Главная / Статьи / Промышленные насосы / |
Погружные насосы для перекачки стоков
Повышение качества жизни, условий труда и его охраны, на фоне имеющих место стихийных бедствий, аварий, угроз вандализма, терроризма, а также роста цен на энергоносители, электроэнергию и перебоев с ее подачей, налагает новые требования на выбор насосов для станций перекачки сточных вод.
Сегодня требуется:
– надежность и бесперебойность работы агрегатов,
в том числе при аварийных и стихийных
затоплениях станций;
– отсутствие при них штатного персонала;
– исключение аварийных выпусков;
– минимум шума при работе;
– максимум недоступности к оборудованию посторонних лиц;
– приспособляемость к колебаниям притока;
– высокая энергоэффективность.
Можно ли найти насосы, полностью отвечающие данным требованиям? Едва ли. Но им наиболее соответствуют центробежные погружные агрегаты. Не потому ли ведущие насосные фирмы все больше ориентируются на производство именно погружных электронасосов? А наиболее прогрессивные потребители предпочитают их при строительстве новых и модернизации старых канализационных насосных станций (КНС). Например, водоканал города Стокгольма обслуживает 350 КНС, и ни на одной (!) из них не осталось традиционных насосов – все погружные. Кстати, операторы там отсутствуют вообще, а с обслуживанием всех станций справляются лишь четыре сменные мобильные бригады по 2 человека.
За счет каких технических отличий погружные канализационные насосы наиболее соответствуют требованиям сегодняшнего дня? Прежде всего, это герметичность всех электрических узлов агрегата, что позволяет ему бесперебойно, в отличие от классических (рис. 1), работать под уровнем жидкости, независимо от того, подводное ли место установки (рис. 2) или сухое.
Рис. 1. Классическая насосная станция затратна в строительстве и выводится из строя при затоплениях
Рис. 2. Станция на погружных насосах – сокращение строительных затрат и работа в затопленном и сухом состоянии.
Тем самым обеспечивается также экономия 30–60% инвестиционных затрат за счет сокращения строительных объемов (приемное и машинное отделение объединены) и исключения при мокрой установке насосов систем отопления, вентиляции, технической воды. Не менее важное преимущество кроется в особенностях закона сохранения. Дело в том, что 10–20% количества электрической энергии, подводимой к насосу, теряется в нем. Большая часть потерь переходит в тепло. А сколько? Представьте: всего 1 кВт потерь (это 10% от агрегата мощностью 10 кВт) продуцирует за 1 час столько тепла, что его хватает на нагрев 100 кг электродвигателя насоса до 100 °С!
Поэтому постоянное охлаждение необходимо. В традиционных насосах оно воздушное, в погружных – более эффективное, водяное. Соответственно, их ресурс больше и допускаемое число пусков значительно выше, чем у воздухоохлаждаемых. Так, если для современных сухих электродвигателей рекомендовано максимум 6 пусков при мощности до 20 кВт, 4 пуска при 20–75 кВт и 2 пуска в час при 100–200 кВт, то погружные допускают в этом диапазоне мощностей, как правило, 15 включений в час. Погружной насос, в отличие от классического, сагрегатирован с двигателем в компактный узел на максимально коротком едином валу. Благодаря этому энергия передается от ротора рабочему колесу с минимальными потерями, также минимизированы несоосность и, соответственно, вибрация, шум, воздействие на подшипники и механические уплотнения.
Пожалуй, приведенных аргументов в пользу преимущества погружных насосов перед традиционными достаточно. Но, даже выбрав превосходные погружные агрегаты, мы обязаны соблюсти определенные правила расчета и проектирования с учетом следующих рекомендаций.
Проектирование любой канализационной насосной станции, особенно крупной, специалисты ведут, исходя из ее максимальной производительности на перспективу, неравномерности поступления жидкости, среднего и минимального притоков. Максимальную производительность рассчитывают по данным генерального плана развития города (района). В США, например, принимают за срок службы КНС 30 лет, а оборудование подбирают на перспективу 10–15 лет с возможностью дальнейшего увеличения количества устанавливаемых агрегатов или их производительности. Проектирование станции обязательно должно проводиться с построением характеристик совместной работы насосов и напорных водоводов и их скрупулезным анализом. В ходе последнего нередко возникают сложности с рациональным подбором насосов как по количеству, так и по их параметрам.
Проблемы обычно связаны с существенной разницей величин минимальной и максимальной производительности насосной станции. Эта разница усугубляется требованием обеспечения пропуска 100% максимального расхода стоков на случай аварийного отключения одного из напорных трубопроводов. Поэтому расчетный диапазон Q – H параметров единичного насоса нередко расширяется настолько, что обеспечить его работу в зоне оптимума по КПД и не вывести агрегат за пределы ограничений по мощности или кавитационному запасу весьма и весьма трудно.
Как здесь быть? Один из выходов – использование
частотного регулирования. Но это приводит к существенному и далеко не всегда оправданному удорожанию оборудования.
