Заглубленные водопроводные насосные станции
Водопроводные насосные станции, забирающие воду из рек и водохранилищ, в которых уровни воды подвержены значительным колебаниям, приходится устраивать заглубленными. При больших насосах высота всасывания не должна превышать 2—3 м, между тем берег может быть расположен над наинизшим уровнем на большой высоте. В таких случаях основание станции окажется на уровне и даже ниже самого низкого горизонта в реке.
При заборе воды из скважин горизонтальными насосами станции также иногда опускают ниже уровня грунтовых вод. Стены заглубленных насосных станций должны выдерживать боковое давление грунта и иметь изоляцию от грунтовых вод. Это сильно удорожает постройку таких станций. Самой выгодной для заглубленных станций является круглая форма. Она наиболее удобна при опускном способе постройки, особенно когда имеются грунтовые воды.
Более дорогим способом является искусственное понижение уровня грунтовых вод, но при этом постройка ведется в сухом грунте. При скалистых и плотных глинистых грунтах постройки ведутся в открытом котловане. Ввиду высокой стоимости зданий заглубленных насосных станций их размеры приходится уменьшать, а потому и агрегаты располагают несколько теснее, чем в наземных зданиях.
Расположение агрегатов в круглых станциях показано на рис. 106. Электрооборудование в заглубленных станциях обычно располагают на втором этаже над машинным помещением или рядом в пристройке на поверхности земли.
Заглубленные водопроводные насосные станции с вертикальными насосами
Применение вертикальных центробежных насосов с электродвигателями дает возможность уменьшить размеры станции в плане и этим значительно снизить стоимость ее устройства. Прежде вертикальные насосы для заглубленных станций применялись редко, но теперь уже освоено производство вертикальных насосов и электродвигателей к ним.
Еще более рациональным является совмещение заглубленной насосной станции, оборудованной вертикальными насосами, с водоприемным колодцем или камерой. Вместо двух сооружений — водоприемного колодца и насосной станции — в таком случае строится одно общее. Иногда достаточно бывает немного увеличить размер приемного колодца, чтобы можно было расположить в нем вертикальные насосы.
На рис. 107 показана заглубленная водопроводная насосная станция, оборудованная четырьмя вертикальными насосами; оставлено место для установки насосов при будущем расширении насосной станции. Из реки вода подводится деревянными галереями в камеру 1, а из нее через сетки проходит в подвал станции, разделенный на три камеры.
Во время половодья пол насосной станции выдерживает давление воды снизу. Вертикальные электродвигатели расположены в верхнем этаже.
На рис. 108 и 109 представлена насосная станция первого подъема. Из водоема, созданного плотиной, вода шестью водоводами диаметром 700 мм подается самотеком в углубленный ниже дна насосной станции приемный колодец. Две всасывающие трубы предназначены для обслуживания четырех насосов.
Задвижки на соединении двух всасывающих труб и две задвижки по одной на каждой всасывающей трубе вместе с четырьмя задвижками у самых насосов дают возможность любую всасывающую трубу соединять с любым насосом. В случае ремонта задвижки между двумя всасывающими линиями необходима остановка всех четырех насосов. Чтобы избежать этого, в данном случае лучше совершенно отделить всасывающие водоводы, чтобы каждый из них обслуживал только два насоса.
Уровень расположения насосов таков, что только изредка они должны засасывать воду, как правило она подходит к ним под напором; поэтому, кроме четырех задвижек у насосов, поставлено еще по задвижке на каждой всасывающей трубе у стены. Еще лучше было бы подвести к каждому насосу свою всасывающую трубу.
Размеры станции в плане несколько преувеличены, так как предполагалось оборудовать станцию горизонтальными насосами. Станция изолирована от воды двумя слоями рубероида с проклейкой пиколем. Электрооборудование помещено в бронированных ящиках, поставленных по наружной стене в первом этаже. На рис. 110 показана насосная станция с пятью вертикальными насосами. Камера переключений здесь отнесена далеко от станции, что не вызывается необходимостью. Ширину станции можно было бы еще уменьшить.
Станции с пропеллерными насосами
Пропеллерные насосы, широко применяемые в мелиоративном деле, до сих пор почти не нашли применения в водопроводном деле. Между тем пропеллерные насосы позволяют уменьшить размеры заглубленных станций. Пропеллерный насос можно установить в береговом колодце без особого помещения для станции. Может понадобиться только некоторое расширение берегового колодца.
Пропеллерные насосы в мелиорации применяются для больших расходов и устраиваются двух типов — вертикальные и горизонтальные; для водоснабжения пригодны только первые. Подъем речных или озерных вод на очистные сооружения требует напора 20—30 м, что обеспечивают трех-четырехколесные пропеллерные насосы. На рис. 111 показан двухколесный пропеллерный насос.
Во многих случаях могут быть применены для водоснабжения и одноступенчатые пропеллерные насоосы в качестве подсобных при насосных станциях большого напора. НА одной из крупных рек в береговом колодце были запроектированы пропеллерные насосы для подъема воды на 6—7 м к насосам главной станции. Углубление главной станции на 7—8 м в скалистом берегу требовало больших расходов, а с установкой пропеллерных насосов (рис. 112) надобность в заглублении станции отпала.
При больших расходах и небольших напорах преимущество пропеллерных насосов перед центробежными состоит в том, что пропеллерные насосы работают с быстроходными электродвигателями, тогда как центробежные насосы при малых напорах тихоходны. Поэтому при быстроходных двигателях необходимо применение ременной передачи или редуктора либо установка дорогого тихоходного электродвигателя. Кроме того, пропеллерные насосы проще по конструкции занимают меньше места.
Станции с вертикальными насосами нового типа
В настоящее время освоено производство осевых насосов большой производительности (рис. 113). Одна из моделей 24А-18Х1 имеет производительность 336 л/сек и напор — 45 м вод. ст.; мощность электродвигателя—230 квт; число оборотов в 1 мин.—п =1450. Изменением числа колес напор может быть увеличен или уменьшен. По своему устройству насосы подобны глубоководным насосам для буровых скважин, разница только в диаметре трубы и колес. Скважины такой производительности почти не встречаются, поэтому насосы предназначены для подъема поверхностных вод.
Наличие таких насосов позволяет коренным образом изменить устройство береговых насосных станций. Основой станции становится береговой колодец несколько расширенных размеров. В всасывающее отделение колодца вместо всасывающих труб опускают насосные трубы в электродвигатели располагаются на перекрытии.
Вместо павильона, над береговым колодцем устраивают здание прямоугольной формы для размещения арматуры, электрооборудования и пр. Все трубы и их соединения могут находиться в подвальном помещении. Схема станции приведена на рис. 114а. Береговой колодец помещается в здании станции. Возможна и другая конструкция, показанная на рис. 1146.
Приемная часть колодца находится вне здания, а стена здания располагается на перегородке колодца. Здесь усложняется устройство фундамента здания. При дальнейшем развитии конструкции на берегу вместо колодца устраивается буровая скважина (рис. 114) диаметром 1,0—0,4 м. Вода из руслового водоприемника подводится сифоном, присоединяемым непосредственно к обсадной трубе. Нисходящей ветвью сифона служит буровая скважина.
Дно скважины покрывается бетоном. В буровую скважину вставляется глубинный насос требуемой мощности. Кольцевое пространство между насосом и осадной трубой герметически закрывается. При откачке вакуумнасосом воздуха из кольцевого пространства сифон заряжается, после пуска насоса он начинает подавать воду.
Схема коммуникаций трубопроводов внутри станций
Внутри станции размещаются всасывающие и напорные трубопроводы насосных агрегатов. Соединения их должны быть устроены так, чтобы при повреждении насоса, задвижки или участка трубопровода расход воды уменьшался возможно меньше.
Поэтому необходимо, чтобы при ремонте какого-либо насоса, задвижки или узла можно было выключить лишь один насос или не более двух. Кроме того, надо обеспечить легкий доступ к задвижкам и агрегатам. Если к насосной станции подходит один всасывающий или от нее отходит один напорный трубопровод, то вышеперечисленные требования невыполнимы.
По схеме рис 115а при ремонте любой из задвижек останавливается вся насосная станция; по схеме рис. 1156 при ремонте задвижек 2 и 3 также прекращает работу вся станция. Однако, если учесть, что в процессе эксплуатации задвижки, установленные непосредственно у насосов, закрываются и открываются каждый раз во время пуска или остановки агрегатов, а остальные задвижки 1, 2, 3 и 4 закрываются редко, только во время аварийных работ, а следовательно, и реже требуют ремонта, то постановка дополнительных четырех задвижек по схеме рис. 115б все же дает более длительную гарантию бесперебойной работы насосной станции.
Часто применяемое кольцевание при одном напорном трубопроводе (схема рис. 115s) также не приводит к желательным результатам так как при ремонте задвижки 1 или 2 требуется полное выключение насосной станции. Однако кольцевая схема в) все же выгодно отличается от схемы б) тем, что при ремонте любой из задвижек, установленных непосредственно у агрегатов по схеме в), выходит из строя лишь один насос, тогда как по схеме б) в этом случае может быть выключено и два насоса.
Не допустить выключения всей станции можно только в том случае, если устроить не менее двух всасывающих и двух напорных трубопроводов. На рис. 115 г, д, е, ж, показаны различные схемы трубопроводов для четырех агрегатов при двух напорных водоводах.
По схеме г) при ремонте любой из задвижек 1 и 2 могут работать только два насоса. Постановка дополнительных задвижек, по две на каждом из участков трубопроводов, по схеме д) дает возможность при ремонте любой из задвижек выключать лишь один насос.
На рис. 115е представлена схема кольцевания напорного трубопровода, при которой каждый насос присоединен к двум напорным линиям. Это позволяет подавать воду любым насосом непосредственно в любой водовод. Если от насосной станции идут два водовода, то кольцевание их требует установки шести задвижек, чтобы можно было переключать любой из водоводов станции на два внешних водовода (узел А рис. 115е).
Необходимо стремиться к тому, чтобы к каждому насосу была подведена своя всасывающая линия, это значительно упрощает схему и уменьшает количество задвижек. Стоимость задвижек высока, поэтому даже при значительной длине отдельных всасывающих труб для каждого насоса эта схема может оказаться более экономичной. Если оси насосов выше уровня воды в источнике, то задвижки на всасывающих линиях в этом случае вообще не устанавливаются.
В вышеприведенных схемах показано четыре агрегата, однако принцип устройства трубопроводов и постановки задвижек остается таким же и для другого количества агрегатов. При большем количестве напорных водоводов для достижения таких же целей требуется относительно меньше задвижек. В предыдущих примерах показаны соединения труб под прямыми углами. Поскольку это вызывает большие потери, следует применять по возможности косоугольные соединения (рис. 115 ж и з).
Там, где должна быть обеспечена непрерывность работы станции, а именно в городских водопроводах без напорных резервуаров или с очень малыми напорными башнями и в промышленном водоснабжении для охлаждения доменных, мартеновских печей и пр., схема соединения водоводов на станции должна быть разработана со строгим соблюдением указанных условий. Там же, где имеются значительные напорные резервуары, допускающие без ущерба для потребителей остановку станции на несколько часов, возможны упрощения в схемах соединений.
Трубопроводы внутри насосных станций устраиваются с фланцевыми соединениями, чем достигаются прочность стыка против осевых усилий и удобство разборки. Однако количество фланцевых соединений нужно сводить к минимуму, заменяя их сваркой во всех тех местах, где при ремонте не потребуется разборки стыка. Раструбные соединения как не выдерживающие осевых усилий на станциях не применяются.
