Рекомендации по проектированию канализационной насосной станции

Надежная и безотказная работа канализационных насосов во многом определяется правильно выбранной конструкцией канализационной насосной станции. Частые засоры проточной части, неэкономичная работа насосов, а также снижение их ресурса зачастую является следствием проектных ошибок. В данном разделе предлагаются некоторые рекомендации, на которые следует обратить внимание при проектировании КНС и проведении пуско наладочных работ.

Эффективный объем резервуара канализационной насосной станции 

Эффективный объем резервуара это объем жидкости между уровнями, соответствующими пуску насоса и его отключения. Слишком большой объем может привести к накоплению осадка, в тоже время недостаточный объем приводит к частым остановкам и запускам насосов. Использование современных погружных насосов с разрешенным частым пуском, привело к созданию небольших и более эффективных конструкций насосных станций. Как правило, высота эффективного объема в небольших насосных станциях составляет 1 метр, а в крупных станциях около 2 метров.

Эффективный объем резервуара (м3) определяется по следующей формуле:

Vп = Q / 4 x n x Z
Q производительность насоса (м3\час)

n количество насосов в КНС

z максимальное число пусков в час.

Высота эффективного объема определяется следующим образом:

Н = Vп/ А , где

А эффективная площадь резервуара канализационной насосной станции

Для малых КНС реальный эффективный объем, как правило, больше расчетного вследствие ограничения по минимальному уровню включения изза охлаждения погружного двигателя.

Для больших расходов важно правильно выбрать направление входного потока в резервуар. Если поток подходит сзади погружного соединителя, его равномерность на входе в насос будет нарушена образующимися завихрениями. Это может препятствовать нормальной работе насоса, снижая его производительность, КПД и увеличивая риск появления кавитации и вибрации в насосе.

Подводящий коллектор канализационной насосной станции 

Расположение и размер подводящего трубопровода канализационной насосной станции важны для нормального функционирования станции. Проблемы, возникающие в процессе эксплуатации насосов, очень часто возникают изза неудачной конструкции подводящего трубопровода.

Подводящая труба, расположенная слишком высоко по отношению к уровню жидкости, или при наличии высокой скорости потока может засасывать воздух. При этом в воде при попадании в колодец могут образовываться завихрения. Тенденция смешивания воздуха со стоками остается, так как пузырьки воздуха обволакивают присутствующие твердые частицы. Разделительная приемная камера не может полностью решить эту проблему.

Высота входящего потока относительно нижнего уровня жидкости в резервуаре всегда должна быть минимальна (не рекомендуется превышать 1,5 м), независимо от того, имеется ли разделительная отстойная камера или нет. Эффект высокогопадающего потока не может быть смягчен рассекателями.

Вовлеченный воздух продолжает оставаться внутри крыльчатки насоса, где центробежные силы собирают его вокруг ступицы. Это может привести к увеличению потребляемой мощности, снижению эксплуатационных качеств и производительности. Опасность кавитации и вибрации насоса также увеличивается.

Воздух является частой причиной извлечения насосов непосредственно из аэрируемых резервуаров на очистных станциях. Если насос находится в аэротенке, он должен быть помещен как можно ниже, чтобы всасывающий патрубок находился около дна. Подводящий коллектор должен находится как можно дальше от всасывающего патрубка насоса. На рисунке 2 показано нежелательное положение. Скорость потока в подводящем трубопроводе должна быть в диапазоне 0,71,0 м/с, таким образом препятствуя как образованию завихрений в колодце насосной станции, так и заливанию канализационной сети (СНиП 2.04.0385 п. 2.34). 

Уровни отключения насосов 

Уровни пуска и отключения насосов определяются на стадии проектирования. Они всегда должны проверяться во время проведения пусконаладочных работ и по их результатам могут корректироваться.

Уровень отключения насосов должен находиться как можно ниже, так как скорость потока к концу рабочего цикла увеличивается. Ограничениями для уровня отключения является минимально допустимый уровень для охлаждения двигателя или уровень, при котором насос начинает подсасывать воздух. Нижний уровень не всегда можно точно определить заранее, поэтомупри пусконаладочных работах он обязательно проверяется при работающем насосе.

В канализационных насосных станциях с двумя погружными насосами, работающими в сменном режиме, допускается, чтобы уровень остановки был расположен ниже отметки середины двигателя, даже если двигатель не имеет специального охлаждающегокожуха. 

Уровень остановки для насосов "сухого" исполнения зависит от высоты расположения всасывающего патрубка, его формы и скорости потока. Запас в 200 мм над всасывающим патрубком, как правило, оказывается достаточным. Форма всасывающего патрубка очень важна. Для этой формы всасывающего патрубка высота уровня остановки насоса, может быть вычислена при помощи уточненной формулы: 

hs = 0,04 Q + 0,2 , где 
hs = высота уровня остановки,

мQ = подача насоса, л/сек

В канализационных насосных станциях с несколькими различными уровнями остановки, в том числе для установки с частотным преобразователем, необходимо планировать, по крайней мере, раз в день, полную откачку резервуара до минимально установленного уровня отключения насосов.

Уровни пуска насосов 

Первый уровень пуска в насосной станции с двумя погружными насосами, работающих в режиме "рабочий резервный", может быть установлен на 1 м выше уровня остановки. В случае небольшого притока, уровень пуска может располагаться и ниже.

Второй уровень пуска насосов может быть установлен на 0,2…0,3 м выше первого. При этом необходимо учитывать величину отметки подводящего коллектора. 

В канализационных насосных станциях с более чем двумя насосами, уровни пуска рассматриваются в каждом конкретном случае. Если насосы имеют общий уровень остановки, возможным решением будет расположение уровня пуска на 1 м выше уровня остановки, а следующих уровней пуска с интервалом 0,3 м. Если уровни остановки насосов расположены в шахматном порядке, тогда уровни пуска должны быть установлены на равных или примерно равных расстояниях.

В канализационных насосных станциях с насосами "сухого" типа уровни пуска должны быть установлены выше кожуха насоса, для того чтобы гарантировать, что кожух заполнен перекачиваемой жидкостью перед тем, как насос включится. 

Насосы в "сухом" горизонтальном исполнении, обычно, не требуют специальных условий для уровней пуска, если конструкция всасывающего патрубка предохраняет от завоздушивания.

Размеры и конструкция всасывающего трубопровода 

Конструкция и размеры всасывающей трубы важны, т.к. неудачная конструкция может привести к вибрации, снижению производительности насоса и риску появления кавитации. Значение скорости потока во всасывающем трубопроводе в среднем составляет 0,61,5 м/с в зависимости от диаметра трубы (СНиП 2.04.0284, п. 7.9). Рекомендуемые размеры вса сывающего трубопровода показаны на рисунках 4 и 5. Нижнее всасывание вызывает очищение потоком дна насосной станции и менее подвержено захвату воздуха с поверхности.

В насосах, устанавливаемых вертикально, отвод перед всасывающим патрубком насоса является ключевым для функционирования насоса. Отвод со слишком малым радиусом может вызвать кавитацию в крыльчатке, снижение производительности насоса и вибрацию. Если всасывающий патрубок насоса меньше, чем всасывающий трубопровод, то необходимо использовать переходник. 

Сужение прямого трубопровода, подводящего поток к горизонтальному насосу, должно быть эксцентричное, для того чтобы избежать завоздушивания крыльчатки.

Неправильно выбранная геометрия подводящего трубопровода может привести к падению давления, достаточному, чтобы израсходовать запас NPSH и вызвать кавитацию в насосе. 

Внутренний трубопровод канализационной насосной станции 

Скорость потока во внутреннем трубопроводе должна соответствовать 2 3 м/сек. Особенно, если стоки содержат  песок, скорость потока должна быть, по крайней мере, 2 м/сек, для того, чтобы песок вымывался из насоса. В системах с частотным регулированием это требование может ограничивать минимальную частоту. Диаметр трубопровода должен быть не менее 100 мм, но может быть и 80 мм для мелких насосных станций.

Использование гибких соединений во внутреннем трубопроводе не рекомендуется, так как большинство вибраций в трубопроводе вызывается давлением протекающей жидкости, и использование гибких соединений только усилит эту вибрацию. 

Для насосов "сухой" установки, а также погружных насосов типа Vortex обратный клапан не должен быть установлен непосредственно за напорным фланцем насоса, для того чтобы уменьшить возможность завоздушивания. Для крупных насосовэто также может привести к постепенному разрушению радиальных опор от быстро закрываемого клапана.

В установках с большим количеством насосов, напорные трубы должны соединяться в общий коллектор, конструкция которого предотвращала бы оседание твердых частиц во время остановок насоса, что в свою очередь может привести к закупорке клапана.