Тема: Всасывающие и подводящие трубопроводы, внутристанционные напорные коммуникации

Во всасывающих трубах давление может быть ниже атмосферного. Основное требование – воздухонепроницаемость.

При проектировании всасывающих трубопроводов необходимо соблюдать следующие условия:

1. всасывающие трубопроводы выполняют из стальных труб. Соединение вне здания НС осуществляется сваркой, соединения в пределах здания – сварные или на фланцах;

2. уклон должен быть не менее 0,005 к насосу с непрерывным подъемом во избежание образования воздушных мешков;

3. всасывающие трубопроводы устраивают по возможности короткими (до 50м) с минимальным числом стыков. Перед насосом должен быть прямолинейный участок длиной не менее 2D_вх;

4. для выбора диаметров труб руководствуются допустимыми скоростями:

при d_вс до 250 мм – V_доп = 0,6-1 м/с

при d_вс =300-800 мм – V_доп = 0,8-1,5 м/с

при d_вс > 800 мм – V_доп = 1,2-2 м/с

В любом случае диаметр всасывающего трубопровода не должен быть меньше диаметра входного патрубка насоса.

5)

Рис. 12. Схема размещения водовоздушного бака на всасывающем трубопроводе:

1,3 – подводящий и всасывающий трубопроводы;

2 – водовоздушный бак; 4 – насос

На начало оросительного сезона бак и всасывающий трубопровод заполняют водой. Включенный насос забирает воду из бака, снижает ее уровень и тем самым образует вакуум. Под действием атмосферного давления вода поступает из источника по подводящему трубопроводу в бак. Условием нормальной работы есть правильное соотношение между объемами водовоздушного бака, всасывающего W_вс и подводящего W_п трубопроводов.

W_вс = (2,5-3)W_п

Применяют при Q<0,45-0,5 м³/с, так как необходимы большие объемы водовоздушного бака.

6)

Рис. 13. Схема всасывающего трубопровода с приподнятым коленом:

1, 2 – восходящая и нисходящая нитка;

3 – горизонтальный участок всасывающего трубопровода;

4 – насос; 5 – напорная труба, подающая воду в эжектор; 6 – эжектор

До момента включения насоса нисходящая ветка и его корпус должны быть заполнены водой, которая подается со стороны внешнего источника. Восходящая ветка заполнена воздухом. При включении насоса вода, находящаяся во всасывающем трубопроводе, перекачивается в напорный. Посередине всасывающего трубопровода давление становится меньше атмосферного. В результате разницы давления вода начнет подниматься по восходящей нитке с источника. Затем вода переливается через гребень приподнятого колена и попадает в нисходящую ветку. Вода захватывает воздух, находящийся в верхней части всасывающего трубопровода. Для полного удаления воздуха предусмотрен эжектор.

Трубопровод полностью заполняется водой, то есть насос автоматически начинает работать в нормальном режиме.

После остановки насоса вода остается в нисходящей ветке всасывающего трубопровода на уровне приподнятого колена и каждый следующий пуск происходит без дополнительной заливки. Соотношение объема воды W_w в нисходящей ветке к объему воздуха W_a в восходящей ветке колена:

W_w/ W_a ≥ 2,5 при расходе Q ≤ 500 H_s ≤ 2м

7) число всасывающих трубопроводов должно быть равно числу насосов;

8) когда насос находится под заливом, устанавливаются задвижки на всасывающем трубопроводе для отключения насоса;

9) всасывающие трубопроводы устанавливаются на расстоянии 0,3м от земли.

Тема: Подводящие трубопроводы.

Требования к герметичности подводящих трубопроводов не такие жесткие, как к всасывающим трубопроводам.

Подводящие трубопроводы могут быть выполнены из стальных и железобетонных труб (монолитных и сборных).

Подводящие трубопроводы в отличие от всасывающих трубопроводов могут быть проложены с понижением к насосу.

Трубопроводная арматура: вначале идет переход к диаметру всасывающего патрубка, затем задвижка и непосредственно у насоса монтажная вставка.

Тема: Внутристанционные напорные коммуникации.

По внутристанционным напорным коммуникациям НС осуществляется подача воды от насосов к напорным трубопроводам, число которых может быть равным числу насосов и меньшим его.

а) б) в)

Рис. 14. Схемы соединений насосов и напорных трубопроводов.

а) – работа насосов (осевых) на индивидуальный трубопровод. Осевые насосы не требуют обратных клапанов, так работают на незаполненные водой напорные трубопроводы;

б), в) - параллельная работа насосов.

Подача мелиоративных насосных станций выше, чем станций водоснабжения, поэтому необходимо, чтобы потери напора во внутристанционных коммуникациях были бы минимальными. Это осуществляется отсутствием резких поворотов, соединений в виде тройников и крестовин с углами 90⁰.

Длина диффузора: l_д = (6÷7)(D_н–d_н)

где D_н – диаметр напорного трубопровода;

d_н – диаметр напорного патрубка насоса.

Расстояние между стеной и осью насоса не должно превышать 2d_н.

