Лекция 4. Устройство и принцип действия установок для повышения напора

Установки для повышения давления в сети обеспечивают увеличение гарантийного давления в наружном водопроводе до величины требуемого давления во внутреннем водопроводе, необходимого для подачи расчётного расхода.

Насосные установки. В системе водоснабжения применяются центробежные (консольные) и моноблочные насосы. Марка и количество рабочих насосов определяются расчётом, а число резервных – по СНиП. Для увеличения производительности насосов применяют параллельные соединения насосов, а для увеличения давления в сети – последовательные соединения насосов. Насосная установка (рис. 2.10.) состоит из насоса, двигателя, всасывающего и напорного трубопроводов с задвижками, обратными клапанами и контрольно-измерительными приборами (манометры и термометры). Центробежные насосы крепят на одном валу с электродвигателем и устанавливают на фундаментной плите, возвышаюшейся над полом на 20 см. Расстояние между фундаментными плитами – 70 см, до стен – 1 м. Для надёжной звукоизоляции под насосными агрегатами (насос, электродвигатель) устанавливают амортизаторы, эластичные подкладки и вибровставки из эластичных патрубков длиной не менее 1 м на всасывающем и напорном трубопроводах. Насосный агрегат подсоединяется к фундаментной плите болтами, заранее выставленными в оставленные гнёзда.

Рис. 2.10. Насосные установки

а – установка с консольными насосами; б – схема установки; в – мо­ноблочный насос

Не разрешается устанавливать насосы под жилыми квартирами, учебными аудиториями, больничными палатами и другими подобными помещениями. Уровень шума не должен превышать 30 дБ.

Рис. 2.11. К определению полного напора насоса

Насосы подсоединяются к сети внутреннего водопровода после водомерного узла. При установке насоса следует предусмотреть устройство обводной линии с задвижкой и обратным клапаном. Пуск насосов может быть ручным, дистанционным или автоматическим. Противопожарные насосы имеют кнопочное включение, располагаемое у пожарных кранов. На напорном трубопроводе устанавливают манометр, задвижки или вентиль и обратный клапан; на всасывающем – задвижка. Трубопроводы соединяют с арматурой и насосом с помощью фланцев на болтах. Задвижки используют для включения и отключения подачи воды, обратный клапан препятствует прохождению воды через насос при отключении двигателя. Манометр даёт возможность контролировать давление, создаваемое насосом. В случае, когда насос работает совместно с резервуаром и находится не под заливом (ось насоса выше уровня воды в резервуаре), на всасывающем трубопроводе устанавливают вакуумметр.

Основными энергетическими параметрами насоса являются: давление (напор) H, подача (производительность) Q, мощность N, коэффициент полного действия (к.п.д.) η.

Напор (давление) насоса – это энергия, затрачиваемая насосом для подъёма воды. В действующем насосе полный напор, необходимый для подъёма жидкости, определяется:

,

Р_м – показание манометра, установленного на напорном трубопроводе;

Р_v – показание вакуумметра, установленного на всасывающей трубе;

Z – расстояние между центром манометра и точкой присоединения вакуумметра;

V_н и V_в – скорость в напорной и всасывающей трубах.

Для проектируемой насосной установки (рис 2.11) напор, достаточный для подъёма жидкости, определяется:

,

где H_г – геометрическая высота подъёма жидкости, равная разности геометрических высот всасывания и нагнетания;

(Р₁-Р₂) – разность давлений в местах забора и подачи воды;

hf – потери напора во всасывающей и напорной трубах;

γ – удельный вес жидкости.

Подача (производительность) – это количество воды, подаваемое насосом в единицу времени, измеряется обычно в м³/ч, м³/с или л/с.

Мощность – потребляемая мощность или мощность на валу насоса, необходимая для перемещения определённого объёма воды при нужном напоре с учётом преодоления всех видов потерь. Единица измерения – Вт или кВт.

.

где N_п – полезная мощность, сообщаемая перемещаемому потоку воды насосом;

η – к.п.д. насоса.

Полезная мощность определяется:

(кВт).

Коэффициент полезного действия насоса есть отношение полезной мощности N_п к мощности на валу насоса N:

.

Для центробежных насосов ÷0,9. Значения зависят от марки насоса и степени его изношенности. Этот коэффициент представляет произведение трёх к.п.д.:

,

где η₀ – объёмный к.п.д., учитывающий потери при утечке воды; η₀=0,8÷0,95;

η_Г – гидравлический к.п.д., учитывающий гидравлические потери на трение при движении потока воды и скоростные потери; η_Г=0,9÷0,98,

η_м – механический к.п.д., учитывающий потери в трущихся деталях, подшипниках; η_м=0,9÷0,98.

Основными характеристиками центробежных насосов являются: кривая H=f(Q) – характеристика, показывающая изменение напора в зависимости от изменения подачи насоса, кривая N=f(Q) – характеристика потребляемой мощности насоса; кривая η=f(Q) – характеристика к.п.д., соответствует данному числу оборотов рабочего колеса насоса. Энергетические характеристики насоса получают при испытании насоса на заводе-изготовителе и вносят в паспортные данные насоса. Изменение подачи насоса достигается прикрыванием задвижки на напорном трубопроводе. Если эту задвижку закрыть полностью, а насос пустить, то подачи не будет, но манометр покажет давление. Вырабатываемая мощность идёт на преодоление сопротивления при вращении лопаток в неподвижной водной среде. Работа насоса вхолостую может быть допущена на короткий срок, т.к. происходит нагрев насоса. При максимальном значении к.п.д. получаем расчётные значения подачи и напора.

Рис. 2.12. Схемы гидропневматических установок: а – установка переменного давления; б – установка постоянного давления

Если 2 или несколько насосов работают на 1 напорный трубопровод, то такая работа насосов называется параллельной. Параллельная работа насосов применяется для увеличении подачи насосов (Q=Q₁+Q₂, H=const), последовательная – для увеличения напора или давления (Q=const, H=H₁). Для двух работающих насосов строится совместная (суммарная) характеристика.

Гидропневматические установки состоят из насосной установки и гидропневматического бака. Выпускают гидропневматические установки переменного и постоянного давления. Их применяют для систем водопровода отдельных зданий или группы при наличии местных источников водоснабжения.

Установки переменного давления (рис. 2.12). Принцип действия: в гидропневматический бак вначале закачивается компрессором воздух под давление большим, чем требуется. При подаче воды потребителю вода под давлением воздуха вытесняется из бака. Уровень воды падает, давление снижается. При достижении определённого минимума включается автоматически от реле давления насос. Вода подаётся в бак, воздух сжимается, давление возрастает до первоначальной величины и насос отключается. Установки переменного давления создают колебание давления (напора) в сети, т.к. минимальное давление должно быть равно требуемому для данной системы водопровода здания, а максимальное давление при непостоянном баке значительно его превышает. Это увеличивает мощность насоса и непроизводительные расходы через оборудование из-за повышенных давлений в сети. Это можно снизить при установке регулятора давления на отводящей трубе. При больших расходах воды используют вместо одного водовоздушного бака два: один водяной, другой воздушный (рис. 2.12).

В гидропневматических установках постоянного давления воздух из воздушного бака поступает в водяной бак под постоянным давлением. Для этих целей используют редукционный клапан, устанавливаемый на трубопроводе, соединяющем 2 резервуара, который пропускает воздух из воздушного резервуара под определённым постоянным давлением. Такие установки применяют, когда колебание давление в сети недопустимо.

Водонапорные баки. Если давление в сети периодически ниже требуемого, то для обеспечения водой применяют водонапорные баки. Их назначение создавать запасы воды в период достаточного напора для подачи расчётного расхода воды в здание.

Водонапорные баки (рис. 2.13.) устанавливают на чердаке или на верхних этажах здания. Они могут быть прямоугольными и круглыми в плане. Проходы между баками и стенами не менее 0,5 – 0,7 м, со стороны поплавкового клапана – 0,8-1 м. Высота помещения, где устанавливается бак, не менее 2,2 м. Температура помещения не менее +2⁰С. Бак устанавливается выше пола на 0,5 м, что связано с удобством эксплуатации. Высота бака принимается 50 – 80 % от его диаметра. Объём бака 0,5 – 20 м³. В системе водоснабжения должно быть не менее 2-х из соображения бесперебойного обеспечения водой. Баки должны быть закрытыми, иметь люки с крышкой для осмотра и ремонта и постоянный водообмен для предотвращения ухудшения вкусовых качеств воды.

Рис. 2.13. Водонапорный бак

Бак устанавливают на поддоне из досок, обитых сталью (от сырости и течи из бака). Поддон ставится на настил из досок толщиной 5 см, а бак на деревянные брусья, уложенные в поддоне. Брусья и настил антисептируют. В оборудование водонапорных баков входят следующие трубы: подающая – диаметр трубы принимается в зависимости от расчётного расхода и устанавливается на высоте 50-100 мм от верха бака и оборудуется поплавковым клапаном не менее 50 мм; расходная (отводящая) – её диаметр принимается равным или больше диаметра подающей трубы, подсоединяется к баку выше дна на 50 мм, эту трубу можно подсоединить к подающей трубе, установив на отводящей трубе обратный клапан; переливная – подсоединяется к баку на высоте 150 мм от его верха. Вода из переливной трубы уходит в канализацию через стояк и переливную воронку. Спускная труба подсоединяется к дну бака и через вентиль с переливной трубой, её диаметр 40 – 50 мм и служит для удаления осадка и выпуска воды из бака; сливная – для удаления воды из поддона, её диаметр 25 мм, сигнальная – присоединяется на 50 мм ниже переливной трубы, её диаметр 15 – 20 мм. Она устанавливается, если нет сигнализации уровня воды в баке.

Емкость бака в жилых зданиях не должна быть менее 5 % суточного расхода (при автоматическом пуске), а при ручном не менее 20 %. В объём водонапорного бака обязательно должен входить десятиминутный противопожарный запас воды на пожарные краны. Установку водонапорных баков ведут согласно СНиП 2.04.01-85.

Поиск по сайту: