Технологические особенности работы насосной станции холодного водоснабжения

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ ХОЛОДНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Насосные установки  широко применяются на электромашиностроительных  предприятиях для перекачивания  жидких сред, а также технологической  и охлаждающей воды. Сюда относятся  насосы для перекачки охлаждающей эмульсии в металлообработке, насосы в системе водоснабжения и канализации, специальные насосы для химических сред в гальванических цехах, насосы для пропиточных составов, лакокрасочных материалов и т.п.

Рис 1. Схема центробежного насоса

Наиболее широкое  распространение получили установки  с центробежными насосами(рис 1). В спиральном корпусе насоса помещается рабочее колесо с лопатками. При вращении колеса двигателем жидкость, поступающая к центру колеса из заборного резервуара через всасывающий трубопровод и открытую задвижку, центробежной силой выбрасывается по лопаткам на периферию корпуса. В результате в центре рабочего колеса создается разряжение, жидкость засасывается в насос, снова выбрасывается и далее подается в напорный трубопровод. Таким образом, в системе при открытой задвижке создается непрерывное течение, и центробежный насос имеет равномерный ход.

       Перед пуском центробежный насос нужно заполнить жидкостью. Насос может находиться как ниже, так и выше уровня жидкости. Если он расположен ниже уровня, то для его заливки достаточно открыть вентиль задвижки. Если же насос находится выше уровня перекачиваемой жидкости, то для заливки требуется создать разряжение внутри корпуса при помощи специального вакуум-насоса, в качестве которых обычно применяют поршневые насосы. После заливки насоса может быть включен приводной двигатель. Применяют три способа пуска:

I.   Пуск при закрытой напорной задвижке, при котором плавно повышается давление в напорном трубопроводе и исключается гидравлический удар в системе. От двигателя не требуется повышенный пусковой момент, так как пуск происходит практически вхолостую, но дополнительно тратится время на последующее открытие задвижки.

II. Пуск при открытой напорной задвижке удобен, если насос расположен ниже уровня жидкости в заборном резервуаре и имеется обратный клапан. В этом случае не тратится время на открытие задвижки, а пуск самого двигателя более длителен из-за увеличение Мс.п.

III. Пуск с одновременным включением привода открывания напорной задвижки насоса можно рассматривать как частные случаи первого и второго способов в зависимости от соотношения времени открывания задвижки и пуска насоса.

1.1. Режимы работы насосной установки.

       Режимы работы насосной установки  существенно зависят от изменения  режимов водопотребления.

Для объектов ЖКХ расход и давление жидкости изменяются непрерывно в течение суток, максимальный расход наблюдается в утренние и вечерние часы, минимальный —в ночные часы. Примерный суточный график водопотребления небольшого населенного пункта представлен на рис. 1

 

    Кроме того, режим водопотребления характеризуется кривой распределения подач, которая дает представление о диапазоне изменения водопотребления за тот или иной промежуток времени (месяц, год и т.п.) и длительности работы системы с тем или иным водопотреблением. (рисунок 1.2)

Рисунок 1.2. Кривая распределения водоподачи за год водопроводной станций

    Графики водопотребления характеризуются коэффициентами неравномерности. Максимальный коэффициент неравномерности:               

K_max=Q_max/Q_cp,                                          (1.1)

где Q_max- максимальное водопотребление;

      Q_cp-   среднее значение водопотребления.

             Минимальный коэффициент неравномерности:

                                                        K_min= Q_min/Q_cp,                                             (1.2)

где Q_min-минимальное водопотребление.

