Раздел 7. Оборудование насосных станций 1
Гидромеханическое и энергетическое оборудование насосных станций - делится на основное и вспомогательное. 1. Основное - обеспечивает выполнение основной задачи НС - подачу воды потребителю или откачку сточных вод с канализируемой территории (решение внешней задачи НС); 2. Вспомогательное - обеспечивает выполнение работ для нужд самой НС или для обеспечения работы основного оборудования (внутренние задачи НС). По виду используемой энергии оба вида оборудования делятся на гидромеханическое и энергетическое. 2
Основное гидромеханическое оборудование • основные (главные) насосы, в задачу которых входит обеспечение водой потребителя, согласно графику водоподачи; • всасывающие (подводящие), напорные и их переключающие трубопроводы, • фасонные части трубопроводов; • устанавливаемые на трубопроводах регулировочные, переключающие, аварийные затворы (задвижки, дроссели и пр. ); • контрольно-измерительную аппаратуру (водомеры и пр. ); • предохранительную аппаратуру (предохранительные клапаны, обратные клапаны); • сороудерживающие устройства. 3
Вспомогательное гидромеханическое оборудование • вспомогательные насосы систем технического водоснабжения (например, вакуум-насосы для запуска главных насосов); • дренажно-осушительные и грязевые насосы для удаления жидкости и грязи из различных сооружений и помещений насосной станции; • трубопроводы и их фасонные части, задвижки, клапаны и др. для вспомогательных насосов; • противопожарные насосы и относящееся к ним оборудование (трубы, задвижки и пр. ) для нужд насосной станции и примыкающих к ней служебных и хозяйственных помещений. 4
Энергетическое оборудование Основное: • двигатели для главных насосов; • силовые трансформаторы; • вводы высокого и низкого напряжения; • распределительные устройства, токопроводы к ЭД. Вспомогательное: • двигатели для вспомогательных и противопожарных насосов, и для управления различными затворами; • электросистемы для собственных нужд – двигатели или аппараты для получения постоянного тока для автоматики привода, вспомогательные генераторы, например, для освещения насосной станции при отсутствии основного электропитания; • пусковую и другую аппаратуру двигателей; • системы автоматизации. 5
Другое оборудование • В больших насосных станциях устраивают централизованное масляное хозяйство, в которое входят масляные насосы, маслопроводы, баки, устройства для очистки масла. • В насосных станциях устраивают вентиляцию, (пневмохозяйство), а в станциях, работающих круглый год, устанавливают отопительную аппаратуру, сан. -техн. устройства. • Для монтажа и демонтажа оборудования насосной станции устраивают постоянные или временные подъемно-транспортные устройства: краны, кошки и пр. 6
Приводные двигатели насосов Требования к ним: • пуск под нагрузкой; • возможность вращения в обратную сторону; • частый повторный пуск. 1. При мощности до 300 – 400 к. Вт устанавливают асинхронные короткозамкнутые двигатели: • низкого напряжения (380 В) для мощностей до 100 к. Вт; • при большей мощности - высоковольтные (6300 В = 6, 3 к. В). Могут быть с короткозамкнутым и фазовым ротором. 7
Наиболее распространен - с короткозамкнутым ротором. Достоинства: • запуск осуществляется непосредственным подключением к сети; • при автоматизации пуска двигатель можно включать и выключать на расстоянии (дистанционное управление). • электродвигатель с короткозамкнутым ротором меньше по габаритам и значительно дешевле двигателей других типов. Недостатки: • значительное увеличение пусковой силы тока (в 5 -7 раз) по сравнению с номинальной при включении его в сеть на полное напряжение, • что требует соответствующей мощности сети и понизительного трансформатора (но упрощенная схема автоматизации). 8
У электродвигателей с фазовым ротором пусковые токи в несколько раз меньше, чем в короткозамкнутых двигателях при включении их на полное напряжение. Однако электродвигатели с фазовым ротором не получили широкого применения в насосных станциях, как короткозамкнутые, ввиду большей стоимости, более сложной схемы пуска и эксплуатации. 2. При мощности более 400 к. Вт обычно устанавливают синхронные двигатели высокого напряжения (6300 и 10000 В) с асинхронным запуском. Преимущества: • синхронный электродвигатель может работать с коэффициентом мощности (cos φ), либо равным единице, либо даже опережающим, что улучшает коэффициент мощности сети, благодаря чему снижается плата за энергию; 9
• коэффициент мощности синхронного электродвигателя не зависит от номинальной частоты вращения его; • синхронный электродвигатель — двигатель постоянной скорости и работает устойчивее асинхронного; • момент вращения синхронного электродвигателя пропорционален первой степени напряжения, поэтому колебания его в сети мало отражаются на моменте двигателя (у асинхронного двигателя момент вращения пропорционален квадрату напряжения); • однако при автоматизации пуска короткозамкнутый асинхронный электродвигатель имеет некоторые преимущества перед синхронным, и имеет несколько меньшую частоту вращения вала ввиду скольжения ротора. 10
Основные схемы пуска высоковольтных электродвигателей 1. Непосредственный запуск электродвигателей от сети через линейный выключатель. Пусковой ток при этом в несколько раз больше номинального, что может создать на шинах электростанции падение напряжения, а это отражается на других потребителях. Поэтому такая схема пуска для мощных двигателей не рекомендуется, однако прямой пуск сильно упрощает электрооборудование насосных станций. 11
2. Запуск электродвигателя через реактор. Реактором называется статический индуктивный аппарат с одной системе обмоток, который служит для защиты и регулирования электрически цепей. (катушка из провода, навитого на изолирующий материал). В этой схеме устанавливают два выключателя: линейный и пусковой. Пусковой в начале пуска разомкнут. После включения линейного выключателя электродвигатель подключают к сети через реактор, который снижает пусковой толчок тока до допустимой величины. В конце пуска при достижении двигателем нормальной частоты вращения включают пусковой выключатель, а реактор шунтируется. Реакторный пуск распространен в практике крупных насосных станций для водоснабжения. При такой схеме пуска двигателя пусковой ток изменяется пропорционально первой степени 12 изменения напряжения.
