход через неплотности ремонтного затвора на один метр длины (м³/с/м)

q = 0,0015 м³/с при резиновых уплотнениях;

q = 0,0025 м³/с при деревянных и металлических уплотнениях.

l — периметр затвора, по которому возможна фильтрация.

Определение напора:

Н = Н_г + h_т

где

h_т — потери в дренажной и осушительной системах,

h_т = 3 м.

Н_г — геодезический напор.

где

— минимальный уровень в дренажном колодце

Схема 39

Противопожарная система (ППС).

Проектируется для наружного и внутреннего пожаротушения. Если W_нч < 1000 м³ — объем верхнего строения про внешнему обмеру, то здание насосной станции для наружного тушения оборудуется только первичными средствами пожаротушения (противопожарный щит и огнетушители). Если W_нч > 1000 м³, то оборудуется первичными средствами пожаротушения так и специальной стационарной противопожарной системой. Устанавливают два насоса, один резервный.

Внутреннее пожаротушение:

W_{вн. пом} — объем всех внутренних помещений здания насосной станции.

Если W_{вн. пом} < 5000 м³, то оборудуется только первичными средствами. Если W_{вн. пом} > 5000 м³, то оборудуется первичными средствами пожаротушения так и специальной стационарной противопожарной системой.

q = q_в + q_н — общий расход

q_в = 5 л/с

Определение объема стационарной противопожарной системы.

Н = Н_г + h_т + h_св

где

h_т — потери в стационарной противопожарной системе

h_т = 5 м.

h_св = 10…12 м.

Отопление.

Предусматривается в зимнее время, если на станции есть люди. t_рас = 18^C. Применяют электросвечи и электроколориферы. На крупных насосных станциях — водяное отопление. Если в насосной станции в зимнее время людей нет, то t_рас = 5^C.

Вентиляция.

Должна обеспечивать нормальные условия для работы персонала и сохранности оборудования. Основной источник тепла — электродвигатель и солнечная радиация. Вентиляция может быть естественной и принудительной. Для мощных насосных станций — только принудительная вентиляция. Она может быть раздельной и совмещенной, что менее надежно.

Естественная вентиляция применяется только для насосных станций малой мощности, для служебных помещений.

Освещение.

Машинный зал и служебные помещения имеют естественное освещение. Площадь окон:

• машинный зал F_ок = 12,5 % F_{пола мз};

• служебные помещения F_ок = 8 % F_пола

При средней наружной температуре наиболее холодной пятидневке (- 6^C) предусматривается двойное остекление. Рамы делают из стальных гнутых или прокатных профилей. Деревянные — на мелких насосных станциях.

Насосные станции, работающие на закрытые оросительные системы (зос).

Развитие орошения способом дождевания с широкозахватной техники (“Фрегат”, “Днепр”, “Ока” и т.д.). Связано с тем, что закрытые оросительные системы обеспечивают большой коэффициент земельного использования, высокий уровень автоматизации, меньшую потребность в людских ресурсах.

Закрытые оросительные системы состоят из:

• стационарная или передвижная насосная станция;

• закрытая оросительная сеть, выполненная из металлических, железобетонных, асбестоцементных и чугунных труб и дождевальной машины.

Схема 40

1 — водоисточник;

2 — всасывающие трубопроводы;

3 — насосная станция;

4 — магистральный напорный трубопровод;

5 — распределительный трубопровод;

6 — гидранты;

4 + 5 = сеть;

2 + 3 + 4 + 5 + 6 = система.

Оборудование насосной станции закрытой оросительной системы.

В состав насосной станции входят:

• водозаборное сооружение;

• всасывающие трубопроводы;

• здание насосной станции (наземный, камерный, БКНС), с размещенным в нем гидромеханическим, электромеханическим оборудованием;

• пристанционные коммуникации в пределах площадки;

• водо-воздушный бак, присоединенный к началу оросительной сети.

На насосной станции устанавливается основное и вспомогательное оборудование. Основное — основные насосные агрегаты, которые подают воду к дождевальной технике (ДМ). Вспомогательное оборудование — вспомогательные или бустерные насосы, вакуум-насосы, дренажный насос, грузоподъемное оборудование и контрольно- ????.

Если насосная станция обслуживает одну или две дождевальных машин, то устанавливают один насосный агрегат (как правило передвижные насосные станции), а обслуживающие несколько севооборотных участков — от 3 до 5 насосных агрегатов. Резервные насосы, как правило не предусмотрены, а есть складской резерв.

Схема 41

1 — основной насос;

2 — вспомогательный и бустерный насос;

3 — электродвигатель;

4 — ВВБ;

5 — компрессор;

6 — расходомер;

7 — обратные клапаны;

8 — задвижки;

9 — вентиль;

10 — регулятор давления;

11 — водозаборное сооружение;

12 — всасывающие трубопроводы;

13 — напорная линия насоса;

14 — напорный трубопровод (коллектор);

15 — соединительная линия.

В качестве основных применяют насосы типа Д. ЦН. В отдельных случаях применяют погружные насосы. Обоснование для выбора типа и количества насосов (основных) и определяются зоны их работы является характеристика оросительной сети. Для привода используют асинхронные электродвигатели. В качестве вспомогательных насосов используют насосы типа К, ЦНС, они предназначены для поддержания давления в сети при отсутствии полива, восполнения утечек из сети при отсутствии полива, а также в отдельных случаях для подачи воды на полив. В качестве вакуум-насосов применяют насосы типа КВН, ВВН. В качестве дренажных насосов применяют самовсасывающие вихревые насосы. На напорных линиях насосов устанавливают диффузоры, монтажные вставки, запорная и запорно-предохранительная арматура. Запорная — задвижки, затворы, которые выполняют функции только ремонтные. Запорно-предохранительные — обратные клапаны. Выполняют две функции:

• предотвращение обратного тока воды;

• для пуска насосов.

Для автоматической работы насосной станции предусматривают ВВБ. Помимо этого ВВБ предназначены для восполнения утечек из сети при отсутствии полива и для защиты трубопроводов от гидроудара. Бак представляет собой стальную емкость объемом 10 м³, заполненную при нормальной работе насосной станции на 2/3 водой и на 1/3 воздухом. Количество баков определяется расчетом (1 или 2). Они оснащаются предохранительными клапанами, водомерным стеклом, датчиками уровня, манометром. Для компенсации объема воздуха при работе насосной станции устанавливают компрессор. На автоматизированных насосных станциях устанавливают расходомеры, как правило индивидуальный расходомер или ультразвуковой расходомер. Второй более распространен. На водозаборном сооружении помимо сороудерживающих решеток, обязательно устанавливают мелкие сетки или кассетные фильтры.

Режимы работы насосной станции закрытой оросительной системы.

Работа насосной станции закрытой оросительной системы предусматривается автоматической. Система автоматизации должна обеспечить пуск и остановку насосных агрегатов в зависимости от водопотребления, устойчивую работу насосной станции в дежурном и рабочем режимах.

Различают три режима работы насосной станции:

1. подготовка насосной станции к включению в автономном режиме;

2. дежурный;

3. рабочий.

Первый режим встречается редко. Либо в начале поливного сезона, когда сеть полностью опорожена, а также в период поливного сезона после вынужденных остановок насосной станции.

Последовательность подготовки насосной станции к включению в автономном режиме.

1. с помощью вакуум-системы заполняем насос, всасывающую линию и напорную линию до задвижки (задвижка закрыта);

2. на сети открывают все гидранты;

3. вручную включают вспомогательный насос;

4. открывают задвижку на нагнетательной линии вспомогательного насосов;

5. при постепенном заполнении сети, гидранты закрывают;

6. открывают задвижку на соединительной линии к ВВБ до уровня, соответствующего максимальному рабочему давлению вспомогательного насоса;

7. после заполнения ВВБ задвижку закрывают;

8. в бак с помощью компрессора покачивают воздух до расчетного давления (1/3 воздуха);

9. полностью открывают задвижки основных и вспомогательных насосов;

10. отключают вспомогательный насос и переводят насосную станцию в автономный режим;

11. открывают задвижку на соединительной линии к баку. При этом автоматически включается вспомогательный насос и насосная станция переходит в дежурный режим.

Дежурный режим.

Служит для поддержания давления в сети, когда гидранты закрыты, нет полива и все основные насосы отключены. Давление, поддерживаемое в сети определяется характеристикой H - Q вспомогательного насоса и зависит от конкретных условий режима работы насосной станции. Вспомогательный насос может работать в одном из двух режимов:

1. режим непрерывной работы, т.е. вспомогательный насос работает до момента включения основного насосного агрегата;

2. режим прерывистой работы. Работа вспомогательного насоса сблокирована с работой ВВБ. При работе насоса его подача компенсирует утечки в сети и одновременно идет на наполнение ВВБ до верхнего допустимого предела. После наполнения бака насос отключается и на компенсацию утечек расходуется объем воды в баке.

Когда уровень в баке снижается до минимального допустимого включается вспомогательный насос. Суммарная расчетная максимальная подача двух вспомогательных насосов должна быть больше возможных утечек из сети при отсутствии полива.

