Василенко А.А., Грабовський П.А., Ларкіна Г.М., Поліщук А.В., Прогульний В.І. Реконструкція і інтенсифікація споруд водопостачання та водовідведення

Подождите немного. Документ загружается.

131

Рис. 3.17. Будівництво транзитного водоводу.

НС

КР

3.2.3. Системи з вузлами регулювання.

Відомо, що в звичайній безбаштовій схемі в мережі є надлиш-

кові тиски, які зростають при зниженні подачі води (рис. 3.18). Це при-

зводить до перевитрати електроенергії, зростанню числа аварій та ви-

токам.

Одним зі способів реконструкції СПРВ, при якому знижуються

надлишкові напори й підвищується пропускна здатність мережі, є ви-

користання схем з вузлами регулювання. Вузол регулювання - це ком-

макс

сер

Поверхня необхідних напо-

рів

Рис. 3.18. Надлишкові тиски при живленні мережі від НС

НС

132

плекс споруд, що складається з резервуарів і насосної станції, що пра-

цює тільки в періоди максимального водорозбору.

Основна НС проектується на середньогодинне споживання (рис.

3.19). При максимальному споживанні включаються НС регулювання

й мережа живиться з двох сторін - з основної НС і вузла регулювання.

Насосна станція вузла регулювання працює періодично, основна НС

працює в рівномірному режимі. При цьому зменшується витрата елек-

троенергії. До недоліків цієї схеми варто віднести появу нового майда-

нчику, резервуарів і насосної станції, а також додаткового обслугову-

ючого персоналу. Роботу вузла регулювання доцільно автоматизувати

- у цьому випадку витрати на утримання персоналу будуть мінімаль-

ними.

макс

сер

Поверхня

необхідних напо

ів

макс

Вузол регу-

лювання

Основна

Рис. 3.19. Схема с вузлом регулювання.

При гідравлічному розрахунку визначають місця розміщення

вузлів регулювання, подачу насосних станцій (основної і вузла регу-

лювання), місце й об’єм РЧВ, схему їхнього живлення (рис.3.20).

Місце розташування НС регулювання й живлення її резервуарів

залежить від витрати, довжини мережі, режиму водоспоживання, рель-

єфу місцевості й визначається гідравлічним розрахунком. Процес ре-

гулювання зводиться до вибору такого напору, при якому п’єзометр у

точці, що диктує, дорівнює необхідному.

Ва

іант 1

133

При гідравлічному розрахунку водопровідної мережі здійсню-

ють не тільки внутрішню ув'язку мережі, але й зовнішню, що дозволяє

виявити умови взаємодії мережі, основної НС, регулюючих РЧВ і НС

вузла регулювання.

При підключенні вузла регулювання перед резервуарами часто

доводиться встановлювати прикриту засувку (див. засувку на рис.

3.19) або регулятор тиску, щоб напір у мережі в зоні, що примикає до

РЧВ, не був занадто малим.

Як правило, вирішення завдання інтенсифікації в кожному блоці

може бути досягнуто декількома способами. Для вибору оптимального

рішення необхідно проводити порівняння варіантів за приведеними

затратами. Крім того, враховуються:

1) можливість і трудомісткість реалізації того або іншого варіанту при

провадженні робіт в умовах безперервно діючих решти споруд;

2) витрата електроенергії;

3) надлишкові напори в мережі.

Ва

іант 2

Вузол

ег

Основна

НС

Рис. 3.20. Схема живлення вузла регулювання:

варіант 1 – через мережу; варіант 2 – транзитним

водоводом.

лювання

134

Контрольні питання

1. Перелічіть можливі шляхи інтенсифікації системи „НС-

Водоводи-РЧВ”.

Покажіть на повздовжньому профілі водоводів, як вибрати мі-

сце будівництва додаткової насосної станції.

Чи буде потрібна додаткова регулююча ємність при заміні ма-

лих насосів на насоси великої продуктивності, які працюють

періодично?

4. Складання розрахункової схеми мережі за даними манометри-

чної зйомки.

Як за результатами манометричної зйомки визначити переван-

тажені ділянки, ділянки з малими витратами, місця розташу-

вання несправних арматур?

6. У яких випадках при інтенсифікації доцільне зонування мере-

жі? Можливі схеми зонування.

Як визначити границі зон?

Наведіть схему мережі з п’єзометричними лініями для випад-

ків живлення з однієї точки та з двох.

Чому при будівництві контррезервуарів може бути збільшена

пропускна здатність мережі?

10.

Як впливає установка резервуарів у великих споживачів на

роботу водопровідної мережі?

11.

