Тема 14. Насосные станции систем водоснабжения.

14.1. Классификация насосных станций.

По назначению в системе производственного водоснабжения насосные станции подразделяются на:

- первого подъема - предназначены для забора воды из источника водоснабжения и подачи ее на очистные сооружения или непосредственно потребителям. Располагаются обычно за пределами предприятия на берегу водоема.

При прямоточных схемах водоснабжения и схемах с последовательным использованием воды из источника подается соответственно вся или часть потребляемой предприятием воды. На предприятиях, имеющих системы оболротного водоснабжения, насосные станции I подъема подают воду потребителям, расходующим ее безвозвратно, а также для покрытия потерь воды в циркуляционных системах на испарение, капельный унос и продувку.

- второго подъема - предназначены для подачи воды потребителям после очистных сооружений или от насосных станций I подъема, когда очистка воды не требуется.

• повысительные - служат для повышения имеющегося в сети напора для отдельных объектов цехов, агрегатов.

• циркуляционные - предназначены для обслуживания одной или нескольких систем оборотного водоснабжения с целью подачи повторно используемой воды на охлаждение, а затем снова к потребителям и на очистные сооружения.

- перекачивающие - служат для подъема используемой воды из отдельных заглубленных мест в отводящие трубопроводы.

- шламовые (пульпонасосные) - предназначены для гидравлического транспортирования в отстойники или шламонакопители различных отходов производства.

- дренажные - служат для откачки грунтовых и случайных вод в цехах или сооружениях, а также для понижения уровня грунтовых вод.

По надежности насосные станции подразделяются на три класса.

В насосных станциях I класса не допускается перерывов в работе, так как это может вызвать повреждение технологического оборудования или нарушение технологического процесса.

В насосных станциях II класса допускается кратковременный перерыв в работе насосов на время, необходимое для включения резервных агрегатов. При этом происходит уменьшение выпуска продукции в результате простоя технологического оборудования.

В насосных станциях III класса допускается перерыв в подаче воды потребителям на время ликвидации аварии, но не более, чем на сутки.

14.2. Компоновка оборудования насосных станций и устройство

коммуникаций.

При размещении насосных агрегатов и трубопроводов в насосной станции необходимо обеспечить:

1. надежность действия станции;

2. удобство и безопасность обслуживания;

3. минимальную протяженность трубопроводов и простоту их узлов;

4. возможность расширения насосной станции.

Насосные агрегаты размещаются в машинном зале в один или два ряда в зависимости от ширины пролета, которая может быть равна 6, 12 и 18 м.

Малые консольные насосы типа К и другие насосы, у которых ось всасывающего патрубка расположена параллельно оси насосного агрегата, располагаются осями параллельно короткой стороне машинного зала (рис.14.1, а)

Насосы, у которых ось всасывающего и напорного патрубков перпендикулярна к оси агрегата (типа НД и другие), располагают осями параллельно длинной стороне машинного зала (рис.14.1, б). Это позволяет исключить лишние повороты трубопроводов. Такая компоновка особенно удобна для крупных насосов.

При большом числе насосных агрегатов в целях уменьшения длины здания станции применяют схему с двухрядным расположением агрегатов (рис.14.1, в). При этом часть насосов одного назначения может иметь противоположное вращение, что оговаривается при заказе насосов заводу-изготовителю.

При большом числе крупных насосов применяют схему их расположения в шахматном порядке параллельно продольной оси станции (рис.14.1, г). При этом получается более компактное расположение трубопроводов, значительно сокращаются площади за счет пропуска всасывающих или напорных трубопроводов через фундаменты других агрегатов. При пропуске трубопроводов через фундамент, в фундамент закладывают стальную гильзу необходимого диаметра. При этом прочность фундамента не нарушается.

Схемы с шахматным расположением агрегатов параллельно короткой стороне здания станции целесообразно применять при большом числе крупных насосов с укладкой трубопроводов в подвале (рис.14.1, д).