, (5…7 %)

При уменьшении количества воздуха в ВВБ при растворении его в воде происходит увеличения уровня воды в баке выше максимального допустимого. Для компенсации воздуха автоматически включается компрессор.

Рабочий режим.

Автоматическое включение и отключение основных насосных агрегатов в зависимости от количества включенных дождевальных машин.

Схема 42

1. на сеть работают два вспомогательных насоса, которые поддерживают давление в сети (Н_вкл) необходимое для пуска основного насоса;

2. включилась первая дождевальная машина. Расход резко возрастает, а давление уменьшается и когда достигает минимально допустимого (Н_вспом) точка В₁ подается сигнал на включение первого основного насоса (из точки В₁ в точку А₁);

3. включилась первая дождевальная машина. Расход увеличивается, давление уменьшается (из точки А₁ в точку В₂). Подается сигнал на включение второго основного насоса (из точки В₂ в точку А₂);

4. включилась первая дождевальная машина. Расход падает, давление увеличивается и т.д.

Пуски и остановки первого основного агрегата производятся по давлению, а пуски и остановки последующих насосных агрегатов — по расходу.

Определение напора и подачи насосной станции:

где

— суммарный расход всех одновременно работающих дождевальных машин.

Н = Н_г + h_т + h_св

где

Н_г — геодезический напор, расстояние от уровня воды в водоисточнике до отметки гидранта в диктующей точке;

h_т — потери до диктующей точки;

h_св — свободный напор. Зависит от типа дождевальной машины.

Осушительные насосные станции (онс).

Особенности осушительных насосных станций:

1. большая неравномерность подачи. Это связано с большими колебаниями поверхностного и грунтового стока.

2. возможность перерывов в работе. Их продолжительность зависит от вместительности регулирующей емкости и допустимой продолжительности подтопления территории.

3. зависимость графиков работы от фильтрационных и сбросных расходов, объма паводков, в периоды ливней.

Типы осушительных насосных станций:

1. для перекачки вод поверхностного стока;

2. для перекачки грунтовых вод;

3. для перекачки вод поверхностного стока и грунтовых вод;

Т.к. грунтовые воды составляют небольшой объем по сравнению с поверхностным стоком насосные станции первого и третьего типов по конструкции и оборудованию мало отличаются. Насосная станция второго типа характеризуется небольшими расходами и их малыми колебаниями. Они могут обслуживать отдельные элементы дренажа, несколько колодцев или систему дрен. Насосные станции, обслуживающие колодцы и систему дрен — грунтовые. Насосные станции, откачивающие паводковые и ливневые воды (первый и третий тип) работают периодически, а откачивающие грунтовые воды — круглый год. Расчетная подача насосной станции определяется гидрологическими и экономическими расчетами. Для определения подачи и напора насосов нужно установить связь между режимом стока воды на осушаемой территории с режимом работы насосной станции. Верхним бьефом осушительных насосных станций бывает река, колебания уровней которой зависят от гидрологического режима реки. При определении уровни воды в реке принимают по среднему гидрологическому году. Колебания уровней воды в нижнем бьефе зависят от режима работы осушительной системы и поверхностного стока воды.

Различают три типа работы осушительной системы:

1. насосная станция обеспечивает откачку воды с установленной территории без ее подтопления — выше ее максимальной отметки;

2. без подтопления. Но перед насосной станцией есть регулирующая емкость.

3. Допускается затопление осушительной территории паводковыми водами.

При проектировании осушительной системы для определения и выбора оборудования рассчитывается график колебания уровней и притока воды в нижнем бьефе для всего период работы насосной станции. Отметки нижнего бьефа насосной станции, перекачивающие грунтовые воды определяются уровнем воды, зависящим от забираемого расхода и удельного дебита. Для выбора режима работы осушительной насосной станции нужно построить интегральную кривую стока для расчетной обеспеченности (Р) и продолжительности (), которые выбираются в зависимости от класса гидротехнического сооружения осушительной насосной станции ( = 100/Р). Расчетными значениями Р и  являются:

Р = 100; 50; 25; 10; 5; 2 %



Схема 43

Строят суммарные кривые сбросных расходов воды при различных, предварительно - задаваемых подачах насосной станции.

2 — суммарная кривая сбросных расходов воды при максимальной подаче ( );

3 — суммарная кривая сбросных расходов воды при максимальной подаче ( );

4 — суммарная кривая сбросных расходов воды при максимальной подаче ( );

Далее строятся интегральные кривые объемов воды, не удаленной с осушаемой территории в зависимости от времени Т.

Схема 44

2, 3, 4 — интегральные кривые объемов волы, оставшейся на территории при различных подачах насосной станции. После этого по известным топографиям местности и профилям каналов чертят кривые площади затопления (F_зат), длительности затопления местности (t), и отметки уровней воды на осушаемой территории ( ) в зависимости от подачи насосной станции.

Схема 45

Эти кривые служат основанием для технико-экономических расчетов насосной станции, выполняемых с учетом последствий возможного затопления территории при их отключении на период времени. При этих расчетах определяют оптимальную подачу насосной станции (Q_нс.max). Расчетный напор (Н_{нс р}) определяют по графикам колебания уровней воды в водоприемнике и на осушаемых территории при оптимальной подаче насосной станции. Рассчитанные напор и подача приводят в соответствие с установленным на насосной станции ??????.

График работы насосной станции увязывают с параметрами подводящего водовода. При выборе типа и числа насосов нужно учитывать требования:

1. насосы должны работать с более высоким КПД;

2. обеспечивать наиболее полное покрытие графика откачки;

3. число основных насосов минимально;

4. при включении и отключении насосов в зависимости от уровня воды в подводящих водоводах не должны разрушатся откосы каналов и регулирующей емкости. Насосные станции малой подачи и достаточной регулирующей емкости оснащаются двумя однотипными насосами. На средних насосных станциях предусмотрено три однотипных насоса, на крупных — 4 насоса. При отсутствии регулирующей емкости насосная станция оборудуется тремя или четырьмя разнотипными насосами с отношением 1:1:2 или 1:2:2, 1:1:2:2 или 1:1:3:3. Резервные насосы не устанавливают когда все основные насосы одновременно работают с максимальной подачей более 10 суток и нет опасности затопления населенных пунктов или сельскохозяйственных угодий при выходе из строя одного из насосов. Осушительные насосные станции, как правило, автоматические.

Насосные станции для водоснабжения (нсвс).

По своему назначению и расположению в общей схеме ВС они подразделяются на 4 типа:

1. насосная станция первого подъема. Они забирают воду из водоисточника и подают на очистные сооружения. Если не нужна очистка, то в резервуары чистой воды, либо в разделительную (?) сеть, водонапорную башню или другое сооружение;

2. насосная станция второго подъема. Для подачи очищенной воды потребителям из резервуаров чистой воды. Иногда насосное оборудование насосных станций первого и второго подъема размещают в одном здании, снижая расходы на строительство и эксплуатацию. Однако, это решение не всегда возможно и зависит от вида водоисточника, наличия и типа очистных сооружений, от рельефа и т.п.;

3. насосная станция подкачки. Нужны для повышения давления в водоприемной сети или водоводе. Например: вода забирается из одной сети или участка магистрального водовода и под давлением подается в другую сеть (района, города и т.д.);

4. циркуляционные насосные станции. Служат для технического водоснабжения промышленных предприятий и ТЭС.

Насосные станции водоснабжения подразделяют:

• по назначению:

хозяйственно-питьевые и технические;

• по технологическим особенностям:

береговые и русловые;

• по конструкционным особенностям:

на раздельные и совмещенные.

Т.к. эти насосные станции работают весь год их водоприемники проектируются на зимнюю эксплуатацию (лед, шуга), а здание обязательно отапливаемое.

Насосные станции водоснабжения должны иметь высокую степень надежности. Поэтому их оснащают:

• резервными насосами и вспомогательными устройствами;

• удовлетворять высоким санитарно-гигиеническим требованиям (вокруг насосной станции предусматривают зону санитарной охраны);.

• внутри здания предусматриваются санузлы и помещение для дежурного персонала;

• должны быть автоматическими, т.е. подавать воду по требованию изменения давления в сети или уровня воды в водонапорной башне.

Подача насосных станций водоснабжения меньше, чем мелиоративных. Поэтому их трубопроводы меньше диаметром, что позволяет большинство трубопроводных переключений выполнять внутри здания. Наиболее сложные насосные станции — первого подъема, поскольку они выводятся в поймах рек и ??????? водонасыщенных грунтах.

Значительно проще насосные станции второго подъема, возводимые на прочных породах. Эти насосные станции строятся по типовым проектам. Система водоснабжения обычно проектируется с перспективой дальнейшего увеличения водопотребления и строится поэтапно. Поэтому в здании насосной станции оставляют место для основных насосов, которые устанавливают на последующих этапах строительства системы водоснабжения. На насосную станцию устанавливают резервные насосы, число которых принимают в зависимости от класса надежности и числа насосных агрегатов.

