Классификация и назначение насосных станций

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.......................................................................................................................3
Глава 1. Классификация и назначение насосных станций....................................4
Глава 2. Принцип работы и устройство насосных станций..................................7
Глава 3. Обоснование принятого направления решения задачи........................10
Заключение..............................................................................................................13
Список использованных источников....................................................................15

Введение
Около 60% затрат электроэнергии в промышленности и коммунальном хозяйстве (ЖКХ) приходится на долю электродвигателей. 
При этом большая часть этого энергопотребления приходится на приводные системы вентиляторов, компрессоров, насосов и других установок с циклическим режимом нагрузки. Электропривод является энергосиловой основой современного производства и, в свою очередь, среди промышленных электроприводов преобладают электроприводы с асинхронными короткозамкнутыми двигателями, потребляющими до 50% энергии, потребляемой электроприводом. Эти электроприводы, благодаря своей простоте и относительно невысокой стоимости, нашли широкое применение в различных механизмах. 
Общеизвестны и их недостатки — тяжёлый пуск при прямом подключении к сети, сопровождающийся 6–7–кратными токами, и, как следствие, невысокая эксплуатационная надёжность, трудность регулирования скорости.
Характерным примером использования асинхронных двигателей являются насосные станции холодного и горячего водоснабжения, канализационные насосные станции и системы отопления. 
Этот тип механизмов потребляет не менее 20–25% всей вырабатываемой электроэнергии.
Выбранные, исходя из максимальной производительности, эти механизмы значительную часть времени работают с меньшей производительностью, что определяется изменением потребности в разные периоды времени.
Целью нашей работы является изучение особенностей насосных станций.
Задачи, которые мы ставим перед собой:
•Дать классификацию и назначение насосных станций;
•Рассмотреть принцип работы и устройство насосных станций;
•Дать обоснование принятого направления решения задачи.
Глава 1. Классификация и назначение насосных станций
1.По назначению различают НС первого подъема, второго подъема, повысительные и циркуляционные.
Насосные станции первого подъема (НС-I) предназначены для подачи воды от источника водоснабжения на очистные сооружения или, если очистка не требуется, непосредственно в РЧВ, водонапорную башню, распределительную сеть или другие сооружения в зависимости от схемы водоснабжения. При пожаре НС-I должна обеспечивать восстановление неприкосновенного противопожарного запаса воды в РЧВ.
Насосные станции второго подъема (НС-II) предназначены для подачи воды из РЧВ через водоводы и водопроводную сеть к потребителям. Иногда НС-II подъема блокируют с местными сооружениями или НС-I подъема.
Повысительные насосные станции предназначены для местного повышения напора в водопроводной сети. При этом вода из одной сети под увеличенным напором подается в другую сеть (сеть района, предприятия или отдельного здания) [1].
Циркуляционные насосные станции устраиваются в оборотных системах водоснабжения промышленных предприятий или в сетях городского водоснабжения в районах с вечномерзлыми грунтами.
2.По расположению насосных станций относительно поверхности земли они могут быть: наземные, заглубленные, и шахтного типа (расположены на большой глубине).
3.По виду оборудования различают насосные станции с вертикально и горизонтально расположенными насосами.
4.По характеру управления различают насосные станции: с ручным управлением, с автоматическим управлением; с дистанционным управлением.
5.По надежности действия насосные станций подразделяются на три категории (п. 4.4 СНиП 2.04.02-84*):
I категория – перерыв в работе насосов не допускается;
II категория – допускается перерыв в подаче воды на время, необходимое для включения резервного электроснабжения обслуживающим персоналом. К ним относятся станции противопожарных и объединенных с противопожарным водопроводом при наличии на сети емкостей с необходимым противопожарным запасом воды, обеспечивающим требуемый напор;
III категория – допускается перерыв в подаче воды на время ликвидации аварии, но не более одних суток. К ним относятся станции противопожарных и объединенных с противопожарными водопроводов при расходе воды на наружное пожаротушение до 20 л/с в населенных пунктах с количеством жителей до 5000 чел., а также при подаче воды по одному водоводу [3].
Кроме того, НС-II подъема бывают следующих типов: низкого и высокого давления.
