10.3 Електропривод і автоматизація насосних установок

2.1. Основні характеристики та вибір насосів

Воду використовують для комунально-побутових та виробничих потреб (напування тварин і птиці, приготування кормів, миття молочного посуду та іншого обладнання, поливання, гасіння пожеж тощо).

Джерелами води є відкриті водойми та підземні води. Водопостачання здійснюється за різними технологічними схемами, які класифікують за такими ознаками:

способом водозабору: з відкритих водоймищ (річок, ставків, озер), шахтних колодязів, артезіанських свердловин;

способом подачі води споживачам: з безпосередньою подачею води у водопровідну мережу (застосовують у системах зрошення), водонапірною баштою, установками з гідроакумуляторами;

способом розподілу води: системи з автонапувалками різних типів, системи з проточною водою.

Для забирання води з джерел використовують спеціальні водозабірні споруди, з яких її подають у водопровідну мережу за допомогою насосної установки, що складається з насоса, електропривода, всмоктувальної і напірної труб та напірно-регулювальної ємкості.

З водозабірних споруд, динамічний рівень яких не глибше 5–7 м від поверхні землі, воду піднімають переважно насосними установками з відцентровими та вихровими насосами, а глибоких шахтних і бурових колодязів – насосними установками із заглибними відцентровими насосами.

Нині випускаються насосні установки із водонапірними баштами типу БР та повітряно-водяними котлами типу ВУ.

Відцентрові насоси поділяють: за розміщенням вала – на горизонтальні та вертикальні; за числом робочих коліс – одноступеневі та багатоступеневі; за способом підводу води до робочого колеса – насоси одностороннього та двостороннього підводу; за величиною створюваного напору – насоси низького тиску (до 15 м); середнього тиску (до 40 м); високого тиску (вище 40 м).

За конструктивним виконанням та призначенням розрізняють такі відцентрові насоси:

Відцентрові насоси консольні. Використовуються для підйому води із поверхневих джерел та шахтних криниць. Продуктивність насосів від 6 до 315 м³/год; повний напір від 2 до 85 м; ККД від 43 до 83 %.

Відцентрові насоси моноблокові. Моноблокові насоси відрізняються від консольних тим, що не мають свого вала, а робоче колесо і корпус встановлені на валу і фланцю електродвигуна. Технічні характеристики моноблокових насосів подібні консольним.

Відцентрові насоси багатоступеневі. Використовуються для підйому великої кількості води зі значним напором. Продуктивність насосів знаходиться в межах від 50 до 90 м³/год, напір від 100 до 210 м, ККД від 60 до 80 %.

Відцентрові вихрові насоси. Ці насоси застосовують для подачі невеликої кількості води із відкритих джерел та шахтних криниць на велику висоту. Продуктивність насосів знаходиться в межах 3,6 –36 м³/год, напір від 20 до 60 м, ККД від 18 до 37 %.

Відцентрові (артезіанські) заглибні насоси. Призначені для підйому води з артезіанських свердловин. З цією метою використовуються насоси типів АП, АПВ, ЭПВ, ЭПЛ, ЭЦВ, АТН. Продуктивність цих насосів знаходиться в межах 1,6–40 м³/год, напір – 45–665 м, ККД – від 40 до 70 %.

Осьові насоси застосовують у зрошувальних системах та інших системах зі значною витратою води. Продуктивність насосів знаходиться у межах від 0,07 до 40,5 м³/с при напорі до 28 м. Виготовляють насоси у вертикальному та горизонтальному виконанні. Порівняно з відцентровими осьові насоси мають більшу продуктивність, але менший напір.

До основних параметрів насосів відносяться максимальна годинна подача та розрахунковий напір.

Максимальна годинна подача насоса визначається за формулою:

, (10.56)

де Q_срд – середньодобове споживання води, м³/добу; К_доб – коефіцієнт добової нерівномірності споживання води, К_доб=1,3; К_год – коефіцієнт годинної нерівномірності споживання води (для систем з автонапуванням К_год=2,5, без автонапування К_год=4, для комунального сектора К_год=2, на пасовиськах К_год=5).

Середньодобове споживання води на об’єкті:

, (10.57)

де g_і – добова норма споживання води одним споживачем i–го виду; m_i – кількість споживачів i-го виду; n – кількість видів споживачів.

Добові норми споживання води одним споживачем приймаються за галузевими нормами технологічного проектування. Вони становлять, наприклад, для корів молочного напряму – 100, телят – 20, свиноматок з поросятами – 60, свиней на відгодівлі – 15, курей яєчних порід – 0,76, м’ясних порід – 0,51 л/добу на одну голову.

Максимальна секундна витрата води, м³/с:

, (10.58)

де Q_пож – витрата води на гасіння пожежі, яку приймають за даними будівельних норм і правил (БНіП).

Розрахунковий напір насоса визначається за формулою (рис. 10.25):

Рис. 10.25. Технологічна схема визначення розрахункового напору насоса

, (10.59)

де H_вс – висота всмоктування (відстань від осі насоса до рівня води у водозабірній споруді); H_нас – висота нагнітання (відстань від осі насоса до найвищого рівня у водонапірній башті); H_втр – втрати напору в трубопроводах, які визначаються так:

, (10.60)

де v – швидкість руху води, м/с (v=1–1,2 м/с); g – прискорення вільного падіння, м/с²; α – коефіцієнт, який залежить від швидкості руху води та матеріалу труб (для чавунних труб α=0,02, для бетонних – α=0,022, для азбестоцементних – α=0,025); l – довжина водоводу, м; d – внутрішній діаметр водоводу, м; β – коефіцієнт місцевих опорів, який враховує втрати напору (для заслінок, відкритих на половину, β=2 м, кранів β=5 – 7 м, вентилів β=0,49 м, при різкому повороті водоводу β=1,5 м, повороті водоводу від 90 до 135º β=0,5 м); H_надл – надлишковий тиск, який забезпечує відповідну швидкість витікання води із водопроводу (при одноповерховій забудові H_надл= 10 м, при двоповерховій – H_надл=12 м, при триповерховій – H_надл=16 м, далі на кожний поверх додається 4 м).

Знаючи значення максимальної годинної подачі та розрахункового напору, за універсальним характеристиками при максимальному значенні ККД вибирають насос за умовами:

(10.61)