СХЕМЫ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Повышение этажности жилых зданий и нестабильность давлений в водопроводах крупных городов привели к необходимости предусматривать в системах водоснабжения жилых микрорайонов и отдельных зданий собственные насосные установки, обеспечивающие требуемое повышение давления. Как правило, повысительные насосы обслуживают одновременно системы холодного и горячего водоснабжения. Их устанавливают в центральных и индивидуальных тепловых пунктах.
Объединение повысительных установок холодного и горячего водоснабжения сокращает число устанавливаемых насосов, что облегчает их эксплуатацию и управление. В практике проектирования разность в потерях давления не учитывалась, так как по расчетным формулам она получалась незначительной. Это происходило из- за того, что сопротивление водонагревателей в расчетах принималось в 3—4 раза меньше фактического (см. гл. 3). Кроме того, не учитывалось, что фактическое сопротивление систем холодного водоснабжения может быть меньше расчетного в системах, имеющих резервный трубопровод для противопожарного водоснабжения. Так, из-за незнания фактических гидравлических сопротивлений расчетные потери давления в системах горячего водоснабжения принимались на (20-5-25) 104 Па меньше фактических, что вызывало в ряде случаев нарушения в подаче горячей воды в квартиры верхних этажей. Однако уменьшение потерь давления в водонагревателях экономически не оправдано, так как приводит к уменьшению коэффициента теплопередачи и увеличению размеров и стоимости водонагревательной установки. В то же время оборудование таких систем общими повысительными установками потребовало примерно вдвое увеличить расчетный и рабочий напор в них, что вызвало неоправданное увеличение расхода электроэнергии и бесполезные утечки воды в системах холодного водоснабжения. Бесполезные утечки могут быть устранены, если в системах холодного водоснабжения предусмотреть самостоятельные регуляторы давления.
Снижение расхода электроэнергии возможно двумя способами:
1) установкой дополнительных повысительных насосов на подающем трубопроводе систем горячего водоснабжения (до подсоединения к нему циркуляционного трубопровода) после общих повысительных насосов;
2) установкой циркуляционного насоса горячего водоснабжения не на обратном трубопроводе, а на подающем. Тогда циркуляционный насос не только поддерживает циркуляцию в системе, но и повышает статическое давление воды в системе горячего водоснабжения (рис. 4.1).
Такая схема установки циркуляционных насосов называется циркуляционно-повысительной. Эта схема наиболее проста, поскольку не требуется установки дополнительных насосов. Рассмотрим технические показатели, влияющие на выбор окончательного решения.
На графиках (рис. 4.2) показано, как должен меняться циркуляционный расход в системах горячего водоснабжения при изменении уровня водоразбора, чтобы соблюдался заданный температурный перепад до наиболее удаленной водоразборной точки. Как видно, в зависимости от объема системы и изоляции стояков циркуляционный расход должен изменяться в значительных пределах вплоть до полного прекращения. Это означает, что циркуляционный насос, установленный на циркуляционном трубопроводе, основное время работает в неэкономичном режиме, отличающемся от расчетного. На графики (рис. 4.2,6) показано изменение общего (на нодорл «бор и циркуляцию) расхода воды в подающем трубопроводе. Как видно, расход воды через циркуляционно-повысительный насос на подающем трубопроводе меняется в меньшей степени (до 50 % по сравнению с расходом в расчетном режиме). Это свидетельствует о равномерной, а следовательно, и экономичной работе циркуляционно-повысительного насоса в течение суток.
К аналогичным выводам приходим и в результате анализа изменения требуемых напоров в системе при различных уровнях водоразбора. Расчетный напор дополнительного повысительного насоса горячего водоснабжения равен разности потерь давления на подачу в системах горячего и холодного водоснабжения в расчетном режиме. Потери давления в I ступени водонагревателя будут изменяться примерно так же, как потери давления в системе холодного водоснабжения. Следовательно, напор дополнительного насоса должен изменяться таким же образом, как потери давления в подающей части системы горячего водоснабжения, включающей в себя водонагреватель II ступени и подающий трубопровод, т.е. примерно пропорционально (qf+qCh[)2. Это значит, что днем напор насоса должен уменьшиться примерно в 4 раза. Фактически из-за сокращения расхода воды через этот насос напор его будет не уменьшаться, а увеличиваться (следовательно, в течение основного времени фактический напор дополнительного насоса будет не менее, чем в четыре раза больше необходимого). Предотвратить работу дополнительного насоса в неэкономичном режиме можно, увеличив давление, поддерживаемое перед ним хозяйственными насосами. Однако при этом расход электроэнергии хозяйственными насосами возрастет в большей степени, чем сократится в дополнительном насосе, в связи со значительно большим расходом воды через хозяйственные насосы. Напор циркуляционно-повысительного насоса должен быть равен перепаду давлений между подающим и циркуляционным трубопроводами сети, необходимому для создания нужной циркуляции в ней и включающему в себя потери давления в подающей и циркуляционной частях системы. При уменьшении водоразбора сократятся потери давления в подающей части системы, но значительно увеличатся в циркуляционной части, поэтому при такой установке насоса его напор ближе к требуемому напору в течение всего рабочего времени. При этом возможно подбором трубопроводов подающей и циркуляционной частей системы привести изменение фактического напора насоса в соответствии с требуемым. Появление избыточного напора в циркуляционном режиме можно использовать для уменьшения металлоемкости системы.