Насосная станция низкого давления (рисунок 1) – станция, на которой устанавливаются насосы одной марки, т.е. в обычно время работают основные (рабочие) хозяйственные насосы, а при пожаре включается дополнительный (пожарный) насос. НС-II низкого давления устанавливается, если
Нпож – Нхоз < 10 м или Нпож ≤ Нхоз. Если Нпож – Нхоз > 10 м, то устанавливается насосная станция высокого давления.
Рисунок 1. Схема насосной станции низкого давления 1 – хозяйственный насос; 2 – дополнительный насос; 3 – резервные насосы
Насосная станция высокого давления (рисунок 2) работает следующим образом: в обычное время работают хозяйственные насосы; при пожаре включается пожарный насос и т.к. напор, создаваемый пожарным насосом больше, чем напор хозяйственных насосов, то обратные клапаны на напорных линиях хозяйственных насосов закрываются и хозяйственные насосы выключаются. При этом пожарный насос должен обеспечить подачу полного расчетного расхода воды.
На насосных станциях высокого давления пожарные и хозяйственные насосы должны иметь отдельные всасывающие коллекторы. Напор пожарных насосов определяется по формуле 
Нпож = 1,05(hвс + hвод + hс) + Нсв + Z,                                     
где hвс, hвод, hс, - потери напора соответственно во всасывающих трубопроводах, водоводах, и в сети при пожаре, м; Нсв – свободный напор при пожаре в диктующей точке сети (Нсв = 10 м для сети низкого давления и Нсв = 28 + Т для сети высокого давления; Т – высота здания); Z – разность геометрических отметок между диктующей точкой сети и наименьшим уровнем воды в РЧВ [5]. 
Рисунок 2. Схема насосной станции второго подъема высокого давления:
1 – хозяйственный насос; 2 – резервные насосы хозяйственные; 3 – специальный противопожарный насос; 4 – резервный противопожарный насос
Вывод по вопросу. Таким образом, насосные станции классифицируются по ряду признаков и отличаются по конструктивным особенностям в зависимости от мощности насосных установок.
Глава 2. Принцип работы и устройство насосных станций
Повысительная/Подкачивающая Насосная Станция (ПНС) предназначена для перекачивания и повышения давления чистой воды в системе водоснабжения. Установка данного оборудования — ПНС — обеспечивает решение задач хозяйственно–бытового и противопожарного водоснабжения не только одного или нескольких зданий промышленного, административного или жилого назначения (в том числе, повышенной этажности), но и целых населённых пунктов и предприятий [6].
Использование ПНС допустимо в системе водоснабжения:
•многоквартирных домов;
•учебных заведений;
•промышленных систем;
•медицинских учреждений;
•гостиниц и т.д.
Насосные станции подкачки без резервуаров более компактны (рис.3). Их часто размещают в заглубленных зданиях небольшого размера. Режим работы таких станций жёстко связан с режимом водопотребления. Такие станции располагают в подземных камерах (колодцах). При достаточном напоре в сети городского водопровода, обеспечивающем потребление микрорайонов или посёлков, возможно ограничиться сооружением только водоводов и сети.
Рисунок 2 – Общий вид подкачивающей насосной станции без резервуара:
1) павильйон; 2) насосная установка; 3) трубопроводы с запорно-регулирующей арматурой; 4) шкаф управления; 5) грузоподъёмное устройство; 6) светильники; 7) приборы отопления; 8) вентиляционная система. 
Цена такой станции зависит от её комплектации:
•количества насосов и их мощностных характеристик;
•варианта автоматики;
•опций, предлагаемых производителем.
Режим работы повысительной станции может быть круглосуточным. В таком случае, её подключают непосредственно к трубопроводу, и она будет запускаться каждый раз, когда давление в трубах начнёт ослабевать. В производственных трубопроводах такую схему используют чаще всего [8].
Что касается жилых комплексов, то там напор воды падает в определённые часы, когда происходит максимальное водопотребление. В таком случае, режим работы повысительной станции может быть ступенчатым. Тогда группу насосов подключают к трубопроводу не напрямую, а через накопительный резервуар. Как только уровень жидкости в нём падает до определённой отметки, поплавковые датчики дают команду на запуск и подкачку воды.