Для обеспечения безопасности и удобства обслуживания ширина прохода между агрегатами должна быть не менее 1 м при использовании низковольтных двигателей и не менее 1,2 м при использовании высоковольтных двигателей.

Расстояние от электродвигателя или насоса с неразъемным корпусом до стены или соседнего агрегата не должно быть меньше 11,2 м, чтобы при демонтаже агрегата можно было по его оси выдвинуть вал с рабочим колесом из насоса или ротор из электродвигателя.

Вспомогательные насосы (дренажные, вакуум-насосы) следует распола-

гать в свободных местах машзала. Допускается их установка у стены без прохода, а также на кронштейнах на стене машинного зала.

14.3. Внутристанционные коммуникации.

Надежность работы насосной станции и ее габариты в значительной мере зависят от правильного устройства и размещения внутристанционных коммуникаций – всасывающих и напорных трубопроводов, задвижек, оборотных клапанов и другой арматуры.

Наиболее простая схема расположения всасывающих трубопроводов – когда их количество равно числу насосов.

Всасывающие трубопроводы выполняют сварными из стальных труб.

В связи с повышенными требованиями к герметичности (исключить подсосы воздуха) фланцы на трубах предусматривают только для присоединения арматуры и насосов.

Для уменьшения потерь напора эти трубопроводы должны иметь минимальную длину и минимум фасонных частей.

Для предотвращения образования воздушных мешков во всасывающих трубопроводах, они должны иметь непрерывный подъем к насосу (уклон не менее 0,005).

Чтобы воздух не попал во всасывающие трубопроводы из-за образования воронок в приемных камерах, заглубление входного отверстия при минимальном уровне воды должно быть не менее 1-1,5 м.

Диаметр всасывающих трубопроводов принимают в зависимости от скорости воды в них:

V, м/с	Φ, мм
0,7-1,0	250
1,0-1,5	250800
1,5-2,0	800

Коммуникации напорной стороны насосов зависят от количества водоводов (от1 до 3-х, редко 4). Чаще всего применяется схема с двумя водоводами. Она бывает трех типов: с одним коллектором, с двумя коллекторами и блочная.

Наиболее распространена схема с одним коллектором (рис.14.2). В зависимости от необходимого уровня надежности возможны различные решения (а, б ).

По схеме с двумя коллекторами (рис.14.3) каждый насос подключается к двум коллекторам, на которых задвижки не устанавливаются. Преимущество ее в том, что при прочих равных условиях она требует меньшего количества задвижек. Диаметр задвижек также уменьшается. Такую схему используют при установке крупных насосов и водоводов небольшой протяженности. Не

достаток – при ремонте любой задвижки обязательно отключение насоса и водовода. В схемах с одним коллектором отключение водовода требуется при ремонте лишь некоторых задвижек.

Блочная схема (рис.14.4) применяется при четном количестве насосов, которые разделяются на две группы. Каждая группа насосов, имеющая рабочие и резервные агрегаты, присоединяется к своему водоводу. При этой схеме число устанавливаемых задвижек минимально, но насосы одного блока не могут подавать воду в водовод другого блока.

Напорные трубопроводы в насосных станциях выполняют из стальных труб на сварке, с фланцами только для арматуры.

Рекомендации по скорости движения воды в напорных трубопроводах:

Φ, мм	V, м/с
250	1-1,5
250-800	1,2-2,0
800	1,8-3,0

Коммуникации внутри насосных станций можно прокладывать в каналах, подвалах или по полу машинного зала на опорах.

Укладка в каналах рекомендуется для труб диаметром до 600 мм.

Ширина каналов в местах установки арматуры и устройства монтажных стыков равна d+600мм (d - диаметр трубопровода), в прочих местах d+400мм, глубина каналов d+400мм. Сверху каналы имеют съемные перекрытия.

Трубопроводы диаметром более 600мм укладывают на полу машинного зала с устройством переходных мостиков и балконов вдоль здания. Это дешевле, гидравлические условия работы трубопроводов лучше, так как нет лишних поворотов.

