Конструирование рамы и определение размеров фундамента агрегата.

Подобрав электродвигатель для насоса, необходимо скомпоновать их в один агрегат, определить размеры этого агрегата, размеры и конструк­цию фундамента, на котором он устанавливается, положение всасывающе­го и напорного патрубков относительно фундамента насоса.

Горизонтальные насосы типа К и небольшие насосы типа Д и СД монтируют с электродвигателями на общей чугунной плите заводского из­готовления. Более мощные горизонтальные насосы монтируют на рамах, изготовляемых из прокатной стали. Насос и электродвигатель могут мон­тироваться как на общей, так и на раздельных рамах. Высота рамы прини­мается не менее 100 мм. Расстояние от края рамы до оси отверстий под крепежные болты должно составлять 50... 100 мм, а расстояние от края рамы до края фундамента - не менее 50 мм.

При компоновке вычерчиваются фронтальная проекция насоса и электродвигателя, боковая проекция насоса и по ним - план расположе­ния крепежных отверстий под насос и электродвигатель. Добавив по 100... 150 мм к крайним отверстиям, можно получить минимальные раз­меры фундамента в плане. Форма фундамента в плане может быть в виде простого прямоугольника или более сложной. Определяются его длина L и ширина В.

На план наносится ось, соответствующая положению рабочего коле­са, и привязкой к ней определяется длина выступающих за пределы фун­дамента частей агрегата DL₁ и DL₂. По размерам боковой проекции на рас­стояниях b₁ и b₂ наносится положение всасывающего диаметром D_e и на­порного диаметром D_H патрубков насоса. План фундамента с нанесенными патрубками и выступающими за его пределы габаритами насоса называет­ся «монтажным пятном» и служит основным элементом при компоновке оборудования и определении размеров машинного зала.

Рис. Монтажные пятна насосов: а - горизонтального; б – вертикального

Возвышение фундаментов над уровнем чистого пола машинного зала принимают не менее 100 мм. При прокладке внутристанционных трубо­проводов над полом возвышение фундамента назначают с учетом допус­тимого размещения труб над полом. В этом случае от оси насоса до пола машинного зала принимается большее из расстояний А₁, А₂ или А₃:

где P, R, и S - конструктивные размеры насоса; D_e, d_e, d_H - диаметры вса­сывающего и напорного трубопроводов и всасывающего патрубка насоса; h - минимальное расстояние до пола

В заглубленных и полузаглубленных насосных станциях для защиты от возможного затопления при аварии в пределах машинного зала электро­двигатели насосов располагаются на высоте не менее 0, 5 м от пола машин­ного зала.

В заглубленных и полузаглубленных насосных станциях блочного или камерного типа фундамент насоса опирается на монолитную конст­рукцию или железобетонную плиту, составляющие основание здания.

В наземных и частично загубленных насосных станциях при низком уровне грунтовых вод глубина заложения фундаментов насосов зависит от расположения внутристанционных трубопроводов и определяется расче­том на устойчивость к вибрациям. В любом случае она должна быть не ме­нее 500... 600 мм. При этом учитывается глубина заложения соседних фундаментов насосной станции.

Приводные двигатели вертикальных насосов В, СДВ, ОВ и ОПВ ус­танавливаются над насосами на балках междуэтажного перекрытия.

При составлении «монтажного пятна» вертикального насоса упро­щенно вычерчиваются его габариты в плане с нанесением положения вса­сывающего и напорного патрубков. Штриховой линией вычерчивается га­барит расположенного над насосом электродвигателя.

Ширину проходов между выступающими частями насосов, трубопроводов и двигателей следует принимать не менее между агрегатами - 1 м; между агрегатами и стеной - 1 м, в заглублен­ных станциях - 0, 7 м; между неподвижными выступающими частями оборудования и трубопроводов - 0, 7 м.

У насосов с торцевым разъемом и у большинства электродвигателей вал с рабочим колесом или вал с якорем электродвигателя при разборке вы­двигается наружу по направлению оси агрегата. Длина вала приблизительно равна длине насоса или электродвигателя, соответственно. Для больших на­сосов, ремонт которых производится без демонтажа насоса или электродви­гателя, расстояние между агрегатами или агрегатом и стенкой должно при­ниматься на 0, 25 м больше длины вала насоса или электродвигателя.

10 Трубопроводы насосной станции: наружные напорные водоводы.

Трубопроводы насосной установки подразделяются на всасывающие и напорные, внутристанционные и наружные. Разные условия работы за­ставляют по-разному проектировать всасывающие и напорные трубопро­воды. Разными принципами руководствуются при выборе материала и экономически выгодного диаметра наружных и внутристанционных тру­бопроводов.

При выборе материала наружных напорных трубопроводов в первую очередь следует ориентироваться на неметаллические трубы: пластмассо­вые, асбестоцементные и железобетонные. Асбестоцементные рекоменду­ется применять при диаметрах до 500 мм включительно и напорах, не пре­вышающих 120 м. При диаметрах свыше 500 мм и напорах до 90 м реко­мендуется применять железобетонные трубы. При больших напорах, в ус­ловиях предприятий и населенных мест со сложными подземными комму­никациями, а также в других случаях при соответствующем технико- экономическом обосновании водоводы могут проектироваться стальными или чугунными.

Диаметры водоводов выбираются с учетом стоимости труб, производ­ства работ и эксплуатационных затрат на электроэнергию, определяемых гидравлическим сопротивлением в трубопроводах. Чем меньше диаметр труб, тем меньше их строительная стоимость, однако тем больше гидравли­ческое сопротивление и затраты на электроэнергию. Оптимальным считает­ся вариант, обладающий наименьшими приведенными затратами.

Расчетный расход одного напорного водовода

где Q_HC - расчетная подача насосной станции; п_нв - число напорных во­доводов.

Число напорных водоводов от станций I и II категории принимается не менее двух. Если при двух водоводах их диаметры оказываются более 1 400 мм, то число водоводов увеличивают.

Выбор экономически выгодного диаметра водовода производится на основании предельных экономических расходов (прил. 8). Значения пре­дельных экономических расходов зависят от определенных условий строи­тельства и эксплуатации, и поэтому они должны определяться для каждого реального объекта отдельно.

11 Трубопроводы насосной станции: наружные всасывающие водоводы

Трубопроводы насосной установки подразделяются на всасывающие и напорные, внутристанционные и наружные. Разные условия работы за­ставляют по-разному проектировать всасывающие и напорные трубопро­воды. Разными принципами руководствуются при выборе материала и экономически выгодного диаметра наружных и внутристанционных тру­бопроводов.

Число линий всасывающих водоводов на насосных станциях должно быть не менее двух. При выключении одной линии остальные должны быть рассчитаны на пропуск полного расчетного расхода для насосных станций I и II категории и 70 % расчетного расхода для III категории.

Расчетный расход одного всасывающего водовода определяется по формуле

а для насосных станций III категории

где Q_HC - максимальная подача насосной станции; п_вв - число всасываю­щих водоводов.

Если к установке принято не более четырех насосов, то каждый из них может оборудоваться независимым всасывающим водоводом.

Для водоводов, в которых возможен вакуум, рекомендуется прини­мать стальные трубы. Всасывающий трубопровод должен иметь непре­рывный подъем к насосу с уклоном не менее 0, 005. Диаметр всасывающего водовода выбирается с учетом рекомендуемых скоростей.

12 Трубопроводы насосной станции: фасонные части.

Фасонные части на трубах внутри насосных станций, как правило, стальные сварные. Ориентировочно при компоновке машин­ного зала их размеры можно принимать по рис

Сварные фасонные части

Длина L_K (радиус закругления) колена принимается равной d_y или 1, 5 d_y. Длина переходов L_n = 4 ÷ 7 • (D_y - d_y). У тройников L_T = 2 • D_y + С, где С < 150 мм при D_y < 150 мм и С» 100 мм при D_y > 150 мм.

Расстояние до фланца на боковом подключении L_T = 0, 5 • D_y + b, где b = 150 мм при d_y < 300 мм и b = 200 мм при d_y > 300 мм.

Фланцевые соединения применяются при соединении трубопроводов с насосами и в местах установки арматуры. Фланцы дороги и требуют по­стоянного внимания при эксплуатации, поэтому установка лишних флан­цев недопустима.

Всасывающие трубопроводы, давление в которых меньше атмосфер­ного, должны проектироваться так, чтобы исключить возможность образо­вания в них воздушных мешков.

13 Трубопроводы насосной станции: пропуск труб через стены зданий насосных станций.

Жесткая заделка труб в стены осуществляется с помощью ребристо­го патрубка, который замоноличивается в нужном месте при бетонирова­нии стены Приварное ребро увеличивает прочность заделки и уменьшает фильтрацию вдоль трубы. Концы патрубка могут быть глад­кими (под сварку) или с приварными фланцами. Жесткая заделка труб при­меняется чаще всего в стенах внутри станций водоотведения и насосных станций I подъема совмещенного типа.

Устройства для прохода трубопроводов через стену: а - ребристый патрубок;

б - сальник с нажимным устройством; в - набивной сальник; 1 - корпус; 2 - кольцевое ребро; 3 - фланец; 4 - уплотнитель; 5 - фланцевый нажимной патрубок; 6 - шпилька; 7 - упорное кольцо; 8 - сальниковая набивка; 9 - зачеканка

Гибкая заделка применяется в тех случаях, когда возможно повреж­дение труб при осадке здания, тепловых расширениях, в сейсмических районах. Она облегчает разъем фланцевых соединений при монтажных ра­ботах. При гибкой заделке используются сальниковые уплотнения двух типов: с нажимным устройством и без него. В обоих случаях корпус сальника замоноличивают в стене сооружения до пропуска через нее трубы. Диаметр патрубка корпуса принимается приблизительно на 50 мм больше диаметра пропускаемой трубы. Уплотнения выполняют в виде резиновых колец или просмоленного пенькового жгута. Затяжку и периодическую подтяжку сальника производят с помощью нажимного фланцевого патрубка, располагаемого со стороны сухого помещения. Сальники с нажимным устройством обладают хорошей эластичностью, надежностью и водонепроницаемостью, но в изготовлении сложнее ребри­стых патрубков. Поэтому их применяют в наиболее тяжелых условиях: ниже устойчивого уровня грунтовых вод, в стенах, отделяющих машинный зал от приемного резервуара в совмещенных насосных станциях, если это вызвано условиями монтажных работ.

Значительно проще по конструкции сальник без нажимного устрой­ства. В его корпусе отсутствует фланец, а внутри корпуса установлено упорное кольцо и два бурта.

Между упорным кольцом и буртом помещают набивку из просмо­ленной пеньковой пряди. Концы сальника зачеканивают асбестоцементной массой и заделывают битумной мастикой. Применяются такие сальники в маловлажных грунтах. В сухих грунтах в качестве набивки можно приме­нять паклю и ветошь.

14 Запорная арматура, обратные клапаны, водомеры: Общие сведенья.

Напорная линия каждого насоса должна быть оборудована запорной арматурой и обратным клапаном, устанавливаемым между насосом и за­порной арматурой. На всасывающих линиях запорную арматуру следует устанавливать у насосов, расположенных под залив, или в месте присоеди­нения насосов к общей всасывающей линии.

Вывод в резерв любого насоса для его ремонта должен осуществ­ляться без снижения расчетной подачи насосной станции.

На насосных станциях I и II категории при ремонте любой задвижки или затвора, обратного клапана или трубопровода должно обеспечиваться 70 % расчетной подачи на хозяйственно-питьевые нужды и по аварийному графику - на производственные.

На станции III категории ремонт арматуры допускается производить при полном прекращении подачи, а ремонт водоводов (кроме станций с одним водоводом) - при снижении расхода до 70 % расчетного.

Схемы к определению количества и мест установки запорной арматурыв насосной станции

На схеме показана установка только обязательной для каждого агрегата запорной арматуры. Задвижки 2 используются как запорно-регулирующая арматура, так как с их помощью регулируют пода­чу насосов. Очевидно, что ремонт любой из задвижек или любого водовода возможен только при остановке всей насосной станции. Установка задви­жек 3 и 4 позволяет ремонтировать любую из задвижек 1 или 2, выводя в резерв два соответствующих насоса и по одной всасываю­щей и напорной линии. Однако ремонт задвижек 3 и 4 возможен только при остановке всей станции.

Сдвоенные задвижки на коллекторах позволяют ре­монтировать любую из линий и любую задвижку при выведении в резерв двух соответствующих насосов.

Каждый из двух всасывающих водоводов рассчитывается на пропуск 100 % расчетного расхода. Если работа двух насосов на один напорный водовод не обеспечивает подачу 70 % расчетного расхода, то, можно увеличить подачу, подключая третий (резервный) насос. Недостатком схемы является не­обходимость отключения двух насосов при ремонте задвижки 6. Этот не­достаток устраняется установкой спаренных задвижек 6 (при этом можно убрать задвижку 4) или установкой задвижек на выходе 8 и устройством обводной линии со спаренными задвижками 7. В качестве запорной арматуры в основном применяют задвижки и дисковые поворотные затворы. Задвижки и затворы подбираются по диа­метру условного прохода и рабочему давлению.

15 Запорная арматура, обратные клапаны, водомеры: Задвижки и затворы.

Применяются для полного или частичного (с целью регулирования подачи насосов) перекрытия трубопроводов. В зависимости от конструк­ции запирающего устройства задвижки бывают двух типов: клиновые и параллельные. Задвижки могут быть с выдвижными и не выдвижными шпинделями. У первых - неподвижная гайка, в которой вращается шпин­дель, расположена в крышке задвижки, и при открытии шпиндель выходит наружу, увлекая за собой запорный диск. Задвижки с выдвижным шпинде­лем менее удобны, так как требуют большей высоты помещения и хуже удовлетворяют санитарным требованиям. На насосных станциях применя­ют задвижки с ручным или электрическим приводом. Для облегчения управления в насосных станциях все задвижки диаметром 400 мм и более, а на автоматизированных насосных станциях независимо от диаметра сле­дует проектировать с электроприводом.