Для того чтобы станция могла нормально функционировать, давление в подающем трубопроводе не должно быть меньше 10 м.вод.ст. В противном случае, во всасывающем трубопроводе образуется вакуум, либо может произойти разгерметизация соединений, с последующим подсосом загрязнённого воздуха [7].
Расчёт напора и подачи насосных агрегатов определяется на стадии проектирования системы водоснабжения. Причём, каждой станции присваивается своя категория обеспечения подачи.
При необходимости транспортировки воды на длинные дистанции, давление в напорном трубопроводе снижается прямо пропорционально его протяжённости. Таким образом, чтобы компенсировать потерю напора, возникает прямая необходимость установки на трассе магистрали повысительных станций — и даже не одной, а нескольких.
Большинство предприятий не имеет автономного водопровода и пользуются водой из городских водопроводов, на общих основаниях. Напора имеющегося трубопровода для производства недостаточно и в часы пик давление воды существенно снижается. Поэтому, предприятиям, которым необходим стабильный напор воды, требуется наличие повысительной насосной станции. Размещается она непосредственно на вводе трубопровода в цех, которому не хватает имеющегося давления воды. В системах производственного водоснабжения нередко используют схемы, предусматривающие её охлаждение и повторное использование [9].
Комплектация оборудования и схемы его компоновки на повысительных насосных станциях, прежде всего, зависят от конструкции подводящих трубопроводов, к которым они должны будут подключаться. Станция подкачки, которая входит в систему напорного трубопровода, по всем параметрам похожа на обычную насосную станцию II подъёма.
Её функция состоит в том, что насосные агрегаты забирают воду из трубопровода с низким напором, повышают его до расчётного показателя и подают в трубопровод высокого давления. В таких системах используется коллекторная схема подключения.
Оба коллектора (один высоконапорный, а другой низконапорный) располагают в том же здании, где установлена и насосная станция. Трубопроводы диаметром 150 мм укладывают чуть ниже уровня пола, в специально обустроенных кирпичных каналах или бетонных лотках [13].
Современные системы водоснабжения, использующие циркуляционные насосы высокого давления и трубы в зданиях, изготавливают из меди, латуни, пластика (особым способом скроенного полиэтилена PEX, который используется в 60% многоквартирных и индивидуальных домов) или другого малотоксичного материала. Современные дренажные и канализационные трубопроводы изготавливают из пластика, стали, чугуна или свинца.
Глава 3. Обоснование принятого направления решения задачи
Для меньшего энергопотребления используется метод управления, ориентированный не только на поддержание заданного давления, но и на контроль эффективности работы насосной станции. В качестве критерия эффективности работы насосной станции используется ее гидравлический КПД, который определяется по формуле:                                                                                                                                     
где Pгидр – гидравлическая мощность, развиваемая насосной станцией, т.е. мощность, передаваемая жидкости насосом;
Pэлект – суммарная электрическая мощность, потребляемая приводами регулируемых насосных агрегатов и приводами насосов, работающих от сети.
Электрическая мощность является измеряемым параметром, гидравлическая (полезная мощность) определяется формулой:                                                                                                                                                                
где Q – подача насосной станции, м3/с;
ρ – плотность жидкости кг/м3 ;
g – ускорение свободного падения, м/с2 ;
H – полный напор насоса, м.
Полный напор насоса:                                                                                             
где Z – высота центра поперечного сечения трубопровода над эталонной плоскостью;
р – манометрическое давление, отнесенное к центру поперечного сечения;
u – средняя осевая скорость, определяемая отношением объемной подачи к площади поперечного сечения трубы.
Поскольку сечение трубопроводов на повысительных насосных станциях на входе и выходе насосного агрегата одинаковое, динамической составляющей напора пренебрегают.
Изменение напора и мощности при регулировании частоты вращения рабочего колеса для центробежных насосных агрегатов описывается уравнениями, приведенными ниже. Напорная характеристика насоса:
где A2, B2, C2 – коэффициенты, определяемые характеристиками насосного агрегата;
n – частота вращения рабочего колеса;
Q – расход, развиваемый насосным агрегатом. 
Влияние регулируемых насосов, находящихся в неэффективном режиме, на выходное давление станции незначительно. Для исключения неэффективной работы регулируемых насосных агрегатов предлагается определять мгновенную эффективность каждого из них, а затем отключать насосный агрегат в случае снижения его эффективности ниже заданного порога. Мгновенная эффективность оценивается, исходя из мощности, потребляемой каждым из насосов, а также из его развиваемых напора и расхода. При этом расход оценивается, исходя из паспортной напорной характеристики насоса и текущей частоты вращения его рабочего колеса. 
Заключение 
Таким образом, мы справились с поставленной целью, а именно рассмотрели устройства и назначение насосных станций.
Так, мы выяснили, что по назначению различают НС первого подъема, второго подъема, повысительные и циркуляционные. Повысительная/Подкачивающая Насосная Станция (ПНС) предназначена для перекачивания и повышения давления чистой воды в системе водоснабжения. Установка данного оборудования — ПНС — обеспечивает решение задач хозяйственно–бытового и противопожарного водоснабжения не только одного или нескольких зданий промышленного, административного или жилого назначения (в том числе, повышенной этажности), но и целых населённых пунктов и предприятий [6].
Использование ПНС допустимо в системе водоснабжения:
•многоквартирных домов;
•учебных заведений;
•промышленных систем;
•медицинских учреждений;
•гостиниц и т. д.
Режим работы повысительной станции может быть круглосуточным. В таком случае, её подключают непосредственно к трубопроводу, и она будет запускаться каждый раз, когда давление в трубах начнёт ослабевать. 
Современные системы водоснабжения, использующие циркуляционные насосы высокого давления и трубы в зданиях, изготавливают из меди, латуни, пластика (особым способом скроенного полиэтилена PEX, который используется в 60% многоквартирных и индивидуальных домов) или другого малотоксичного материала. Современные дренажные и канализационные трубопроводы изготавливают из пластика, стали, чугуна или свинца.
В производственных трубопроводах такую схему используют чаще всего. 
Для меньшего энергопотребления используется метод управления, ориентированный не только на поддержание заданного давления, но и на контроль эффективности работы насосной станции. 
В качестве критерия эффективности работы насосной станции используется ее гидравлический КПД
Влияние регулируемых насосов, находящихся в неэффективном режиме, на выходное давление станции незначительно. Для исключения неэффективной работы регулируемых насосных агрегатов предлагается определять мгновенную эффективность каждого из них, а затем отключать насосный агрегат в случае снижения его эффективности ниже заданного порога.
Мы справились с поставленными задачами, а именно:
•Дали классификацию и назначение насосных станций;
•Рассмотрели принцип работы и устройств насосных станций;
•Дали обоснование принятого направления решения задачи.
Список использованных источников 
1. ГОСТ 17398-72* Насосы. Термины и определения.
2. ГОСТ 10272-87* Насосы центробежные двустороннего входа. Основные параметры.
3. ГОСТ 10407-88 Насосы центробежные многоступенчатые секционные. Типы и основные параметры.
4. СНиП 2.04.02-84* Водоснабжение. Наружные сети и сооружения / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2001. – 128 с.
5. СНиП 2.04.01-85* Внутренний водопровод и канализация зданий / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 1998. – 60 с.
6. Абросимов Ю.Г., Иванов А.И., Качалов А.А. и др. Гидравлика и противопожарное водоснабжение: Учебник. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2003. 392 с.
7. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов.– Л.: Энергоиздат. Ленинградское отделение, 1982.– 392 с.
8. Зайцев Г.Ф. Теория автоматического управления и регулирования. / Зайцев Г.Ф. – Киев: Вища школа, 1988 – 431 с. 
9. Кошмаров Ю.А. Гидравлика и противопожарное водоснабжение. – М.: ВИПТШ МВД СССР, 1985. – 383 с.
10. Лукас В. А. Теория автоматического управления. / Лукас В. А. – М.: Недра, 1990. – 416 с.
11. Лезнов Б.С., Частотно–регулируемый электропривод насосных установок. 2013. – 176с. 
12. Попович М.Г., д.т.н., проф., Кіселичник О.І., и др. Адаптивні електромеханічні системи автоматичного керування насосними установками з векторно-керованими асинхронними двигунами. – Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. – Випуск 3(50)/2008 частина 1. – с.72. 
13. Повысительная насосная станция в системе водоснабжения и водоотведения [Электронный ресурс]. / – Режим доступа: http://moikolodets.ru/~povysitelnaya....