Для того чтобы канализационная насосная станция заработала необходимо установка надежного насоса. Одним из вариантов выбора насоса является конструкция из совмещенных электродвигателя и насоса, которые устанавливаются в одном корпусе.
Виды насосов для КНС (канализационных насосных станций)
Такие варианты исполнения насосов являются погружными и присоединяются к напорному трубопроводу при помощи автоматизированной гидравлической муфты. Использование муфты позволяет производить присоединение насоса к трубопроводу в автоматическом режиме без участия оперативного обслуживающего персонала. В резервуаре монтируются направляющие и опорный пьедестал, который впоследствии обеспечит герметичность соединения насоса с трубопроводом. При опускании клыковые зацепы насоса входят и надежно фиксируются во фланцевые направляющие пьедестала. При таком варианте установки насос фиксируется под воздействием собственного веса без необходимости применения дополнительных креплений.
В корпус насоса подводится питание через специализированные сальниковые соединители, которые обеспечивают герметичность места ввода. Для охлаждения электродвигателя используется внешняя среда, поэтому необходимо чтобы он был погружен не менее чем на половину корпуса. Непродолжительное время насос может работать в не погруженном состоянии. Для такого исполнения насосного оборудования допускаются частые запуски и остановки, так как охлаждение устройства происходит даже при выключенном оборудовании.
При изменении конструкции КНС в целом большинство погружных насосов свободно адаптируются для установки «сухим» способом. В этом случает бесперебойность и надежность работы технологического оборудования будет обеспечена даже при полностью затопленном аппаратном зале.
Насосы для «сухой» установки имеют неоспоримое преимущество при проведении профилактических и ремонтных работ. Но при их эксплуатации дополнительная мощность тратится на прокачку среды через всасывающий коллектор.
Для оптимизации работы насосного оборудования и снижения затрат электроэнергии используются частотные приводы с возможностью регулирования параметров работы двигателей. Использование ЧРЭП позволяет оптимизировать работу насосов и подстроить ее под объем проходящей жидкости. Это позволяет значительно снизить объем необходимого сборочного резервуара и повысить КПД установки в целом.
Подбор насосного оборудования для КНС осуществляется в зависимости от их консистенции и состава, а также от интенсивности заполнения основного резервуара. При сильном загрязнении сточных вод твердыми частицами, на входной коллектор устанавливается грязеуловитель, который позволяет защитить насос от выхода из строя. В отдельных случаях применяются специализированные конструкции насосного оборудования позволяющие производить прокачку твердых частиц. Можно также использовать для прокачки таких отходов насосное оборудование с установленными на входе измельчителями.
При выборе оборудования для КНС следует учитывать, что минимальная скорость движения рабочей жидкости в горизонтальных частях трубопровода должна быть не менее 0,7 метра за секунду, а в вертикальных – 1 м/c. Это не позволят образовываться отложениям на стенках трубопровода. При перемещении значительно загрязненных сточных вод с высоким содержанием твердых примесей скорость потока должна быть увеличена до 2 метров в секунду чтобы они надежно вымывались насосным оборудованием.
Применение насосов с измельчителями позволяют применять напорные трубы небольшого диаметра благодаря снижению скорости потока на входе в КНС до 0,5 – 0,6 метра в секунду.
Рабочие характеристики
В жидкости существуют следующие виды энергии:
- энергия давления;
- энергия положения относительно плоскости сравнения;
- кинетическая энергия, зависящая от скорости потока.
Полная удельная энергия, т. е. энергия, равная сумме энергий давления, положения и кинетической энергии, приведенных к объему, есть величина постоянная в любой точке трубопровода, если энергия не поступает извне и не уходит наружу:
где p — давление;
ez — удельная энергия положения;
ek — удельная кинетическая энергия.
Гидростатическое давление столба жидкости p=gh зависит только от его высоты, и в гидравлике давлению часто сопоставляют эквивалентную высоту столба — напор H, м.
Энергия привода насоса преобразуется в давление и скорость потока или напор H и расход Q, соответственно, эти величины связаны друг с другом. Напор, развиваемый насосом, зависит от сопротивления системы.
Рабочая характеристика насоса
Если бы напорный патрубок был полностью закрыт, достигалось бы максимальное давление нагнетания, а расход равнялся нулю. При увеличении значения расхода, высота нагнетания падает. Рабочая характеристика насоса отображает эту зависимость напора от расхода H(Q) при фиксированной частоте вращения приводного вала:
В случае системы без потерь ее сопротивление Ha равно геодезическому напору Hgeo (высоте между уровнем жидкости в приемном резервуаре станции и наивысшей точкой гидросистемы). В реальности при перемещении жидкости по трубопроводу ее удельная энергия будет убывать, преобразуясь в тепло, т. к. часть ее затрачивается на преодоление сопротивления движению, обусловленного внутренним трением и вязкостью жидкости. Эти потери энергии выражаются в потерях давления Δp или динамическом напоре системы Hj.
Потери, возникающие при трении зависят от длины трубопровода, шероховатости стенок, числа колен. Они пропорциональны квадрату скорости потока и обратно пропорциональны диаметру труб в пятой степени. Таким образом, сопротивление гидросистемы приобретает квадратичную зависимость от расхода (смотрите рисунок).
Характеристика Ha(Q) выражает потребность системы в энергии, H(Q) характеризует энергию, необходимую для преодоления сопротивления системы. В точке пересечения кривых D достигается энергетический баланс, т. е. работа насоса (изменение энергии) обеспечивает равновесие напоров и создает поток соответствующей интенсивности.
Диаметр напорного трубопровода выбирается, исходя из экономичности его установки и эксплуатации оборудования с учетом наименьшей требуемой скорости потока Vmin:
На графике представлены следующие зависимости: закупочная стоимость трубопровода (1), закупочная стоимость насосной установки (2), стоимость электроэнергии (3), общая стоимость (4). При уменьшении диаметра трубопровода снизится стоимость труб и монтажных работ, но возрастет стоимость насосной установки в силу возросших потерь в трубопроводе и необходимости приобретения в связи с этим более мощной установки и соответствующего контрольного оборудования.