Проілюструйте на схемах з п’єзометричними лініями, за раху-

нок чого досягається збільшення пропускної здатності мережі:

•

при зміні точки живлення схеми НС-ВБ-мережа;

•

при будівництві додаткової НС;

•

при будівництві додаткової ВБ;

•

при будівництві НС у ВБ.

12.

Що таке вузол регулювання? Режим його роботи.

13.

У яких випадках доцільне будівництво вузлів регулювання?

14.

Як визначити місце будівництва вузла регулювання?

15.

Як забезпечити мінімальний потрібний напір у мережі в зоні

РЧВ вузла регулювання при живленні останнього через мере-

жу?

16. У якому випадку величина надлишкових тисків у мережі буде

більше: у схемі НС-мережа або в схемі з вузлами регулюван-

ня?

135

3.3. СПОСОБИ СКОРОЧЕННЯ ВИТРАТИ ЕНЕРГІЇ В СПРВ

Витрати енергії в СПРВ визначаються споживанням електро-

енергії в насосних станціях, що залежать не тільки від насосів, але й

від системи подачі води. При зменшенні опору водоводів і мереж зни-

жується необхідний напір насосів і кількість споживаної енергії.

Основні шляхи скорочення втрат енергії в насосних станціях

наступні:

Обточування (обрізка) робочих коліс насосів.

Заміна насосів на більш досконалі конструкції - з більш високими

ККД або з більш підходящими робочими характеристиками.

Використання більш широкого набору насосів, що дозволяє пра-

цювати в зоні високих ККД при будь-яких режимах водоспожи-

вання.

4. Регулювання роботи насосів.

Раціональне управління роботою насосів.

Обрізка робочого колеса насоса доцільна в тих випадках, коли

більшу частину часу насос створює надлишковий напір. Необхідний

діаметр колеса розраховують за формулою -

ном

DD =

де D

і D

ном

– необхідний й паспортний (номінальний) діаметри робо-

чого колеса; Н

і Н

ном

– відповідні напори насосів.

Допустима обрізка коліс (див. табл. 3.2) обмежується залежно

від коефіцієнта швидкохідності насосу -

,65.3

75.0

де n – число обертів, об/хв; q – подача, м

/с; Н – напір, м.

Таблиця 3.2. Допустимий ступінь обрізки робочих коліс

Діапазон

Ступінь обрізки колеса, %

60 - 120 20-15

120-200 15-11

200-300 11-7

136

Коефіцієнт корисної дії насосу при обрізці колеса зменшується

відповідно до формули Муди [47]:

,)1(1

25,0

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−−=

ср

сер

ηη

де η

сер

і η – ККД насосу при обрізаному (D

сер

) і номінальному (D) діа-

метрах коліс. Однак це зменшення дуже невелике - приблизно 1% на

кожні 10 % зрізки колеса при n

=60 –200 і 1% на кожні 4 % при n

=200

– 300.

Якщо на насосній станції встановлено кілька однотипних насо-

сів, то обрізку варто проводити не на всіх насосах, а на 1 - 2 [42]. Це

дозволяє регулювати напір насосів, варіюючи склад працюючих насо-

сів.

Заміна насосів звичайно вимагає значних капіталовкладень,

тому тут потрібне техніко-економічне обґрунтування. В [42] рекомен-

дується робити заміну насосів у тих випадках, коли вартість втрат еле-

ктроенергії за 3 роки вище різниці вартості нового й установленого

обладнання.

3.3.1. Методи регулювання роботи насосів

Насоси є основними споживачами електричної енергії в під-

приємствах водопровідно- каналізаційного господарства. Так, за дани-

ми 1997 р. витрати на оплату електричної енергії в Одеському Водо-

каналі становили приблизно 57 % експлуатаційних витрат по водопо-

стачанню.

Одним зі способів зниження енерговитрат є регулювання роботи

насосів. Необхідність регулювання виникає в тих випадках, коли на-

пір, створюваний насосом, більше напору, потрібного споживачеві.

Розглянемо роботу насосу на водопровідну мережу (рис.3.21).

Припустимо, насос підібраний на режим максимального водо-

споживання. При цьому підбір ідеальний – точка перетинання харак-

теристик насоса й мережі точно відповідає потрібним параметрам

(q=q

max

, H=H

max

)

Розглянемо роботу системи «насос – мережа» при витраті q

max

. Зниження подачі відбудеться за рахунок збільшення опору мере-

жі (споживач прикриє частину кранів), характеристика мережі стане

За проектувальними традиціями, які склалися на практиці, підбір насосів

завжди здійснюється з деяким запасом, тобто створюваний напір більше необ-

хідного – H>Hmax.

