Насосные станции первого подъема при заборе воды из поверхностных источников

При заборе воды из поверхностных источников - рек, озер, водохранилищ - насосные станции первого подъема подают ее обычно на сооружения водоочистки. График подачи насосных станций определяется работой очистных сооружений и назначается, как правило, равномерным круглосуточным, или равномерным в течение одной - двух смен за сутки.

Вид водозаборного сооружения и его расположение относительно водоисточника предопределяет размещение и заглубление насосной станции. На рисунке 4.5. приведены наиболее типичные схемы насосных станций. Выбор какой-либо из них производится одновременно с проектированием водозабора. Раздельное расположение водозабора и насосной станции применяется при пологих берегах. При крутых берегах или вертикальных насосах насосную станцию проектируют, как правило, совмещенного типа, принимая ее заглубление равным заглублению водоприемника.

Последовательность расчета и проектирования насосной станции первого подъема.

1. Устанавливается согласно [1] категория насосной станции (в курсовом проекте категория может быть задана). Расчетная часовая производительность насосной станции определяется по формуле (4.1). Принимается число рабочих насосов (не менее двух для насосной станции I категории). Подача каждого из параллельно работающих насосов вычисляется по формуле (4.5).

2. По величине расчетного секундного расхода по формуле (4.2) и значениям экономичных скоростей в соответствии с таблицей 3.1 определяются диаметры всасывающих и напорных водоводов. Для насосных станций первой и второй категорий число ниток водоводов должно быть не менее двух. Всасывающие водоводы первой и второй категорий рассчитывают на пропуск полного расчетного расхода при отключении одной из ниток, для насосных станций третьей категории допускается снижение расхода на 30 %.

Рис.4.5. Схемы насосных станций 1 подъема при поверхностных водозаборах: а) - раздельная с русловым водозабором; б) - совмещенная с береговым водозабором; в) - раздельная с береговым водозабором; г) - совмещенная с русловым водозабором; 1 - оголовок; 2 - самотечный водовод; 3 - сифонный водовод; 4 - водоприемная камера; 5 - плоская сетка; 6 - всасывающее отделение; 7 - всасывающий водовод; 8 - горизонтальный насос; 9 - береговой приемно-сетчатый колодец; 10 - насосная станция; 11 - камера переключений; 12 - вращающаяся сетка; 13 - павильон совмещенной насосной станции; 14 - вертикальный насос.

3. По данным гидрологической характеристики источника устанавливается отметка низшего уровня воды, м, в береговом колодце или приемной камере

Z_бк = Z_гнв - h_с - (0,1 - 0,15), (4.9)

где Z_гнв - отметка горизонта низших вод в источнике, м; h_с - потери напора в самотечных линиях и оголовке, или в водоприемных отверстиях, м; 0,1 - 0,15 м - потери напора в сетках.

4. Расчетный, требуемый напор насосов, м, при расчетной подаче вычисляется по формуле

Н = Z_ос - Z_бк+ h_нс + h_вс + h_вод + h_вм + Н_св (4.10)

где Z_ос – верхняя отметка воды в первом сооружении станции водоочистки, м; h_вс – потери напора во всасывающем водоводе, определяемые по формуле (2.2), м; h_вм – потери напора в водомере, обычно назначаемые в пределах 1-2 м; остальные обозначения даны в формуле (4.3).

5. По значениям расчетной подачи и напора производится выбор марки насоса по каталогу [3] или по [3 и 5], или по прил. 1 с учетом схемы его установки. Для уменьшения размеров заглубленных насосных станций предпочтительнее насосы с вертикальным расположением вала. При нескольких альтернативных вариантах подбора отдают предпочтение насосам с наибольшим КПД.

6. Строится график совместной работы выбранных насосов и водоводов. Характеристика водоводов строится по значениям расходов и соответствующим им требуемым напорам, м, подсчитанным по формуле

Н = Н_г + Q² (S_вс / n ² + S_нап / m² ) + Н_св, (4.11)

где Н_г - геометрическая высота подьема воды, м, Н_г = Z_ос - Z_бк, как показано на рис. 4.6; S_вс, S_нап - сопротивления всасывающего и напорного водоводов, определяемые по формуле (2.3):

S_вс = А _нап, L_вс, S_нап = А _нап L_нап,, (4.12)

где А _вс, А _нап - удельные сопротивления соответственно всасывающего и напорного водоводов; L_вс, L_нап - протяженность всасывающего и напорного водоводов; n - число ниток всасывающих водоводов; m - число ниток напорных водоводов.

Если рабочая точка не совпадает с расчетной и отклонения напора или подачи превысят допустимые для потребителя (обычно до 10%), производят регулировку работы насосной станции изменением частоты вращения вала насоса, срезкой рабочего колеса, дросселированием задвижкой, совместной работой нескольких агрегатов и др. (см. п. 2.3, 2.4).

7. В зависимости от категории насосной станции по [1] определяется число резервных насосов. Они в сумме с рабочими составят общее количество насосов. Деление насосов на рабочие и резервные условное, правила их установки и работы одинаковые.

Составляется монтажная схема насосного агрегата, определяются размеры фундамента по п.2.5. Размещают насосные агрегаты в плане машинного зала. В заглубленных машинных залах применяют компактную планировку, уменьшая расстояние между агрегатами до 0,7 м.

