> Техника, страница 31 > Водоподъемные станции

Водоподъемные станции

Водоподъемные станции предназначаются для добывания воды из источника и перекачки ее в водопроводную сеть. Основными принадлежностями В. с. являются: всасывающие и нагнетательные насосы, приводящие их в движение двигатели и трубопроводы. При проектировании В. с. необходимо определить количество подлежащей перекачке воды, суммарный подъем ее, а также продолжительность работы насосов в течение суток. При определении мощности станции берется средний суточный расход воды в месяцы наибольшего потребления с учетом всех потерь воды, а также и расхода ее на собственные нужды станции. Максимальные часовые расходы покрываются из запаса регулирующего резервуара (смотрите Водонапорные резервуары). Подъем воды (всасывание-(-нагнетание) определяется по разнице между высшим уровнем воды в резервуаре и низшим уровнем ее в источнике с учетом потери напора в трубах. Число часов работы станции выбирается в зависимости от степени неравномерности потребления воды и объёма регулирующего резервуара. В больших городах наибольшее потребление воды происходит в течение 14—18 часов; этим определяется минимальная продолжительность работы станции и емкость резервуара. Обычно большие В. с. работают по возможности

равномерно и беспрерывно круглые сутки; резервуар наполняется ночью и регулирует часовые колебания расхода, отдавая запас днем. Малые В. с. работают 8—10 часов в сутки при резервуаре достаточной емкости.

При выборе числа насосов для подачи потребного суточного количества воды должен быть учтены: надежность, достигаемая постановкой запасных аггрегатов; соразмерность, устанавливаемая выбором подходящей мощности каждого аггрегата, и экономичность. В больших установках должен быть не менее двух запасных насосов для регулирования работы В. с. при капитальном и случайном ремонте. При основном электрич. оборудовании запасными аггрегатами должен быть дизель-насосы или паровые насосы; мощность отдельных аггрегатов выбирается в предположении, что каждый из них будет работать с полной нагрузкой и с наибольшим кпд. При переменной подаче насосы большой мощности могут оказаться менее выгодными, чем большее число насосов меньшей мощности, позволяющее комбинировать различную подачу. При выборе типа насоса должен быть учтено следующее: а) иасосы по возможности должен быть ходового типа, для которых можно получить во всякое время запасные части к ним; б) конструкция насосов должен быть надежна и долговечна; в) кпд должен быть достаточно высок и постоянен при разных условиях работ; г) эксплуатя насосов должен быть наивыгоднейшей; д) вся насосная установка должен быть приспособлена для различных возможных условий работы; в этом отношении выгоднее насосы разной производительности.

Насосы подразделяются на поршневые, плунжерные, центробежн., турбинные, пневматические и на другие специальные, редко применяемые типы. Объемные насосы имеют, разнообразную конструкцию. Достоинства этих насосов: высокий коэфф. полезного действия (до 0,84), остающийся постоянным при разных условиях работы, долговечность, надежность, возможность регулировки подачи и напора (путем изменения числа оборотов). Недостатки: высокая стоимость, большая занимаемая площадь, большой вес, трудность соединения с электромоторами и двигателями внутреннего сгорания, порча песком, который находится в воде, восприимчивость к гидравлич. ударам. Центробежные насосы, работа которых основана на превращении живой силы воды в статическое давление, находят большое применение в водопроводном деле. Кпд этих насосов не постоянен, и данный насос имеет максимальный кпд при определенном числе оборотов и определенном напоре, для которого и рассчитывается насос. При напорах бблыпих расчетного подача насоса уменьшается, кпд также сильно падает; при недопустимо высоких напорах подача совсем прекращается. При напорах меньших расчетного подача хотя и увеличивается, но кпд уменьшается и расход энергии растет. Поэтому центробежные насосы должны всегда работать при расчетных данных. Параллельная работа центробежных насосов возможна лишь в том случае, когда характеристика их имеет вид, указанный на фигуре 1, то есть если напор при закрытой за

Фигура 1.

Фигура 2.

