4.5 Водоподъемные станции и машины

Для забора воды с источников и подачи ее к потребителям используют насосные станции, оснащенные насосами и водоподъемниками.

Насосная станция - это комплекс гидротехнических сооружений и насосно-энергетического оборудования, предназначенный для забора воды из источника, ее обработки и подачи в напорный резервуар или в водораспределительную сеть.

В зависимости от назначения насосные станции бывают первого и второго подъемов.

Станции первого подъема, предназначены для забора воды непосредственно из источника и подачи ее на очистительные сооружения или промежуточные сборные резервуары. Станции второго подъема обеспечивают подачу воды из промежуточных резервуаров в водопроводную сеть и напорно-регулирующие сооружения. В вариантах большой высоты подъема воды и значительного разветвления водопроводов, когда имеет место значительные потери напора, могут быть использованы насосные станции третьего и даже четвертого подъемов.

Для сокращения строительных расходов построение насосных станций в животноводстве часто совмещают с водозаборными и другими элементами системы водоснабжения. При заборе подземных вод сооружения насосных станций располагают, как правило, над колодцем.

В типовых проектах систем водоснабжения предусмотрены подземные и наземные варианты насосных станций.

На рис. 28 показана наземная насосная станция первого подъема с моноблочным центробежным насосом марки КМ и водозаборными сооружениями берегового типа для забора воды из поверхностного источника.

Рис. 28. Схема насосной станции первого подъема:

1 - приемный колодец; 2 - всасывающий трубопровод; 3 – нагнетательный трубопровод; 4 - центробежный насос с электродвигателем; 5 - станция управления; 6 - обратный клапан; 7 - регулировочная задвижка; 8 - манометр; 9 - задвижка; 10 - труба самотека; 11 - водоприемник; 12 - каменный насыпной фильтр; 13 - приемный клапан с стенкою-фильтром.

Непосредственное перемещение воды в системе водоснабжения обеспечивает насосное оборудование.

Насосы - это гидравлические машины, которые создают рабочий напор (давление), достаточный для подъема воды на нужную высоту над уровнем источника и доставки ее к местам потребления.

По принципу действия насосы бывают лопастные, объемные, струйные и черпальные.

В лопастных насосах жидкость перемещается под действием вращения рабочего колеса по лопаткам. К объемным относятся поршневые, шестеренные и некоторые другие. Струйные включают подъемники, в которых для подачи жидкости используется энергия другого попутного потока (воды, воздуха). В действии ленточных водоподъемников использован принцип смачивания ленты или шнура, которые непрерывно двигаются.

Лопастные насосы имеют основной рабочий орган - колесо с лопастями. В зависимости от формы рабочего колеса и характера движения жидкости лопастные насосы разделяются на: центробежные, диагональные и осевые.

Центробежные насосы применяют для забора и подачи воды из поверхностных источников, шахтных и трубчатых колодцев. Они делятся:

- по расположению оси - на горизонтальные и вертикальные;

- по числу рабочих колес - на одноколесные, многоколесные или многоступенчатые;

- по способу подведения жидкости к рабочему колесу - с односторонним и двусторонним входом;

- по месту установки - на поверхностные, углубленные и плавающие;

- по величине напора бывают низкого давления - до 20 м, среднего, - до 40-60 м и высокого давления - свыше 60 м.

К положительным свойствам центробежных насосов относятся: простота конструкции и надежность в работе; небольшой вес и незначительная площадь для их установки; равновесие в работе, которая дает возможность обойтись без массивных фундаментов; большие обороты, что позволяет соединять его непосредственно с электродвигателем; отсутствие ударов и вибраций в трубопроводах; возможность перемещения жидкости со значительным количеством в них механических примесей.

Недостаткамицентробежных насосов считается необходимость заливки всасывающей трубы водой перед пуском, что вызывает быстрое изнашивание при контакте с водой (т.к. вода содержит значительное количество механических примесей) и трудно поддерживать уровень воды в трубе.

Рабочее колесо центробежного насоса (рис.29) закрепляется на валу и вращается в корпусе.

Рис.29. Конструктивно-функциональная схема установки с центробежным насосом:

а - общий вид; б - насос; 1 - фильтр; 2 - приемный клапан; 3 - всасывающая труба; 4 - вакуумметр; 5 - крышка насоса; 6 - корпус насоса; 7 - лопастное рабочее колесо; 8 - вал насоса; 9 - заливное устройство; 10 - напорная труба; 11 - манометр; 12 - задвижка; 13 - обратный клапан; 14 - бак для воды; 15 - диск рабочего колеса; 16 -лопасть; 17- всасывающая горловина.

Принцип действия насоса таков. При вращении рабочего колеса вода, которая находится в межлопаточных его полостях, под действием центробежной силы направляется от центра колеса к его периферии и приобретает при этом кинетическую энергию, которая обеспечивает в корпусе насоса напор, благодаря которому вода поступает из корпуса в нагнетательную трубу и дальше в водопроводную сеть. При освобождении каналов колеса от воды в его средней части и во всасывающей трубе создается разрежение, которое способствует засасыванию воды из колодца в насос. Таким образом, при вращении рабочего колеса создается поток воды из колодца до насоса и через него в водопроводную сеть. Клапан 13 предотвращает обратный слив воды и защищает насос от гидравлического удара при внезапной остановке.

Особенностью работы центробежных насосов является тесная связь между подачей и давлением (напором): с увеличением подачи давление насоса уменьшается, а с уменьшением подачи - он растет.

Центробежные насосы - это быстроходное оборудование. Непосредственное соединение их с быстроходными электродвигателями позволяет создавать компактные электрифицированные насосные агрегаты, которые не требуют больших площадей для монтажа.

В практике сельского хозяйства для подачи воды с температурой до +80°С применяют центробежные насосы консольного типа К и КМ. По величине подачи и напора насосы данного типа делятся на 19 типоразмеров (подача изменяется от 0,45 до 360 м³/час при напорах от 8,8 до 98 м).