10.6. Гидропневматические напорно-регулирующие установки

Водонапорными баками в таких установках служат герметичные воздушно-водяные котлы. Установки быва­ют переменного и постоянного давления; последние из-за сложности эксплуатации применяются очень редко.

Автоматические водоподъемные установки типа ВУ предназначены для механизации и автоматизации водоснабжения жилых, коммунальных и общественных зданий, животноводческих ферм, небольших предприятий сельскохозяйственного производства и других объектов с суточным расходом воды до 150 м³.

Автоматизированная водоподъемная установка ВУ с погружным насосным агрегатом приведена на рис. 10.12

Технические характеристики автоматических насосных установок с погружными насосами приведены в табл.10.1

В процессе работы вода заполняет котел и сжимает в нем воздух, создавая такой же напор, как в сети. Если подача насосов равна расходу, то вся вода поступает в сеть. При расходе, меньшем подачи насоса, избыточное количество воды заполняет бак, давление в нем повышается, достигнув определенного заданного значения, реле 6, установленное в верхней части бака, отключит магнитный пускатель и насосный агрегат. В тех случаях, когда насос не работает, вода подается потребителю из бака под напором сжатого воздуха и давление уменьшается. Обратное поступление воды в напорный трубопровод предотвращается за счет установки обратного клапана. При достижении минимальной величины давления реле включает насосный агрегат.

Давление воздуха при нижнем уровне воды в котле, соответствующем включению насосного агрегата, должно быть равным высоте водонапорной башни, чтобы создать расчетный напор в сети. Установки, в которых при накоплении и расходе регулирующего объема воды происходит изменение давления воздуха, называют гидропневматическими установками переменного давления. Во время работы такой установки происходят потери воздуха из-за утечек через неплотности соединений. Пополняют запас воздуха в баке один раз в неделю (отсутствие специальных устройств или их отказ).

Рис 10.12.Автоматическая водоподъемная установка с погружным насосом:

Регулирование подачи безбашенных установок достигается за счет изменения частоты периодических включений-отключений насосного агрегата. Частота циклов включений и выключений насоса в единицу времени зависит от регулируемого объема пневматического напорно-регулирующего бака, производительности насоса и режима водопотребления.

10.1. Технически характеристики автоматических насосных установок с погружными насосами

Установки ВУ рассчитывают на работу в наиболее напряженном режиме с максимально возможным суточным числом включений n (150...300). Часовая подача насоса должна в 1,1...1,3 раза превышать максимальный часовой расход. Режим водопотребления при выборе установки не принимается во внимание. При определении макси­мального расчетного числа включений учитывают, что возрастание их числа уменьшает емкость бака, увеличивает износ насосного оборудования, скважины и потребление электроэнергии на 1 м³ поданной воды.

Межремонтный период современных центробежных насосов составляет 2...3 года. Рабочий ресурс электрической аппаратуры (магнитные пускатели, реле давле­ния и др.), а также регулирующей арматуры (приемные и обратные клапаны, регуляторы запаса воздуха и т. д.) составляет в среднем 150...200 тыс. циклов. Исходя из равнопрочности отдельных узлов число циклов должно составлять 150...270 в сутки. Регулирующий объем гидропневматического бака определяют по формуле

, м³

Обычно число включений для установок с гидропневматическими баками принимается от 150 до 250 в сутки. Большее значение () принимается для установок мощностью до 5 кВт, меньшее — для более мощных установок, для которых требуются более сложное, дорогостоящее оборудование и управляющая аппаратура. Чтобы избежать износа установки, следует применять бак большего объема.

Регулирующий объем бака можно сократить за счет укомплектования установки группой насосов, управляемых отдельными реле давления. Схема управления долж­на обеспечивать поочередное включение насосов в зависимости от давления воды в баке. Полный объем гидропневматического бака определяется с учетом абсолютных значений и соотношения давления в нем воздуха. Изменение объема воздушной подушки в баке может быть определено по закону Бойля—Мариотта:

тогда

и

где V₀ и Р₀ — полный объем гидропневматического бака, м³, и давление воздуха в опорожненном баке; V₁ и V₂ — объемы воздушной подушки в баке, соответствующие минимальному P₁ и максимальному Р₂ давлению воздуха в баке, Па.

Рабочий объем в баке W_v — V₁ — V₂, следовательно, полный объем

м³

Отношение отражает величину нерегулирующего объема бака. Одновременно -коэффициент запаса емкости бака, зависящий от конструкции и аппаратуры управления. Обычно отношение принимают в пределах 1,2. ..1,3. Для оптимизации соотношения в ряде случаев повышают давление воздуха в опорожненном баке за счет установки специального компрессора. Расчет и выбор автоматических насосных установок выполняют в следующем порядке:

1. Вычисляют максимальный часовой расход воды Q_{ч мах} и расчетный напор у места расположения гидропневматического бака Н_расч.

2. Определяют производительность установки

Q_y = (l...l,2)Q_{ч max}.

3. Определяют минимально необходимый напор установки в метрах водяного столба

Н_у = Н_г + ∑Н_П + Н_расч,

где Н_г — геодезическая высота подъема воды до места расположения бака; ∑Н_П — потери в трубопроводах.

4. Находят значения давлений включения и выключения насосов в метрах водяного столба (м. в. с.):

;

где ; и — среднее давление включения и выключения насоса, выбирается в соответствии с рекомендацией: α — малонапорные установки (Н <50 м.в.с.) = 0,85...0,8; α — средненапорные установки (Н = 50...100 м.в.с) = 0,75...0,65); α — высоконапорные установки (Н>100 м. в. с.) = 0,65...0,6.

Для установок с несколькими насосами значения P₁ и Р₂ принимают на 2...3 м. в. с. большими, чем для одноагрегатных.

5. Определяют нужную емкость гидропневматического бака и выбирают типоразмер установки.

Помимо регулирующего объема в котле образуется «мертвый» запас воды (около 30% расчетной регулирующей емкости) на случай нестабильной работы средств автоматики. Котел можно устанавливать как на поверхности земли, так и в заглубленном помещении.

Гидропневматическая напорно-регулирующая установка, смонтированная в подземной сборной железобетонной камере, в которой размещается устье скважины, оборудованной погружным центробежным насосом, арматура и станция управления приведены на рис.10.14. Все гидропневматические аккумуляторы оборудуют предохранительным клапаном, устанавливаемым в нижней части его корпуса или на водоводе. Он предохраняет котел и водопроводную сеть от разрыва в случае аварийного повышения давления. В процессе работы гидропневматических аккумуляторов возникают значительные колебания давления в распределительной сети, отрицательно сказывающиеся на ее долговечности и надежности.

Для устранения колебаний давления в сети на трубопроводе за аккумулятором рекомендуется устанавливать.

Рис.10.13. Пневматическая напорно-регулирующая установка с погружным электронасосом, смонтированная в подъемной камере.

Рис.10.14. Скважинная водоподъемная установка с эластичным гидро-

аккумулятором: