Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Увеличение свойства жизни, критерий труда и его охраны, на фоне имеющих место стихийных бедствий, аварий, угроз вандализма, терроризма, также роста цен на энергоэлементы, электроэнергию и перебоев с ее подачей, налагает новые требования на выбор насосов для станций перекачки сточных вод.

Сейчас требуется:
– надежность и бесперебойность работы агрегатов, в том числе при аварийных и стихийных затоплениях станций;
– отсутствие при их штатного персонала;
– исключение аварийных выпусков;
– минимум шума при работе;
– максимум недоступности к оборудованию сторонних лиц;
– приспособляемость к колебаниям притока;
– высочайшая энергоэффективность.

Можно ли отыскать насосы, стопроцентно отвечающие данным требованиям? Чуть ли. Но им более соответствуют центробежные погружные агрегаты. Не поэтому ли ведущие насосные компании больше ориентируются на создание конкретно погружных электронасосов? А более прогрессивные потребители предпочитают их при строительстве новых и модернизации старенькых канализационных насосных станций (КНС). К примеру, водоканал городка Стокгольма обслуживает 350 КНС, и ни на одной (!) из их не осталось обычных насосов – все погружные. Кстати, операторы там отсутствуют вообщем, а с обслуживанием всех станций управляются только четыре сменные мобильные бригады по 2 человека.

За счет каких технических различий погружные канализационные насосы более соответствуют требованиям нынешнего денька? Сначала, это плотность всех электронных узлов агрегата, что позволяет ему бесперебойно, в отличие от традиционных (рис. 1), работать под уровнем воды, независимо от того, подводное ли место установки (рис. 2) либо сухое.

Рис. 1. Традиционная насосная станция накладна в строительстве и выводится из строя при затоплениях

Рис. 2. Станция на погружных насосах – сокращение строй издержек и работа в затопленном и сухом состоянии.

Тем обеспечивается также экономия 30–60% вкладывательных издержек за счет сокращения строй объемов (приемное и машинное отделение объединены) и исключения при влажной установке насосов систем отопления, вентиляции, технической воды. Более принципиальное преимущество кроется в особенностях закона сохранения. Дело в том, что 10–20% количества электронной энергии, подводимой к насосу, пропадает в нем. Большая часть утрат перебегает в тепло. А сколько? Представьте: всего 1 кВт утрат (это 10% от агрегата мощностью 10 кВт) продуцирует за 1 час столько тепла, что его хватает на нагрев 100 кг электродвигателя насоса до 100 °С!

Потому неизменное остывание нужно. В обычных насосах оно воздушное, в погружных – более действенное, водяное. Соответственно, их ресурс больше и допускаемое число пусков существенно выше, чем у воздухоохлаждаемых. Так, если для современных сухих электродвигателей рекомендовано максимум 6 пусков при мощности до 20 кВт, 4 запуска при 20–75 кВт и 2 запуска в час при 100–200 кВт, то погружные допускают в этом спектре мощностей, обычно, 15 включений в час. Погружной насос, в отличие от традиционного, сагрегатирован с движком в малогабаритный узел на очень маленьком едином валу. Благодаря этому энергия передается от ротора рабочему колесу с наименьшими потерями, также минимизированы несоосность и, соответственно, вибрация, шум, воздействие на подшипники и механические уплотнения.

Пожалуй, приведенных аргументов в пользу достоинства погружных насосов перед классическими довольно. Но, даже выбрав потрясающие погружные агрегаты, мы должны соблюсти определенные правила расчета и проектирования с учетом последующих советов.

Проектирование хоть какой канализационной насосной станции, в особенности большой, спецы ведут, исходя из ее наибольшей производительности на перспективу, неравномерности поступления воды, среднего и малого притоков. Наивысшую производительность рассчитывают по данным генерального плана развития городка (района). В США, к примеру, принимают за срок службы КНС 30 лет, а оборудование подбирают на перспективу 10–15 лет с возможностью предстоящего роста количества устанавливаемых агрегатов либо их производительности. Проектирование станции непременно должно проводиться с построением черт совместной работы насосов и напорных водоводов и их скрупулезным анализом. В процессе последнего часто появляются трудности с оптимальным подбором насосов как по количеству, так и по их характеристикам.

Трудности обычно связаны с значимой различием величин малой и наибольшей производительности насосной станции. Эта разница утежеляется требованием обеспечения пропуска 100% наибольшего расхода стоков на случай аварийного отключения 1-го из напорных трубопроводов. Потому расчетный спектр Q – H характеристик единичного насоса часто расширяется так, что обеспечить его работу в зоне оптимума по КПД и не вывести агрегат за границы ограничений по мощности либо кавитационному припасу очень и очень тяжело.

