Насосные станции для забора подземных вод
При поршневых штанговых или вертикальных центробежных насосах здание насосной станции располагается непосредственно над скважиной. Поршневые насосы чаще всего устанавливают в наземных зданиях. Устройство здания отличается одной особенностью, а именно, приспособлением для выемки штанг и ремонта буровой скважины. В простейших устройствах иногда над скважиной оставляют треногу, которой пользовались при бурении скважины.
В таком случае здание насосной станции или вмещает в себе треногу или же устраивается под ней, частью или целиком. Вместо треноги применяют также устройство вышки над зданием (рис. 182) Блок, подвешенный к верхней балке вышки, служит для выемки штанг и труб с насосом и для ремонта скважины. Подъем производится ручной лебедкой, показанной на рисунке слева. На рис. 183 справа показано такое устройство насосного здания, при котором насосная лебедка расположена в подземном помещении. Здание при этом имеет уменьшенные размеры в плане.
В этом случае можно обойтись совсем без вышки или сделать ее небольшой высоты. Подземное расположение удобно еще тем, что в умеренном климате позволяет обойтись без отопления. Для надземного же здания при малых насосах отопление в зимнее время необходимо. Здание насосной станции над скважиной может быть устроено и в виде подземного подвала (рис. 183а).
Перекрытие и крышки люков должны быть рассчитаны на нагрузку самыми тяжелыми грузовыми машинами (если это необходимо). Средний люк служит для опускания и выемки частей оборудования и ремонта скважины, а боковой — для входа. Насосная станция, оборудуемая горизонтальными центробежными насосами, иногда строится непосредственно над скважиной, устье которой размещается внутри здания; скважина может располагаться и вне здания.
Если скважина расположена в здании, то в потолке должен быть оставлен люк достаточных размеров для производства работ по ремонту скважины, а также для установки и опускания всасывающих и обсадных труб. Если станция обслуживает несколько скважин, то над каждой скважиной устраивают смотровой колодец (рис. 183 6).
При эксплуатации одного водоносного горизонта скважины приходится располагать на расстоянии нескольких десятков и даже сотен метров одна от другой, чтобы уменьшить их взаимное влияние.
На рис. 184 представлена схема расположения станции, обслуживающей большое число скважин. Все скважины размещены в один ряд на расстоянии в среднем 12 м одна от другой. В середине линии скважин расположена на 6 м ниже поверхности насосная станция, забирающая воду двумя всасывающими ветвями из всех скважин. Над каждой скважиной устроен колодец. Длина каждой всасывающей ветви, обслуживающей скважины,— 320 м; диаметр труб — от 350 до 450 мм. Общий дебит — более 200 л/сек.
При эксплуатации двух или нескольких водоносных горизонтов скважины могут располагаться очень близко одна к другой. На одном из водопроводов насосные установки обслуживали две скважины: одну глубиной 640 м и другую глубиной около 100 м, расположенную рядом. Такая совместная эксплуатация скважин разных горизонтов одним насосом возможна только при небольшой разнице статических уровней обоих горизонтов.
Централизация подъема воды из скважины без устройства насосного агрегата на каждой скважине возможна при глубинах подъема более 4,0 м посредством воздухоподъемников — эрлифтов.
На центральной станции устанавливают компрессоры и центробежные насосы. Компрессоры подают сжатый воздух в воздушный котел или котлы, откуда он направляется по воздухопроводу ко всем скважинам станции. Подача воздуха в каждую скважину производится через воздушный вентиль.
Имеются конструкции автоматического регулирования подачи воздуха в зависимости от колебания расхода скважин. Над каждой скважиной устанавливается воздухоотделитель. Освобожденная от воздуха вода общим водоводом отводится в приемный резервуар, откуда забирается центробежными насосами и подается к месту потребления.
Отсутствие движущихся частей в скважине делает такой способ водоподъема надежным и простым при обслуживании большого количества скважин. Такая же централизация водоподъема из многих скважин возможна и при применении эжекторов. В лаборатории Укрводгео удалось довести к. п. д. эжектора малых размеров до 35%. Следовательно, при помощи таких эжекторов можно получить более высокий к. п. д.., чем при эрлифтах. Кроме того, отпадает необходимость в дополнительном углублении скважин, если этого не требует глубина расположения водоносного пласта.
