Автоматические КНС - канализационные насосные станции 

Автоматизация производственных процессов имеет весьма большое значение во всех областях техники: она создает возможность существенного повышения производительности труда. В практике канализации в первую очередь автоматизируются насосные станции (КНС). 

Главные преимущества автоматических станций следующие:

• уменьшение размеров здания;
• значительное уменьшение объема приемного резервуара;
• работа насосов с полной нагрузкой, а следовательно, и высокий к. п. д.;
• устранение необходимости постоянного пребывания на станции обслуживающего персонала;
• удешевление эксплуатации. 

На автоматических насосных станциях (КНС) включение и выключение насосов автоматизированы, поэтому нет надобности иметь постоянный обслуживающий персонал. Тем не менее на случай некоторых неполадок на станции предусматриваются специальные устройства для сигнализации на диспетчерский пункт.

Автоматические КНС не отличаются от станции с постоянным надзором ни конструктивно, ни по оборудованию насосами и двигателями. Различие имеется лишь в электрооборудовании, которое позволяет автоматически включать и выключать насосы. 

Предпочтение надо отдать залитым насосам, так как при незалитых требуется дополнительно автоматизировать пуск и выключение вакуум насосов. Основной задачей расчета автоматических насосных станций является определение количества и производительности насосов и объема регулирующего (приемного) резервуара. 

Цикл работы насосов и регулирующий резервуар КНС 

Определяя количество насосов, их производительность и объем регулирующего резервуара, необходимо произвести расчет для самого неблагополучного случая, о чем сказано подробно ниже. Жидкость поступает в приемный резервуар неравномерно даже в течение 1 часа, но так как цикл работы насосов от одного включения до следующего невелик и исчисляется минутами, то при расчете можно принять приток постоянным в течение одного цикла. 

Для расчета пользуются интегральным графиком притока и откачки сточных вод. Первый случай. На станции установлен один рабочий насос. Схема работы насоса в течение одного цикла изображена на рис. 220. Здесь qпр — часовой приток сточной жидкости; qнас — часовая производительность насоса;t1—время в мин., в течение которого жидкость поступает в регулирующий резервуар при неработающем насосе, а также время, необходимое на заливку насоса при помощи вакуум-насоса, и время,необходимое для пуска насоса;t2—продолжительность работы насоса в течение одного цикла; V— объем регулирующего резервуара. 

Приток сточных вод на станцию qпр составит за 1 мин.

. Деля объем регулирующего резервуара на величину притока, получим время наполнения резервуара в минутах . 

С другой стороны, за промежуток времени t2 при одновременных притоке qпр и откачке qHас резервуар опорожнится, т. е. . 

Тогда полный цикл работы насоса Т будет равен . 

Откуда . (1) Величины V, qпр и qнас можно принимать или в кубических метрах, или в процентах суточного притока. Чтобы обеспечить надежность работы контакторов, продолжительность цикла при залитых насосах нельзя принимать меньше 6 мин. При незалитых насосах этот период должен быть не менее 10 мин. 

Так как регулирующий объем КНС должен быть достаточным для самого неблагоприятного случая, то необходимо определить, при каких условиях он должен будет иметь максимальную величину при принятом Т. В уравнении (1) переменный величина являются V и qпр. При каком же значении qпр объем V будет иметь наибольшее значение? 

Напишем уравнение (1) в таком виде . 

Возьмем первую производная и приравняем ее нулю , откуда . Если вторая производная меньше нуля, то V имеет наибольшую величину при полученном значении . Таким образом, оказывается, что регулирующий резервуар будет иметь наибольший объем при притоке, равном половине производительности насоса. 

Подставляя в формулу (1) значение , получим . 

По этой формуле просто определяется необходимый объем регулирующего резервуара. Величина Т равна 6 или 10 мин, производительность насоса должна превышать размеры максимального притока на 10—15%, иначе резервуар может переполниться. В полученный по формуле (2) объем резервуара не входит объем стоков, которые не следует откачивать, чтобы не оголить отверстия всасывающей трубы. 

Наинизший уровень стоков должен быть на 0,25 м выше отверстия всасывающей трубы. Пример. Надо перекачивать стоки в главный коллектор из района города с населением в 20 000 человек. Принимаем суточную норму водоотведения 120 л на одного человека в сутки; общий коэффициент неравномерности — 1,8: Максимальный суточный приток будет Q — 20000 -0,12 • 1,8 = 4320 м3. 

Максимальный часовой приток будет , минимальный . 

Допустим, что по местным условиям для перекачки требуется напор, равный 23 м. Выбираем насос 6НФ, который при указанном напоре имеет производительность 360 м3/час (табл. 23). Тогда, принимая Т = 10 мин., получим искомый объем регулирующего резервуара КНС . 

Зависимость между этими величинами наглядно видна на интегральном графике (рис. 217). Точка пересечения линии притока с ординатой объема регулирующего резервуара дает абсциссу времени t1. С этого момента насос начинает перекачку. Точка пересечения линии притока и линии откачки дает абсциссу окончания перекачки и величину цикла. 

Величина цикла Т не остается постоянной при изменении притока. Выясним, не будет ли цикл меньше принятой величины (например 10 мин.) при каком-либо притоке, не равном  и при полученном объеме регулирующего резервуара. Напишем уравнение (1) в таком виде: . В этом уравнении Т и qпр — переменные величины. Посмотрим, при каком значении qnp цикл Т имеет наименьшую величину. 

Возьмем первую производную и приравняем ее к нулю: , откуда . 

Подставим сюда значение : Во втором члене числителя множитель qнас — 2qпp обращается в нуль. Поэтому второй член числителя выпадает. .

Так как вторая производная оказалась положительной, то при  цикл Т имеет наименьшую величину. Таким образом, определение объема регулирующего резервуара по формуле (2), полученной при притоке, равном половине производительности насоса, дает гарантию, что продолжительность цикла Т при любом значении qпр не будет меньше принятой при решении уравнения (2). 

Таким образом, при значении притока  объем регулирующего резервуара будет иметь наибольшую величину. Подставляя в уравнение (3) полученное значение qпp, будем иметь: 

Не приводя здесь подробного доказательства, отметим, что, как и в первом случае, минимальное значение Т получается при том же притоке, при котором получается максимальное значение V, т. е. при . Для определения величины V по формуле (4) надо задаться величиной Т; насосы должны быть во избежание случайного переполнения резервуара подобраны так, чтобы q'нас было больше qпр. 

При определении количества и производительности работающих вместе насосов необходимо учитывать, что при параллельной работе их суммарная производительность меньше суммы производительностей отдельных насосов. Поэтому прежде чем определять объем регулирующего резервуара, надо произвести все расчеты, связанные с определением диаметров напорных и всасывающих труб, определить полный напор, количество и производительность насосов, построить суммарную характеристику и установить производительность насосов при параллельной работе. 

В процессе работы станции в течение суток бывают часы с малыми притоками, когда достаточна работа одного насоса, т. е. циклы проходят аналогично первому случаю; при больших притоках работа станции протекает, как во втором случае. He производя расчете в, можно заранее сказать, что при однотипных насосах необходимый объем регулирующего резервуара будет получаться больше при одном рабочем насосе, т. е. в первом случае. Действительно, формулы (2) и (4) различаются только тем, что в одном случае множителем стоит qHac, а в другом q'нас — q'нас. Очевидно, что второй множитель будет всегда меньше первого. 

Пример. Примем Т — 10 мин. При малых притоках в КНС работает один насос производительностью 140 л/сек, или 504 м3/час, при средних — два рабочих насоса такой же производительности каждый, так как насосы работают в разные напорные трубы. 

При больших притоках работает три насоса обшей производительностью 370 л/сек, или 1332 м3/час (меньше чем 504X3). Необходимый объем регулирующего резервуара при одном рабочем насосе по формуле (2) будет . При работе трех насосов: . Если бы два насоса перекачивали стоки не по двум, а по одной напорной трубе, то и в этом случае необходимый объем регулирующего резервуара получился бы меньше 21 м3, так как qHас было бы меньше 2 qнас. 

При однотипных насосах исключение из этого общего правила могло быть только в ТОМ случае, если при работе одного насоса с увеличением притока включалось бы сразу дополнительно два насоса, а не один, однако этого не бывает. Если на станции установлены разнотипные насосы, то тогда простым подсчетом по формулам (2) и (4) определяется, в каком случае требуется больший объем регулирующего резервуара.