Насосы и насосные станции

Насосы представляют собой гидравлические машины, предназначенные для перемещения жидкостей под напором. Преобразуя механическую энергию приводного двигателя в механическую энергию движущейся жидкости, насосы поднимают жидкость на определенную высоту, подают ее на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или заставляют циркулировать в какой-либо замкнутой системе.

Выполняя одну или несколько упомянутых функций, насосы в любом случае входят в состав оборудования насосной станции. Для привода насоса используется электродвигатель, подключенный к электрической сети. Вода или другая рабочая жидкость забирается насосом из нижнего бассейна и перекачивается по напорному трубопроводу в верхний бассейн за счет преобразования энергии двигателя в энергию жидкости. Энергия жидкости, прошедшей через насос, всегда больше, чем энергия перед насосом.

Основными параметрами насосов, определяющими диапазон изменения режимов работы насосной станции, состав ее оборудования и конструктивные особенности, являются напор, подача (производительность), мощность и коэффициент полезного действия (КПД).

Напор представляет собой приращение удельной энергии жидкости на участке от входа в насос до выхода из него. Напор насоса определяет высоту подъема или дальность перемещения жидкости и выражается в метрах.

Подача (производительность) характеризуется объемом жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод в единицу времени и измеряется обычно в м3/с, л/с или м3/ч. Измеряемая в кВт мощность насоса определяет мощность приводного двигателя и суммарную (установленную) мощность насосной станции.

Коэффициент полезного действия учитывает все виды потерь связанных с преобразованием насосом механической энергии двигателя в энергию движущейся жидкости. КПД определяет экономическую целесообразность эксплуатации насоса при изменении остальных его рабочих параметров (напора, производительности, мощности). История возникновения и развития насосов показывает, что первоначально они предназначались исключительно для подъема воды. Однако в настоящее время область их применения настолько широка и многообразна, что определение насоса как машины для перекачивания воды было бы односторонним.

Устройство и принцип действия лопастных насосов

К числу лопастных насосов, серийно выпускаемых отечественной промышленностью и нашедших наибольшее распространение при сооружении современных систем водоснабжения и канализации, относятся центробежные, осевые и диагональные насосы. Работа этих насосов основана на общем принципе — силовом взаимодействии лопастей рабочего колеса с обтекающим их потоком перекачиваемой жидкости. Однако механизм этого взаимодействия у насосов перечисленных типов различен, что, естественно, приводит к существенным различиям в их конструкциях и эксплуатационных показателях.

Центробежные насосы

Основным рабочим органом центробежного насоса является свободно вращающееся внутри корпуса колесо, насаженное на вал. Рабочее колесо состоит из двух дисков (переднего и заднего), отстоящих на некотором расстоянии друг от друга. Между дисками, соединяя их в единую конструкцию, находятся лопасти, плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса.

Внутренние поверхности дисков и поверхности лопастей образуют так называемые межлопастные каналы колеса, которые при работе насоса заполнены перекачиваемой жидкостью. При вращении колеса на каждую часть жидкости (массой m), находящейся в межлопастном канале на расстоянии r от оси вала, будет действовать центробежная сила.

Под действием этой силы жидкость выбрасывается из рабочего колеса, в результате чего в центре колеса создается разрежение, а в периферийной его части — повышенное давление. Для обеспечения непрерывного движения жидкости через насос необходимо обеспечить подвод перекачиваемой жидкости к рабочему колесу и отвод ее от него. Жидкость поступает через отверстие в переднем диске рабочего колеса по всасывающему патрубку и всасывающему трубопроводу. Движение жидкости по всасывающему трубопроводу происходит вследствие разности давлений над свободной поверхностью жидкости в приемном бассейне (атмосферное) и в центральной области колеса (разрежение).

Для отвода жидкости в корпусе насоса имеется расширяющаяся спиральная камера (в форме улитки), куда и поступает жидкость, выбрасываемая из рабочего колеса. Спиральная камера (отвод) переходит в короткий диффузор, образующий напорный патрубок, соединяемый обычно с напорным трубопроводом. Анализ показывает, что центробежная сила, а следовательно, и напор, развиваемый насосом, тем больше, чем больше частота вращения и диаметр рабочего колеса. В качестве привода центробежного насоса можно использовать любой высокооборотный двигатель. Чаще всего для этой цели применяют электродвигатели.

В зависимости от требуемых параметров, назначения и условий работы в настоящее время разработано большое число разнообразных конструкций центробежных насосов, которые можно классифицировать по нескольким признакам.

По числу рабочих колес различают одноступенчатые и многоступенчатые насосы. В многоступенчатых насосах перекачиваемая жидкость проходит последовательно через ряд рабочих колес, насаженных на общий вал. Создаваемый таким насосом напор равен сумме напоров, развиваемых каждым колесом. В зависимости от числа колес (ступеней) насосы могут быть двухступенчатыми, трехступенчатыми и т. д.

По способу подвода жидкости к рабочему колесу различают насосы с односторонним подводом и насосы с двусторонним подводом, или так называемые центробежные насосы двустороннего входа.

По способу отвода жидкости из рабочего колеса различают насосы со спиральными и турбинными отводами. В насосах со спиральным отводом перекачиваемая жидкость из рабочего колеса поступает непосредственно в спиральную камеру и затем либо отводится в напорный трубопровод, либо по переточным каналам поступает к следующим колесам. В насосах с турбинным отводом жидкость, прежде чем попасть в спиральную камеру, проходит через систему неподвижных лопаток, образующих особое устройство, называемое направляющим аппаратом. По компоновке насосного агрегата (расположению вала) различают насосы горизонтальные и вертикальные.

По способу соединения с двигателем центробежные насосы разделяются на приводные (со шкивом или редуктором), соединяемые не посредственно с двигателями с по мощью муфты, и моноблочные, рабочее колесо которых устанавливается на удлиненном конце вала электродвигателя.

По роду перекачиваемой жидкости насосы бывают водопроводные, канализационные, теплофикационные (для горячей воды) кислотные, грунтовые и др.

Осевые насосы

Рабочее колесо осевого насоса состоит из втулки, на которой укреплено несколько лопастей, представляющих собой удобообтекаемое изогнутое крыло с закругленной передней, набегающей на поток кромкой. Рабочее колесо насоса вращается в трубчатой камере заполненной перекачиваемой жидкостью.

При динамическом воздействии лопасти на жидкость за счет изменения скорости течения давления над лопастью повышается, а под ней понижается. Благодаря образующейся при этом подъемной силе основная масса жидкости в пределах колеса движется в осевом направлении, что и определило название насоса. Двигаясь поступательно, перекачиваемая жидкость одновременно несколько закручивается рабочим колесом. Для устранения вращательного движения жидкости служит выправляющий аппарат, через который она проходит перед выходом в коленчатый отвод, соединяемый с напорным трубопроводом.

Жидкость подводится к рабочим колесам небольших осевых насосов с помощью конических патрубков. У крупных насосов для этой цели служат камеры и всасывающие трубы относительно сложной формы. Осевые насосы выпускаются двух модификаций: с жестко закрепленными на втулке лопастями рабочего колеса и с поворотными лопастями. Изменение в определенных пределах угла установки лопастей рабочего колеса позволяет поддерживать высокое значение КПД насоса в широком диапазоне изменения его рабочих параметров.

В качестве привода осевых насосов используются, как правило, электродвигатели синхронного и асинхронного типа, непосредственно соединяемые с насосом муфтой. Насосные агрегаты изготовляют с вертикальным, горизонтальным или наклонным валом.

КПД высокопроизводительных осевых насосов достигает 0,9 и выше.

Диагональные насосы

Поток жидкости, проходящий через рабочее колесо диагонального насоса, направлен не радиально, как у центробежных насосов, и не параллельно оси, как у осевых, а наклонно, как бы по диагонали прямоугольника, составленного радиальным и осевым направлениями.

Наклонное направление потока создает основную конструктивную особенность диагональных насосов— перпендикулярное к меридиональному потоку и наклонное к оси насоса расположение лопастей рабочего колеса. Это обстоятельство позволяет использовать при создании напора совместное действие подъемной и центробежной сил.

Рабочие колеса диагональных насосов могут быть закрытого или открытого типа. В первом случае конструкция колеса приближается к конструкции колеса центробежного насоса, а во втором — осевого.

