§2. Насосные станции

В зависимости от обслуженных объектов есть четыре вида насосных станций: для хозяйственно-питьевых нужд; для тушения пожаров; для нужд производства; объединенные (хозяйственно-противопожарные или производственно-противопожарные).

По расположению в общей схеме водоснабжения различают насосные станции І и II подъемов.

Насосные станции І подъемазабирают воду непосредственно из водозаборных сооружений и подают на очистные сооружения. Если нет необходимости в устроении очистных сооружений, то насосная станция І подъема будет единой станцией в системе, которая подает воду непосредственно в сеть или же в промежуточные запасные резервуары.

Насосные станции II подъемапредназначены для подачи воды из резервуаров потребителю.

Кроме того, существуют: повышающие насосные станции, которые служат для повышения напора в сети;циркуляционные насосные станции, где одна группа насосов подает уже использованную горячую воду на водоохладительные устройства, а вторая — возвращает охлажденную воду в цеха.

В зависимости от расположения насосного оборудования относительно поверхности земли, насосные станции могут быть наземными - с полом вровень с поверхностью земли или выше; заглубленными - с надземным зданием и полом ниже от поверхности земли; подземными - с перекрытием на вровень или ниже поверхности земли.

По характеру управления насосные станции возможны с ручным, автоматическим и дистанционным управлениями.

Насосные станции можно блокировать с другими сооружениями, связанными с ними общим технологическим процессом. По надежности водопроводные насосные станции разделяют на три класса: І класса — перерыв в подаче воды недопустим совсем; II класса — перерыв в работе насосов допустим на время, за которое можно включить резервные агрегаты; IIІ класса — допустимый перерыв в подаче воды на время ликвидации аварии (но не более чем на 24 ч.). Количество резервных агрегатов в насосной станции зависит от ее класса, количества рабочих агрегатов в каждой группе насосов, которые подают воду в самостоятельные сети или водоводы, и устанавливается в соответствии с таблицей:

Трубопроводы монтируют из стальных труб, сваривая их, и прокладывают в каналах или открытым навесным способом. Насосные станции обычно проектируют прямоугольной формы, но если станция должна быть заглубленная (свыше 7-7 м), ее целесообразно делать круглой формы с вертикальными насосами. Основным помещением станции является машинный зал. При больших станциях проектируют также подсобные помещения, трансформаторную подстанцию и санузел. С целью бесперебойной подаче электроэнергии к насосам необходимо питание насосной станции подключать от двух самостоятельных источников электроэнергии или от двух линий кольцевой электросети.

Для монтажа и демонтажа оборудования - арматуры и трубопроводов - в насосных станциях должны быть подъемно-транспортные механизмы.

Расход воды на водоводах определяют по водомерам, которые устанавливаются в помещении станции или в камерах переключения. Там же для предотвращения разрушения трубопроводов, если это необходимо, монтируют гасители гидравлических ударов. Как водоподъемные устройства широко применяют центробежные насосы (горизонтальные, вертикальные) и пропеллерные. Кроме того, для подъема подземных вод можно применять водоструйные насосы (гидроэлеваторы), эрлифты (воздушные подъемники) и поршневые насосы.

Над буровой скважиной, оборудованной глубинным насосом, сооружают дом для размещения электродвигателя, приборов автоматики и сигнализации.

Рис. 8.13. Схема насосной станции II подъема, оборудованной четырьмя насосами.

На рис.8.13 приведена конструкция насосной станции, оборудованной четырьмя насосами марки 12Ндс.

Дом станции имеет машинный зал, помещение для электрощита (ЩК), распределительного устройства (РП) и трансформаторов (ТР). Фундамент станции выполняют из бетона, стены - из кирпича, перекрытие - железобетонное.

Трубопроводы в пределах дома прокладывают в каналах. Система заслонок разрешает подключать насос к любому с двух всасывающих и напорных трубопроводов. Для предотвращения (на случай остановки насоса) обратному течению воды на напорном трубопроводе возле каждого насоса устанавливают обратные клапаны.

Управление большими насосными агрегатами может быть автоматическим и дистанционным.

Автоматическое управление пуском, остановкой и контролем за состоянием оборудования выполняется специальными автоматами, причем функции обслуживающего персонала сводятся к отладке системы, пуска ее в действие, периодического обслуживания и наблюдения за аппаратурой и оборудованием. Дистанционное управление осуществляется при подавании импульсов обслуживающим персоналом из отдаленного от насосной станции пункта.