При установке центробежных насосов и их работе на индивидуальные трубопроводы напорные коммуникации могут состоять из монтажной вставки, обратного клапана, задвижки и диффузора.

Пуск центробежных насосов осуществляется при закрытых задвижках на их напорных линиях.

Обратные клапаны в отдельных случаях можно не устраивать. Это допустимо при небольшой протяженности напорных трубопроводов или при установке центробежных насосов большой подачи (вертикальные центробежные насосы типа В).

Однако в этих случаях необходимо согласовать максимальную реверсивную частоту вращения (частоту вращения в обратном направлении) роторов насосных агрегатов и ее продолжительность с заводами-изготовителями насосов и двигателей.

На один трубопровод подключают 2 или 3 насоса, редко 4. В большинстве случаев насосы при этом центробежные, поскольку параллельная работа осевых насосов затрудняется условием пуска.

Соединение 2-х насосов выполняется под углом 60⁰, 3-х – под углом 45⁰.

Допустимые скорости в напорном трубопроводе для D_н ≤250 мм V_доп = 1,5÷2м/с, для D_н > 250мм - V_доп = 2÷2,5м/с.

В случаях, когда число насосов не кратно числу напорных трубопроводов, предусматривают частичное переключение насосов с одного напорного трубопровода на другой. Переключающие трубопроводы с задвижками обычно приходится выносить за пределы здания.

Клапаны выходят из строя чаще, чем задвижки, поэтому их размещают между насосом и задвижкой.

Тема: Трубопроводная арматура.

Трубопроводную арматуру подразделяют на запорную, предохранительную и регулирующую.

К запорной арматуре относятся задвижки, дисковые поворотные задвижки, плоские щитовые затворы, вентили пробковые и шаровые краны, предохранительной – обратные и предохранительные клапаны, воздушные вантузы, регулирующей – регуляторы давления.

Трубопроводную арматуру изготавливают для следующих условных давлений: 0,1; 0,25; 0,4; 0,6; 1; 1,6; 2,5; 4; 6,4; 10 и 16 МПа.

Обозначение задвижки:

30ч515бр

30 – условное обозначение задвижки 30, 31

затворы 32

обратные клапаны 19;

ч – корпус из серого чугуна (с – углеродистая сталь, кч – ковкий чугун);

5 – механический привод с конической передачей;

15 – номер модели – параллельная с не выдвижным шпинделем;

бр – способ нанесения внутреннего покрытия корпуса (бронза, латунь) или материал уплотнительных поверхностей.

Задвижки – в зависимости от конструкции запорной части подразделяются на 2 типа: параллельные и клиновые.

В параллельных задвижках проход в корпусе перекрывается двумя подвижно соединенными между собой дисками, которые раздвигаются одними или двумя расположенными между ними клиньями.

В клиновых задвижках проход в корпусе перекрывается одним круглым диском, который в поперечном сечении имеет форму клина и помещается в гнезде между наклоненными, уплотняющими кольцами.

Задвижки изготавливаются с выдвижным и не выдвижным шпинделем.

Дисковые поворотные затворы применяют для перекрытия трубопроводов. Поворотный диск, прижимаясь к уплотняющей поверхности седла внутри корпуса, преграждает путь потоку жидкости: при повороте диска на 90⁰ жидкость свободно проходит через затвор.

Достоинство: быстрота управления, малые размеры, вес и небольшая стоимость.

Недостатки: коэффициент местного сопротивления  больше, чем у задвижек.

Поворотные затворы бывают 2-х видов: с уплотнением по диску и по корпусу. Уплотнения по диску – герметизация односторонняя.

Поворотные затворы: фланцевые и бесфланцевые.

Для затворов и задвижек больших диаметров их открытие может затрудняться значительной разностью давлений с обеих сторон. Для выравнивания давления перед открытием эти затворы необходимо оборудовать обводными линиями небольшого диаметра.

Обратные клапаны – наиболее предохранительный вид трубопроводной предохранительной арматуры. Назначение – исключать возможность обратного движения воды через насосы, при котором возникает нежелательное вращение роторов насосных агрегатов в обратном направлении (реверсивное вращение) и происходит опорожнение напорных трубопроводов.

Перекрытие потока в обратном клапане происходит при закрытии тарели клапана, шарнирно закрепленных в его корпусе.

Однодисковые клапаны бывают 2-х модификаций – с эксцентричной подвеской и с верхней подвеской тарели.

Кольцевые задвижки – регулирующая запорная и предохранительная арматура.

Воздушные вантузы – предназначены для автоматического удаления воздуха, скапливающего в трубопроводах в процессе их работы под давлением.

Тема: Напорные трубопроводы.

Напорные трубопроводы предназначены для подачи воды от насосной станции до водовыпускных сооружений или до мест отбора воды.

При большой протяженности напорных трубопроводов их стоимость даже превышает стоимость насосной станции со всем оборудованием.