Диапазон колебания  водопотребления характеризуется отношением

                                                        = Q_min/ Q_max,                                              (1.3)                 

которое может  быть также выражено через коэффициенты максимальной и минимальной неравномерности

                                                    = К_min/ К_max                                        (1.4)

 

    Далеко не всегда можно подобрать насосный агрегат, который сможет обеспечить требуемый расход жидкости при заданном давлении. Проще всего подобрать насос, который с запасом может выполнить поставленную задачу, а получившиеся «излишки» куда-нибудь сбросить. Самый простой способ — закольцевать выход насоса с его входом и установить перепускной вентиль, который будет регулировать поток обратной воды. Потребление электроэнергии электродвигателем в этом случае совершенно не зависит от производительности насоса.  Возможна периодическая работа насосного агрегата при управлении в старт-стопном режиме на демпфирующее устройство, обеспечивающее поддержание требуемого технологического параметра. Оно будет компенсировать броски и провалы потока жидкости при пуске и остановке насоса. Классическим примером подобного регулирования является работа водонапорной башни. В связи с тем, что время работы электродвигателя существенно больше времени его пуска, можно считать, что КПД насоса близко к максимальному значению.

  Все насосные  станции, работающие в системе  «Горводоканала» можно разделить  на станции, работающие в автоматическом режиме через аккумулирующую емкость и станции, работающие в постоянном режиме из городского водовода в сеть.

      Режим работы насосной установки, подающей воду потребителю через аккумулирующую емкость, характерен тем, что в отдельные периоды времени подача насосной установки отличается от водопотребления. Если подача больше водопотребления, уровень воды в резервуаре поднимается, если меньше, уровень падает. В случае равенства подачи и водопотребления уровень в резервуаре стабилизируется на одной отметке.

Регулирование режима работы насосной установки, состоящей из двух агрегатов, осуществляется включением агрегатов при снижении уровня воды до заданного нижнего значения и отключением при достижении заданного верхнего значения. Затем цикл повторяется. Данная станция работает в довольно экономичном режиме энергопотребления в том случае, если нагрузка электродвигателей приближается к номинальной, а мощность не превышает десятков кВт. При больших мощностях и частых пусках возникают дополнительные потери, как электроэнергии, так и потери, связанные с преждевременным износом оборудования.

Сантехническая  схема насосной станции Горводоканала, работающей  в постоянном режиме, представлена на рисунке 1.3,

  где:

          1 – городской водовод;

2,3,4,8,12,13– запорные  технологические задвижки;

7– обратный  клапан;

5,6– насосы (основной, резервный);

11–  напорный  водовод сети;

9-электродвигатель  основной;

10- электродвигатель  резервный.

 

  Электродвигатель  насоса  данной станции пускается  прямым включением в сеть  с помощью магнитного пускателя и работает постоянно. Насос 5 (6)  забирает воду из городского водовода 1 и через  обратный клапан 7 и задвижку (8) подает непосредственно в напорный  водовод 11.

  Производительность  насоса   выбирается  по предполагаемому расходу воды из водовода 11  и обычно с достаточным запасом. Соответственно с запасом выбирается  и электродвигатель. В течение  суток наблюдается  колебание давления  в водоводе 11  в зависимости  от разбора воды. При  резком снижении разбора воды в ночное время  давление поднимается значительно выше  установленного,  что приводит  не только к потерям электроэнергии, так как электродвигатель работает с постоянной частотой вращения, но и к потерям воды  в результате утечек в вентилях, задвижках, соединениях.

  В данной  ситуации однозначно следует  рекомендовать регулирование   производительности насоса в  зависимости от расхода.

1.2 Способы регулирования  и технико-экономическая эффективность 

Регулирующие  воздействия могут носить конструкторско-технологический характер или оперативно-эксплуатационный.

К конструкторско-технологическим  воздействиям на характеристики системы  насос-трубопровод следует отнести: 

1. выбор геометрических и технологических параметров самого трубопровода в соответствии с техническим заданием;
2. подбор параметров насоса;
3. обточка колеса насоса с целью изменения его характеристики;
4. замена колеса насоса с той же целью.