движке выше напора при нормальной по даче; при характеристике же, изображенной на фигуре 2, когда напор при закрытой задвижке ниже напора при нормальной подаче, одинаковые напоры соответствуют двум разным производительностям, и параллельная работа насосов невозможна.

Центробежные насосы разделяются на насосы низкого давления—до 30 м, среднего— до 70 метров и высокого—выше 70 метров водяного столба. Для малых напоров насосы строятся с одним колесом, для больших напоров применяются многоступенчатые турбинные насосы. Преимущества центробежных насосов сравнительно с поршневыми: а) малая первоначальная стоимость и малые экс-плоатац. расходы; б) простота конструкции, малый вес, небольшие размеры занимаемой площади; в) возможность прямого соединения с электромоторами и быстроходными двигателями; г) невосприимчивость к гидравлическим ударам, возможность работы при закрытой задвижке, возможность подачи засоренной воды с песком и прочие;

д) параллельная работа для увеличения подачи и последовательная—для увеличения напора. Недостатки: а) малый кпд—70— 80%; б) малые пределы регулирования подачи и напора и необходимость работы при постоянных условиях; в) необходимость заливки водой при пуске; г) опасность развития большой подачи и перегрузки двигателя при порче напорной линии; д) возможность обратного хода при остановке напором воды в нагнетательной линии.

В обычных условиях применяются горизонтальные центробежные иасосы. Для глубоких колодцев применяются вертикальные центробежные насосы, опускаемые в шахту или трубу колодца на глубину стояния воды; они приводятся в движение мотором, расположенным наверху шахты и соединенным с насосом вертикальным валом (тип Фарко).

Для извлечения воды из глубоких колодцев (артезианских скважин) применяются пневматические водоподъемники —· аэролифты (смотрите), действующие посредством сжатого воздуха, вдуваемого в скважину на большой глубине и выбрасывающего из скважины смесь воды и воздуха. Системы пневматич. водоподъемников различаются между собой по конструкции, но в общем состоят из воздушной трубы, опущенной в скважину ниже динамич. уровня воды в ней (равного 2,25 высоты подъема) и помещаемой в центре или сбоку водяной трубы. Кпд аэролифтов 25—33%. Достоинства: а) большая, продуктивность; б) простота конструкции—отсутствие движущихся и трущихся частей, простота ухода и дешевизна эксплуатации, надежность действия; в) аэрация воды, что имеет значение в артезианских водах для выделения из них железа и марганца, хотя отложения солей железа могут вызвать ржавление труб. Недостатками пневматич. водоподъемников являются: а) низкий кпд, неравномерность подачи; б) невозможность горизонтального перемещения воды, благодаря чему требуется двойная перекачка ее—сначала в резервуар, а из него в сеть.

Двигателями для насосов В. с. являются паровые машины, паровые турбины, двигатели внутреннего сгорания и электромоторы. Паровые машины тендем-компаунд и тройного расширения с перегретым паром с конденсацией, с клапанным парораспределением, с числом оборотов до 60 в минуту применяются при поршневых и плунжерных насосах, непосредственно соединенных с машиной. Преимущества паровых машин: легкая регулировка числа оборотов и давления и возможность экономичной работы при изменяющихся условиях подачи воды, надежность действия и длительность службы. Недостатки: дороговизна, большие размеры занимаемого места (с котлами), дорогая эксплуатя. Паровые турбины применяются для насосов большой мощности. Насосы в большинстве случаев соединяются с турбиной шестеренной передачей, уменьшающей число оборотов насоса до той величины, которая дает наибольший кпд. Преимущества турбины перед паровыми машинами: меньший расход пара (на 25%), малые размеры турбины и занимаемой ей площади, простота и вместе с тем надежность конструкции, дешевая стоимость эксплуатации и ремонта, удобство соединения с центробежными насосами.