3. Если пусковой ток очень велик, то применяется пуск двигателя через автотрансформатор. Эта схема предусматривает установку трех выключателей: линейного, пускового и нулевого; вместо реактора ставится автотрансформатор. Пуск двигателя по этой схеме осуществляется так: • вначале включается нулевой выключатель, замыкающий накоротко ( «звезда» ) три фазы автотрансформатора; • включается линейный выключатель; пусковой выключатель при этом выключен (электродвигатель подключается на часть напряжения сети), и на пониженной частоте вращения начинается его разгон. • в соответствующий момент времени выключается нулевой выключатель и включается пусковой выключатель, благодаря чему двигатель переключается на полное напряжение сети. Схема применяется при необходимости высокого пускового момента или понижения силы пускового тока. 13
Мощность двигателя и к. п. д. насосной станции 1. Мощность двигателя определяется для режимной точки с учетом сопротивления водов: 2. КПД насосной станции ηнс определяют как отношение полезной энергии Эп, передаваемой перекачиваемой жидкости, к энергии Э, потребляемой электродвигателями всех агрегатов: ηнс = Эп/Э. Формулы для определения КПД насосной станции в конкретных условиях работы имеют следующий вид: 14
При равномерной в течение суток работе НС с одинаковыми насосами ее КПД равен КПД одного насосного агрегата. — При равномерной в течение суток подаче НС с разнотипными насосами — где Qнс — общая подача НС; Qi - подача i-го насосного агрегата при его совместной работе с другими насосами (ΣQi = Qнc); n — количество рабочих насосных агрегатов; ηi — КПД 1 -го насосного агрегата при его совместной работе с другими насосами. При двухступенчатом в течение суток (t. I + t. II = 24 ч) режиме работы насосной станции с двумя одинаковыми рабочими насосами, когда на I ступени работает один насос, а на II — два насоса совместно: — 15
где QI, HI, t. I — соответственно подача, напор и продолжительность на I ступени работы; QII, HII, t. II —то же на II ступени; η 1 — КПД одного отдельно работающего насосного агрегата; η 1+2 — КПД одного насосного агрегата при его совместной работе с другим агрегатом. При двухступенчатом в течение суток режиме работы насосной станции с двумя разнотипными насосами, когда на I ступени работает один (1 -й) насос, а на II ступени—два (1 -й + 2 -й) насоса совместно: — 16
Система электроснабжения Электроэнергия используется для обеспечения работы основного и вспомогательного оборудования, а также освещения насосных станций. 1. Питание насосных станций электроэнергией обычно осуществляется от линий электропередачи 6. . . 10 к. В. Для повышения надежности работы насосной станции ее необходимо подключать к двум независимым источникам электроэнергии. 2. Насосные станции имеют электрическое хозяйство, основные элементы которого — силовые трансформаторы, распределительные устройства и щиты управления. 17
Силовые трансформаторы 1. Могут быть установлены: • в здании насосной станции; • в отдельном здании; • на открытой площадке (под навесом); • на столбах - один трансформатор мощностью до 400 к. ВА). 2. При расположении в здании насосной станции трансформаторы устанавливают в камерах: • имеющих отдельный наружный вход и несгораемые стены без окон; • с дверьми таких размеров, чтобы через них вкатывался трансформатор в собранном виде; • в камере устанавливают так, чтобы вокруг него был проход шириной не менее 0, 8 м. 18
3. Суммарная мощность трансформаторов: Кс - коэффициент опроса по мощности (Кс = 1, 0 при 2 двигателях, Кс = 0, 9 - при 3, Кс = 0, 8 - при 4, Кс = 0, 7 - при 5 ); Р - номинальная паспортная мощность ЭД основных насосов без резервных. Промышленность выпускает трехфазные трансформаторы унифицированных мощностей: 10, 16, 25, 40, 63, 100, 250, 400, 630, 1000, 1600 к. ВА и др. ηдв = 0, 92. . . 0, 98; cos φ = 0, 8. . . 0, 95 - коэффициент мощности ЭД. 4. При выборе количества трансформаторов учитывают категорию НС и степень ответственности нагрузок - категорию в соответствии с Правилами устройства электроустановок. 19
5. Если на станции установлено несколько трансформаторов, то при выходе из работы одного из них допускается аварийная перегрузка до 20. . . 40%. Распределительные устройства (РУ) - осуществляют прием и распределение электроэнергии на насосной станции. 1. РУ обычно размещают в закрытых помещениях. Различают: • РУ высокого напряжения — свыше 1000 В; • РУ низкого напряжения — 380, 220 В. При небольшом количестве ячеек помещение РУ располагают в торцевой части здания непосредственно за камерами трансформаторов. При большом количестве ячеек помещение РУ размещают вдоль фронта здания. Помещение РУ может быть без окон. 20
2. При низком напряжении (220 и 380 В) применяют простейшие закрытые распределительные устройства распределительные щиты (размеры 900 х 500 х 2100 мм). 3. В НС для управления насосными агрегатами устанавливают щиты управления (ЩУ), состоящие из командной аппаратуры (кнопки, ключи управления), реле, лампсигнализации, измерительных приборов и пр. ЩУ устанавливают в диспетчерской по прислонной схеме. Обычно количество назначается из расчета: • один щит на три насосных агрегата с электродвигателями низкого напряжения • один щит на каждый насосный агрегат при высоковольтных электродвигателях (в том числе и на резервные агрегаты). Щиты управления ЩУ 21 -ДНС (ЩУ-КНС)
