Канализационные насосные станции с сухой установкой насосов

В последнее время сухая установка насосов используется все чаще. Вместе с этим увеличивается использование в таких установках насосов для водоотведения, создававшихся изначально для использования в погружном состоянии.

Среди причин, по которым рекомендуется использование наосов Grundfos для сухой установки, можно выделить следующие:

1. Заводской контроль качества, высокая надежность

2. Небольшие габаритные размеры

3. Возможность внутреннего охлаждения

4. Герметичность

Однако, погружная установка насосов по-прежнему является наиболее распространённой. При ремонте или модификации старых насосных станций потребители часто переходят к сухой установке – она отличается конструкционными особенностями монтажа (подробное описание приведено ниже), связанных с вибрацией, шумом, кавитацией и особенностями всасывающей линии.

Шум и вибрация насосов

 Одно из преимуществ установок с погружным использованием насоса заключается в том, что сама жидкость, в которой находится работающий насос, снижает его шум и вибрацию. К проектированию насосной установки сухого типа необходимо подходить с особенной тщательностью, поскольку вращающиеся узлы оборудования являются источником повышенного шума.

Шум от вращающегося рабочего колеса или кавитации будет минимальным, если рабочая точка будет находиться в пределах 50 – 125% от номинального значения подачи.

Как правило, насосы, использующиеся в установках сухого типа, устанавливаются непосредственно на бетонное основание. В некоторых случаях бывает необходимо минимизировать усилия, которые передаются трубопроводу от стоящего на бетонном основании насоса. Для этого насос ставят на виброгасящую опору, а подсоединение к магистралям осуществляется через гибкие фланцевые соединения.

Кавитационный запас насосов

 Необходимое значение напора во всасывающей линии, которое определяется безкавитационной работой насоса, определяется по кривой NPSH. 

Если насос находится не в резервуаре, а жидкость подводится через всасывающую трубу, то необходимо предусмотреть следующее: во-первых, потери давления во всасывающей трубе вызовут снижение напора на входе в насос; во-вторых, необходимо учитывать разницу уровней между резервуаром и входным отверстием насоса.

Расчет и проектирование всасывающей трубы

 Чтобы избежать появления вибраций оборудования, работы с пониженным КПД и возникновения кавитации, этап расчета и проектирования всасывающей трубы должен быть выполнен с особой тщательностью.

При проектировании всасывающей трубы необходимо предусмотреть, чтобы скорость потока не превышала 2,0 м/с для вертикальных насосов и 2,5 м/с для горизонтальных.

В вертикальных насосахвсасывающая труба заводится в насос через колено 90°, что снижает КПД насоса из-за неравномерного распределения потока на входе в рабочее колесо. Если диаметр входного отверстия насоса меньше диаметра всасывающей трубы, то рекомендуется установка переходного патрубка – увеличение скорости потока, проходящего через такой патрубок, компенсирует потери от его установки, насос при этом будет работать более равномерно.

Если между горизонтальным насосоми прямой всасывающей трубой устанавливается переходной патрубок, то он должен быть эксцентрическим (в котором оси входного и выходного отверстий не совпадают) в целях предотвращения скопления воздуха и возможной блокировки насоса.

В результате конструкции всасывающей трубы с еоптимальными характеристиками потока жидкости могут возникнуть большие потери давления, достаточные для расхода всего кавитационного запаса, что приведёт к кавитации. 

Если геометрия всасывающей трубы может стать причиной вышеуказанного явления, то необходимо удостовериться в том, что необходимый. 

Раструб всасывающей трубы

 Для снижения потерь и равномерного распределения потока жидкости во всасывающей трубе её свободный конец должен имеет конусообразное расширение(раструб). Резервуар и всасывающая труба должны быть спроектированы таким образом, чтобы предотвратить отложение осадка.

Уровни останова насоса

Уровень отключения насоса при сухой установке зависит от высоты всасывающей трубы и её формы, а также от скорости потока. Обычно уровень отключения насоса устанавливают равным 200 мм над входным отверстием всасывающей трубы. В насосных станциях с несколькими различными уровнями отключения, например, в частотно-регулируемых установках, необходимо программировать контроллер таким образом, чтобы вода откачивалась до нижнего уровня отключения хотя бы раз в сутки – это позволит своевременно очищать дно резервуара.

Уровни пуска насоса

Уровень пуска насосов при сухой установке должен быть выше уровня корпуса насоса, чтобы при включении можно он был полностью заполнен жидкостью. Для вертикальных насосов уровень включения может быть достаточно большим, причем необходимо предусмотреть некоторый запас.

Общие нормы

Несмотря на то, что во всасывающей трубе при сухой установке происходит равномерное распределение потока жидкости, иногда труба может стать источником возникновения неустойчивости потока. В местах, где необходима установка колен (например, при использовании вертикального насоса или если раструб всасывающей трубы расположен параллельно дну), выбор этих элементов системы должен проводиться таким образом, чтобы возмущение потока было минимальным.