Как тут быть? Один из выходов – внедрение частотного регулирования. Но это приводит к существенному и далековато не всегда оправданному удорожанию оборудования. До того как использовать преобразователь частоты, необходимо детально проанализировать свойства водоводов и насосов с учетом снижения частот. То, как верно это делать, описано в российских и многих забугорных трудах. В статье мы ограничимся только одной короткой рекомендацией: «Если гидростатическая составляющая в величине общего напора системы превосходит 50% – частотное регулирование нецелесообразно».
Предлагаем на ваш трибунал два варианта подбора насосов. Разглядим их на примерах кон-кретных технических заданий.

Пример № 1.

Расчетная производительность КНС, Q = 5700 м3/ч. Требуемый напор при аварийном выключении 1-го из водоводов Н = 48 м.
Малый реальный приток на станцию Qmin = 900 м3/ч.
Сначало были предложены 4 погружных насоса (два из их запасные) мощностью 490 кВт, подачей в номинале Q = 4100 м3/ч, напором Н = 37 м с частотным преобразователем, регулирующим работу 1-го из насосов. Графики совместной работы насосов, «частотника» и водоводов представлены на рис. 3.

Рис. 3. График совместной работы трубопроводов и погружных насосов мощностью 490 кВт (4 шт., 2 запасных) с частотным преобразователем на 1 насос

1 – черта системы при работе 2-ух трубопроводов;
2 – черта системы при работе 1-го трубопровода;
3 – черта насоса мощностью 490 кВт, 50 Гц;
4 – график совместной работы 2-ух насосов 490 кВт, 50 Гц;
5 – график совместной работы 3-х насосов 490 кВт, 50 Гц;
6 – черта насоса 490 кВт при частоте 35 Гц;
7 – черта насоса 490 кВт при частоте 40 Гц;
8 – черта насоса 490 кВт при частоте 42 Гц;
9 – график совместной работы насоса 490 кВт, 50 Гц и насоса 490 кВт, 39 Гц

Заказчик, признав это предложение наилучшим посреди других (назовем его вариантом № 1), попросил отыскать возможность удешевления. Задачку удалось решить средством подбора 2-ух групп агрегатов мощностями по 490 и 125 кВт (вариант № 2), отличающихся по величинам единичных подач примерно в той же пропорции, в какой соотносятся величины малого и расчетного притоков.

Из графиков совместной работы насосов и водоводов (рис. 4) видно, что, сочитая количество работающих агрегатов зависимо от притока, КНС управится с перекачкой стоков во всем спектре как в обычном, так и в аварийном режимах.

Анализ графиков по рис. 3, 4 позволяет сделать последующие выводы:
– оба варианта подбора оборудования, как № 1 (однотипные насосы плюс частотный преобразователь), так и № 2 (две группы насосов, отличающихся по подаче, без «частотника») обеспечивают аналогичную откачку, адекватную притоку на КНС;
– насосы по вариантам № 1 и № 2 управятся с откачкой 100% расчетного притока по одной нити водовода при подключении запасных агрегатов, установленных на КНС;
– совместно с тем, недочетом варианта № 1 (см. рис. 3) будет то, что огромную часть собственного времени (при притоках на КНС наименее 3000 м3/ч) агрегаты должны будут работать на частотах ниже 40 Гц.
Но в этом спектре скоростей вращения увеличивается опасность засорений рубахи остывания и рабочего колеса насоса содержимым стоков, а КПД фактически частотного привода приметно падает.
Не считая того, наименьшие насосы по варианту № 2 имеют более низкое размещение патрубков к уровню воды в приемном резервуаре и поэтому полнее употребляют его емкость, чем большие агрегаты.
В конце концов, набор оборудования по варианту № 2 оказался в ценовом выражении на 30% ниже, чем по варианту № 1 с «частотником».

Таким макаром, погружные насосы, подобранные в согласовании с колебаниями притока, группами различных типоразмеров, способны создавать откачку в более экономном режиме, чем одноразмерные агрегаты с частотным регулированием. Спектр подач и напоров, при всем этом, оказался обширнее, чем в варианте с «частотником». Совместно с тем, на особо больших насосных станциях рациональной возможно окажется совместная установка разнопроизводительных по-гружных и традиционных насосов.

Рис. 4. График совместной работы трубопроводов и погружных насосов мощностью 490 кВт (2 шт.) и насосов 125 кВт (4 шт.)

1 – черта системы при работе 2-ух трубопроводов;
2 – черта системы при работе 1-го трубопровода;
3 – черта насоса 125 кВт;
4 – график совместной работы 2-ух насосов по 125 кВт;
5 – график совместной работы 3-х насосов по 125 кВт;
6 – график совместной работы 4 насосов по 125 кВт;
7 – черта насоса 490 кВт;
8 – график совместной работы 1-го насоса 490 кВт и 2-ух по 125 кВт;
9 – график совместной работы 2-ух насосов по 490 кВт и 4 по 125 кВт

Пример № 2.