Приемные резервуары КНС и их оборудование По СНи. П 2. 04. 03— 85 вместимость приемного резервуара определяют в зависимости: • от режима притока и откачки сточных вод; • подачи насосов - вместимость приемного резервуара, м 3, была не менее объема пятиминутной максимальной подачи одного из насосов, м 3/ч • допустимого количества включения электрооборудования в течение 1 часа - количество включений насосных агрегатов в течение 1 ч не должно превышать 3 при ручном управлении и 5 при автоматическом, при мощности электродвигателя более 50 к. Вт принимается не 22 более 3 включений в час.
1. Малая вместимость уменьшает строительные объемы НС, предотвращает выпадение осадка и его загнивание. Однако уменьшение вместимости приемного резервуара ухудшает не только технические, но и экономические условия эксплуатации, т. е. существует понятие оптимальной вместимости приемных резервуаров. Оптимальную вместимость определяют на основании технико-экономических расчетов для каждого конкретного случая. 2. При принятой вместимости приемного резервуара, а также известных режимах притока и откачки сточных вод количество включений насосных агрегатов в течение 1 ч определяют путем сопоставления интегральных графиков притока и откачки в определенный час. 23
Для станций с однотипными насосами наибольшее число включений насосов бывает в период, когда приток равен (или близок) половине подачи насоса. Интегральные графики притока и откачки СВ : 1 — максимально возможная откачка; 2 — расчетный приток. 40 м 3 = отрезкам аб, гд, жз вместимость приемного резервуара. Минуты В данном случае насос будет включаться три раза в час, причем третий период работы заканчивается уже вне пределов рассматриваемого часа Рабочая вместимость резервуаров отсчитывается от лотка 24 подводящего коллектора.
Приемный резервуар: 1 — подводящий коллектор, 2 — опускной колодец, 3 — распределительный канал, 4 — шибер, 5 — механизированная решетка, 6 — транспортер, 7 — дробилка, 8 — трубопровод для взмучивания осадка, 9 — всасывающая труба насоса, 10 — смотровые люки 25
3. Глубину рабочей части приемного резервуара принимается не менее 1, 5. . . 2 м для малых и средних станций и 2, 5 м и более для крупных. 4. В приемных резервуарах насосных станций с подачей 100 тыс. м 3/сут и более предусматриваются два отделения без увеличения общего объема. Это обеспечивает возможность выполнять осмотр, очистку и ремонт приемного резервуара и его оборудования на ходу. 5. В резервуарах для приема СВ, смешение которых может вызвать образование вредных газов, осаждающихся веществ, или при необходимости сохранения потоков СВ с различными загрязнениями предусматривают самостоятельные секции для каждого потока сточных вод. 6. Дно приемных резервуаров выполняют с уклоном не менее 0, 01 в сторону приямка. 26
7. Перекрытие резервуаров устраивают на 0, 5 м выше максимально допустимого уровня воды в канале. Максимальный уровень воды в резервуаре принимается равным отметке лотка подводящего коллектора. 8. В перекрытии устраивают два смотровых люка для спуска внутрь резервуара. Располагают их у стен резервуара в местах крепления ходовых скоб (лестниц). 9. Приемные резервуары канализационных насосных станций оборудуют решетками, дробилками (решеткамидробилками), устройствами для взмучивания и смыва осадка, шиберными (щитовыми) затворами, аварийными выпусками. 27
Сороудерживающие устройства КНС Решетки используют для предохранения насосов от попадания в них отбросов и их засорения. 1. Устанавливают в специальных каналах у устья подводящего коллектора на расстоянии не менее 0, 5 м от него. 2. Выполняют из профилированной стали (из стержней, полос, крупной ячеи) с шириной прозоров на 10. . . 20 мм меньше размеров проходных сечений в устанавливаемых насосах. При установке НС на территории очистных сооружений ширину прозоров решетки принимают 16 мм независимо от типоразмера применяемых насосов. 3. Потери напора: 0, 05 м на решетке, 0, 1. . . 0, 15 м - на сетке. 28
Решетка механическая поворотная типа МГТ Глубина в лотке - максимально 0, 5 м, скорость в прозорах V = 0, 8. . . 1, 0 м/с. 4. Решетки могут быть как с ручной очисткой (при количестве отбросов до 0, 1 м 3/сут), так и с механизированными граблями. 5. Типоразмер решеток - от 600*800 до 2800*3200 мм подбирается по требуемой площади живого сечения рабочей части решеток: 29
6. Количество резервных решеток принимают в зависимости от типа и числа рабочих решеток. 7. Для обеспечения удобного обслуживания вокруг решеток должен быть обеспечен проход шириной 1, 2 м, а перед фронтом— 1, 5 м при механизированной очистке, 0, 7 м — при ручной. 30
Дробилки предназначены для измельчения отбросов, снятых с решеток. Измельченные отбросы возвращают в подводящий канал. 1. Для измельчения отбросов сточных вод применяют дробилки молотковые (работают 2 -3 часа в сутки) и комбинированные решетки-дробилки. 2. В помещениях решеток, обычно устанавливают одну рабочую дробилку. 3. При количестве отбросов более 1 т/сут (крупные станции) предусматривают резервную дробилку. В малых и средних насосных станциях резервная дробилка в 31 собранном виде хранится на складе.
Решетки-дробилки одновременно выполняют две функции: задерживают отбросы и дробят их. Сточная вода по подводящему каналу поступает во вращающийся барабан. Задержанные на решетке отбросы при взаимодействии режущих пластин и резцов измельчаются и поступают на выход из решетки-дробилки. 32
1. При применении решеток-дробилок • полностью механизируется процесс задержания и измельчения крупных загрязнений; • процессы происходят под водой, что РД-200 обеспечивает высокую степень санитарных условий эксплуатации; • решетки-дробилки менее материало- и энергоемкие по сравнению с дробилками молоткового типа. 2. Решетки-дробилки типа РД диаметром 100 и 200 мм устанавливают непосредственно на подводящем трубопроводе, диаметром 400, 600 и 900 мм— в открытом подводящем канале с изливом сточной воды в приемный резервуар насосной станции. 33
Система взмучивания осадка 1. Взмучивание осадка, выпадающего в приемном резервуаре, производят с помощью перфорированных труб или системой открытых выпусков труб. Перфорированные трубы укладывают по периметру резервуара, а открытые выпуски труб — у входных воронок всасывающих трубопроводов. 2. Воду в систему взмучивания осадка подают из напорного трубопровода сточной жидкости. Диаметр трубопроводов взмучивания - не менее 50 мм. Из-за того, что отверстия перфорированных труб часто засоряются, более эффективна система открытых выпусков труб. 3. Осадок из участков резервуаров, не попадающих в зону взмучивания, смывают с помощью брандспойтов в периоды профилактических осмотров и ремонтов резервуаров или в часы минимального притока, полностью откачав сточную жидкость из резервуара. 34
Затворы 1. Шиберные затворы устанавливают на каналах, подводящих сточную жидкость к решеткам (решеткам-дробилкам) для обеспечения их ремонта или замены. Шиберные затворы выполняют с ручным и электрическим приводами. Серийные затворы предназначены для установки на открытых прямоугольных каналах шириной от 200 до 1400 мм и высотой от 300 до 2000 мм. 2. Аварийный затвор (шибер, задвижка) устанавливаются на подводящем коллекторе для защиты помещения решеток от затопления при аварийном отключении насосных агрегатов. Затвор выполняют с механическим приводом, управляемым с поверхности земли и имеющим дистанционное управление с диспетчерского пункта. Аварийный затвор устанавливают в отдельной или пристроенной к помещению решеток камере. 35
Вспомогательные системы насосных станций Система заливки насосов - предназначена для заполнения жидкостью перед пуском корпусов и всасывающих трубопроводов центробежных насосов. 1. Если насосы установлены «под залив» , процесс заливки максимально прост — необходимо открыть задвижку на всасывающем трубопроводе и обеспечить выпуск воздуха в верхней части корпуса насоса. 2. Если насосы установлены выше уровня воды в нижнем бассейне (водопроводные НС II и III категорий), заливка их перед пуском может быть осуществлена по одной из представленных схем. Наиболее часто используют схему с применением вакуум-насосов. 36
НС III кат. , dвс ≤ 200 мм Схемы заливки центробежных насосов: 1 — обратный клапан, 2 — основной насос, 3 — трубопровод для заливки, 4 — бачок с поплавковым клапаном, 5 — насос для заливки, 6 — струйный насос, 7—циркуляционный бачок (вакуум-котел), 8 — вакуум-насос (КВН, 37 ВВН, РНК и др. )
3. Подбирают вакуум-насос по требуемой подаче: где Qв—подача вакуум-насоса, м 3/мин; Wтp — объем воздуха во всасывающем трубопроводе основного насоса, м 3; Wн —объем воздуха в корпусе насоса, м 3; Нат — напор, соответствующий атмосферному давлению, принимаемый равным 10 м; Hs — геометрическая высота всасывания насоса, считая от оси насоса до наинизшего уровня воды в резервуаре, м; t — время, требуемое для создания расчетного разрежения. (2 мин для противопожарных насосов и 3. . . 5 мин для насосов другого назначения); К = 1, 05. . . 1, 1—коэффициент запаса. 38
Дренажная система - предназначена для откачки накапливающихся дренажных и фильтрационных вод на НС шахтного типа, где уровень грунтовых вод выше пола машинного зала. 1. Подачу дренажных насосов принимают, л/с: для НС малой мощности — 1, средней мощности — 3, 5. . . 5, а для НС большой мощности— 8. . . 10. 2. Для сбора фильтрационных вод предусматривают сборный дренажный приямок или колодец, объем которого принимают равным 10. . . 15 -минутной подаче дренажного насоса. Жидкость к колодцу поступает по дренажным лоткам, а пол помещений выполняют с уклоном 0, 002. . . 0, 005 в сторону этих лотков. 39
3. Фильтрационную воду откачивают из приямков или колодцев в приемные резервуары, если это КНС, и в канализацию или на отмостку — в ВНС. 4. Для этого устраивают, как правило, два насоса: самовсасывающие вихревые или центробежно-вихревые, которые включаются и выключаются автоматически с помощью поплавковых реле. 40
Система удаления осадка из водоприемных камер оборудуется водоструйными или центробежными фекальными насосами. 1. При значительных глубинах камер и колебаниях уровней воды фекальные насосы устанавливают в насосном помещении здания станции. Если позволяет высота всасывания, насосы располагают на перекрытии приемных камер. 2. Подачу насоса или гидроэлеватора для удаления осадка определяют исходя из консистенции осадка (в среднем 1: 10. . . 1: 12 и меньше). Практически расход осадка принимают равным 3. . . 8 л/с. 41
Система технического водоснабжения предназначена для подачи воды для охлаждения подшипников, на гидроуплотнения сальников основных насосов, питания водой дробилок и других целей. . 1. Для технических нужд вода поступает из городской водопроводной сети через бак «разрыва струи» , установленный в высокорасположенном помещении станции. Вместимость бака для малых насосных станций принимают 0, 5 м 3, для средних— 1. . . 1, 5, для крупных станций— 4. . . 6 м 3. 2. Из бака воду подают в сеть технического водоснабжения непрерывно работающими насосами, которые должны обеспечить напор на 2. . . 8 м больше напора, создаваемого основными насосами. 3. В системе технического водоснабжения устанавливают 1. . 2 рабочих и 1 резервный насос - обычно самовсасывающие вихревые, центробежно-вихревые, а также центробежные кон 42 сольные насосы.
Трубопроводы и арматура НС 1. Внутри здания насосной станции располагаются всасывающие и напорные трубопроводы: • основных (главных) насосов с переключающими их соединениями, • арматура, устанавливаемая на них: • задвижки, • обратные и предохранительные клапаны, • монтажные вставки, • компенсаторы, • контрольно-измерительная аппаратура, например, водомеры. На трубопроводах устраивают водовыпуски и присоединения вспомогательных трубопроводов, необходимых при эксплуатации насосной станции. 43
2. Кроме того, внутри здания станции располагаются трубопроводы вспомогательных насосов, обеспечивающих нормальную работу основного оборудования и здания станции, а именно: • трубопроводы технического водоснабжения; • противопожарные; • маслопроводы; • осушительные, дренажные и др. 3. Трубопроводы внутри здания станции можно разделить на четыре группы: • всасывающие, • напорные, • сливные, • разводящие - предназначены для питания водой различных приборов, установок, противопожарной системы и др. 44
Всасывающие трубопроводы - подводят воду от водозаборных устройств к насосам. 1. Всасывающий трубопровод должен иметь • достаточное поперечное сечение, обеспечивающее малые гидравлические сопротивления; • не должен иметь резких поворотов и внезапных изменений сечения; • должен идти к насосу с некоторым подъемом (0, 00050, 001), чтобы нигде не мог скопиться воздух. 2. Основное требование, предъявляемое к всасывающему трубопроводу — герметичность всех соединений, так как неплотности могут быть причиной уменьшения подачи насоса или срыва его работы. 45
3. На всасывающем трубопроводе задвижку ставят только в следующих случаях: • при работе насоса "под залив", если во входной части всасывающей трубы нет каких других затворов, например щитов; • при обслуживании одной всасывающей трубой нескольких насосов - что нежелательно, как правило, каждый насос имеет свою всасывающую линию. . 4. Приемные обратные клапаны устанавливают на конце вертикальных всасывающих линий в том случае, когда нет специального вакуум-насоса заливки - обычно только на небольших или временных установках, имеющих диаметр всасывающей трубы не более 400 мм. 5. Диаметры всасывающих труб определяют, принимая скорость течения воды в них не более 1, 5 -2 м/с (при больших скоростях увеличиваются потери при всасывании). 46
Напорные трубопроводы внутри насосной станции предназначены для подачи воды от насосов к внешним напорным водоводам. 1. Напорный трубопровод должен иметь: • возможность ремонта любого насоса, задвижки или трубы без перерыва работы всей насосной станции и уменьшения ее подачи; • обеспечивать подачу любым насосом в любой трубопровод; • возможность быстрого оперирования задвижками при аварии; • свободный доступ к задвижкам и соединительным трубопроводам для осмотра и ремонта; • надежные присоединения к напорным трубопроводам малых трубопроводов для нужд самой станции. 47
2. Этим требованиям больше всего соответствует кольцевая система оборудования, которая к тому же допускает применение труб и задвижек меньшего диаметра. 3. Переключения трубопроводов с их большего числа на меньшее (от насосов на два напорных водовода) выполняются: • внутри НС - при сравнительно небольших диаметрах трубопроводов (не выше 300— 400 мм); 48
• при больших диаметрах - переключения устраивают внутри насосной станции или в пристройке к ней. 4. Схемы установки арматуры на напорном трубопроводе 1— ось насоса; 2 — напорный патрубок насоса; 3 — обратный клапан; 4 — задвижка; 5 — водомер; 6 — коллектор 5. Следует учитывать: • масса труб и температурные усилия в трубопроводе не должны передаваться на насос; • все гидростатические усилия, возникающие на поворотах трубопровода, должны быть уравновешены. 49