Прежде чем применять преобразователь частоты, нужно детально проанализировать характеристики
водоводов и насосов с учетом понижения частот. То, как правильно это делать, описано в отечественных и многих зарубежных трудах.
В статье мы ограничимся лишь одной краткой рекомендацией: «Если гидростатическая
составляющая в величине общего напора системы превышает 50% – частотное регулирование
нецелесообразно».
Предлагаем на ваш суд два варианта подбора
насосов. Рассмотрим их на примерах кон-кретных технических заданий.
Пример № 1.
Расчетная производительность КНС, Q = 5700 м3/ч.
Требуемый напор при аварийном отключении одного из водоводов Н = 48 м.
Минимальный реальный приток на станцию Qmin = 900 м3/ч.
Первоначально были предложены 4 погружных
насоса (два из них резервные) мощностью 490 кВт, подачей в номинале Q = 4100 м3/ч, напором
Н = 37 м с частотным преобразователем, регулирующим работу одного из насосов. Графики
совместной работы насосов, «частотника» и водоводов представлены на рис. 3.
Рис. 3. График совместной работы трубопроводов и погружных насосов мощностью 490 кВт (4 шт., 2 резервных) с частотным преобразователем на 1 насос
1 – характеристика системы при работе двух трубопроводов;
2 – характеристика системы при работе одного трубопровода;
3 – характеристика насоса мощностью 490 кВт, 50 Гц;
4 – график совместной работы двух насосов 490 кВт, 50 Гц;
5 – график совместной работы трех насосов 490 кВт, 50 Гц;
6 – характеристика насоса 490 кВт при частоте 35 Гц;
7 – характеристика насоса 490 кВт при частоте 40 Гц;
8 – характеристика насоса 490 кВт при частоте 42 Гц;
9 – график совместной работы насоса 490 кВт, 50 Гц и насоса 490 кВт, 39 Гц
Заказчик, признав это предложение лучшим среди других (назовем его вариантом № 1), попросил найти возможность удешевления. Задачу удалось решить посредством подбора двух групп агрегатов мощностями по 490 и 125 кВт (вариант № 2), отличающихся по величинам единичных подач приблизительно в той же пропорции, в которой соотносятся величины минимального и расчетного притоков.
Из графиков совместной работы насосов и водоводов (рис. 4) видно, что, комбинируя количество работающих агрегатов в зависимости от притока, КНС справится с перекачкой стоков во всем диапазоне как в нормальном, так и в аварийном режимах.
Анализ графиков по рис. 3, 4 позволяет сделать следующие выводы:
– оба варианта подбора оборудования, как № 1 (однотипные насосы плюс частотный преобразователь),
так и № 2 (две группы насосов, отличающихся по подаче, без «частотника») обеспечивают аналогичную откачку, адекватную
притоку на КНС;
– насосы по вариантам № 1 и № 2 справятся с откачкой 100% расчетного притока по одной
нитке водовода при подключении резервных агрегатов, установленных на КНС;
– вместе с тем, недостатком варианта № 1 (см. рис. 3) является то, что большую часть своего времени
(при притоках на КНС менее 3000 м3/ч) агрегаты должны будут работать на частотах ниже 40 Гц.
Но в этом диапазоне скоростей вращения повышается опасность засорений рубашки охлаждения и рабочего колеса
насоса содержимым стоков, а КПД собственно частотного привода заметно падает.
Кроме того, меньшие насосы по варианту № 2 имеют более низкое расположение патрубков
к уровню воды в приемном резервуаре и потому полнее используют его емкость, чем крупные
агрегаты.
Наконец, комплект оборудования по варианту
№ 2 оказался в ценовом выражении на 30% ниже, чем по варианту № 1 с «частотником».
Таким образом, погружные насосы, подобранные в соответствии с колебаниями притока, группами разных типоразмеров, способны производить откачку в более экономичном режиме, чем одноразмерные агрегаты с частотным регулированием. Диапазон подач и напоров, при этом, оказался шире, чем в варианте с «частотником». Вместе с тем, на особо крупных насосных станциях рациональной может оказаться совместная установка разнопроизводительных по-гружных и классических насосов.
Рис. 4. График совместной работы трубопроводов и погружных насосов мощностью 490 кВт (2 шт.) и насосов 125 кВт (4 шт.)
1 – характеристика системы при работе двух трубопроводов;
2 – характеристика системы при работе одного трубопровода;
3 – характеристика насоса 125 кВт;
4 – график совместной работы двух насосов по 125 кВт;
5 – график совместной работы трех насосов по 125 кВт;
6 – график совместной работы четырех насосов по 125 кВт;
7 – характеристика насоса 490 кВт;
8 – график совместной работы одного насоса 490 кВт и двух по 125 кВт;
9 – график совместной работы двух насосов по 490 кВт и четырех по 125 кВт
Пример № 2.
Расчетная подача насосной станции – 12 000 м3/ч, напор – 45 м, напор для прокачки 100%-го расчетного расхода при отключении одного из водоводов – 55 м, минимальный приток – 5500 м3/ч, средний приток – 8750 м3/ч. Проектом (вариант № 1) предусматривалось оснащение данной КНС семью погружными агрегатами мощностью 560 кВт каждый. Подобранные насосы вписывались в рабочие параметры станции, но оказывались на пределе своих возможностей в случае аварии на напорной линии (рис. 5).
Номенклатура всех известных фирм-производителей погружных агрегатов не позволяла на тот момент найти более подходящий «погружник», чем заложенный по проекту. А поскольку была велика опасность аварийных затоплений станции, то применение погружных насосов являлось необходимым условием.
Тогда пришла идея (вариант № 2) совместной установки трех классических агрегатов с сухими двигателями большей мощности (по 600 кВт) с тремя погружными (по 470 кВт) мощности меньшей, чем по проекту. Подачи насосов при расчетном напоре – 2650 и 1260 м3/ч – соотносятся в той же пропорции, что и величины максимального и минимального притоков.
На рис. 6 представлен график совместной работы этих агрегатов в системе двух напорных водоводов, а в таблице приведено сравнение параметров насосной станции, оснащенной по проектному и комбинированному вариантам.
Рис. 5. График систем трубопроводов и работы семи погружных насосов 560 кВт
1 – характеристика системы при работе одного трубопровода;
2 – характеристика системы при работе двух трубопроводов;
3 – характеристика насоса;
4 – график совместной работы двух насосов;
5 – график совместной работы трех насосов;
6 – график совместной работы четырех насосов;
7 – график совместной работы пяти насосов;
8 – график совместной работы шести насосов;
9 – график совместной работы семи насосов
Рис. 8. График систем трубопроводов и совместной работы 3-х погружных насосов по 470 кВт и 3-х «сухих» насосов по 600 кВт
1 – характеристика системы при работе одного трубопровода;
2 – характеристика системы при работе двух трубопроводов;
3 – характеристика насоса 470 кВт;
4 – график совместной работы двух насосов по 470 кВт;
5 – график совместной работы трех насосов по 470 кВт;
6 – график совместной работы трех насосов по 470 кВт и одного насоса 600 кВт;
7 – график совместной работы трех насосов по 470 кВт и трех насосов по 600 кВт
Результаты анализов работы насосов по вариантам № 1 и № 2
№№ режимов работы |
Характерные величины притоков
на КНС, м3/ч |
Количество насосов, справляющихся
с откачкой характерных притоков, по вариантам |
|||||
Вариант № 1. Однотипные насосы
по 560 кВт (7 шт) |
Вариант № 2. Две группы насосов
по 470 кВт (3 шт.) и по 600 кВт (3 шт.) |
||||||
Количество одновременно работающих насосов,
шт |
Удельная мощность (на валу) на перекачку 1000
м3 стоков в кВт-ч |
Количество работающих 470-кВтных насосов,
шт |
Количество работающих 600-кВтных насосов,
шт |
Удельная мощность на перекачку 1000 м3 в кВт-ч |
Экономия энергии по отношению к варианту №
1, % |
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1 |
5500 |
1 |
90,54 |
1 |
- |
827,8 |
9,4% |
2 |
8750 |
2 |
110,26 |
2 |
- |
100,22 |
10,0% |
3 |
12 000 |
4 |
147,22 |
3 |
1 |
142,8 |
3,1% |
4 |
12 000 |
7 |
227,78 |
3 |
3 |
195,0 |
16,8% |
Как видно из таблицы, разнотипные насосы по варианту № 2 обеспечивают перекачку по четырем основным точкам работы станции с экономией в среднем 9,3%. Так, среднегодовой объем КНС будет подан ими, по сравнению с агрегатом по проектному варианту № 1, с экономией 7,7 млн. кВт-ч, что при цене 0,8 рублей за кВт составит 6,1 млн. рублей в год. Это сопоставимо с ценой одного из рассмотренных насосов. Кроме того, инвестиционные затраты на закупку шести разнотипных агрегатов, против семи погружных для данной станции, оказались на 20% ниже. При этом требование СНиП об установке на КНС двух насосов с наибольшей подачей (строка 3 столбец 6 таблицы) также выдерживается по варианту № 2. Наконец, установка трех погружных насосов по варианту № 2 является достаточной для обеспечения бесперебойной работы станции в случае ее затопления, поскольку при их параллельной работе объем перекачки составит 10 700 м3, т.е. 90% максимального притока.
ВЫВОДЫ.
Погружные насосы наиболее полно отвечают современным требованиям для станций перекачки стоков. Одновременное использование в КНС насосов разной производительности и даже разного типа может оказаться, при ценовой выгоде, еще и экономичнее в эксплуатации одинаковых по подачам и типам агрегатов, в том числе управляемых частотным преобразователем. Рекомендуемое соотношение величин подач насосов при этом должно быть приблизительно равным соотношению объемов максимального расчетного и минимального фактического притоков на КНС.
С.Е. Березин
(ОАО «Лизинг экологических проектов», Москва)
Запрос цены, информации:
+7 (347) 281-65-13
+7 (347) 216-65-13
Идёт загрузка...