Лопасти рабочих колес открытого типа у ряда насосов выполняются поворотными, что является их несомненным преимуществом. Жидкость отводится от рабочего колеса диагонального насоса с помощью спиральной камеры, как у центробежных насосов, либо с помощью трубчатого колена, как у осевых. По своим рабочим параметрам (производительность, напор) диагональные насосы также занимают промежуточное положение между центробежными и осевыми.

Источник: В.Я. Карелин, А.В. Минаев. Насосы и насосные станции. - Москва, Стройиздат, 1986 г.

Насосная станция, состав и назначение

Насосная станция включает в себя водоприемные устройства для всасывающих труб насосов, самого насоса, двигателя, передачи от двигателя к насосу, напорного трубопровода, транспортирующего воду от насоса в водовыпускное устройство и т.п. Таким образом, в понятие насосной установки должны входить те элементы, от режима которых зависит работа насоса.

В состав насосной станции входят некоторые элементы насосных установок само здание станции, располагаемые в нем отдельные пункты управления машинами и устройствами и, наконец, служебное оборудование. Таким образом, насосная станция, кроме элементов насосных установок, включает и элементы управления агрегатами.

Гидротехнический узел машинного водоподъема

Комплекс, который состоит из сооружений, предназначенных для забора воды, подвода воды к зданию насосной станции, самого здания насосной станции, напорных трубопроводов и построек для приема поднятой воды, называется гидротехническим узлом машинного водоподъема.

Сооружения гидроузлов

Некоторые сооружения гидроузлов располагаются примерно в такой последовательности:

  • водозаборное возведение (иначе водоприемник), которое забирает воду из источника водоснабжения;
  • постройка для транспортировки воды от водоприемника до насосной станции (открытые каналы, трубопроводы);
  • аванкамера перед зданием насосной станции при подводе воды к нему открытым каналом; аванкамера — это расширенная часть канала перед зданием насосной станции, включащая сопрягающие сооружения канала и здания;
  • здание насосной станции;
  • напорные трубопроводы;
  • водовыпускной механизм для приема изливающейся из трубопровода воды (например, напорный бассейн машинного магистрального канала оросительной системы).

По назначению насосные установки и станции можно разбить на следующие типы:

  • мелиоративные насосные установки и станции, которые предназначены для подъема воды на мелиорируемую площадь (оросительные системы) или для отвода воды с мелиорируемой площади (осушительные и оросительные системы); в последнем случае они применяются для перекачки сбросных или дренажных вод;
  • дождевальные насосные установки для полива посевов дождеванием;
  • насосные станции I и II подъема, предназначаемые для питьевых целей и технических потребностей сельского хозяйства;
  • канализационные насосные станции для перекачки фекальных и отработавших производственных вод;
  • насосные установки, которые применяются в гидромелиоративном строительстве;
  • вспомогательные насосные установки.

Источник: www.donmetall.ru

Избранная библиография

Монографии и брошюры

Горшков А.М. - Наосоы (1947) 

Лямаев Б.Ф. - Гидроструйные насосы и установки (1988) 

Переверзев С.К. - Опыт эксплуатации Каршинского магистрального канала с каскадом насосных станций (1987) 

Статьи

Ананьев С.С., Тарасьянц С.А., Кондратьев А.Г. - Экспериментальные исследования струйного устройства, установленного перед рабочим колесом осевого насоса (2012) 

Александров В.В., Кольжанов Д.Н. - Технологический процесс эксплуатации насосных станций с эжектором на всасывающей и напорной линии насоса-нагнетателя (2011) 

Боровский Б.И., Захаров Р.Ю., Покотило М.А.- Методы оптимизации режимов работы оросительных насосных станций (2008) 

Беглов И.Ф. - Определение эффективности регулирования осевых насосов (2000) 

Беглов И.Ф., Гловацкий О.Я., Исаков Х.Х., Талипов Ш.Г. - Анализ систем диагностирования неисправностей насосных агрегатов (2007) 

Беглов И.Ф. - Устройства регулирования подачи низконапорных мелиоративных насосов (2007) 

Гловацкий О.Я., Эргашев Р.Р., Исаков Х.Х., Насырова Н.Р. - Новые методы диагностирования крупных вертикальных насосных агрегатов (2008) 