Оборудование также упрощается: нужны только центробежные насосы. При этом способе подъема воды в скважине также нет движущихся механизмов. Для обслуживания одной или немногих скважин устраивают небольшие насосные станции. Большие насосные станции, обслуживающие десятки, а иногда и сотни скважин, по устройству не отличаются от насосных станций для поверхностных вод. Уровень расположения насосной станции зависит от применяемых подъемных приспособлений.
При высоком стоянии грунтовых вод, в особенности в плывунах, работу приходится вести опускным способом. В этом случае станция круглой формы является наиболее выгодной. Впрочем поддаются опусканию и здания прямоугольной формы. При невысоком стоянии грунтовых вод здания возводят из хорошо обожженного кирпича. В глинистых и лессовых грунтах толщина стенок здания станции в 2 — 2,5 кирпича вполне достаточна при глубине до 4—5 м, но стены здания должны примыкать впритык к стенкам котлована или промежуток между ними надо забетонировать.
При наличии грунтовых вод дно насосной станции должно быть устроено железобетонным, рассчитанным на давление воды, определяемое самым высоким горизонтом стояния грунтовых вод. Состав бетона должен обеспечивать водонепроницаемость. Стены надо хорошо оштукатурить снаружи по всей поверхности, соприкасающейся с грунтовыми водами. Кроме штукатурки, применяют специальные способы гидроизоляции. На рис. 185 показана заглубленная станция с двумя горизонтальными центробежными насосами.
Обсадные трубы при бурении подвешивают на хомутах; в этих же хомутах их заделывают в дно при бетонировании. Перекрытие делается железобетонное или бетонное по железным балкам; оно должно быть рассчитано на нагрузку слоем земли в 1 — 1,5 м для отепления. Над скважиной, если устье располагается внутри здания, в перекрытии должен быть устроен люк. Вход в станцию должен быть сделан с лестницей, чтобы доступ в здание был удобен.
Станция, расположенная ниже уровня грунтовых вод, должна иметь стены, рассчитанные на давление грунта с водой и изолированные от проникновения воды. На случай неплотности стен следует предусмотреть удобный сток воды с пола к приямку, откуда она может откачиваться ручным стенным насосом.
Железобетонный пол должен быть рассчитан на давление грунтовой воды снизу и хорошо изолирован. Здание станции должно быть проверено на всплывание. Вес станции и земляной нагрузки, если такая имеется на перекрытии, должен превосходить давление воды на 25 — 30%. Трение стен о землю не учитывается и является дополнительной гарантией.
Мелиоративные насосные станции
Для временных мелких оросительных установок здания не устраивают. На берегу речки устанавливают центробежный насос и двигатель (иногда трактор), а на зиму машины снимают. Насосные станции крупных оросительных или осушительных систем подают огромное количество воды. Проф. М.М. Флоринский разделяет мелиоративные станции на 1) крупные — с подачей от 10 до 400 м3/сек-, 2) средние —от 1 до 10 м3/сек и 3) мелкие — менее 1 м3/сек.
Эти количества воды подаются в большинстве случаев на небольшую высоту, поэтому здесь широко применяются пропеллерные насосы—горизонтальные и вертикальные. Благодаря тому, что эти станции работают только летом, они могут строиться очень легкого типа, иногда просто из волнистой стали (рис. 186, 187).
Проф. Флоринский описывает станции блочного типа, в основании которых находится бетонный блок с устроенной в нем всасывающей трубой (рис. 188). Конструкция станций блочного типа подобна конструкции турбинных установок, поэтому были запроектированы всасывающие трубы большой длины.
На рис. 188 показан первоначальный проект станции такого типа. При проектировании выявилась возможность длину всасывающей трубы свести к минимуму. По предложению инж. П.Е. Кучера в проект было внесено нововведение. Чугунный кожух насоса заменен железобетонным с внутренней тонкой стальной оболочкой.
Далее вместо показанных на рис. 188 обратных клапанов запроектирована постановка дроссельных клапанов с электрическим приводом. Эти клапаны будут выполнять три назначения: задвижки, об ратного клапана и гасителя гидравлических ударов. Производительность станции — 30 м3/сек, подъем — 60 м.
На рис. 186 показана станция камерного типа, пропеллерный насос погружен в резервуар — камеру с водой — или же в резервуар может быть опущена только всасывающая труба, если насос допускает некоторую высоту всасывания. Интересный тип представляет станция с горизонтальными пропеллерными насосами (рис- 187). Здесь мотор помещается непосредственно на напорной трубе; конструкция здания очень легкого типа.