Все эти мероприятия выполняются  на стадии проекта, монтажа и наладки  трубопровода, они не могут быть использованы оператором в процессе ежедневной эксплуатации трубопровода, поэтому мы рассматривать их далее не будем.

В настоящее  время известны четыре метода оперативного регулирования режимов работы водопроводов: 

1. регулирование методом последовательного (параллельного) включения насосов;
2. регулирование методом  дросселирования трубопровода;
3. регулирование методом перепуска части подачи насоса на его вход;
4. регулирование изменением частоты вращения приводного электродвигателя.

 Преимущества  первого метода:

• метод достаточно прост, хотя и требует дополнительного парка насосов;
• позволяет изменять напор    в широком диапазоне его значений;
• высокий коэффициент полезного действия системы насос-трубопровод, если их характеристики согласованы.

 Однако этот  метод имеет существенные недостатки: основным недостатком этого метода является дискретность регулирования подачи, напора; при этом дискретность очень грубая; этим недостатком обусловлен и второй - создание в системе насосная станция-трубопровод волн давления (напора), которые распространяются вдоль трубопровода со скоростью распространения звука в воде, что отрицательно сказывается на трубопроводе;  нельзя получить промежуточные значения напора и подачи, в том числе меньше тех, что имеет место при работе одного насоса.

В виду указанных  недостатков в чистом виде этот метод  не применяется, он нашел широкое  применение в практике в сочетании  с методом дросселирования, реже - с методом перепуска.

     Второй метод – дросселирование, осуществляется задвижками на напорной или всасывающей линии.

     Метод регулирования подачи задвижкой на напорном патрубке насоса основан на увеличении сопротивлении в напорной линии. Этот способ наиболее распространен, так как в этом случае не требуется установки дополнительного оборудования.

     При  данном способе регулирования  изменяется характеристика сети. При закрывании задвижки на  напорном трубопроводе увеличивается  сопротивление трубопровода. Характеристика  трубопровода (рисунок 1.4) становится  более крутой и пересекает  характеристику насоса Q-H в точке R₁. КПД насосной установки уменьшается с увеличением разности между напором, развиваемый насосом, и напором, требуемым в сети.

     При  этом способе регулирование возможно  только в сторону уменьшения  подачи. Для оценки экономичности регулирования с помощью задвижки на напорном патрубке необходимо определить мощность и КПД насосной установки.

     Преднамеренное  изменение подачи и напора  насосов в соответствии с изменяющимся  режимом работы системы называется  регулированием. Центробежные насосы регулируются путем изменения степени открытия задвижки (затвора) на напорной линии или путем изменения частоты вращения рабочих колес.

      Прикрывая или открывая затвор, изменяют крутизну характеристики Q-H трубопровода (рисунок 1.4), которая зависит от его гидравлического сопротивления. Прикрывая затвор, увеличивают крутизну характеристики трубопровода, при этом рабочая точка насоса А₁ перемещается в положение А₂. В этом случае подача уменьшается до значения Q₂ напор, развиваемый насосом, возрастает до значения H₂, а напор на трубопроводе за затвором снижается до значения H^/₂. Снижение напора за затвором происходит за счет потерь напора ΔH в затворе.

     Увеличивая  степень открытия затвора, уменьшают  крутизну характеристики трубопровода. Вследствие этого подача увеличивается, напор, развиваемый насосом, уменьшается, а напор в трубопроводе за затвором возрастает. Этот способ регулирования, именуемый дросселированием, считается малоэкономичным, так как на преодоление дополнительного гидравлического сопротивления в затворе требуются дополнительные затраты энергии.

Рисунок 1.4- Характеристики насоса при регулировании задвижкой  на напорной линии.

Теряемая при  регулировании мощность

ΔN= Q_R h_д/102 _R,                                                              (1.6)

где  h_д- напор, теряемый за счет регулирования задвижкой;

       _R- КПД насоса, соответствующий подаче Q_R.

      КПД установки определяется по формуле: