Типы и конструкции насосных станций

Строительство насосной станции должно выполняться в наиболее короткие сроки при возможно меньшей его стоимости с применением совершенного строительного оборудования и передовых методов труда. В связи с этим в конструкциях насосных станций должны применяться унифицированные строительные детали с размерами, кратными строительному модулю 6 м) или его частям.

В состав сооружений насосной станции кроме машинного зала, в котором размещаются насосы, могут входить:

для станции I подъема — водозаборные сооружения, водоприемники и камеры переключений;

для станций II подъема — резервуары чистой воды и камеры переключений;

для циркуляционных насосных станций — водоприемники и камеры переключений;

для насосных станций систем водоотведения — приемные резервуары с решетками.

Электрическое хозяйство и трансформаторная подстанция могут располагаться в одном помещении с машинным залом или быть вынесенными в отдельно стоящее здание.

В зависимости от природных и производственных условий некоторые из вышеперечисленных сооружений могут функционально объединяться или отсутствовать в схеме насосной станции.

Часто машинный зал насосной станции объединяется в одну строительную конструкцию с водоприемником (насосные станции I подъема) или с приемным резервуаром (насосные станции водоотведения). Такие насосные станции называются совмещенными.

В зависимости от типа насосного оборудования различают насосные станции с горизонтальными и вертикальными, центробежными и осевыми насосами.

По расположению насосов относительно уровня воды в водоеме, приемном резервуаре или резервуаре чистой воды различают станции: с насосами, установленными с положительной высотой всасывания; с насосами, установленными с подпором (под залив).

По расположению машинного зала относительно поверхности земли насосные станции бывают: наземные, частично заглубленные (полузаглубленные); заглубленные; подземные.

В наземных насосных станциях отметка пола машинного зала определяется планировочными отметками окружающей земли. В этих станциях при необходимости предусматривается въезд автомобиля в машинный зал, и насосы к месту установки могут быть поданы подъемно-транспортным оборудованием непосредственно с кузова автомобиля.

В полузаглубленных насосных станциях пол машинного зала заглублен по отношению к поверхности окружающей земли. Характерной особенностью таких станций является отсутствие перекрытия между первым этажом и машинным залом. Одно и то же подъемно-транспортное оборудование обслуживает монтажную площадку на уровне первого этажа и заглубленный машинный зал.

Особенностью заглубленных насосных станций является наличие перекрытия между машинным залом и первым этажом. Пространство над машинным залом в заглубленных насосных станциях используется для размещения вспомогательных помещений. При большом заглублении насосных станций (шахтный тип) между машинным залом и поверхностью земли могут устраиваться дополнительные подземные этажи, на которых располагается вспомогательное оборудование.

Подземные насосные станции расположены полностью под землей и, как правило, не имеют надземной части (верхнего строения). Они невелики и управление ими автоматизированно. Подземными, например, могут проектироваться станции забора подземных вод.

По форме подземной части в плане насосные станции могут быть: прямоугольными, круглыми, эллиптическими и сложной конфигурации. Прямоугольная форма обеспечивает лучшие условия для строительства как подземной, так и надземной части из унифицированных деталей. Круглая и эллиптическая формы позволяют легче воспринимать гидростатическое давление и давление грунта бетонными и железобетонными конструкциями подземной части, а также вести строительство опускным способом.

По характеру управления насосные станции могут быть:

с ручным управлением — все или часть операций по управлению агрегатами производятся обслуживающим персоналом;

автоматические — все операции по включению и выключению агрегатов производятся автоматически в зависимости от уровня воды в емкостях, давления или расхода воды в трубопроводах;

полуавтоматические — насосный агрегат включается или выключается от единичной команды, заданной эксплуатационным персоналом, а вся дальнейшая работа выполняется автоматически;

с дистанционным управлением — управление насосной станцией производится из диспетчерского пункта, значительно удаленного от станции.

Приступая к проектированию, студент должен выбрать соответствующий тип насосной станции. Это решение может корректироваться в процессе проектирования. На практике тот или иной тип насосной станции обычно выбирают путем технико-экономического сравнения нескольких вариантов.

 

Типы основных насосов

В насосных станциях, разрабатываемых студентами в курсовом проекте, проектируются, в основном, центробежные насосы.

На водопроводных станциях обычно применяют насосы общего назначения, допускающие перекачивание воды с температурой до 85°С и с содержанием твердых включений до 3 г/л, размером не более 0,1—0,2 мм.

На водопроводных насосных станциях чаще всего устанавливаются горизонтальные насосы двустороннего входа типа Д, а при подачах до 0,08 м³/с — консольные насосы типа К. На заглубленных насосных станциях I подъема, сооружение которых в условиях близкого залегания грунтовых вод затруднено, широко применяют вертикальные центробежные насосы типа В. Это позволяет уменьшить площадь машинного зала, удешевить строительство и улучшить условия эксплуатации вынесенных на первый этаж электродвигателей. При больших подачах (выше 1 м³/с) и при напорах от 4 до 25 м могут применяться осевые насосы.

В насосных станциях системы отведения бытовых стоков, как правило, устанавливаются насосы типа СД (сточные динамические) или СДВ (то же, вертикальные), предназначенные для перекачивания сточных вод с рН = 6 - 8,5, плотностью до 1050 кг/м³, температурой до 80°С и содержанием абразивных частиц по объему до 1%. На насосных станциях систем водоотведения в некоторых случаях могут быть применены грунтовые насосы типа Гр и ГрУ.

Эксплуатационные свойства указанных насосов определяются их основными параметрами: подачей Q, напором H, КПД насоса η, мощностью насоса N, допустимой вакуумметрической высотой всасывания  или допустимым кавитационным запасом . Важными характеристиками насосного агрегата являются частота вращения его рабочего колеса n и напряжение приводного электродвигателя U. Следует помнить, что параметры центробежных и осевых насосов Н, η, N и  () и даже при постоянной частоте вращения рабочего колеса переменны и зависят от подачи Q. Графики зависимости основных параметров насоса от подачи называются характеристиками насоса (рис. 2). Центробежные и осевые насосы автоматически реагируют на изменение подачи, изменяя соответствующим образом напор. Характеристики насосов строятся по результатам натурных испытаний. Характеристики приводятся для определенной частоты вращения рабочего колеса. На графике часто приводятся характеристики для уменьшенных (обточенных) диаметров рабочего колеса, обозначаемые буквами а, б.

Рис. 2. Характеристики центробежного насоса

 

Точка характеристики Н = f (Q), отвечающая максимальному значению КПД, называется оптимальной режимной точкой. Соответствующие ей подача Qp и напор Нр называются оптимальными параметрами насоса и с 1977 г. входят в обозначение насоса. Точка, соответствующая действительному режиму работы насоса,— рабочая точка, не всегда совпадает с оптимальной, но должна, по возможности, быть близка к ней. Исходя из допустимого уменьшения КПД на характеристиках часто выделяют рабочую часть, в пределах которой и должны находиться рабочие точки насоса.

Характеристики насосов приводятся заводами-изготовителями, как правило, для чистой воды температурой 20 °С при нормальном атмосферном давлении на отметке уровня мирового океана.

Рис. 3. Общий вид и габаритные размеры насосов типа К (СД, Гр) с электродвигателями

Центробежные консольные насосы типа К и КМ. Эти насосы — горизонтальные, одноступенчатые, с рабочим колесом одностороннего входа, консольно расположенным на конце вала насоса (рис. 3). Напорный патрубок может быть повернут на 90, 180 и 270° в зависимости от условий компоновки. Смазка подшипников — жидкая.

Консольные насосы выпускаются двух модификаций: собственно насос без двигателя — К, соединяемый с двигателем упругой муфтой, и в моноблочном исполнении — КМ.

Консольные насосы маркируются так: после букв К или КМ в числителе указана подача, м³/ч, а в знаменателе — напор, м, например, К-160/30. Сводный график полей Н = f (Q) насосов К и КМ приведен на рис. 4.

Рис. 4. Сводный график полей насосного типа К (КМ)

 

Центробежные насосы с двусторонним подводом воды к рабочему колесу типа Д. Насосы этого типа — горизонтальные, одноступенчатые, с полуспиральным подводом воды.

Рис. 5. Сводный график полей насосов типа Д

Корпус насоса чугунный, имеет горизонтальный разъем в плоскости расположения оси вала, что позволяет производить разборку и ремонт насоса без демонтажа трубопроводов.

Насосы с двусторонним подводом маркируются буквой Д, после буквы приводятся две цифры: первая указывает подачу, м³/ч, вторая — напор, например Д3200-75. Сводный график полей насосов типа Д приведен на рис. 5.

Вертикальные центробежные насосы типа В. Своей конструкцией эти насосы напоминают консольные, расположенные вертикально (рис. 6).

Рис. 6. Габаритные размеры вертикальных насосов типа В (СДВ) с электродвигателями

 

Приводные двигатели насосов устанавливаются на балках над насосами, что уменьшает потребную площадь пола машинного зала. Подшипники насосов типа В с резиновыми или лигнофолевыми вкладышами смазываются перекачиваемой водой, если содержание в ней взвешенных частиц не более 50 мг/л при допустимой их крупности и абразивности. При перекачивании загрязненной воды подшипники должны смазываться технически чистой водой из специальной системы водопровода.

Насосы типа В с подачей до 4 м³/с имеют на корпусе специальные лапы, с помощью которых они крепятся к фундаментным плитам, заанкеренным в бетон пола насосной станции. У более мощных насосов корпус до половины заливается бетоном. У насосов с подачей до 4 м³/с вода к входному патрубку подводится через всасывающее чугунное колено, у остальных насосов — по бетонной всасывающей трубе. Отводится вода по напорному расположенному горизонтально патрубку.

Число, стоящее перед маркой В, указывает диаметр напорного патрубка, мм, а последующие две цифры означают: первая — подачу, м³/с, вторая — напор, м. Сводный график полей насосов типа В приведен на рис. 7.

Рис. 7. Сводный график полей насосов типа В

 

Насосы для перекачивания сточной жидкости динамические типа СД. Это центробежные насосы с рабочим колесом одностороннего входа (ГОСТ 11379—80). Эти насосы выпускаются четырех видов: горизонтальные и вертикальные одноступенчатые, полупогружные и двухступенчатые. Так же, как в консольных насосах, напорный патрубок насосов может быть повернут на 90° в любую сторону.

Для охлаждения и гидравлического уплотнения сальников к этим насосам подводится техническая вода с напором на 2—З м выше напора, развиваемого насосом. К крупногабаритным насосам техническая вода подводится с избыточным напором 10м. Конструктивно одноступенчатые горизонтальные и вертикальные насосы серии СД напоминают, соответственно, насосы типов К и В (рис. 3 и 6).

Буквы П и В, входящие в маркировку насоса, обозначают полупогружной или вертикальный тип, цифры в числителе — подачу, м³/ч, в знаменателе — напор, м. Для двухступенчатых насосов к обозначению добавляется цифра 2. Например, горизонтальный двухступенчатый насос с подачей 540 м³/ч и напором 95 м обозначается СД 540/95-2. Сводный график полей насосов типа СД и СДВ приведен на рис. 8. Штриховыми линиями на рис. 8 показаны поля насосов, выпуск которых еще не освоен.

Вертикальные насосы СДВ применяются для перекачивания больших расходов сточной жидкости.

Рис. 8. Сводный график полей насосов типа СД