Следует отдавать предпочтение коленам с большим радиусом закругления. Между двумя коленами или между коленом и насосом должен проходить прямой участок трубы, длина которого составляет 5 – 10 диаметров трубы. Это позволяет уменьшить возмущения потока, однако, на практике этот способ не всегда удается реализовать.

Внутренний трубопровод канализационной насосной станции

 Напорный трубопровод, находящийся внутри насосной станции, подбирается исходя из скорости потока 2 – 3 м/с. Диаметр напорной трубы должен быть не менее 100 мм; для небольших насосных станции он может быть равным 80 мм (при условии, что размер свободного прохода насоса не превышает 80 мм).

В станциях с несколькими насосами напорные трубы от каждого из насосов соединяются при помощи тройников, патрубков и отводов, конструкции которых предотвращают образование осадка на стенках труб при выключенных насосах и блокировку арматуры.

Соединение напорных труб при помощи тройников, патрубков и отводов, которые имеют гладкие внутренние переходные поверхности, что предотвращает появление осадка на стенках напорных труб и арматуры при выключенных насосах.

Проблемы, возникающие с резервными насосами

 Для достижения наилучших показателей работы насоса и для снижения нагрузок на систему со стороны насоса, к выбору рабочей точки необходимо подходить с особой тщательностью.

Вибрация насосов

 Вибрация, создаваемая работающим оборудованием, может привести к негативным последствиям. Знание происходящих в насосе процессов, вызывающих появление вибрации, и правил, которых следует придерживаться при проектировании насосных систем, поможет снизить нежелательные воздействия вибрации.

Вибрация всегда имеет место при работе оборудования с вращающимися деталями. В задачу проектировщика входит создание систем, в которых уровень вибрации не превышает определенных значений, особенно в тех случаях, когда вибрация может сказаться на производительности оборудования. К нежелательным последствиям, возникающим в результате вибрации, относят шум, износ и разрушение деталей оборудования из-за усталости материала.

Причины вибрации насосов

 Ниже, в порядке убывания, приведены наиболее распространенные силы и процессы, которые могут привести к вибрации в погружных насосах.

• Дисбаланс вращающихся деталей
• Гидравлические силы, развивающиеся в спиральном отводе насоса
• Гидравлические силы, развивающиеся в одноканальном рабочем колесе.
• Гидравлические силы, развивающиеся при прохождении лопатки рабочего колеса через области спирального отвода с неравномерным распределением давления.
• Часть возмущающих воздействий, приводящих к вибрации, поступает от электродвигателя. Как правило, они вызывают шум, но в целом не сказываются на работе всей установки сказываются на работе всей установки. 

Монтаж насосов в канализационной насосной станции

 Вибрация будет находиться на допустимом уровне, если следовать ряду следующих правил.Все элементы насосной системы должны быть надежно и крепко закреплены, чтобы частоты возмущающих воздействий были ниже минимальной резонансной частоты самой системы. При этом необходимо учитывать все элементы, составляющие насосную систему (трубопровод, арматура, насос, опора под насос и т.п.).

• Установить насос на основание, масса которого как минимум вдвое больше массы вращающихся узлов и деталей.
• Закрепить при помощи болтов насос к основанию.
• Установить гибкую опору под насос (например, антивибрационную подставку) или резиновый пластину между полом и основанием.
• Использовать гибкие соединения трубопроводов
• Закрепить при помощи болтов трубы к полу или другим несущим конструкциям.

Поскольку вибрация не зависит от сил гравитации, кроме вертикальных опор для трубопроводов следует установить и горизонтальные опоры. Опоры необходимо установить на участки трубопроводов с повышенной массой (например, в местах установки клапанов).

Если для соединения труб используются сильфонные компенсаторы, то положение труб необходимо зафиксировать при помощи опор. Сильфонные компенсаторы, установленные между насосом и трубами, могут передать колебания давления как возмущающие воздействия, которые вызовут вибрацию труб. 

Частотный преобразователь для насоса

 Использование двигателя с частотным преобразователем увеличивает диапазон частот, возникающих в системе. Если возникает проблемы с высоким уровнем вибрации, следует определить, на какой именно частоте двигателя возникает максимальная вибрация – эта частота совпадает с резонансной частотой насосной системы, поэтому следует внести конструкционные изменении в установку, либо избегать работы двигателя в определенном диапазоне частот.

Заключение

 Придерживаясь определенных правил, можно избежать появления нежелательных вибраций, возникающих во время работы оборудования, либо снизить их значение до приемлемого уровня. 

Понимание происходящих при этом процессов является ключевым моментом в решении проблем, связанных с вибрацией оборудования. Очень важно правильно подобрать точки крепления опор трубопровода. Достичь низкого уровня вибрации поможет использование гибкой опоры для насоса – отношение общей массы насоса и основания к массе вращающихся деталей должно быть достаточно большим. Если используется двигатель с преобразователем частоты, то, возможно, придется избегать работы двигателя на определенных частотах.