8. Определяется высотное положение насосов и двигателей в насосной станции. Для удобства запуска насосы лучше устанавливать под залив, при этом верх насоса заглубляют на 0,3 - 0,5 м под низший уровень воды во всасывающем отделении берегового колодца или водоприемной камеры. При установке насосов не под залив (обычно для насосных станций ll и lll категории) отметку оси насоса определяют с учетом вакууметрической высоты всасывания по формуле (2.12).

Рис. 4.6. Схема к определению напора насосов первого подъема: 1 - приемно-сетчатый береговой колодец; 2 - насосная станция; 3 - всасывающий трубопровод; 4 - насос; 5 - водомер; 6 - напорный водовод; 7 - очистные сооружения; h_вм – потери напора в водомере; Z_гнв, Z_гвв – отметки горизонтов низших и высоких вод в источнике

Вычисляют отметку пола машинного зала. В заглубленных насосных станциях, совмещенных с водозабором, пол удобно располагать на уровне дна водоприемной камеры.

8. Производится трассировка внутристанционных трубопроводов. К каждому насосу обычно протягивается самостоятельный всасывающий трубопровод от водозабора. При большом числе насосов для уменьшения количества всасывающих водоводов в насосной станции прокладывают объединительный коллектор, к которому подключаются насосы. Напорные трубопроводы объединяются таким же коллектором внутри насосной станции, или за ее пределами в специальной камере переключений.

Определяются места установки запорно-регулировочной арматуры. На всасывающем трубопроводе задвижка обязательно предусматривается при установке насосов под залив, на напорном трубопроводе за насосом устанавливают обратный клапан и задвижку. Наиболее распространенные схемы размещения насосов и арматуры в насосных станциях показаны на рис. 4.7. Задвижки должны обеспечивать отключение любого насоса и участка трубопровода в случае аварии. В приложении 10 приведен пример планировки насосной станции первого подъема.

Рис.4.7. Схемы размещения насосного оборудования, трубопроводов и арматуры в совмещенных насосных станциях: а), в) - круглые в плане с горизонтальными насосами; б) - круглая в плане с вертикальными насосами; г) - прямоугольная с горизонтальными насосами; д) - прямоугольная с вертикальными насосами; 1 - водоприемная камера; 2 - насос; 3 - напорный трубопровод; 4 - камера переключений; 5 - напорный водовод

Расходомеры размещают на напорном трубопроводе внутри насосной станции при наличии прямолинейного участка длиной 5 - 8 диаметров до и 3 - 5 диаметров после прибора. При отсутствии такого места водомер устанавливают в специальной камере за пределами станции. В насосной станции предусматривают вакууметр и манометр, приборы измерения электрических величин, системы автоматики.

9. Для заливки горизонтальных насосов, установленных выше уровня воды в водозаборной камере, используют вакуум-насосы. Их производительность, м³/ мин, определяется по формуле (3.1).

Вакуум-насосы, основной и резервный, размещают по обычным для насосов правилам в здании насосной станции и присоединяются трубопроводами ко всем установленным водопроводным насосам. Для постоянного поддержания вакуума могут применяться вакуум-котлы. Для заливки небольших насосов используют напорный трубопровод, специальный резервуар и т.п. (см. п.3.5).

В заглубленных машинных залах предусматривают систему отвода дренажных и аварийных вод: уклон пола, водосборные лотки, приямок, дренажные насосы.

Для насосов типа В подводят из технического водопровода чистую воду для охлаждения подшипников. Для промывки самотечных водоводов предусматривают трубопровод от напорной линии насосов.

10. В качестве грузоподъемного оборудования в наземной части насосной станции устанавливают мостовой или подвесной кран, который способен перемещать оборудование с монтажной площадки до места монтажа и разгружать его с кузова автотранспорта. При невозможности заезда автомобиля предусматривается дополнительно выносной кран, или монорельс с талью, способный перемещать груз через ворота или монтажный проем на монтажную площадку.

При заглубленном расположении машинного зала один грузоподъемный механизм может обслуживать подземную и наземную части насосной станции, используя монтажный проем в перекрытии. Применяется также система грузоподъемных устройств, расположенных в наземной и подземных частях станции, и обеспечивающих последовательное перемещение ими грузов через связующие монтажные площадки, как показано на рис.3.5.

11. Подземная часть насосной станции выполняется обычно в одном уровне с водоприемно-сеточной камерой. Если уровень грунтовых вод ниже уровня пола, то подземная часть выполняется как у обычных промышленных зданий - с раздельными фундаментами под насосное оборудование и под строительные конструкции. При высоком уровне грунтовых вод подземная часть выполняется камерного типа - в виде тонкостенной доковой конструкции с опиранием фундаментов насосов на днище камеры. Объем подземной части должен быть минимальным, размеры прямоугольной в плане камеры принимаются кратными 1,5 м, круглой - 1 м.

Для сообщения наземного с наземным павильоном размещают лестницы с уклоном не более 45⁰ и шириной не менее 0,9 м.

Для наземной насосной станции строительная высота рассчитывается по формуле (3.2) и округляется до ближайшей стандартной (см. раздел 3.5). При высоте машинного более зала 4,8 м служебные и вспомогательные помещения - бытовые, электрической части - могут быть вынесены в пристройку меньшей высоты.

При наличии мостового крана или при высоте наземного павильона более 6 м рекомендуется каркасная конструкция здания, как описано в разделе 3.5. В остальных случаях возможны бескаркасные конструкции с несущими кирпичными стенами. В бескаркасных зданиях длина обычно кратна 1,5 м.