Насосные станции — важнейшее составляющее звено систем водоснабжения в целом. В зависимости от схемы монтажа структурно ВНС в своем составе имеют: от 2-х до 6-ти насосов с электродвигателями, всасывающие трубы и напорные водоводы, водомеры, задвижки, обратные клапана, резервуары и камеры переключения. Насосная станция оборудуется специальной запорной арматурой, а также контрольными измерительными приборами.

По своему предназначению и способам монтажа в водопроводных системах насосные станции разделяют на следующие типы:

• насосная водопроводная станция 1 (первого) подъема;
• насосная водопроводная станция 2 (второго) подъема;
• насосная повысительная станция;
• насосная циркуляционная станция.

Насосные водопроводные станции первого подъема должны подавать воду от источника до очистных систем (если вода нуждается в очистке) или непосредственно сразу в распределительную водопроводную сеть, сооружение или водонапорную башню.

Насосным станциям второго подъема необходимо подать воду от резервуаров с очищенной водой, в которых скапливается вода после прохождения очистных сооружений, в водонапорные башни или в распределительные водопроводные сети.

Для повышения и поддержания давления в водопроводных сетях используются насосные повысительные станции.

С помощью циркуляционных насосных станций отработанная вода в промышленных системах подается на охлаждающие и очистные системы, а затем возвращается снова в систему для промышленного использования.

По организации бесперебойности в работе, насосные станции классифицируют по трем классам:

• I (первого) класса – не допускаются перерывы в работе насосов;
• II (второго) класса – допускаются перерывы в работе насосов на время, которое необходимо для введения в действие (включения) резервных насосов;
• III (третьего) класса – возможный перерыв подачи воды по времени, которое необходимо для ликвидации аварии.

Для обеспечения надежности и беспрерывности закачки воды, на водопроводных станциях предусматриваются резервные агрегаты (насосы). Количество резервных насосов и оборудования определяется согласно техническим условиям.

Давление воды в системе определяется рельефом местности и значением свободного напора в системе.

Для выбора производительности и типа насосов ВНС, необходимо учитывать, какой объем воды потребляет объект водоснабжения, режим водопотребления, а также размер регулирующих емкостей (резервуаров). В обязательном порядке учитывается совместная работа насосов водопроводной сети.

Требования к всасывающим и напорным трубам насосных водопроводных станций

Диаметр труб (всасывающих и напорных) внутри насосных станций определяется по диаметру в зависимости от рекомендованной скорости протекания по ним воды.

Для труб, работающих на всасывание, рекомендуемая скорость составляет:

• в диапазоне 1.00 — 1.20 метров за секунду (при диаметре трубы меньше 250 миллиметров);
• в диапазоне 1.20 — 1.60 метров за секунду (при диаметре трубы больше 250 миллиметров).

Для труб (напорных) значения скорости другие:

• в диапазоне 1.50 – 2.00 метров за секунду (при диаметре трубы меньше 250 миллиметров);
• в диапазоне 2.00 — 2.50 метров в секунду (при диаметре трубы более 250 миллиметров).

Увеличить расчетную скорость воды в напорных трубах по отношению к экономическим скоростям возможно применением труб меньшего диаметра. В результате, можно уменьшить и размеры корпусов насосных водопроводных станций.

С целью удобства монтажа и последующей эксплуатации оборудования насосных водопроводных станций целесообразно использовать насосы одного типа и одинаковой производительности.

Насосы внутри корпуса насосных водопроводных станций могут монтироваться (располагаться) по нескольким схемам:

• в один ряд, при этом оси располагаются параллельно;
• в один ряд, при этом оси располагаются вдоль одной оси;
• по два и более ряда, при этом оси располагаются параллельно в каждом из рядов;
• по два ряда, при этом оси располагаются по одной прямой в каждом ряду.

Утвержденная схема расположения насосных агрегатов в корпусе (здании) насосной станции согласно нормативным требованиям должна обеспечивать компактные размеры самого здания станции, удобство установки и демонтажа оборудования, а также простоту и удобство эксплуатации технических средств насосной станции. Для этого, перед принятием решения о выборе схемы монтажа агрегатов станции, анализируется и учитывается:

• конкретные условия проектирования станции;
• размеры и необходимое количество насосных агрегатов;
• необходимость заглубления насосной станции в грунт, производственные работы при этом;
• размер и количество всасывающих камер колодца (водоприемного);
• размеры и количество резервуаров (баков) для чистой воды;
• состояние арматуры, которой оборудуют напорные трубопроводы;
• другие важные факторы и условия.

Чтобы повысить надежность работы водопроводной станции, насосы необходимо устанавливать под залив, когда уровень жидкости в резервуаре (баке, водоеме) самый низкий. Если ось насоса водопроводной станции будет находиться выше низшего уровня воды, то необходимо учитывать, чтобы это превышение было меньше допустимого значения высоты или уровня всасывания насосов ровно на величину (значение) потерь давления напора воды во всасывающем трубопроводе.

Размеры машинной части насосной станции рассчитываются, исходя из нормативной ширины проходов:

• непосредственно между агрегатами насосов – от одного до 1,2 метров;
• между стеной здания и агрегатами – от 0,70 до 1.00 метра;
• между фундаментом, на котором монтируются агрегаты, и распределительным щитком – 1.5 метров;
• между статическими выступающими узлами оборудования – 0,7 метров.

Машинное отделение насосной станции обязательно оборудуется дополнительными агрегатами:

• вакуум — насосами для заполнения основных насосов при их запуске, в случае если насосы смонтированы не под заливом (в насосных водопроводных станциях третьего класса разрешается для этой цели установить на всасывающей линии приемный клапан);
• дренажные насосы, которые удаляют, просочившиеся грунтовые воды из корпусов насосных станций, которые заглублены;
• подъемно-транспортные механизмы, которые используются для установки и демонтажа основного технического оборудования станции (подвесной кран (балка), мостовой кран, таль с кошкой и др.).

Коммуникации насосных станций необходимо выполнять стальными трубами на сварке. Арматура и насосы присоединяются к трубам с применением фланцев. Все трубопроводы и арматуру следует располагать на опорах.

Как правило, все напорные и всасывающие трубопроводы в корпусе (помещении) насосной станции прокладывают над поверхностью пола. В исключительных случаях допускается их монтаж в подвалах или в каналах, закрывающихся съемными щитами.

Независимо от количества насосов, всасывающих линий должно быть не меньше двух. Всасывающие линии целесообразно оборудовать задвижками. Это дает возможность проводить демонтаж насосов в любых условиях (режимах) их работы, а также будет возможность присоединить к всасывающим линиям по два и более насоса.

Главное внимание необходимо уделить монтажу всасывающих труб, при установке в сооружениях, которые очищают воду, так как в трубы не должен всасываться воздух и затягиваться осадок со дна очистного сооружения.

При монтаже напорных линий насосной станции, их оборудуют задвижками. Между задвижкой и насосом устанавливают обратные клапана.

Для постоянного измерения и учета за расходом воды, перекачиваемой насосами станции, в машинном отделении непосредственно на напорных трубопроводах устанавливаются водомеры.

С целью обеспечения бесперебойной работы насосных водопроводных станций, на трансформаторных подстанциях устанавливаются резервные трансформаторы из расчета обеспечения 100% резерва.

Для обеспечения резервным питанием насосных станций, их подключают к двум независимым источникам питания, запитывают двумя отделенными фидерами по кольцу или устанавливают резервные агрегаты на электростанциях.

В машинном отделении устанавливается щит низкого напряжения. Он нужен, чтобы принимать и распределять электроэнергию. На щите низкого напряжения монтируются низковольтные приборы, аппараты и соединения.

Для запуска насосов малой и средней мощности на насосных станциях применяются синхронные и асинхронные электродвигатели, работающие на переменном токе и напряжением сети 220/300 или 500В.

Для насосных агрегатов большой мощности (более 200 КВт) применяются электродвигатели, работающие на переменном токе напряжением 3000 и 6000 В.

На автоматизированных насосных водопроводных станциях все операции, которые связаны с пуском, остановкой оборудования, контролем технического состояния насосного и силового оборудования, осуществляются в запрограммированной последовательности автоматами практически без участия обслуживающего персонала. Человеческий фактор присутствует лишь при налаживании, пуске и периодическом осмотре аппаратуры автоматизированной системы.

Автоматизация работы ВНС осуществляется посредством соединения в единую схему приборов и аппаратов автоматизированного управления. Большим спросом пользуются развернутые схемы автоматизации основных рабочих этапов насосной станции. В развернутых схемах рабочие агрегаты, а также соединения между ними, располагают в очередности выполнения приборами операций.

Запуск насосов и последующая их остановка производятся импульсами от специальных реле. Реле фиксируют уровень воды в резервуарах (водоемах) или баках водоподающих (напорных) башен, а также изменение давления в водопроводной сети. Эти изменения в виде импульсов от реле и управляют работой насосов.

Чаще всего используются следующие реле:

Реле уровней поплавкового типа, которое состоит из коромысла и контактного устройства. В резервуар с водой опускается поплавок, который подвешивается на нити и перебрасывается через блок. Поплавок уравновешивается грузом. На нити крепятся две переключающие шайбы на разных уровнях. При достижении максимального или минимального уровня жидкости в резервуаре, шайбы проворачивают коромысло, которое замыкает контакты. Соответствующие контакты размыкают или замыкают электроцепи управления насосных агрегатов, таким образом, сигнализируя о достижении водой предельных уровней в резервуаре.

Электродное реле уровней в своем составе имеет электроды и катушки пускового реле. При достижении максимального уровня воды до соответствующего электрода, цепь пускового реле замыкается, реле срабатывает и включает цепь управления электронасоса. В случае достижения уровнем воды нижнего электрода, реле обесточивается и размыкает цепь управления. Электродное реле работает на переменном токе.

Реле давления или электронный контактный манометр, состоит из пружины (трубчатой), которая соединяется с трубой и связанна со стрелкой. На стрелке имеется подвижный контакт. Если изменяется давление воды в трубопроводе, подвижный контакт на стрелке замыкается с нужным неподвижным контактом. В результате, замыкается и размыкается управляющая насосом (исполнительная) цепь.

Последовательность работы типовой насосной станции

Частотный преобразователь, получив сигнал от датчика давления, плавно запускает первый насос. Если потребление воды растает, то частота увеличивается. При достижении частотой максимального значения, насос напрямую подключается к электросети. Частотный преобразователь, в свою очередь, отключается от первого насоса и плавно начинает запускать второй насос. Если производительность двух насосов окажется недостаточной, второй насос тоже напрямую подключается к электросети, а частотный преобразователь начинает разгонять третий насос. В такой же последовательности запускаются остальные насосы насосной водопроводной станции. Преимущества такой схемы запуска насосов в экономии электрической энергии и достижении высокой точности поддержания давления. Рекомендуется для насосов, имеющих мощность до 55 кВт.

Возможно управление насосами с применением по одному частотному преобразователю на каждый насос. В данном случае, производительность типовой насосной станции (водопроводной) зависит от параллельного изменения частоты вращения всех подключенных насосов. Этот способ управления рекомендуется для насосов, имеющих мощность до 200 кВт.