Насосные станции первого подъема на поверхностных источниках

Схемы насосных станций первого подъема. Принципиальная компоновка и конструктивное выполнение насосных станций первого подъема разнообразны и зависят от вида источника водоснабжения, от топографических, геологических условий выбранного места водозабора. Конструктивное выполнение станции определяется также типом насосного оборудования (центробежные, осевые, горизонтальные, вертикальные насосы и т. д.).

На рис. 6.1, а показана схема насосной станции первого подъема берегового типа, совмещенной с водозаборным сооружением. Станпця круглая в плане, глубокая, оборудованная четырьмя вертикальными центробежными насосами.

На рис. 6.1, б приведена схема береговой станции, оборудованной горизонтальными насосами, совмещенной с водозаборным сооружением. В плане станция имеет прямоугольную форму.

Схема станции; показанной на рис. 6.1, в, отличается от предыдущей тем, что ее здание частично заглублено и насосы при нижнем уровне воды в источнике работают с положительной высотой всасывания.

Насосные станции по схемам на рис. 6.1, а—в сооружают в том случае, если при благоприятных геологических и топографических условиях вблизи от берега обеспечивается достаточная глубина, требуемая для водозабора. При неблагоприятных условиях станция сооружается на некотором расстоянии от берега, и вода к ней подводится по каналу (рис. 6.1, а).

На рис. 6.1, д показана схема насосной станции берегового типа, но раздельной с водозаборным сооружением.

При значительном колебании уровней воды в реке иногда выполняются насосные станции первого подъема, совмещенные с русловым водозаборным сооружением типа «Криб» (рис. 6.1, е). Такое сооружение имеет относительно большую стоимость по сравнению с насоснымыи станциями других типов и встречается редко.

Окончательное решение выбора схемы насосной станции первого подъема принимают на основании технико-экономических расчетов при сравнении различных вариантов.

Режим работы и подача насосных станций первого подъема. Вода в поверхностных источниках всегда требует соответствующей очистки. Поэтому режим работы насосной станции системы хозяйственно-питьевого водоснабжения связан с режимом работы очистных сооружений. С целью сокращения размеров сооружений и стабилизации процесса очистки воды режим работы насосной станции назначают равномерным в течение суток. Подача ее_опре-деляется средним часовым расходом в сутки максимального потребления с учетом собственных нужд (промывка водоприемных сооружений, техническое водоснабжение насосной станции и т. д.). При относительно небольшом объеме водопотребления и при наличии соответствующих очистных установок, допускающих перерывы в работе, режим работы станции первого подъема может отличаться от равномерного.

От режима работы насосной станции первого подъема зависит объем резервуаров чистой воды.

Подачу насосной станции первого подъема определяют по формуле:

Для окончательного решения вопроса о выборе режима работы, а следовательно, и подачи насосной станции первого подъема необходимо технико-экономическое обоснование принятого варианта с учетом технологического процесса очистки воды.

Режим работы и подача насосных станций первого подъема в системах технического водоснабжения, перекачивающих воду без ее очистки, зависят от типа системы. В прямоточных системах объем перекачиваемой воды должен соответствовать ее потреблению на технологические нужды производственных цехов. При равномерном графике водопотребления подача насосной станции рассчитывается по среднечасовому водопотреблению. Если же водопотребление в течение суток неравномерное, подача насосной станции должна назначаться по максимальному часовому водопотреблению (при отсутствии регулирующей емкости) или по среднечасовому водопотреблению (при наличии регулирующей емкости) .

В системах оборотного водоснабжения (системы охлаждения тепловых электростанций и т. д.) насосные станции первого подъОсновное и резервное оборудование насосных станций первого подъема. Основные рабочие насосы подбирают по расчетным значениям Q и Н с учетом совместной работы насосов и водовода. Расчетная подача насосов зависит от их количества. При подборе насосов необходимо руководствоваться требованиями, указанными в 6.4, а при выборе их количества учитывать следующее: 1) увеличение числа насосов приводит к возрастанию строительного объема здания насосной станции, к усложнению условий его эксплуатации; 2) при совместной работе в общий водовод подача насоса уменьшается по сравнению с подачей при индивидуальной его работе, и чем больше насосов работают вместе, тем больше снижение их подачи; 3) чем меньше насос, тем ниже его КПД.

С учетом указанных обстоятельств рабочих насосов на станциях первого подъема должно быть как можно меньше (но не менее двух) при большей их мощности. В насосных станциях II и III категории при соответствующем обосновании допустима установка одного рабочего насоса.

Тип насоса выбирают в зависимости от общей мощности насосной станции. На крупных станциях целесообразнее использовать вертикальные центробежные или осевые насосы, так как они требуют меньшей площади машинного зала. На средних и малых станциях используются насосы типа Д или К- В отдельных случаях на станциях с большим заглублением целесообразно применять скважинные насосы. Рабочие насосы на станции должны быть однотипными.

При проектирований насосных станций первого подъема, учитывая, что их расширение (в связи с перспективой развития водоснабжения) связано с большими техническими трудностями, предусматривают место для установки дополнительных агрегатов либо увеличивают размеры фундаментов, чтобы можно было установить насос большей мощности.

ема подают воду в бассейны охлаждающих сооружений (градирни, брызгальные бассейны) в объеме, необходимом для восстановления безвозвратных потерь. Подача насосной станции назначается равной среднечасовому расходу на восстановление потерь.

Напор насосных станций первого подъема. Расчетный напор насосов станции первого подъема в каждом отдельном случае определяется по схеме вертикальной планировки с учетом потерь напора во всасывающей и напорной линиях. Например, напор станции, перекачивающей воду на очистные сооружения (рис. 6.2),

Табл. 6.1. Резерв насосного оборудования

Примечание. В число рабочих агрегатов включаются противопожарные насосы.

Резерв насосного оборудования выбирают в соответствии со СНиП 2.02.04—84 (табл. 6.1).

На станциях первого подъема, подающих воду в системы оборотного водоснабжения, допускается установка одного резервного агрегата. Резервные агрегаты выбирают такого же типа, как и основные.

Противопожарные насосы на станциях первого подъема. На насосные станции первого подъема объединенных систем хозяйственно-питьевых и противопожарных водопроводов возлагается функция пополнения израсходованного неприкосновенного запаса, который хранится в резервуарах чистой воды насосных станций второго подъема.

Возможность восстановления противопожарного запаса воды за расчетный период учитывается при определении полной подачи насосной станции. Израсходованный противопожарный запас может быть восстановлен форсированием работы основных насосов; включением хозяйственных насосов, если они работают не круглые сутки; включением резервных насосов; основными насосами за счет сокращения водопотребления. На период восстановления противопожарного запаса воды СНиП 2.02.04—84 допускается снижение хозяйственно-питьевого водопотребления до 70% и производственного — по аварийному графику. В случае, если перечисленными способами нельзя восстановить противопожарный запас, необходимо устанавливать специальный противопожарный насос. При восстановлении противопожарного запаса основными хозяйственными насосами полная подача насосной станции определяется по формуле:

Станции первого подъема, м³ (принимается в расчет, если гарантирована бесперебойная подача воды насосной станцией первого подъема); Т — максимальная продолжительность восстановления противопожарного запаса, ч.

СНиП 2.02.04—84 устанавливаются следующие максимальные нормы времени восстановления противопожарного запаса воды: 24 ч — в населенных пунктах и на промышленных предприятиях с производствами, отнесенными по пожарной опасности к категориям А, Б, В; 36 ч — на промышленных предприятиях с производствами, отнесенными по пожарной опасности к категориям Г и Д; 72 ч — в сельских населенных пунктах и на сельскохозяйственных предприятиях.

Для промышленных предприятий с пожарным расходом воды на наружное пожаротушение 20 л/с и менее допускается увеличивать время пополнения запаса воды для производств категорий Г, Д и Е до 48 ч, категорий В — 36 ч.

Подача специальных противопожарных насосов определяется по формуле:

Размещение насосных агрегатов на станциях первого подъема. Размещение насосных агрегатов определяется формой машинного зала в плане, типом насосов и способом подвода к ним воды.

Насосные станции первого подъема на поверхностных источниках чаще всего бывают заглубленными, и их строительство осуществляется в сложных геологических и гидрогеологических условиях. Поэтому компоновка оборудования должна способствовать уменьшению размеров здания станции с учетом возможности увеличения ее мощности на будущее. Размещение насосного оборудования и трубопроводов также должно обеспечивать удобство, безопасность, оперативность их обслуживания и ремонта.