137

більш крутою (пунктир на рис. 3.21). Напір насоса при цьому стане

рівним Н

. Однак, як видно з рисунка 3.21, мережа може пропустити

потрібну витрату при напорі Н

Таким чином, насос буде створювати надлишковий напір

ΔH

нс

max

Характеристика

насоса

Розрахункова

характеристика

ме

ежі

Рис. 3.21. Сумісна характеристика насосів та мережі

ΔH = Н

- Н

а надлишкова споживана потужність -

ΔN = q

ΔH/102η

де η

– коефіцієнт корисної дії агрегату (насос і електродвигун), рівний

добутку ККД насоса й двигуна

= η

д.

Одночасно, у цьому випадку на величину ΔH зростає напір у мережі,

що призводить до збільшення витрати (це і витоки і нераціональне

використання води споживачем). Звідси виникає доцільність регулю-

вання насосів.

Нижче розглянуті деякі способи регулювання роботи насосів.

138

Дроселювання напірною засувкою

Тут подачу насоса знижують, прикриваючи засувку на напірно-

му патрубку, збільшуючи втрати напору в ній на величину ΔH. В

принципі подача насоса може бути зменшена, якщо прикривати засув-

ку на всмоктувальному патрубку, однак при цьому зростає небезпека

кавітації. Тому цей спосіб регулювання заборонений правилами техні-

чної експлуатації [48].

Характеристика системи «насос + засувка» побудована шляхом

віднімання втрат напору в засувці від характеристики насоса

. У цьо-

му випадку споживана насосом потужність мало зміниться в порівнян-

ні з відсутністю регулювання (рис. 3.22).

Невелике зниження втрат енергії буде за рахунок зменшення

надлишкових напорів у мережі й пов'язаним з ними зниженням втрат

води. Разом з тим, якщо дроселювання засувкою технічно припустимо,

а інших способів регулювання насосів немає, то таке регулювання

вважається доцільним.

ΔH

hг+hнс

max

Характеристика насоса

Розрахункова ха-

рактеристика ме-

режі

Характеристи-

ка системи

«насос + засув-

ка»

Рис.3.22. Сумісна характеристика насосу та мережі при дро-

селюванні засувкою

В деяких джерелах [47] дроселювання засувкою на напірному патрубку тлу-

мачиться, як збільшення опору мережі.

139

До переваг цього методу варто віднести:

Простота реалізації.

Не потрібні додаткові капіталовкладення.

Скорочення напорів у мережі.

Зменшення числа аварій на мережі через зменшення тиску.

Зниження втрат води.

Недоліки методу:

Перевитрата енергії.

Сильне прикриття може привести до виходу засувок з ладу.

Регулювання перепуском води й впуском повітря

Метод

полягає в перепуску частини рідини, що подається насо-

сом, з напірного патрубка у всмоктувальний трубопровід по обвідній

лінії, на якій встановлена засувка для регулювання роботи установки

(рис. 3.23) [49].

Рис. 3.23. Схема регулювання насосів перепуском води

Метод застосовують в осьових насосах, в яких потужність зі

збільшенням подачі зменшується. Перепуск рідини у всмоктувальний

трубопровід поліпшує кавітаційні характеристики насосів, однак тут

ускладнюється схема насосної установки й, що саме головне, знижу-

ється ККД насосної установки [47,49]. Тому цей метод практично не

застосовується в насосних станціях підприємств ВКГ.

Впуск повітря у всмоктувальний трубопровід - більш економіч-

ний метод, ніж дроселювання [47,49], однак глибина регулювання тут

обмежена через можливі різкі погіршення кавітаційних характеристик

насосу. Крім того, в системах водопостачання не можна подавати в

мережу воду з великою кількістю повітря.

140

Регулювання поворотом лопат насоса

Цей метод застосовується в середніх та крупних поворотно-

лопатевих осьових насосах (наприклад, насоси типу ОП[47,49]).

ККД насоса при повороті лопат змінюється незначно, тому цей

спосіб регулювання більш економічний ніж регулювання дроселюван-

ням.

Осьові насоси застосовують на теплових електростанціях (у

якості циркуляційних), у шлюзових установках в іригації, а також на

станціях першого підйому систем водопостачання та у каналізаційних

насосних станціях.

Регулювання зміною частоти обертання насоса

При зміні частоти обертання насоса характеристика насоса пе-

реміщається як би паралельно собі (рис. 3.24). Цей спосіб регулювання

є найбільш економічним [47,49,50] і останнім часом усе ширше впро-

ваджується в практику.

нс

max

Характеристика насоса при числі обертів n

Характеристика мережі

Характеристика насоса – n

Рис. 3.24. Рег

лювання насоса зміною числа обе

тів

Зв'язок параметрів насоса із числом його обертів описується фо-

рмулами:

= n

= (n

)

= (n

)