Подача насосной станции рассчитывается на максимальное суточное водопотребление. Для определения максимальной суточной подачи составляют сводную ведомость расхода воды в системе водоснабжения, которое является основным заданием для определения подачи и выбора режима насосной станции. Подача воды в насосной станции первого подъема может идти по трем схемам:

1. насосная станция подает воду в очистные сооружения;

2. насосная станция подает воду в резервуары (грунтовые воды);

3. насосная станция подает воду без очистки воды.

Первая схема: определяется часовая подача насосной станции

, м³/ч

— коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды насосной станции. В зависимости от качества воды, конструкции фильтров, принятой интенсивности промывки и схемы отвода промывной воды. .

Т — продолжительность работы насосной станции, Т = 22…24 часа.

Вторая схема: можно установить равномерную круглосуточную работу насосной станции, уменьшить число скважин или их диаметр. Кроме того, равномерный отбор воды улучшает режим работы скважины. Часовая подача насосной станции:

, м³/ч

— коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды водовода.

Т — продолжительность работы насосной станции. Т = 24 часа.

Третья схема: все скважины делят на основные и не основные. Основные — наиболее мощные скважины (больший удельный дебит). Работают они круглые сутки, поэтому часовой расход определяется по предыдущей формуле. Не основные — скважины, которые работают в часы максимального водозабора или во время ремонта основных скважин. Дебит этих скважин рассчитывают на подачу, равную разности подачи в час максимального водопотребления и подачи среднечасового потребления. При подаче воды непосредственно в сеть количество скважин больше, по сравнению с подачей в резервуар. Однако, отпадает необходимость строительства насосной станции второго подъема. При определении подачи насосной станции первого подъема системы объединенного хозяйственно-питьевого и противопожарного трубопровода необходимо обеспечить возможность форсированной подачи воды в часы пополнения противопожарного запаса в резервуарах у насосной станции второго подъема. Восстановление противопожарного запаса может идти:

1. рабочими насосами, если они работают не круглые сутки, во время перерывов их работы;

2. рабочими насосами за счет возможного сокращения водопотребления;

3. резервными насосами;

4. специальными противопожарными насосами на насосных станциях первого подъема.

Подача насосов определяется:

1. для рабочих насосов:

2. специальные насосы:

где

— полный пожарный расход за 3 часа — расчетная продолжительность тушения пожара;

— суммарный расход в течение трех часов наибольшего водопотребления.

Q₁ — средняя часовая подача нормально работающих насосов насосной станции первого подъема;

Т — продолжительность пополнения пожарного запаса. По СниП Т = 74 часа.

Насосная станция второго подъема.

Поскольку насосная станция второго подъема подает воду сразу в сеть ее подачу определяют в зависимости от режима водопотребления населенного пункта. Т.к. водопотребление неравномерно, то приняв режим подачи воды в точности соответствуемому режиму водопотребления потребуется ?????. Поэтому строится аккумулирующая емкость куда вода поступает от насосной станции второго подъема при ее подаче больше водопотребления. Поэтому при определении подачи насосной станции второго подъема необходимо найти оптимальный вариант режима работы насосной станции, т.е. минимальная аккумулирующая емкость и наименьшая частота включения и выключения насосов.

Схема 46

1 — вода поступает из аккумулирующей емкости;

2 и 2’ — вода поступает от насосной станции, соответственно потребителю и в аккумулирующую емкость;

3 и 3’ — вода поступает потребителю соответственно из аккумулирующей емкости по насосной станции

Определение напоров насосной станции:

насосная станция первого подъема

1. при подаче воды по очистному сооружению

Н = Н_г + h_т + 1

h_т — потери напора от водоисточника до очистных сооружений

1 — запас напора ????????.

2. вода попадает в резервуар чистой воды без очистки:

Н = Н_г + h_тскв + h_ттр + 1

Н_г — статический напор;

h_тскв — потери напора в скважине;

h_тскв — потери в трубопроводе от скважины до резервуара

1 — то же.

3. при подъеме в сеть

Н = Н_г + h_т + Н_св

h_т — потери напора от источника до диктующей точки.

Н_св — свободный напор.

Насосная станция второго подъема

Определяют напор после полного расчета водопроводной сети и определение высоты водонапорной башни (ВНБ).

1. При наличие водонапорной башни:

Н = Н_г + h_т

h_т — потери напора от резервуара до водонапорной башни;

2. при отсутствии водонапорной башни.

Н = Н_г + h_т + Н_св

h_т — потери напора от резервуара до диктующей точки;

Н_св — свободный напор.