Расчет емкости приемного резервуара КНС с погружными насосными агрегатами
Емкость резервуара КНС задается уровнями откачки максимальным и минимальным (уровень 0 — уровень 1, рис. 1). Объем воды между этими уровнями называется регулируемым. Эта величина в соответствии со СНиП 2.04.03-85 п. 5.18 должна быть не менее 5-минутной максимальной производительности одного из насосов.
Тенденция поставок в Россию погружных насосных агрегатов ведущих компаний (ITT Flygt, Grundfos/Sarlin, KSB, ABS и др.) с каждым годом возрастает, в своих технических паспортах они рекомендуют, рассчитывая приемный резервуар за основной параметр принимать число пусков насоса (а не 5-минутную производительность). Большинство производителей погружных насосов указывают, что максимальное число пусков — 10—25 раз в час в зависимости от мощности (хотя в отдельных публикациях фирмы приводят примеры и более высоких частот включений малых агрегатов (0—5 кВт), так Grundfos показывает 25, а Flygt даже 60 пусков в час без опасности снижения срока службы).
Проектному институту «СОЮЗВОДОКАНАЛПРОЕКТ», как разработчикам СНиПа 2.04.03-85, был задан вопрос, о соответствии расчета по СНиПу и рекомендациям производителей насосов. В ответе было указано, что СНиП 2.04.03-85 разрабатывался под поверхностные насосы без учета особенностей погружных насосов, и настоящее время при использовании погружных насосов расчет объема резервуаров следует производить по формулам поставщиков насосов.
Ниже распишем формулу, рекомендуемую производителями насосов для расчета, регулирующего объема:
Источник
Определение вместимости приемных резервуаров
И особенности их устройства
Приемные резервуары насосных станций могут устраиваться как совмещенные в одном здании с машинным отделением, так и в отдельно стоящих друг от друга зданиях. Вместимость приемных резервуаров надлежит определять с учетом притока сточных вод, подачи насосов и принятого режима их работы. Вместимость приемных резервуаров насосных станций для перекачки бытовых сточных вод должна быть не менее 5-минутной максимальной подачи одного из насосов. При крупных насосных станциях (пропускной способностью более 100 тыс. м 3 /сут) приемным резервуарам придают форму распределительного канала. Вместимость резервуаров определяется конструктивными соображениями – необходимой площадью и глубиной для размещения насосов, механических решеток и др.
Частое включение насосных агрегатов в работу усложняет эксплуатацию насосной станции и отрицательно сказывается на работе электроаппаратуры управления насосами и системы электроснабжения. Поэтому частота включения насосных агрегатов в течение 1 ч допускается не более 3 раз при ручном управлении и не более 5 раз – при автоматическом. Частота включения насосов зависит от вместимости приемного резервуара. Вместимость, вычисленная по 5-минутной максимальной подаче одного насоса, обычно рекомендуется проверять на соблюдение требований о числе включений насоса за 1 ч.
Вместимость приемного резервуара обычно рекомендуют определять путем построения интегрального графика притока и откачки сточных вод одним насосом в час минимального и среднего (50 % от максимального) притока сточных вод. На рис. 5.5 показан пример определения вместимости резервуара. Ломаная линия III откачки сточных вод с периодическим выключением насоса строится следующим образом. Приток воды за 1 ч равный 350 м 3 , был разделен на пять частей (по 70 м 3 ), которые были отложены по оси ординат. Через полученные точки проводят пунктирные линии. Из точек их пересечения с прямой I притока воды проводят линии, параллельные линии II подачи насоса, до пересечения с ближней нижней пунктирной линией. Образовавшаяся ломаная линия III характеризует работу насоса с выключением его 5 раз за 1 ч. Горизонтальные участки ломаной линии характеризуют время простоя насоса, а наклонные – режим его работы. Наибольшая разность ординат между линиями I и III показывает требуемый минимальный объем резервуара для обеспечения пяти включений насоса за 1 ч. Он оказался равен 39 м 3 .
Пятиминутная подача насоса равна:
(5.8)
где qнас – подача насоса, равная 800 м 3 /ч.
Вместимость резервуара следует принять равной 66,7 м 3 . Приведенный выше расчет показывает, что при принятой вместимости резервуара число включений за 1 ч будет меньше 5.