Таким образом применение циркуляционно-повысительных насосов позволяет не только упростить эксплуатацию и уменьшить стоимость оборудования, но и значительно сократить расход электроэнергии. Важно не только обеспечить возможность поддержания разных давлений в системах холодного и горячего водоснабжения, но и сократить расход электроэнергии общей повысительной установкой (хозяйственных насосов), уменьшить продолжительность ее работы, повысить надежность резервирования. При этом имеется в виду как замена вышедшего из строя насоса, так и обеспечение нормальной работы при снижении давления в городском водопроводе ниже предусмотренного.
В настоящее время наиболее распространенной является параллельная установка насосов. При этом допускаются различные решения:
1) все насосы имеют одинаковые параметры по расходу и напору, подача каждого насоса при этом может быть равна расчетному расходу воды в обслуживаемых системах либо части этого расхода (в зависимости от числа одновременно работающих насосов);
2) отдельные параллельно установленные насосы или группы насосов создают различные напоры; недостатком такого решения является невозможность совместной работы всех насосов, так как группа насосов, создающая малый напор, работает вхолостую.
Рассмотрим режимы работы центробежных насосов, применяемых в общих повысительных установках. На рис. 4.3 приведены характеристики изменения напора Нр и мощности Np, потребляемой на валу насоса, при изменении расхода воды в системах q. Из графиков видно, что сокращение расхода воды вызывает заметное уменьшение мощности по валу насоса. Так при уменьшении расхода воды вдвое мощность на валу насоса составляет 0,7—0,75 номинальной, т. е. перерасход мощности 0,2—0,25 номинальной. Такой перерасход вызван увеличением напора насоса в 1,25—1,4 раза. Если создаваемый напор соответствует требуемому, то перерасход мощности невелик (0,05—0,1 номинального). Следовательно, стремление варьировать число одновременно работающих насосов при их параллельной установке в зависимости от фактического расхода воды неоправданно, если не обеспечивается соответствие создаваемого и требуемого напора.
Экономичность работы общей повысительной установки достигается наилучшим образом при изменении в широком диапазоне напора, создаваемого установкой. Из-за квадратичного характера изменения потерь давления в системе и переменного давления в городском водопроводе требуемый напор насосов изменяется в большем диапазоне, чем расход воды в ней.
В повысительных установках более экономично последовательное расположение насосов, поскольку, варьируя числом работающих насосов, можно в широких пределах изменять общий напор установки. Параллельная установка разнотипных групп насосов несколько расширяет возможности варьирования ими, однако при этом увеличивается общая стоимость установки и затрудняется создание резерва по напору, так как для этого требуется предусматривать дополнительную высоконапорную группу насосов.
При последовательном размещении насосов резерв по напору обеспечивается резервным насосом, включаемым вместо вышедшего из строя рабочего насоса. Преимуществом последовательной установки насосов является возможность использования низконапорных насосов, создающих меньший шум и обладающих значительно большим моторесурсом. Кроме того, эта схема (рис. 4.4) позволяет задавать любую последовательность включения и выключения насосов. Например, первым включается насос 7. Создаваемое им повышенное давление открывает обратный клапан 4 и закрывает обратные клапаны 5, 6У 8. При включении в работу дополнительного насоса 2 вода в него будет поступать не из ввода через обратный клапан 5, как это было бы при параллельной схеме, а по перемычке из напорной линии насоса 7. Более высокое давление в трубопроводе после насоса 2 откроет обратный клапан 6 и закроет клапан 4. Допустим, что первым включается насос 3. Тогда вода из ввода поступает в него через открытые клапаны 5 и 7. Клапан 8 откроется, а клапаны 4 и 6 будут закрыты под действием высокого давления воды за ними. Если работает один насос 5, а затем включается другой насос 7, то повышение давления за ним не может открыть обратного клапана 4, поскольку насос 3 поддерживает низкий уровень давления в перемычке, отходящей от напорного трубопровода насоса 7, поэтому поток воды устремится в перемычку, закроет обратный клапан 5 и через клапан 7 направится в насос 3.
Таким образом при последовательной схеме соединения любая пара насосов может быть рабочей и любой насос резервным. Наилучшим для эксплуатации является периодическая (не реже одного раза в неделю) смена функций, выполняемых насосами. Например, резервным насосом могут быть все насосные агрегаты поочередно, при этом будут меняться и насосы, выполняющие функции I ступени подъема. Такой порядок обеспечит равномерную загрузку насосного оборудования и своевременное профилактическое его обслуживание.