Размещение насосов в вертикальной плоскости на станциях первого подъема прежде всего зависит от типа насосов. Вертикальные центробежные и осевые насосы монтируют так, чтобы их корпуса находились ниже минимального уровня воды в источнике. Горизонтальные центробежные насосы типа Д и К также предпочтительно устанавливать на таких отметках, чтобы корпуса насосов заливались водой самотеком при минимальных расчетных уровнях воды в источнике. Их можно монтировать выше минимального уровня воды в источнике на отметках, не превышающих допустимую высоту всасывания, рассчитываемую по формуле (1.11). В этом случае необходимо предусматривать устройство для заливки насосов перед запуском.

На рис. 6.3 показаны наиболее характерные схемы расположения насосных агрегатов.

Расстояния между агрегатами принимают не менее 1 м; между агрегатами и стенами — в наземных станциях не менее 1 м, в заглубленных — не менее 0,7 м; между неподвижными выступающими частями оборудования — 0,7 м.

Для уменьшения габаритов станции используются насосы, допускающие установку электродвигателя с обоих концов вала (рис. 6.3, д), но при этом рабочее колесо должно вращаться только в одном направлении.

Проектирование всасывающих и напорных трубопроводов насосных станцдй первого подъема. Всасывающие трубопроводы являются наиболее ответственными элементами насосных установок,так как от правильности их расчета, конструкции и эксплуатации зависит экономичность работы насосов. Чаще всего всасывающие трубы работают в условиях вакуумметрического давления.

Наилучшим условием для нормальной работы насосов является обеспечение каждого насоса индивидуальной всасывающей трубой. Однако это возможно только при использовании осевых, вертикальных центробежных и небольшого числа (до четырех) горизонтальных насосов. При числе горизонтальных центробежных насосов более четырех на станциях раздельного типа (см. рис. 6.1, 5) значительно увеличиваются габариты водозаборного сооружения, усложняется устройство всасывающих трубопроводных коммуникаций, что приводит к удорожанию строительства гидроузла в целом. В этом случае можно принимать количество всасывающих труб вне здания меньше числа насосов при условии устройства общего коллектора, к которому подключают насосы. Количество внешних всасывающих линий на насосных станциях первой и второй категории надежности не должно быть менее двух. При этом каждая из линий должна быть рассчитана на полный расчетный расход для станций первой и второй категории и 70% расчетного расхода — для станций третьей категории.

При конструировании всасывающих трубопроводов необходимо учитывать следующие требования: 1) всасывающая линия должна быть герметична для исключения проникновения воздуха внутрь трубы, так как нерастворенный в воде воздух резко влияет на подачу насоса. Подсасывание 1% воздуха на 1 м³ перекачиваемой воды снижает подачу на 5… 10%, при этом снижается напор; 2) конструкция всасывающей линии должна исключать возможность скопления в ней воздуха (образование воздушных «мешков»). Верхняя образующая длинных трубопроводов должна иметь уклон в сторону от насоса не менее 0,005. Если всасывающие трубы нескольких насосов объединены общим коллектором (рис. 6.3, ж), всасывающая линия должна состоять из труб различных диаметров. Во избежание скапливания воздуха трубы различных диаметров соединяют с помощью косых вставок; 3) для уменьшения потерь напора всасывающие трубопроводы должны быть возможно меньшей длины и с наименьшим числом арматуры и фасонных частей.

Всасывающие трубопроводы как в пределах насосной станции, так и вне выполняются из стальных труб на сварке с применением фланцевых соединений для присоединения к арматуре и насосам.

Диаметры трубопроводов определяются по экономичным скоростям: при о_э=(0,6…1) м/с — диаметр до 250 мм; при у_э= = (0,8…1,5) м/с d— (300…800) мм и при v₃— (1,2…2,0) м/с — d800 мм.

Запорную арматуру на всасывающих трубах устанавливают в случаях, когда насосы размещены ниже уровня воды в источнике или когда они подключены к общему коллектору. (Методика расчета потерь напора в трубных коммуникациях насосных станций приведена в 6.4.)

Всасывающие трубопроводы и коллекторы на станциях первого подъема (заглубленных и шахтных) чаще всего укладывают по полу машинного зала на бетонных подставках с устройством переходных мостиков над трубами. В отдельных случаях при соответствующем технико-экономическом обосновании допускается укладка в каналах, размеры которых приведены в 6.4. В любом случае к всасывающим трубам должен обеспечиваться свободный доступ для их осмотра и периодической подтяжки болтовых соединений.

Приемные концы всасывающих труб в камерах водоприемных сооружений должны размещаться таким образом, чтобы был обеспечен свободный и равномерный подвод воды (рис. 6.4). Для снижения сопротивления при входе потока к всасывающим трубопроводам привариваются приемные конусы, диаметр входного отверстия которых принимается Z)_BX = (1,25…1,5)d, где d — диаметр всасывающей трубы. Центральный угол конусности воронки ф = = 8…16°. Во избежание воронкообразования и засасывания воздуха обрез приемного конуса погружается на минимальную глубину /imin= (0,6…1,2) м. В случае, если эту глубину погружения обеспечить нельзя, на концах приемных конусов устраивают экраны, представляющие собой металлические пластины размером не менее 2D_BX. Расстояние от входного отверстия до пола камеры должно быть не менее 0,8£_вх. Приемные клапаны устанавливают на всасывающих трубопроводах диаметром не более 200 мм. При больших диаметрах слишком большой вес клапана приводит к повышенным потерям напора.

Основные геометрические размеры камер всасывающих труб определяют по кратности водообмена:

Всасывающие трубы осевых и вертикальных центробежных насосов имеют сложную форму (рис. 6.5). Они выполняются из металла и поставляются совместно с насосами либо делаются из бетона при сооружении подводного блока здания насосной станции.

Напорные трубопроводы насосных станций предназначаются для подачи перекачиваемой жидкой среды от насосов к водоводам. Чаще всего количество отходящих от станции водоводов бывает меньше числа насосов, поэтому напорные трубопроводы объединяют в общий коллектор. Все напорные трубопроводы и коллекторы внутри насосной станции выполняются из стальных труб на сварке с использованием фланцевых соединений для крепления их к насосам и арматуре; Трубы разных диаметров соединяют прямыми переходами. Диаметры напорных трубопроводов определяют по расчетному расходу воды и экономичным скоростям, которые принимают: v₉— (0,8…2,0) м/с для труб диаметром до 250 мм; и_э= = (1,0…3,0) м/с при /=(300… 800) мм; »₈= (1,5…4,0) м/с при /800 мм.

На напорной стороне у каждого насоса устанавливается обратный клапан, который препятствует обратному току .перекачиваемой воды в случае прекращения подачи энергии к электродвигателю насоса (аварийный случай), а также при выключении насоса, если система рассчитана на запуск и остановку насоса при открытой задвижке. На напорных трубопроводах имеются необходимое число задвижек, водомеры (индивидуальный на каждый насос или суммарный в начале водовода), гасители энергии гидравлического удара (при необходимости) и контрольноизмерительная аппаратура.

Укладка напорных трубопроводов на станциях первого подъема производится по полу машинного зала на опорах из бетона с устройством переходных мостиков. В шахтных станциях напорный коллектор можно подвешивать к перекрытиям или закреплять на консолях к стенам. Это позволяет уменьшить габариты машинного зала. Расстояние от пола до коллектора подвесной конструкции должно быть не менее 2 м. Задвижки и другую арматуру устанавливают на бетонные подушки таким образом, чтобы их вес не передавался на патрубки насосов.

На рис. 6.6 показаны схемы наиболее характерных компоновок всасывающих и напорных трубопроводов насосных станций первого подъема. На станции раздельного (рис. 6.6, а) типа каждый насос оборудуется индивидуальными всасывающими и напорными трубопроводами. В отдельных случаях всасывающие и напорные трубопроводы могут быть объединены соответственно всасывающими и напорными коллекторами. На рис. 6.6, б показана компоновка с напорным коллектором, расположенным на полу машинного зала. Схема с его размещением на полу верхнего (над машинным залом) помещения показана на рис. 6,6, в. На рис. 6.6, г приведена схема с подвесным напорным коллектором, а на рис. 6.6, д — с напорным коллектором, закрепленным к стене на консолях.

На участках напорных трубопроводов от коллектора до камеры подключения к водоводам непосредственно у здания станции или на небольшом расстоянии от него необходимо сооружать камеры для установки водомеров, предохранительных клапанов или гасителей энергии гидравлического удара, в отдельных случаях — обратных клапанов. Размещение предохранительных и обратных клапанов вне здания заглубленных станций уменьшает возможность их затопления при аварии на трубопроводах внутри станции.

Схемы переключений всасывающих и напорных трубопроводов насосных станций первого подъема. Бесперебойность подачи воды насосной станцией первого подъема в большой степени зависит от наличия запорной арматуры на всасывающих и напорных трубопроводах в необходимом количестве. Ее размещение должно обеспечивать замену или ремонт любого насоса и основной арматуры трубопроводов с учетом возможного снижения подачи воды в соответствии с категорией сооружения.

В зависимости от конкретных условий схемы переключения трубопроводов могут быть разнообразными. На рис. 6.7 показаны схемы переключений на насосных станциях совмещенного типа, оборудованных горизонтальными _t (схемы а и б) и вертикальными {схемы виг) насосами.

Устройство спаренной всасывающей трубы (схемы айв) для одного (среднего) из насосов позволяет обеспечивать постоянную работу двух насосов-при отключении на ремонт любой из водоприемных камер.

Здания насосных станций первого подъема. В здании насосной станции, кроме служебных и бытовых помещений, размещается все гидромеханическое, электрическое и вспомогательное оборудование. Здания насосных станций первого подъема (рис. 6.8, а—в — совмещенные, г — раздельные) чаще всего бывают заглубленного типа. Они состоят из подземной части (/) и верхнего строения (II). . Здания станций подразделяются на камерные (рис. 6.8, а, б, г) и блочные (рис. 6.8, в). Причем в зависимости от используемого насосного оборудования камерные здания могут быть с сухой.

6.8, а, г) и мокрой (рис. 6.8, б) камерами.

В зданиях, выполненных по схеме, приведенной на рис. 6.8, могут быть использованы как горизонтальные, так и вертикальные центробежные насосы; в зданиях, выполненных по схеме б,— только вертикальные осевые насосы, а по схеме г — только горизонтальные центробежные.

Вода из источника через водоприемные окна поступает в водоприемную камеру, где проходит первичную очистку от крупных механических включений и водорослей, а далее через всасывающие трубы перекачивается насосами по назначению. Во всех помещениях насосных станций, в которых установлено оборудование, имеются грузоподъемные механизмы.

Учитывая, что подземная часть здания находится в сложных гидрогеологических условиях, при которых трудно обеспечить ее водонепроницаемость, камеры выполняют из монолитных бетонных и железобетонных стеновых конструкций с усиленной гидроизоляцией. В отдельных случаях (чаще для станций раздельного типа) подземная часть камерных зданий может сооружаться из сборных, железобетонных конструкций.

Подземную часть здания блочного типа делают в виде монолитного бетонного блока, при сооружении которого одновременно выполняют всасывающие трубы насосов. Здания такого типа служат для крупных водопроводных станций.

Размеры подземной части здания в плане определяются прежде всего типом и компоновкой насосного оборудования и трубопроводных коммуникаций с учетом установленных СНиПом расстояний между ними. Заглубление зависит от максимальной амплитуды колебания уровня воды в источнике, а также от расположения оси насосов относительно минимального уровня воды.

Верхнее строение здания насосной станции представляет собой сооружение промышленно-цехового типа. В большинстве случаев оно выполняется из кирпича или сборных железобетонных конструкций. В наземной части здания размещаются все служебные и бытовые помещения, трансформаторная подстанция, а на станциях, оборудованных вертикальными насосами, размещается также зал электродвигателей (рис. 6.8, б, в). При благоприятных климатических условиях насосные станции первого подъема могут сооружаться без верхнего строения на открытых площадках.