Устройство подвалов из-за большой стоимости рекомендуется лишь в исключительных случаях. При этом высота подвала не менее 2 м.

При компоновке насосных станций необходимо предусматривать возможность увеличения их производительности либо за счет установки новых насосов, либо замены существующих более производительными.

Необходимо предусматривать мероприятия по предохранению заглубленных машинных помещений от затопления в случае разрыва трубопровода или арматуры. Для этого предусматривается устройство для аварийного выпуска воды из машинного зала в дождевую канализацию. Если это сделать невозможно, то необходимо установить дренажный насос с автоматическим управлением и звуковой сигнализацией.

При температуре воды от 30 до 60⁰С насос лучше устанавливать под залив, при температуре 60⁰С вода в насос должна подаваться с подпором 510 м вод.ст.

Для насосных станций I и II категории надежности насосы рекомендуется

располагать ниже минимального уровня воды в приемных камерах, то есть под залив. В этом случае резервные насосы всегда готовы к пуску, упрощается система автоматики и, следовательно, повышается надежность работы станции.

Перед пуском насосов, работающих со всасыванием, их необходимо залить. Для насосов малой производительности, диаметр всасывающих трубопроводов которых не превышает 250 мм, залив можно осуществлять от напорного трубопровода.

При диаметре более 250 мм насосы можно заливать из бака, установленного между всасывающим трубопроводом и насосом, от вакуум-насоса, при помощи эжектора, от работающего насоса.

Из бака заливают небольшие насосы, имеющие подачу до 100 м³/час, перекачивающие чистую воду. Диаметр бака 500-600мм, высота 1000-1200мм.

Широко применяется для насосов всех марок залив за счет создания вакуума в запускаемом насосе с помощью вакуумной установки, в состав которой входят рабочий и резервный вакуумные насосы, бак и система трубопроводов.

Залив при помощи эжектора проще, чем с помощью вакуум-насосов из-за отсутствия каких-либо механизмов. Обычно используют водяной эжектор. В качестве рабочей среды служит вода из напорного трубопровода данной насосной станции или из другой магистрали.

Регулировать работу насосных станций можно изменением количества насосов или режима их работы.

Режим работы центробежного насоса определяется его рабочей точкой, то есть точкой пересечения напорной характеристики насоса и характеристики водовода. Если напор насоса больше необходимого, диаметр рабочего колеса уменьшают обтачиванием.

Если обозначить Q, H и N соответственно подачу, напор и мощность насоса с исходным диаметром колеса D, то с колесом, обточенным до диаметра D₁, подача, напор и мощность станут соответственно Q₁, H₁ и N₁.

Характеристики насоса с обточенным колесом можно определить по формулам:

Максимально допустимая обточка рабочего колеса 20% исходного диаметра.

При переменном режиме водопотребления возникает необходимость в непрерывном регулировании работы насоса – качественном и количественном.

Качественный метод – изменение частоты вращения рабочего колеса.

Количественный метод – дросселирование напорного трубопровода либо изменение угла поворота лопастей насоса (пропеллерные насосы). В практике широкое распространение получило дросселирование.

Мероприятия по обеспечению бесперебойной работы насосных станций.

Ряд потребителей металлургического производства не допускает даже кратковременного перерыва в подаче воды. В аварийных случаях допускается временная подача с расходом воды не менее 70% от номинального.

Для этого электроснабжение насосных станций осуществляется от двух независимых источников, а иногда и от трех, один из которых является генератором для собственных нужд, работающим обычно от двигателя внутреннего сгорания.

В самой насосной станции предусматривается резервирование работы оборудования за счет устройства для отдельных насосов двойного привода – электродвигателя и паровой турбины, двигателя внутреннего сгорания или газовой турбины. Так как паровые турбины имеют значительно большее число оборотов, чем насос, они присоединяются через редуктор.

Для того, чтобы резервная турбина была готова к работе в любой момент времени, через нее постоянно пропускают некоторое количество пара, что увеличивает эксплуатационные затраты.