6. Скорость движения воды в напорных трубопроводах внутри насосной станции не должна быть большой (1, 5 – 2 м/с). 7. Для предупреждения передачи на насос усилий от температурных деформаций трубопровода на трубопроводе ставят компенсаторы. Гидростатические усилия на закруглениях трубопроводов уравновешиваются постановкой специальных упоров. 8. Компенсаторы и упоры ставят при больших диаметрах трубопроводов; при небольших диаметрах трубопроводов (от 50 до 200 мм) они обычно не нужны. 9. Для опорожнения трубопроводов устраивают водовыпуски, водовыпускная труба в этом случае отводит воду к осушительной трубе в потерне насосной станции. 50
Арматура НС Трубопроводной арматурой называются различные устройства, в которых изменяется площадь для прохода движущейся по трубопроводу жидкости. 1. Арматуру составляют задвижки, затворы, клапаны, вентили, краны и т. д. По выполняемым функциям различают виды арматуры: • запорную, которая отключает одну часть трубопровода от другой ( вентили, задвижки, затворы, краны); • дроссельную (вентили, краны, клапаны), в задачу которой входит изменение давления у протекающей жидкости или недопущение увеличения его сверх определенного значения. 51
2. По типу привода делится на: - приводную - в которой подъем и опускание затвора осуществляются вручную или при помощи особого приводного устройства; - самодействующую - затвор приводится в движение автоматически вследствие изменения условий для протекающей или покоящейся жидкости (обратные предохранительные клапаны, противоаварийные устройства, аэрационная и конденсационная арматура). 3. По выполняемым функциям различают четыре типа арматуры: вентили, задвижки (параллельные и клиновые; с электрическим и гидравлическим приводом, с механическим управлением; самоуплотняющиеся, распорные и с механическим управлением дисков), краны; поворотные клапаны. 52
а — вентильный тип; б — задвижка; в — кран; г — поворотный клапан 4. Для арматуры и соединительных частей трубопроводов установлены давления: -Условное давление Ру — наибольшее избыточное рабочее давление при температуре среды 20 °С, при котором обеспечивается длительная работа арматуры и соединительных частей определенных размеров, обоснованных расчетом на прочность. - Пробное давление Рпр — избыточное давление, при котором арматура и части трубопроводов подвергаются гидравлическому испытанию на прочность и плотность материала водой при температуре не выше 100 °С. 53
- Рабочее давление Рраб — наибольшее избыточное давление, при котором обеспечивается длительная работа арматуры и соединительных частей при рабочей температуре пропускаемой жидкой среды. Допускаемое рабочее давление с увеличением температуры среды снижается. Установлено несколько ступеней температуры: 120, 200, 250, 300, 350 и 400°С. -Условным проходом арматуры считается размер по ее присоединительным концам Dy (мм). 5. Арматуру трубопроводов подбирают по требуемым размерам и давлениям в каталогах. 6. Диаметр условного прохода предохранительных клапанов и их количество устанавливают в соответствии с требованиями госгортехнадзора. 54
Приемные клапаны, сетки и воронки В нижней (приемной) части всасывающих трубопроводов устанавливают приемные клапаны, сетки или приемные воронки. 1. Приемные клапаны (а) устанавливают на НУ со всасывающими трубами диаметром не более 300 мм, если они не оборудованы вакуум-насосами. Приемный клапан состоит из защитной сетки и обратного клапана. На НУ для чистых жидкостей приемный клапан устанавливают без сетки. 2. В случаях, когда для залива насоса применяют вакуум-насос или насос установлен под заливом, а в перекачиваемой жидкости могут встречаться крупные включения, устанавливают только 55 приемную сетку (б).