Для насосов большое применение получили дизеля. Насосы соединяются с дизелями ременной или шестеренной передачей. При больших мощностях шестеренные передачи громоздки, а ременная требует применения специальных широких ремней с натяжными приспособлениями типа Леникс. Дизеля имеют высокий кпд и малый расход топлива, могут быть быстро пущены в работу и занимают меньше места, чем паровые машины с котлами. Термическ. кпд разных двигателей:

Дизель .. 32,0—35,3

Газовый двигатель..-. 18,0—27,5

Паровая турбина до 2000 IP..10,6—16,2

Паровая машина..9,1—15,4

Электродвигатели применяются при центробежных насосах, помещаемых на одном валу, реже — для быстроходных плунжерных насосов. Электродвигатели ставятся переменного тока, реже—постоянного. Двигатели переменного тока—синхронные и асинхронные, с постоянным числом оборотов, высокого (2 000—6 000 У) и низкого (220 V) напряжения. Преимущества электромоторов: а) малая первоначальная стоимость; б) малые эксплуатонные расходы; в) незначительность занимаемого места; г) удобство соединения с центробежными насосами. Недостатки: а) постоянство числа оборотов при переменном токе; б) ненадежность электрической установки, требующей наличия в виде запаса другого рода двигателей; в) необходимость ставить двигатель на максимальную нагрузку насоса; г) порча от сырости и пыли.

В. с. устраивают вблизи источника, при реках—на высоком незатопляемом берегу. Насосы, забирающие воду из источника, располагают на таком уровне, чтобы высота всасывания не превышала 5-6 метров Это достигается помещением насосов в случае надобности ниже уровня земли—в подвалах, в шахтах. При очистке воды вводится двойная перекачка: из реки—на очистительные сооружения и из сборного резервуара чистой воды—в сеть или водонапорную башню. В этом случае насосы первого подъема ставят внизу, в подвале машинного здания, а второго—наверху, на уровне земли.

Всасывающий трубопровод должен быть по возможности коротким и достаточного диаметра для уменьшения потери напора. Трубы должны идти повышаясь к насосам; так как скопление воздуха во всасывающей трубе может прекратить действие насоса, то соединения труб делают воздухонепроницаемыми; на всасывающей трубе устанавливают воздушный клапан, а выделяющийся из воды воздух должен удаляться особым вакуум-насосом. На нагнетательных трубах также ставят воздушный клапан для предохранения от гидравлических ударов и, кроме того, обратный клапан. Всасывающие и нагнетательные трубы соединяются с насосами задвижками. Все трубы обычно помещаются в особых галлереях. Насосы должны быть присоединены ко всем трубопроводам на случай порчи одного из них. Для учета воды на нагнетательной линии у каждого насоса ставят водомер Вентури, а также манометр и вакуумметр для показания давления и всасывания.

Помещение насосной станции должен быть несгораемое: кирпичное или железобетонное, с несгораемой крышей; полы, для чистоты, устраивают плиточными. Здание должен быть хорошо освещаемо и вентилируемо. Расположение двигателей и насосов должно давать возможность удобного их обслуживания. Все управление паровыми вентилями, водяными задвижками и электрич. приборами необходимо сосредоточивать у машины, равно как и все приборы, показывающие работу машин. Для паровых установок рядом с машинным зданием устраивают котельную. При дизелях строят помещения для нефтяных и масляных баков. Нефтяные резервуары на дворе станции, в противопожарных целях, обносят земляным валом. При электроснабжении устраивают помещение для трансформаторов и для приборов тока высокого напряжения. При станции должны быть служебное помещение и ремонтная мастерская.

Особое устройство имеют станции пневма-тич. водоснабжения. Вода, добываемая из скважины аэролифтом или насосом, накачивается в герметически закрытый железный резервуар, соединенный вверху с таким же резервуаром, наполненным воздухом при известном давлении. Из резервуара вода выходит под давлением в разводящую сеть труб. Давление воздуха должно быть вдвое больше требуемого напора в сети. Накачивание воздуха в резервуар и пополнение его по мере израсходования производится воздушным компрессором. Пневматическая станция удобна для водоснабжения небольших городов, так как она не нуждается в водонапорных башнях и является простой и удобной в эксплуатации.

При электронасосах применяются особые автоматические приспособления для пуска и остановки моторов в зависимости от падения или повышения давления в резервуаре; это еще более упрощает эксплуатю, делая ненужным постоянное пребывание на станции машиниста.

Лит.: См. Водоснабжение. Н. Гущин.