Специальные водозаборные сооружения

 

При образовании в реке глубинного льда или при высокой мут­ности воды целесообразно забирать воду не непосредственно из реки, а из искусственного залива, так называемого ковша. Размеры ковшей определяют из условия всплывания глубинного льда или выпадения взвесей. Проточную скорость в них принимают равной 0,05—0,2 м/с. Ковши могут быть с низовым входом (рис. II.17, а) — устье по течению и с верховым входом (рис. II.17, б) — устье против течения. Ковши с низовым входом питаются в основном придонны­ми струями, а ковши с верховым входом — поверхностными стру­ями. Поэтому ковш первого типа целесообразно применять при борьбе с глубинным льдом, а ковш второго типа — для осветления воды.

Спаренные ковши (рис. II.17, в) применяют для борьбы с глу­бинным льдом и для осветления воды в разное время года.

Ковши могут быть вырыты в береге реки или вынесены в ее рус­ло. Во втором случае ковш отгораживается дамбами. Конструкция сооружений для забора воды из ковшей не отличается от конструк­ции обычных речных водозаборных сооружений.

Инфильтрационные водозаборные сооружения представляют со­бой скважины, шахтные колодцы или горизонтальные водозаборы, располагаемые вдоль реки с песчаными или песчано-гравелистыми берегами. Такие водозаборы питаются речной водой, фильтрую­щейся через толщу грунта Инфильтрационные водозаборные соору­жения целесообразно применять при необходимости получения хо­рош осветленной воды и на реках с интенсивным образованием глу­бинного льда.

Для временных водопроводов устраивают передвижные или пла­вучие водозаборы. Передвижной водозабор представляет собой на­сосную станцию легкого типа, которая может передвигаться соот­ветственно изменению уровня воды в реке по наклонному рельсовому пути, уложенному на берегу. При плавучих водозаборах насосные агрегаты размещаются на плавучих средствах: баржах, понтонах и т. п. Достоинствами передвижных и плавучих водозаборов явля­ются независимость приема воды от колебания уровня воды в реке и возможность быстрого их устройства. Однако они обладают и су­щественными недостатками, заключающимися в необходимости иметь гибкие соединения трубопроводов, а также в тяжелых усло­виях эксплуатации зимой и в период паводков.

Для забора воды из водохранилищ можно использовать водоза­борные сооружения двух типов: 1) совмещенные с плотинами, водо­спусками или водосбросами; 2) отдельно стоящие. Водозаборные сооружения на водохранилищах должны обеспечивать возмож­ность забора воды с разных глубин с учетом ее качества.

 

Рис. 11.17. Схемы водоприемных ковшей

/ — водозаборное сооружение; 2 — дамба, 3 — поверхностные токи; 4 — донные токи

Глава 15. ВОДОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ

 

Схема устройства и принцип действия центробежного насоса.

Основным рабочим элементом центробежного насоса (рис. II.18) является рабочее колесо 1 с изогнутыми лопастями 2, расположен­ное на валу внутри корпуса 3. Корпус насоса соединен со всасы­вающим 4 и нагнетательным 5 трубопроводами. Перед пуском насо­са корпус его и всасывающий трубопровод заполняют жидкостью. При вращении рабочего колеса жидкость, находящаяся между ло­пастями, под действием центробежной силы отбрасывается к пери­ферии, выходит в спиральную камеру и далее в нагнетательный трубопровод. В центральной части насоса, перед входом в рабочее колесо, возникает разрежение, и вода под действием атмосферного давления направляется из источника по всасывающему трубопрово­ду в насос.

Классификация центробежных насосов. Центробежные насосы классифицируют по ряду признаков.

По напору различают насосы низконапорные (до 20 м), сред-ненапорные (от 20 до 60 м) и высоконапорные (более 60 м).

По числу колес насосы делят на одноколесные и много­колесные. Многоколесными, как правило, делают высоконапорные насосы.

По расположению вала насосы бывают горизонталь­ные и вертикальные.

В зависимости от перекачиваемой жидкости различают насосы водопроводные (водяные), канализационные (фекальные), песковые, грязевые (землесосные) и пр.

По назначению различают насосы общего назначения, шахт­ные, артезианские (предназначенные для работы в скважинах) и др.

Существует классификация центробежных насосов и по другим признакам.

Высота всасывания и напор, развиваемый насосом. Для нормаль­ной работы центробежных насосов вакуум в их всасывающем пат­рубке не должен превышать определенной величины, зависящей от их конструкции, частоты вращения колеса и других параметров.

Эту величину называют допустимой вакуумметрической высотой всасывания. Допустимая вакуумметрическая высота всасывания Н_вак^доп указывается в каталогах насосов и обычно не превышает 6— 7 м.

При проектировании насосных установок различают геометри­ческую высоту всасывания Н_Г.ВС и вакуумметрическую высоту вса­сывания Н_вак. Геометрическая высота, всасывания — это разность отметок центра колеса и уровня воды в источнике. Вакуумметри­ческая высота всасывания складывается из геометрической высоты всасывания, потерь напора во всасывающем трубопроводе h_ПОТ.ВС и скоростного напора при входе в насос u²/ (2g).

Вакуумметрическая высота всасывания во избежание кавита­ции не должна превышать допустимой вакуумметрическои высоты всасывания, т. е.

 

(II.12)

 

Рис. II.18. Схема центробежного насоса

 

Полный напор H, который должен создавать центробежный на­сос, складывается из следующих величин (рис. П. 19): геометри­ческой высоты всасывания Н_Г.ВС, геометрической высоты нагнета­ния Н_Г.Н, потерь напора во всасывающем трубопроводе (с арма­турой) h _пот._вс, потерь напора в напорном трубопроводе (с арма­турой) /г_пот.„. Следовательно:

 

(П. 13)

 

Мощность насоса и его КПД. Полезная (эффективная) мощность насоса, кВт, выражается соотношением:

 

(II.14)

где g — удельный вес жидкости, Н/м³; Q — подача насоса; м³/с; Н — пол­ный (рабочий) напор насоса, м.

 

Мощность на валу насоса (потребляемая мощность), кВт:

 

, (II.15)

где h— полный КПД насоса.

 

Полный КПД учитывает гидравлические, объемные и механи­ческие потери.

Рабочие характеристики центробежного насоса. На рис. II.20 приведены рабочие характеристики насоса. Эти характеристики показывают, как изменяются напор, мощность на валу насоса и КПД с изменением расхода.

Точка 1 характеристики Q — h называется оптимальной точкой, т. е. точкой, отвечающей оптимальному режиму работы насоса.

Рис. II.19. Схема насосной установки

/ — приемный клапан; 2 — всасывающий трубопровод: 3 — вакуумметр; 4 — насос; 5 — нанометр; 6 — обратный клапан; 7 — задвижка; 8 — напорный трубопровод

Рис. II.20. Рабо­чие характеристи­ки центробежного насоса

Характеристика трубопровода. Характеристику трубопровода (или системы трубопроводов) можно представить в виде двучлена

(II.16)

где Н_г — геометрическая высота подачи воды, т.е. разность отметок уров­нен воды в источнике и в напорном баке (см. рис. II.19); Sh_ПОТ — сумма по­терь напора во всасывающем и напорном трубопроводах

Графически характеристика трубопровода представляется в виде параболы с вершиной на оси ординат, расположенной на расстоя­нии Н_г от оси абсцисс. Для определения оптимального режима ра­боты насоса с заданным трубопроводом строят совместные харак­теристики насоса и трубопровода.

На рис. II.21 показана характеристика насоса Q — Н. Проведя параллельно оси Q прямую CD на расстоянии Н_г от нее и прибавив к Н_г величины S h _noT, соответствующие тем или иным значениям расхода Q, получим характеристику трубопровода СЕ. Точка 1 пе­ресечения характеристик насоса и трубопровода, называемая ра­бочей точкой, характеризует подачу Q₁ напор Н₁ КПД h₁ и мощ­ность N₁, насоса, работающего на заданный трубопровод. Насос нуж­но подбирать таким образом, чтобы рабочая точка лежала в области наиболее высоких значений КПД.

 

Рис. II.21. Совместные характеристики на­соса и трубопровода

Параллельная работа центробежных насосов. Рассмотрим параллельную работу двух одинаковых насосов. Характери­стики Q — Н таких насосов приведены на рис. II.22. Так как насосы одинаковы, то их характеристики совпадают.Для построения суммар­ной характеристики при параллельной работе двух одинаковых насосов нуж­но удвоить абсциссы харак­теристики одного насоса при одинаковых напорах.

Затем строится харак­теристика трубопровода СЕ и находится рабочая точка I. При параллельной ра-боте насосов суммарная подача их равна Q_I+II, a напор H_I=H_II. Напор H_I и подача Q₁ каждого насоса определяются со­ответственно ординатой и абсциссой точки 2. При этом напор каждого насо­са численно равен напору, развиваемому обоими на­сосами, а подача каждого насоса равна половине их суммарной подачи. В слу­чае когда в тот же трубо­провод подает воду толь­ко один насос, режим его работы определяется точ­кой 1 ', соответствующей подаче Q и напору Н. Как

видно, суммарная подача насосов, работающих параллельно в общую сеть, меньше, чем сумма подач этих насосов при раздель­ной их работе.

КПД двух одинаковых параллельно работающих насосов равен КПД одного насоса и соответствует точке 3. На рис. II.22 он опре­деляется следующим образом: из точки Е проводится прямая, па­раллельная оси абсцисс, до пересечения с характеристикой Q — Н одного насоса (точка 2). Из этой точки проводится прямая, параллель­ная оси ординат, до пересечения с кривой Q — h в точке 3. Точка 4 будет характеризовать КПД насоса, работающего отдельно.

Рис. II.22. Характеристики параллельной работы двух одинаковых насосов

Мощность каждого из совместно работающих насосов определя­ется точкой 5, а мощность насоса, работающего отдельно в сеть, т. е. подающего воду в тот же трубопровод, — точкой 6.

Арматура центробежных насосов. Центробежный насос обычно оборудуют следующей арматурой (см. рис. II.19): приемным клапа­ном с сеткой для удержания в насосе и всасывающем трубопроводе воды при заливе насоса перед пуском (при перекачке чистой воды сетку не ставят); краном в верхней части корпуса для выпуска воз­духа при заливе насоса; обратным клапаном для защиты насоса и всасывающей линии от гидравлического удара, а также для пре­дотвращения обратного движения воды из одного насоса в другой при совместной их работе; задвижкой на напорном трубопроводе для пуска насоса и регулирования расхода; вакуумметром для оп­ределения вакуумметрической высоты всасывания; манометром для определения напора, развиваемого насосом.