Расчетная подача насосной станции – 12 000 м3/ч, напор – 45 м, напор для прокачки 100%-го расчетного расхода при выключении 1-го из водоводов – 55 м, малый приток – 5500 м3/ч, средний приток – 8750 м3/ч. Проектом (вариант № 1) предусматривалось оснащение данной КНС семью погружными агрегатами мощностью 560 кВт каждый. Подобранные насосы вписывались в рабочие характеристики станции, но оказывались на пределе собственных способностей в случае аварии на напорной полосы (рис. 5).

Номенклатура всех узнаваемых фирм погружных агрегатов не позволяла тогда отыскать более подходящий «погружник», чем заложенный по проекту. А так как была велика опасность аварийных затоплений станции, то применение погружных насосов являлось нужным условием.

Тогда пришла мысль (вариант № 2) совместной установки 3-х традиционных агрегатов с сухими движками большей мощности (по 600 кВт) с 3-мя погружными (по 470 кВт) мощности наименьшей, чем по проекту. Подачи насосов при расчетном напоре – 2650 и 1260 м3/ч – соотносятся в той же пропорции, что и величины наибольшего и малого притоков.

На рис. 6 представлен график совместной работы этих агрегатов в системе 2-ух напорных водоводов, а в таблице приведено сопоставление характеристик насосной станции, снаряженной по проектному и комбинированному вариантам.

Рис. 5. График систем трубопроводов и работы 7 погружных насосов 560 кВт

1 – черта системы при работе 1-го трубопровода;
2 – черта системы при работе 2-ух трубопроводов;
3 – черта насоса;
4 – график совместной работы 2-ух насосов;
5 – график совместной работы 3-х насосов;
6 – график совместной работы 4 насосов;
7 – график совместной работы 5 насосов;
8 – график совместной работы 6 насосов;
9 – график совместной работы 7 насосов

Рис. 8. График систем трубопроводов и совместной работы 3-х погружных насосов по 470 кВт и 3-х «сухих» насосов по 600 кВт

1 – черта системы при работе 1-го трубопровода;
2 – черта системы при работе 2-ух трубопроводов;
3 – черта насоса 470 кВт;
4 – график совместной работы 2-ух насосов по 470 кВт;
5 – график совместной работы 3-х насосов по 470 кВт;
6 – график совместной работы 3-х насосов по 470 кВт и 1-го насоса 600 кВт;
7 – график совместной работы 3-х насосов по 470 кВт и 3-х насосов по 600 кВт

Результаты анализов работы насосов по вариантам № 1 и № 2
№№ режимов работы
Соответствующие величины притоков на КНС, м3/ч
Количество насосов, справляющихся с откачкой соответствующих притоков, по вариантам
Вариант № 1. Однотипные насосы по 560 кВт (7 шт)
Вариант № 2. Две группы насосов по 470 кВт (3 шт.) и по 600 кВт (3 шт.)
Количество сразу работающих насосов, шт
Удельная мощность (на валу) на перекачку 1000 м3 стоков в кВт-ч
Количество работающих 470-кВтных насосов, шт
Количество работающих 600-кВтных насосов, шт
Удельная мощность на перекачку 1000 м3 в кВт-ч
Экономия энергии по отношению к варианту № 1, %
1
2
3
4
5
6
7
8
1
5500
1
90,54
1
—
827,8
9,4%
2
8750
2
110,26
2
—
100,22
10,0%
3
12 000
4
147,22
3
1
142,8
3,1%
4
12 000
7
227,78
3
3
195,0
16,8%

Как видно из таблицы, разнотипные насосы по варианту № 2 обеспечивают перекачку по четырем главным точкам работы станции с экономией в среднем 9,3%. Так, среднегодовой объем КНС будет подан ими, по сопоставлению с агрегатом по проектному варианту № 1, с экономией 7,7 млн. кВт-ч, что при стоимости 0,8 рублей за кВт составит 6,1 млн. рублей в год. Это сравнимо с ценой 1-го из рассмотренных насосов. Не считая того, вкладывательные издержки на закупку 6 разнотипных агрегатов, против 7 погружных для данной станции, оказались на 20% ниже. При всем этом требование СНиП об установке на КНС 2-ух насосов с большей подачей (строчка 3 столбец 6 таблицы) также выдерживается по варианту № 2. В конце концов, установка 3-х погружных насосов по варианту № 2 является достаточной для обеспечения бесперебойной работы станции в случае ее затопления, так как при их параллельной работе объем перекачки составит 10 700 м3, т.е. 90% наибольшего притока.

ВЫВОДЫ.

Погружные насосы более много отвечают современным требованиям для станций перекачки стоков. Одновременное внедрение в КНС насосов разной производительности и даже различного типа возможно окажется, при ценовой выгоде, к тому же экономичнее в эксплуатации схожих по подачам и типам агрегатов, в том числе управляемых частотным преобразователем. Рекомендуемое соотношение величин подач насосов при всем этом должно быть примерно равным соотношению объемов наибольшего расчетного и малого фактического притоков на КНС.

С.Е. Березин
(ОАО «Лизинг экологических проектов», Москва)

Комментарии запрещены.