Гловацкий О.Я., Исаков Х.Х., Холматов Х.Х., Джафаров Ф.А. - Натурные исследования насосных станций при интегрированном управлении водными ресурсами (2012) 

Гловацкий О.Я., Низамов О.Х., Азимов А.И., Шарипов Ш.М. - Исследование управления технологическими режимами сопрягающих сооружений насосных станций с переходными процессами (2012) 

Гловацкий О.Я., Эргашев Р.Р., Рустамов Ш.Р. - Новые критериальные модули оценки технического состояния насосов (2012) 

Гловацкий О.Я., Эргашев Р.Р., Рустамов Ш.Р., Насырова Н.Р. - Управление надежностью насосных станций для обеспечения безопасности эксплуатации (2015) 

Дидыч В.А. - Пути энергосбережения в насосных установках системы мелиорации и орошения (2011) 

Михалев М.А. - Гидравлический расчет напорных трубопроводов (2012) 

Мамажонов М., Шакиров Б.М., Шерматов Р.Ю. - Повышение эффективности эксплуатации насосных станций оросительных систем (2015) 

Мажидов Т.Ш., Кан Э.К., Бадалов А.С., Уралов Б.Р. - Оценка экономической эффективности реконструкции насосных станций (2015) 

Петренко С.Е. - Параметры надежности эксплуатации насосных станций и мероприятия по их повышению (2010) 

Соукуп В. - Орошение станет бесперебойным (2011) 

Сотников Д.В. - Повышение энергетической эффективности насосных станций (2013) 

Турсунов Т.Н., Икрамов Н.М. - Факторы, влияющие на эксплуатационно-энергетический режим работы насосных станций (2011) 

Толпаров Д.В., Дементьев Ю.Н. - Анализ систем управления насосных станций (2007) 

Усольцев В.К. - Анализ работы насосной станции (2009) 

Эргашев Р.Р., Мажидов Т.Ш., Гловацкий О.Я., Азимов А.И., Бекчанов Ф.А. - Новые методы динамического контроля безопасности насосного агрегата системы машинного водоподъема (2015) 

Ярошко В.М., Никишова М.В. - Оптимальное управление головной оросительной насосной станцией (2010) 

Нормативно-методическая и справочная информация

Азарх Д.Н. - Насосы. Каталог-справочник (1953) 

Чиняев И.А. - Лопастные насосы. Справочное пособие (1973) 

Шепелев А.Е., Штанько А.С. - Требования к основным положениям нормативных документов в области эксплуатации мелиоративных насосных станций (2012) 

Учебные пособия

Залуцкий Э.В., Петрухно А.И. - Насосные станции (1987) 

Лысов К.И., Григорьев К.Т. - Насосы и насосные станции (1977) 

Петрик А.Д., Подласов А.В., Евреенко Ю.П. - Насосы и мелиоративные насосные станции (1987) 

Якубчик П.П. - Насосы и насосные станции 

Патенты

Устройство для подъема воды из скважины (SU 1783080) 

Устройство для управления насосной станцией (SU 1180559) 

Всасывающее устройство насоса (SU 377554) 

Центробежный насос с устройством для автоматической заливки (SU 1465616) 

Технические нормативы

ГОСТ 10272-87 Насосы центробежные двустороннего входа. Основные параметры 

ГОСТ 10407-88 Насосы центробежные многоступенчатые секционные. Типы и основные параметры 

ГОСТ 10428-89 Агрегаты электронасосные центробежные скважинные для воды. Основные параметры и размеры 

ГОСТ 17398-72 Насосы. Термины и определения 

ГОСТ 20763-85 Электронасосы центробежные погружные для загрязненных вод. Основные параметры 

ГОСТ 20791-88 Электронасосы центробежные герметические. Общие технические требования 

ГОСТ 22247-96 Насосы центробежные консольные для воды. Основные параметры и размеры. Требования безопасности. Методы контроля 

ГОСТ 4.118-84 Система показателей качества продукции. Оборудование насосное. Номенклатура основных показателей 

ГОСТ 6134-87 Насосы динамические. Методы испытаний 

ГОСТ Р 52743-2007 Насосы и агрегаты насосные для перекачки жидкостей. Общие требования безопасности 

ГОСТ Р 52744-2007 Насосы погружные и агрегаты насосные. Требования безопасности