Эффективность автоматизации определяют такие факторы: снижение эксплуатационных затрат благодаря высвобождению постоянного обслуживающего персонала; уменьшение затраты электроэнергии рациональным регулированием режима работы насосов; снижение затрат на отопление не обслуженных домов насосных станций. Внедрение автоматизации дает возможность, кроме уменьшения эксплуатационных затрат, сократить капитальные затраты на строительство водопроводов, исключив стоимость производственных и бытовых помещений для обслуживающего персонала.

Высвобождение постоянного обслуживающего персонала в насосных станциях дает возможность уменьшить общий объем сооружений и прокладывать коммуникации и устанавливать арматуру непосредственно на полу машинного зала, без затрат на сооружение каналов.

В автоматических насосных станциях пуск и остановку насосов выполняют за заведомо составленной технологической программе подавания импульсов, без участия обслуживающего персонала.

На автоматических насосных станциях предполагается возможность перехода на ручное и полуавтоматическое управление, потребность в котором может возникнуть в случае разнообразных неполадок, а также при испытаниях после ремонта. Степень автоматизации выбирают в зависимости от назначения насосной станции, режима потребления воды с учетом требований бесперебойности водоснабжения, и общей схемы управления водопроводным хозяйством.

3.1. Классификация и схемы водопроводных сетей

Водопроводная сеть служит для транспортировки воды от источника водоснабжения к месту ее потребления и состоит из водоводов, магистральных (главных) и распределительных линий.

Водоводы служат для транспортировки воды от узла главных сооружений к разводной сети города или промышленного предприятия. Они могут быть в виде труб, туннелей или открытых каналов (например, канал Северский Донец - Донбасс). Иногда применяют все эти конструкции на разных участках одного и того же водовода. При устройстве напорных водоводов значительной длины их прокладывают в две нити. Для отключения отдельных участков при повреждении труб предполагаются соединительные линии не реже, чем через каждые 3-4 км. Места переключения оборудуют задвижками. В повышенных точках водовода (местах перегиба профиля) может скапливаться воздух, для удаления которого в колодцах устанавливают вантузы. В сниженных точках трассы водовода делают выпуски для опорожнения и промывания труб. Диаметр выпуска должен обеспечивать опорожнение обслуженных им участков водоводов или сети на протяжении не более чем двух часов.

Магистральные (основные) линии служат для транспортировки транзитных расходов воды.

Распределительные, разводные (второстепенные) линии предназначены для транспортировки воды из магистралей к отдельным домам, в которых потребители получают воду непосредственно из внешних распределительных линий. На промышленных предприятиях водопроводные линии часто не разделяют на магистральные и распределительные, так как количество потребителей (цехов) бывает обычно небольшим. Основные требования

- обеспечение подачи заданных количеств воды ко всем местам ее потребления под нужным напором (сетью должны быть охвачены все потребители воды); надежность и безперебойность работы;

- наименьшие затраты на строительство и эксплуатацию сети.

Рис. .8.14. Схемы водопроводных сетей:

а - разветвленной; бы - кольцевой; НС - насосная станция; ВБ - водонапорная

башня.

Выполнение этих требований достигается правильным выбором конфигурации сети и материала труб, а также технически и экономически правильным определением диаметров труб.

Первой задачей, которую решают при проектировании сети, это ее трассировка, т.е. предоставление ей определенных геометрических очертаний в плане. Линии водопроводной сети располагают, учитывая: характер планирования объекта, который снабжается водой, размещение отдельных потребителей воды, расположение проездов, формы и размеры жилых кварталов, цехов, зеленых насаждений и др.; наличие естественных и искусственных препятствий (рек, каналов, оврагов, железнодорожных путей и т.п.); рельеф местности, грунтовое и гидрогеологическое условия.

Водопроводные линии нужно располагать, как правило, параллельно к линиям застройки, по возможности за пределами бетонных или асфальтовых покрытий. Трубопроводы должны пересекать проезды под прямым углом. Если водопроводные линии прокладывают ниже от канализационных, то водопроводные трубы необходимо помещать в футляр длиной 5 м в каждую сторону при глинистых грунтах и по 10 м - в фильтрующих грунтах.

По форме водопроводные сети делятся на:

- разветвленные, или тупиковые (рис. 8.14 а);

кольцевые, или замкнутые, которые представляют собой систему сопредельных замкнутых контуров-колец (мал.8.14, б);

- комбинированные.

Тупиковые линии можно применять; для подачи воды на производственные нужды, если по технологическому процессу допустиму перерыв в подаче воды на период ликвидации аварии; в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения - при диаметре труб не более чем 100 мм и при подаче воды на противопожарные нужды - при длине линии не более чем 200 м.

Кольцевые сети имеют важное преимущество перед тупиковыми. При аварии на главных участках разветвленной сети подачи воды в следующие участки прекращается, а в кольцевой сети поврежденный участок можно отключить и вода будет подаваться в расположенные дальше районы другими линиями. Положительным в кольцевой сети есть также то, что она в значительной мере смягчает действие гидравлических ударов. Кольцевые сети могут быть одно- и много кольцевыми с одно- и многосторонним питанием, т.е. с подачей воды из одного или нескольких источников. Кольцевая сеть в эксплуатации надежнее тупиковой, но стоимость ее выше. Наибольшие длины магистральных трубопроводов, которые в основном и определяют стоимость сети, наблюдаются при кольцевых сетях. Бесперебойность подачи воды потребителю по кольцевым сетям особенно важна для противопожарных водопроводов и объединенных с ними хозяйственных и производственных.

Водопроводные сети могут быть без водонапорных башен и с башнями, устанавливаемыми в зависимости от местоположения повышения - в начале, посредине и в конце сети (в этом случае сеть называется сетью с контррезервуаром ).

Необходимые пропускная способность сети и напоры определяются правильным выбором диаметров труб при проектировании.

Надежность работы водопроводных сетей зависит от качества материала труб и арматуры, а также от их укладки и монтажа.

Стоимость водопроводной сети населенных городов около 50-70% стоимости всего водопровода, поэтому на ее трассировка, конструирование и сооружения на ней отводиться много внимания. Наименьшая стоимость водопроводных сетей - при прокладывании их кратчайшими путями от источника воды к местам потребления.

Используются , согласно СниП, следующие виды труб:

• стальные электросварные прямошовные (ГОСТ 10704-76) диаметром до 1620 мм (внешним) при длине до 10 метров;

• асбестоцементные напорные (ГОСТ 539-80) диаметром условного прохода 100-500 мм, длиной до 4 м (современно выпуск прекращен);

• железобетонные напорные трубы (ГОСТ 12586-77), диаметром условного прохода 500-2000 мм;

• пластмассовые трубы (ГОСТ18599) из полиетилена низкого давления (высокой плотности)

диаметром условного прохода до 500 мм;

• пластмассовые трубы с неплстифицированного поливинилхлорида (ТУ 19-307-86) таких же диаметров;

Преимущество неметаллических труб в стойкости против коррозии, металлических - в механической прочности. Поэтому последние используются в случаях наличия слабых, осадочных грунтов или укладка на территориях, которые подвергаются подземной подработке (например, шахтой).

Трубы соединяются сваркой (стальные или пластмассовые), с помощью вставки гладкого конца в раструб следующей трубы (чугунные или железобетонные), с помощью муфт (асбестоцементные).

Арматура внешней водопроводной сети: заслонки, пожарные гидранты(8.10) (для присоединения пожарного насоса к сети), воздушные вантузы(8.11) (для выпуска или впуска воздуха в наивысших или наинизших точках ремонтного участка (8.12) сети).

3.2. Водопроводные колодцы.

На водопроводной сети и на водоводах колодцы обязательны. В них размещают всю водопроводную арматуры: задвижки, обратные клапаны, вантузы, гидранты и т др. включая все фасонные части с фланцами. Как правило, нужно делать колодцы из сборных железобетонных элементов Они усовершенстваннее и экономичнее, значительно сокращают сроки при массовом строительстве (рис. 28).

Разработаны типичные круглые колодцы из сборных железобетонных колец диаметром 700, 1000, 1250, 1500 и 2000 мм для узлов трубопроводов диаметром 50—800 мм и типичные прямоугольные колодцы из сборных железобетонных плоских элементов размером 1500, 2000 и 2500 мм для труб. Диаметром 350-1000 мм. Бывают круглые колодцы с вмонтированными узлами коммуникаций. Особенность этих колодцев в том, что их нижняя часть представляет собой блок заводского изготовления, к которому входят днище, стены и узел коммуникаций.

Колодцы делают также из кирпича, в отдельных случаях применяют бут. Форму колодца в плане и его размеры выбирают в зависимости от узла сети, диаметра и от количества задвижек. Размеры колодцев в плане зависят от диаметра труб, а также от арматуры и фасонных частей, которые размещаются в колодце. Если колодец железобетонный, то перекрытия делают из съемных или сплошных железобетонных плит. Выше перекрытие колодец засыпают пластом грунта не менее чем 0,5 м. Высота колодца от уровня пола к низу балки перекрытия должны быть не меньше 1,8м. Заделка труб которые пропускают сквозь стенки колодца, должна быть герметичной, но не жесткой (битум, глина и др. ). Люки смотровых колодцев, размещаемых вне проездов, делают железобетонными, в ряде случаев — чугунными. Люки колодцев в застроенных местах должны возвышаться над поверхностью земли на 5 см. Вокруг люка предполагается отмостка шириной 1 м с уклоном от крышки люка. На проезжей части с усовершенствованным покрытием крышку люка располагают на одном уровне с поверхностью проезжей части. На водоводах, которые проходят по незастроенной территории, люк должен возвышаться над поверхностью земли на20 см.

Рис.8.15. Круглые сборные железобетонные колодцы:

а-с нижним железобетонным кольцом для сухих грунтов; б - то же, для мокрых грунтов

в - для сухих грунтов с низом из кирпичной кладки.

г - для сухих грунтов с конусным покрытием и нижним железобетонным

кольцом ( для мокрых грунтов конструкция днища в колодцах: в и г- аналогичная конструкции днища колодца б).

На поворотах в горизонтальной и вертикальной плоскостях стыки трубопроводов не выдерживают весовых усилий, поэтому в этих местах устраивают упоры.

При рабочем давлении до 10 н/см²и угла поворота до 10° упор на чугунных трубах не делают. На стальных трубопроводах упоры предполагаются при расположении угла поворота в колодце и при поворотах в вертикальной плоскости на 30° и больше. При расположении поворота трубопровода в колодце отвод закрепляют в стене колодца.

3.3. Переходы, дюкеры.

Прокладку водопроводных линий должны связывать с другими подземными сооружениями. В городах и на промышленных предприятиях, которые имеют большое количество подземных коммуникаций, целесообразно прокладывать их в специальных проходных и полупроходных туннелях и переходах.

Переход водопроводных труб под железной дорогой необходимо делать так, чтобы предотвратить возможность размывания железнодорожного полотна при аварии на водоводе и можно было ремонтировать трубы, не прекращая железнодорожного движения. При пересечении железнодорожных путей водопроводные линии должны быть заключены в проходные галереи или в футляры (кожухи), что представляют собой трубы большого (200-300 мм) диаметра. Если водопроводные трубы (особенно чугунные) большого диаметра залегают не глубоко, то их разрушению-под влиянием динамической нагрузки от железнодорожных эшелонов предотвращает галерея или кожух. При пересечении трубопроводов с автомобильными путями или железными дорогами расстояние от дна корыта проездной части автодороги или от подошвы рельса железной дороги к верху трубы или футляра должны быть не менее чем 1 м. Футляры, проложенные закрытым способом, как правило, делают из стальных труб. Стальную рабочую трубу перехода в пределах футляра устанавливают на ползунковых опорах. Под электрифицированными железными дорогами рабочую трубу выставляют на диэлектрических опорах, которые имеют текстолитовые прокладки.

В тех случаях, когда в направлении трассы водовода есть мост, водовод прокладывают по этому мосту. Иногда устраивают специальный легкий мост. Трубы подвешивают к проезжей части моста или под тротуаром, обеспечивая при этом к ним доступ для обзора и ремонта.

.

Рис. 8.16. Схема дюкера:

1 - трубы дюкера; 2 - аварийный выпуск: 3 - камеры переключения.

На небольших реках возможная конструкция перехода в виде самонесущей арки.

Дюкером (8.13) называется переход трубопровода по дну водоема или овраг (рис. 8.16).

Общее количество нитей-линий дюкера должны быть не менее двух. На каждом берегу на конце дюкера устраивают колодцы. Предполагается аварийный выпуск. Верх трубопровода располагается ниже дна водоема не менее чем на 0,5 м, а в пределах фарватера на судоходных реках - не менее чем на 1 м. Для дюкера применяют стальные трубы повышенной прочности со сварными стыками, усиленными муфтами. При прокладке дюкера применяют хорошо усиленную противокоррозионную изоляцию, защищенную футеровкою от механических повреждений.