3. На всасывающих трубопроводах больших насосов устанавливают приемные воронки (в), что позволяет уменьшить входные скорости и гидравлические сопротивления при входе в трубопровод. 4. На всасывающих трубопроводах канализационных насосов устанавливают только воронки. 5. На напорных трубопроводах устанавливают задвижки и обратные клапаны. Задвижки служат для отключения насосов или участков трубопроводов при изменении режима работы насосных станций, например при остановке или пуске одного из насосов. С помощью задвижек или поворотных затворов осуществляют в некоторых случаях регулирование подачи насоса - самостоятельно. 56
Средства автоматизации насосных станций Автоматизация обеспечивает: • управление насосными агрегатами без постоянного присутствия обслуживающего персонала, • повышает надежность работы станции и сохранность ее оборудования; • обеспечивает наиболее экономичные режимы работы насосных агрегатов и станции в целом (себестоимость воды снижается на 5— 10%, а затраты на автоматизацию окупаются за 2— 3 года. Насосные станции сооружают более простого типа и меньшей кубатуры - т. е. дешевле). По степени автоматизации различают: • полностью автоматизированные НС; • полуавтоматизированные станции; • станции, управляемые с диспетчерского пункта. 57
1. На автоматических НС проводятся в установленной последовательности автоматическими устройствами без участия человека: • все операции пуска и остановки агрегатов; • контроль за состоянием оборудования; • включение резервных агрегатов при аварийном выключении рабочих установок; • контроль за основными параметрами работы станции, давлением в напорных трубопроводах, вакуумом (или давлением) во всасывающих линиях, температурой подшипников и т. п. Кроме того: • предусматривается защита установок от перегрузок, короткого замыкания и других неполадок; • при неполадках в работе оборудования срабатывает реле защиты и агрегат выключается из работы. • последующее включение его блокируется и становится возможным только после устранения неполадок. 58
2. В насосных станциях с переменным режимом работы (например, на канализационных станциях) автоматическое управление насосными агрегатами осуществляют в зависимости от уровня воды в резервуарах, давления или расхода в сети с помощью датчиков уровня, давления, расхода и т. п. 3. В зависимости от общей схемы водоснабжения насосные агрегаты запускают как при открытых, так и при закрытых задвижках на напорных трубопроводах. В автоматизированных станциях удобнее осуществлять пуск насосов при открытых задвижках. 4. Пожарные насосы в системах пожаротушения низкого давления всегда управляются дистанционно из диспетчерского пункта, пожарного депо или иного пункта управления. 59
5. Если пожарные насосы в системах пожаротушения высокого давления работают на общую сеть, то одновременно с подачей команды на их включение автоматически выключаются насосы другого назначения, а также отключается водонапорная башня или напорный резервуар. 6. При полуавтоматическом управлении первоначальный импульс на включение и остановку агрегатов подает обслуживающий персонал, а все последующие процессы производятся автоматически. 7. Дистанционное управление осуществляется при подаче импульсов обслуживающим персоналом из пункта, удаленного от насосной станции. 8. Современные насосные станции проектируют, как правило, полностью автоматическими или управляемыми с диспетчерских пунктов, и дежурного персонала на них не требуется. 60
Функции устройств автоматического управления и контроля • создают и передают импульсы для пуска и остановки насосных агрегатов; • осуществляют выдержку времени между отдельными операциями, связанными с пуском агрегата; • обеспечивают пуск насосных агрегатов в установленной последовательности (как при прямом пуске, так и при ступенчатом); • поддерживают необходимое разрежение во всасывающем трубопроводе; • открывают и закрывают задвижки на трубопроводах в соответствующие периоды пуска или остановки насоса; 61
• контролируют режимы пуска, работы и остановки агрегатов; • отключают рабочий агрегат при нарушении режима его работы и включают резервный; • передают сигналы о состоянии агрегатов на диспетчерский пункт; • защищают агрегаты от поломок при перегреве подшипников или при выпадении фазы и перегрузке электродвигателя; • производят пуск и остановку дренажных насосов; • поддерживают заданную температуру и проектные параметры системы вентиляции здания. • могут регулировать подачу и напор, создаваемые насосными агрегатами. 62
Основные элементы автоматического управления и контроля Функции автоматических систем НС выполняются с помощью устройств и приспособлений, которые подразделяются на три основные группы: • датчики; • реле; • магнитные контакторы. 1. Датчиками называются первичные измерительные элементы или приборы, преобразующие контролируемый или регулируемый параметр, в выходной сигнал, удобный для передачи и использования. Датчики могут быть электрическими, пневматическими и гидравлическими. 63
В системах автоматики наибольшее распространение получили электрические датчики (индуктивные, емкостные, сопротивления, фотоэлектрические и т. п. ). Датчиками могут также служить многие измерительные приборы (манометры со встроенными индуктивными или реостатными элементами, дифманометры и т. д. ). 2. Реле - устройства, которые под воздействием внешних факторов (механических, гидравлических, электрических и др. ) скачкообразно меняют выходные сигналы и таким образом управляют электрическими или пневматическими цепями. В системах автоматизации насосных станций применяют реле следующих типов: • реле давления, которые управляют узлами и цепями автоматики в зависимости от изменения давления в трубопроводе или емкости - обычно электроконтактный : манометр; 64
• реле уровня, дающие а — поплавковое реле; б — сильфонное реле уровня; в — реле контроля давления импульсы на включение или выключение агрегатов в зависимости от уровня жидкости в резервуарах, баках, приямках; • струйное реле, дающее импульсы в зависимости от наличия и направления потока жидкости в трубопроводе; • вакуум-реле, поддерживающие заданное разрежение во всасывающем трубопроводе или вакуум-котле; • реле времени, дающие импульсы через определенные, заранее заданные промежутки времени; 65
• термореле для контроля и сигнализации температуры подшипников, сальников и других деталей: • промежуточное реле преобразования и распределения слабых сигналов в сигналы, достаточные для управления электрическими цепями; • реле напряжения для обеспечения работы агрегатов при заданном напряжении. Любое из перечисленных реле может выполнять функции аварийного. 3. Контакторы или магнитные пускатели — это устройства, включающие цепи с большой силой тока с помощью импульсов тока относительно небольшой силы. В зависимости от допустимой мощности на контактах пускателя они различаются по номерам. Контакторы выпускают на большую мощность, чем магнитные пускатели. 66
4. Унифицированные станции для автоматического управления насосными агрегатами (серийные - более 20 типов серии ПЭХ – для автоматизации насосных агрегатов с асинхронными двигателями и короткозамкнутым ротором и синхронными с подключением возбудителя при прямом пуске). 5. Станции автоматического управления насосными агрегатами типа СУНО. Станции СУНО-1 и СУНО-2 предназначены для автоматизации агрегатов, имеющих низковольтные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором мощностью 20— 55 к. Вт, которые включаются непосредственно от полного напряжения сети. Станция СУНО-3 предназначена для автоматизации агрегатов с низковольтными асинхронными электродвигателями мощностью 125 -250 к. Вт с короткозамкнутым или фазовым ротором. 67
6. СУНО-3 выполняет следующие операции: • местное и автоматическое управление или телеуправление агрегатом; • пуск электродвигателей с короткозамкнутым и фазовым ротором; • пуск и остановку насоса при закрытой задвижке с электроприводом; • предварительный залив насоса от групповой вакуумной установки; • контроль за работой насоса с помощью струйного реле, реле давления или электроконтактного манометра; • контроль за нагревом подшипников; • контроль за напряжением в главной цепи электродвигателя и в цепях управления; 68
• включение агрегата после кратковременного (4 -5 с) исчезновения напряжения; • подачу сигнала при аварийном отключении насосного агрегата с блокировкой, не допускающей пуска установки до ликвидации повреждения. 7. Современные станции управления - в основном с бесконтактными элементами, намного увеличивающими надежность работы станции и системы автоматики. 8. Канализационные насосные станции нуждаются в автоматизации больше, чем водопроводные, так как их обслуживание тяжелее, чем водопроводных. Основной целью автоматического управления насосными агрегатами КНС является поддержание в заданных пределах уровня сточной жидкости в приемном резервуаре. 69
Для этой цели применяют электродные датчики уровня, последовательно замыкающие цепи управления через электроды, опущенные в приемный резервуар. Система автоматизации WILO-MPS для насосов водоотведения 70
9. Наиболее сложно автоматизировать управление механизмами грабельного отделения. Варианты: • автоматическое включение механизмов очистки решеток с использованием реле времени; • при этом нерешенным остается вопрос об автоматическом включении дробилок, так как эти механизмы не приспособлены для автоматической работы. • использование комбинированных решеток-дробилок, легко поддающихся автоматизации. 71
Скачать презентацию Раздел 7 Оборудование насосных станций 1 Гидромеханическое
7-Oborudovanie NS.PPT