Вертикальные размеры помещений насосных станций, оборудованных стационарными грузоподъемными механизмами для подъема и транспортирования грузов, выбирают с учетом размещения платформы транспортных средств, длины строп (0,5… 1 м), наибольших габаритов транспортируемой детали или узла и условий транспортирования с таким расчетом, чтобы расстояние между транспортируемым узлом и установленным оборудованием было не менее 0,5 м. Высота машинных помещений без кранового оборудование принимается не менее 3 м. Окончательные размеры зданий (в плане и вертикальные) уточняются по СНиПу.

Примеры насосных станций первого подъема на поверхностных источниках. Здание насосной станции первого подъема берегового типа, показанной на рис. 6.9, заглубленное, круглое в плане, камерного типа с сухой камерой. Проектом предусмотрена возможность установки четырех насосов двух марок Д5000-50 или Д4000-22, при которых полная подача станции составляет 4,5…6 м³/с. Вода из источника через водоприемные окна, размещенные в два яруса, попадает в приемную камеру и, пройдя через вращающиеся сетки, поступает в камеры всасывающих труб. При необходимости воду к водоприемнику можно подводить по самотечным линиям. Сооружением допускается амплитуда колебания уровня воды до 8 м. Вращающиеся сетки промываются водой из напорных трубопроводов станции. Напорный коллектор уложен по полу машинного зала.

Машинное помещение оборудуется радиальной кран-балкой грузоподъемностью 10 т. В верхнем помещении над машинным залом предусмотрен монорельс с электроталью грузоподъемностью Ют. Верхнее помещение водоприемника оборудуется ручной подвесной кран-балкой с ручной кошкой грузоподъемностью 5 т. Для подъема ремонтных затворов водоприемных окон вне здания предусмотрен монорельс с ручной кошкой грузоподъемностью 2 т.

Подземная часть станции выполняется из монолитного железобетона, а верхнее строение — из кирпича.

На рис. 6.10 показана береговая станция первого подъема с водоприемником в центральной части здания. Водоприемник с окнами в три яруса разделен на две секции. В нем установлены вращающиеся сетки с лобовым подводом воды. Станция оборудована четырьмя насосами марки Д3200-55, ее подача составляет 5…6 м³/с. Амплитуда колебания уровня воды — до 10 м.

Насосы объединены попарно напорными коллекторами, расположенными у стен машинного зала на высоте 4 м. Водомеры и гасители энергии гидравлического удара, установленные на напорных водоводях, размещены вне здания в специальных камерах. В машинном помещении имеется радиальный мостовой кран грузоподъемностью 10 т. Для обслуживания затворов и вращающихся сеток в верхнемпомещении установлена кран-балка грузоподъемностью 5 т.

Подземная часть станции представляет собой круглый колодец из монолитного железобетона, который сооружают опускным способом. Верхняя часть здания выполнена из кирпича.

В подземной части, кроме машинного зала и водоприемника, размещаются все служебные помещения: электрическая подстанция, мастерская, диспетчерская, склады запасного оборудования и др. Для откачки дренажных вод из машинного зала в нем установлены два дренажных насоса. Промывка вращающихся сеток производится водой из напорных трубопроводов. В водоприемнике предусмотрены струйные насосы для удаления ила.

Типовая насосная станция первого подъема (рис. 6.11) оборудована четырьмя вертикальными осевыми насосами марки ОПВ2-87 с подачей 3 м³/с каждый при напоре 13,6 м. Водоприемник разделен на четыре секции по числу насосов. Вода к насосам подводится через прямоугольные окна с решетками. Внутри камер установлены вращающиеся сетки с лобовым подводом воды. Амплитуда колебания уровня воды — 5,5 м.

Здание насосной станции прямоугольное в плане. Его подземная часть блочного типа из монолитного железобетона с использованием сборных элементов. Это значительно уменьшает стоимость строительства. Подвод в виде всасывающей трубы выполнен как одно целое с подземным блоком. Наземная часть здания станции каркасной конструкции также из сборных элементов. В ней размещены вертикальные электродвигатели насосов и механизмы привода вращающихся сеток. В машинном зале предусмотрено подъемно-транспортное оборудование в виде мостового крана с электроприводом грузоподъемностью 10 т. Монтаж насосного оборудования производится этим же краном через монтажные люки. Для обслуживания щитового хозяйства вне здания насосной станции предусмотрен полукозловой кран, привод которого также электрифицирован.