Напорные трубопроводы мелиоративных насосных станций могут быть проложены из асбестоцементных, железобетонных (сборный и монолитный) и стальных труб. Чугунные трубы применяют в мелиорации довольно редко в связи с их высокой стоимостью и массой. Не получили широкого распространения и пластмассовые трубы.

А/ц – d = 100-500мм при давлении до 1,5МПа

Сб. ж/б - d = 500-1600мм при давлении до 1,5МПа

Монолитные ж/б – d > 1600мм при давлении до 0,5МПа

Стальные трубы применяют для любых диаметров и давлений ввиду их дефицитности в тех случаях, когда другие трубы не могут быть использованы.

Все трубы, кроме стальных труб, прокладывают в грунте.

Стальные трубы прокладывают в грунте и открыто.

Уклон не менее 0,001 по направлению к выпуску.

Расстояние между трубопроводами принимают таким, чтобы не было подмыва трубопровода при аварии соседнего с ним, а именно:

0,7м – при диаметре d < 400 мм;

1 м – при диаметре d = 400-1000 мм;

1,5м – при диаметре d>1000 мм.

При протяженности напорных трубопроводов до 100м число ниток принимают равным числу насосов.

При протяженности напорных трубопроводов 100-300м – объединение нескольких ниток в одну должно быть обосновано технико-экономическими расчетами.

При протяженности напорных трубопроводов свыше 300м – объединении их обязательно.

Переключение между нитками трубопроводов при параллельной прокладке не предусматривается.

Число расчетных случаев совместной работы насосов и трубопроводов следует принимать не менее 3-х:

- определение потерь напора при Q_max насосами и наибольшем возможном геометрическом подъеме воды Н_г;

- то же, при среднекубическом расходе;

- то же, при работе 1 насоса и при самом неблагоприятном сочетании уровней воды в водоисточнике и водоприемнике.

Тема: Асбестоцементные трубопроводы.

А/ц трубы принимают при диаметре трубопровода до 500мм.

А/ц трубы D_у = 100-150мм выпускают длиной секций l = 2,95м;

а/ц трубы D_у >150мм - l = 3,95м.

Концы труб длиной l = 20 см обтачивают для соединения с помощью а/ц муфт или чугунных муфт.

В качестве уплотняющих материалов применяют резиновые уплотнители.

Присоединение ответвлений или запорной арматуры выполняют с помощью чугунных фасонных частей и стальных деталей.

А/ц трубы укладывают в грунте, низ трубы должен быть на 0,5м ниже глубины промерзания грунта.

Тема: Сборные железобетонные трубопроводы

Применяют при диаметре трубопровода от 500мм до 1600мм, длина секций l = 5м. Соединения железобетонных труб - раструбные. Уплотняющие материалы – резиновые кольца.

Прокладывают железобетонные трубопроводы на 0,5м ниже глубины промерзания грунта. Железобетонные трубопроводы прокладывать под железными дорогами и автодорогами не разрешено.

Тема: Трубопроводы из монолитного железобетона.

Поперечное сечение монолитных трубопроводов – круглое.

Толщина стенок:

 = 5 + 0,08D_в + Н_р

где D_в – внутренний диаметр трубы;

Н_р – расчетный напор.

Трубы армируют сварными каркасами.

С целью снижения напряжений, вызываемых температурно-усадочными деформациями и неравномерностью осадок основания, железобетонные монолитные трубопроводы необходимо разрезать деформационными швами, длина секции 20-25 м.

Конструкция деформационного шва должна обеспечить свободное перемещение торцов труб соседних секций без нарушения прочности и плотности трубопровода.

1 – битумные маты; 2 – профилированная резина

Рис. 15. Конструкция деформационного шва

Давление воды в монолитных железобетонных трубах – не более 0,5 МПа.

Эти трубопроводы используются для частей труб, близких к водовыпускным сооружениям, где рабочее давлении невелико.

Тема: Засыпные стальные трубопроводы.

Уложенные в грунт стальные трубопроводы выполняют цельносварными.

Тема: Открытые стальные трубопроводы.

Открытые стальные трубопроводы проектируют разрезными, между двумя анкерными опорами имеется компенсатор.

Неразрезные стальные трубопроводы проектируют реже. Проектируют с гибким коленом и с криволинейной осью.

Применяют стальные трубопроводы при пересечении железных дорог, оврагов, рек шириной до 100м.

Анкерные опоры предусматривают по длине через 200м, а также во всех местах изменения направления трубопровода.

На участках между анкерными опорами устраивают промежуточные, воспринимающие поперечные силы, действующие на трубопровод и силы трения, возникающие при температурных перемещениях трубопровода.

Существует три типа промежуточных опор:

- седловые d < 1000мм;

- кольцевые со скользящими опорными устройствами 1000мм ≤ d < 1600мм;

- кольцевые с катковыми опорными устройствами d > 1600мм.

Диаметры открытых стальных трубопроводов d ≥1600 мм.

Компенсаторы применяют сальникового типа, тарельчатые или линзовые.

Расстояние от земли до низа труб должно быть ≥0,6м.

Соединительные стальные трубопроводы плавучих насосных станций выполняют с шаровыми шарнирами.