Рис. 5.5. Интегральный график притока и откачки
воды насосной станцией: I – приток сточных вод;
II – откачка воды одним насосом; III – то же
с периодическим его выключением
Вместимость резервуара и параметры работы насосов при включении могут быть определены и аналитически. Необходимые зависимости следуют из рис. 5.5. Отрезок ординаты cd представляет собой приток поды за время l/n (между двумя остановками насоса – одного цикла стоянки и работы насоса), равный величине qпр/n (где qпр – приток воды за 1 ч, n – число включений за 1 ч). Отрезок абсциссы ed представляет собой время работы насоса, которое определяется из подобия треугольников ОАВ и есd:
(5.9)
Отрезок абсциссы ае представляет собой время остановки насоса, равное:
(5.10)
Вместимость резервуара, равная объему притока воды за время остановки насоса, определяется по следующей зависимости:
(5.11)
Для условий, представленных на графике:
tраб = 350 / 5 ∙ 800 = 0,088 ч;
tст = (1 / 5) (1 – 350 / 800) = 0,112 ч;
Wp = (350 / 5) (1 – 350 / 800) = 39 м 3 .
Вместимость получилась такая же, как и при графическом решении.
Проведем анализ расчетной зависимости (5.8), имеющей максимум. Представим уравнение (5.11) в виде
(5.12)
Для установления условий, при которых зависимость имеет максимум, найдем первую производную и приравняем ее нулю. В итоге получим
(5.13)
Следовательно, при соотношении (5.13) вместимость резервуара получается максимальной. Формула для определения максимальной вместимости резервуара следует из уравнения (5.12) с учетом соотношения (5.13):
(5.14)
Именно по формуле (5.14) следует определять вместимость резервуара из условий обеспечения регламентируемого числа включения n.
Уравнение для определения вместимости резервуара по максимальной подаче одного насоса за определенное время t (мин) имеет вид:
Из сравнения зависимостей (5.13) и (5.14) следует:
По формуле (5.16) определяется время, которое необходимо принимать при расчете вместимости резервуара по формуле (5.15), чтобы соблюдались требования о регламентируемом числе включений n. При n = 3 t = 5 мин; при n = 5 t = 3 мин. Полученные результаты подтверждают обоснованность рекомендаций ТКП об определении вместимости резервуара.
Графический анализ еще полнее раскрывает особенности уравнения (5.12). Разделив левую и правую части уравнения на qнас, получим
(5.17)
Приемные резервуары насосных станций полураздельных и общесплавных систем водоотведения выполняют с переливным устройством и разделительной стенкой на два отделения (одно – для стока в сухую погоду, другое – во время дождя); возможна установка двух самостоятельных резервуаров. Вместимость приемных резервуаров или их отделений для притока в сухую погоду определяется так же, как и вместимость резервуаров насосных станций для перекачки бытовых сточных вод полной раздельной системы водоотведения. При дополнительном притоке во время дождя вместимость рассчитывается, как для регулирующего резервуара.
Вместимость приемных резервуаров насосных станций дождевой сети рассчитывается так же, как вместимость регулирующего резервуара. Вместимость приемных резервуаров насосных станций дождевой сети, полуразделыюй и общесплавной систем водоотведения должна быть не меньше объема воды, поступающей за время, необходимое для запуска насоса с наибольшей подачей.
В приемных резервуарах насосных станций возможно выпадение осадка. Этим и определяются особенности их устройства. Дно приемных резервуаров в насосных станциях бытовых сетей полных раздельных систем водоотведения должно иметь уклон к приямкам не менее 0,1. По периметру наружных стен резервуаров рекомендуется прокладывать трубопроводы, снабженные патрубками и присоединенные к напорному трубопроводу. С их помощью можно взмучивать и смывать осадок к приямкам. Кроме того, в помещении над резервуаром (помещении решеток) следует устанавливать поливочные краны, оборудованные шлангами с брандспойтами, которые также служат для взмучивания и смыва осадка в резервуарах. Одной из эффективных мер удаления осадка из резервуаров является обеспечение режима работы насосной станцией с периодическим полным опорожнением резервуара.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Источник
Расчет емкости приемного резервуара КНС с несколькими однотипными рабочими насосами
Представлены методы расчета насосных станций в соответствии с требованиями актуализированной редакции СНиП 2.04.03-85 «СП 32.13330.2012. Свод правил. Канализация. Наружные сети и сооружения». Рассмотрены основные требования данного СП и заводов-изготовителей насосных агрегатов к расчетам насосных станций. Выведена формула расчета требуемого рабочего объема насосных станций с несколькими однотипными рабочими насосами. Определена оптимальная логика работы насосов подобных насосных станций, рассмотрены режимы работы насосов, уровни включения и отключения их. Приведен пример расчета рабочего объема приемного резервуара рассматриваемых насосной станции с обоснованием выведенных формул. Показана возможность уменьшения габаритов насосных станций. Представлены обоснования применения рассмотренных формул расчета рабочего объема при расчете насосных станций.
В 2012 г. вышла актуализированная редакции СНиП 2.04.03-85 [1], согласно п.8.2.15 которой, вместимость подземного резервуара насосной станции следует определять в зависимости от притока сточных вод, производительности насосов, допустимой частоты включения электродвигателей и условий охлаждения насосного оборудования. Из всех требований [1], основное – это допустимая частота включений электродвигателя насоса, т.к. по притоку подбирается производительность насоса и учитывает этот параметр. Соответственно, расчет рабочего объема резервуара должен обеспечить условие, при котором, насосы не будут включаться больше допустимой частоты (указанной в паспорте на насос) при разном притоке в насосную станцию, меняющемся в зависимости от времени суток, т.к. это приведет к перегреву двигателя и поломке насоса. Для удовлетворения данного условия (требований СП) необходимо использовать формулу расчета требуемого рабочего объема, подробно рассмотренную в статье «Расчет емкости приемного резервуара канализационных насосных станций с погружными насосными агрегатами» опубликованной в «ВСТ» в 2009г, №11, [2]:
Формула (1) применима только для расчета требуемого рабочего объема малых КНС, в которых установлено не более одного рабочего насоса. При расчете объема средних и крупных канализационных насосных станций с несколькими однотипными насосами необходимо пользоваться формулой, которая обеспечит равномерную нагрузку на насосы и минимизирует рабочий объем, необходимый для правильной работы насосной группы. Излишний объем приведёт только к удорожанию объекта, загниванию сточных вод в станции и заиливанию дна приемной камеры.
Для правильного расчета минимального, требуемого рабочего объема приемного резервуара КНС с несколькими однотипными насосами необходимо соблюдать главное условие, как и для КНС с одним насосным агрегатом — насосы не должны включаться больше максимального числа раз за определенный промежуток времени (допустимая частота включения электрооборудования, п.8.2.15 [1]), т.е. двигатель насосного агрегата не должен перегреваться из-за постоянных включений. Проанализировав работу подобной КНС (приняв условный объем станции, подобрав насосы на максимальный приток, и рассчитываем частоту включений насосов при условиях притока в КНС от 1 до 100% от максимального, см. пример расчета в конце статьи), очевидно, что максимальное число пусков имеет место, когда приток в станцию задействует насосы в режиме, при котором постоянно работают все рабочие насосы за исключением одного, который работает попеременно, т.е. когда:
Рабочий насос, который функционирует попеременно, включается максимальное число раз, когда половину цикла он работает, а половину цикла набирается его регулирующий объем (объем V3, рис. 1), так же как и в станциях с одним рабочим насосом. Насосная станция работает с максимальной нагрузкой насосов, когда задействуется рабочий объем одного (последнего) рабочего насоса. Тогда в расчете рабочего объема всей КНС можно использовать производительность одного насоса, а не всей станции. При этом следует учесть необходимость программирования работы насосов на логику «последовательный пуск / последовательная остановка насосов» и добавить к рабочей высоте КНС уровни включения оставшихся насосов (ΔН). Каждый насос будет использовать свой рабочий объем / рабочую зону V1, V2, …, Vn (рис 1), выделение данных рабочих объемов / уровней необходимо для правильного программирования шкафа управления насосами и установки датчиков уровня в станции. При расчете глубины КНС, все рабочие объемы и уровни включений насосных агрегатов, в большинстве случаев, находятся ниже отметки подводящего коллектора (на рисунках 1 и 2, расположение подводящего коллектора показано условно).
На основании вышеизложенного преобразуем формулу (1):
Применяя чередование насосов при отключении, программируя контроллер управления насосными агрегатами на следующее чередование насосов: включение 1-го, включение 2-го, …, включение n-го, отключение 1-го, включение 1-го, отключение 2- го, включение 2-го, …, отключение n-го, включение n-го, происходит увеличение времени цикла во столько раз, сколько насосов участвует в чередовании (пример расчета в конце статьи подтверждает данное утверждение). Соответственно, применив данный режим работы насосов, можно уменьшить рабочий объем КНС, разделив его на количество насосов. Так как резервные насосы могут находиться в ремонте, в расчете учитываем только рабочие насосы (n).
Преобразуем формулу (3):
Полученная формула (4) рекомендована насосным заводом «Flygt» для расчета требуемого рабочего объема насосных станций [3].
Пример. КНС с максимальной производительностью q max = 1000 м³/ч = 16,67 м³/мин, количество рабочих насосов — 2 шт., расчетное количество пусков насоса в час, время цикла — 10 раз (Т=360 с), диаметр КНС — 3,0 м, минимально расстояние между поплавками 0,3 м. Производительность насосных агрегатов Q1= Q2 = 500 м³/ч = 138,89 л/с = 8,33 м³/мин.
Требуемый рабочий объем КНС по формуле (4) равняется:
Рассмотрим самый неблагоприятный режим работы насосов, определенный ранее на основании анализа работы подобной станции, когда приток в станцию q = Qобщ — Q/2 = 750 м³/ч = 12,5 м³/мин, согласно формулы (2).
- Сточные воды q=12,5 м³/мин поступают в приемный резервуар КНС с рабочим объемом V=8,37 м³, уровень жидкости поднимается до отметки «Р1 старт» (рис.2), включается насос «А» производительностью Q1=8,33 м³/мин.
- Насосный агрегат &qout;А» не справляется с притоком стоков, происходит наполнение резервуара до отметки «Р2 старт&qout;, за время t1=ΔHS/(q-Q1)=2,12/4,17=0,51 мин, включается насос &qout;В» производительностью Q2=8,33 м³/мин.
- Оба рабочих насоса «А» и «В» совместно откачивают рабочий объем V2=V1=6,25 м³ и поступающие сточные воды q до отметки «Р2 стоп», за время t2=V2/(Q1+Q2-q)=6,25/(8,33+8,33-12,5)=1,5 мин, отключается насос «А».
- Сточные воды q=12,5 м³/мин продолжают поступать в резервуар, насос «В» не справляется и уровень жидкости поднимается до отметки «Р2 старт», за время t3= V2/(q-Q2)=6,25/(12,5-8,33)=1,5 мин, включается насос «А».
- Оба насоса откачивают рабочий объем V2 и поступающие сточные воды q до отметки «Р2 стоп», за время t4=t2=1,5 мин =1,5 мин, отключается насос «В».
- Насос «А» не справляется с объемом поступающих сточных вод и уровень жидкости поднимается до отметки «Р2 старт», за время t5= V2/(q-Q1)=6,25/(12,5-8,33)=1,5 мин, включается насос «В».
- Оба насоса откачиваю рабочий объем V2 и поступающие сточные воды q до отметки «Р2 стоп», за время t6=t2=1,5 мин, отключается насос «А».
- Насос «В» не справляется с объемом поступающих сточных вод и через время t7= t3=1,5 мин, включается насос «А», и т.д.
Выполненный анализ работы рассматриваемой КНС показывает, что время цикла Т (время между последовательными пусками одного насоса) для насоса «А» равняется t1+t2+t3=3,51 мин, при первом его включении, и t4+t5+t6+t7=6 мин для второго и последующих включений. Для насоса «В» время цикла Т=t2+t3+t4+t5=6 мин для первого и последующих включений. Соответственно, насос «А» в первый час работы включится 11 раз, а в последующие часы 10 раз, насос «В» будет включаться 10 раз в час.
- двигатель насосного агрегата допускает кратковременное превышение номинальной нагрузки;
- в насосных станция устанавливаются резервные насосы, участвующие при чередовании общего количества насосов и увеличивающие время цикла насосов;
- вероятность того, что КНС будет работать в самом неблагоприятном для насосов режиме длительное время, когда q = Qобщ — Q/2, ничтожно мала;
- как правило, в расчетах участвуют не максимальные значения количества пусков насоса в час.
Принимая во внимание изложенное выше, мы можем пренебречь одиннадцатым пуском насоса «А» в первый час его работы. Выполняется основное требование производителей насосного оборудования, а значит, расчет выполнен правильно.
Была рассмотрена работа насосной станции с двумя рабочими насосами, но данный алгоритм работы и расчеты рабочего объема будут справедливы и в станциях с большим числом насосных агрегатов.
Вывод:
использование формулы (4) и предложенной логики работы насосов при расчете объема приемного резервуара канализационных насосных станций с несколькими однотипными рабочими насосами: в несколько раз сокращает требуемый рабочий объем станции; удовлетворяет требованиям актуализированной редакции СНиП 2.04.03-85 [1] и заводов-изготовителей насосов; обеспечивает бесперебойную работу насосных агрегатов на весь срок эксплуатации и сохраняет гарантии изготовителей насосов.
Литература
- СП 32.13330.2012. Свод правил. Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85.
- Дягилев М.А. Расчет емкости приемного резервуара канализационных насосных станций с погружными насосными агрегатами // Водоснабжение и санитарная техника, 2009, №11.
- Dеsign recommendations for pump stations with midrange centrifugal Flygt wastewater pumps. ITT Flygt, 02.04.2008.
Автор статьи:
Дягилев Михаил Аркадьевич, главный инженер ООО «ТРИТОН».
тел.: +7 (846) 205-16-15.
эл. почта: mikhail.dyagilev@stormwater.ru
Подберем индивидуальное решение для вашей задачи. Оставьте заявку, и наш менеджер свяжется с вами.
Источник