Задвижка с электроприводом: а - общий вид; б - схематическое изображение; 1 - запирающий диск; 2 - корпус; 3 - шпиндель; 4 - маховик ручного привода; 5 - задвижка на обводной трубе; 6 – электроприво д

На диск закрытой задвижки большого диаметра с напорной стороны действует большая сила давления. При этом требуются значительные уси­лия для ее открытия. Чтобы облегчить открытие основной задвижки, пере­крываемые полости соединяют обводной трубой малого диаметра со своей задвижкой, что позволяет выравнивать давление на запорные диски перед открытием основной задвижки. Эту особенность следует учитывать при определении габаритов устанавливаемых задвижек.

Размеры, масса и стоимость задвижек зависят от того давления, на которое они рассчитаны. На всасывающей линии устанавливаются за­движки на давление р_у = 0, 25 или р_у = 0, 6 МПа, а на напорных

р_у = 0, 6... 2, 5 МПа. Давление на напорных водоводах определяют по мак­симально возможному напору насосов (работа на закрытую задвижку).

Согласно паспортным данным задвижки можно устанавливать на трубопроводе в любом положении, однако из соображений удобства мон­тажа и эксплуатации их лучше устанавливать шпинделем вверх.

Поворотные дисковые затворы в последнее время находят все большее распространение благодаря ряду положительных качеств. Их габариты и масса значительно меньше, чем у задвижек.

Принцип работы дискового затвора состоит в том, что поворотный диск, развернутый поперек трубы и прижатый к уплотняющей поверхно­сти седла внутри корпуса, перекрывает поток, а при повороте диска на 90° обеспечивается свободное прохождение потока.

Как и задвижки, затворы выпускаются с ручным и электрическим приводом.

В рабочем положении большинство затворов либо полностью закры­ты, либо полностью открыты. В последнее время выпускаются затворы, пригодные и для дросселирования потока.

Хорошая герметичность в затворе обеспечивается при давлении во­ды лишь в одном направлении (указано стрелкой на корпусе затвора). К недостаткам затворов относятся большие, по сравнению с задвижками, гидравлические сопротивления. Для уменьшения сопротивления и во из­бежание кавитации перед затвором надо иметь прямой участок трубопро­вода, равный 1, 2D_y, а после затвора - 2D_y. Затворы лучше работают при повышенных скоростях (3... 4 м/с).

16Запорная арматура, обратные клапаны, водомеры: Обратные клапаны, монтажные вставки, водомеры.

Обратные клапаны применяются на насосных станциях для того, чтобы при аварийной остановке насоса воспрепятствовать обратному через насос течению воды из напорного трубопровода. Обратное течение может привести к опорожнению напорных водоводов и опасному обратному вра­щению насоса и электродвигателя.

Размещение за каждым из насосов обратного клапана существенно упрощает автоматизацию включения и отключения насосов. Обратные клапаны могут устанавливаться и на напорных водоводах в камерах около насосных станций для предохранения от затопления машинного зала при разрушении внутристанционных трубопроводов.

Существует два основных вида обратных клапанов: с верхней под­веской диска (типа «захлопка») и с эксцентрической подвеской («безудар­ный»). Обычно рекомендуется применять «безударные» клапа­ны. Эти клапаны, по сравнению с клапанами типа «захлопка», имеют меньшие габариты, меньшую массу и более плавную «безударную» посад­ку диска на седло при закрытии клапана. В открытом положении диск у обратного клапана удерживается подъемной силой, возникающей от ско­ростного напора потока. Поэтому обратные клапаны так же, как и диско­вые затворы, лучше работают при повышенных скоростях (3... 4 м/с).

Клапан обратный поворотный безударный: 1 - корпус; 2 - ось вращения диска; 3 - запорный диск в открытом положении,

4- то же, в закрытом;

5- уплотняющее резиновое кольцо

Если насос работает с положительной гео­метрической высотой всасывания, то для удобст­ва заливки его перед запуском в начале всасы­вающей трубы на станциях III категории может устанавливаться приемный обратный клапан. Приемные обратные клапаны могут устанавли­ваться на всасывающих линиях диаметром до 200 мм. При больших диаметрах резко возрастает масса захлопки клапана и сила удара при ее паде­нии. Кроме того, возрастающие в приемных кла­панах большого диаметра гидравлические сопро­тивления существенно снижают геометрическую высоту всасывания насоса. При оборудовании на­сосов с индивидуальными всасывающими линия­ми приемными клапанами можно не устанавли­вать обратных клапанов на напорных трубопро­водах.

Вынуть, а тем более установить арматуру в ограниченном простран­стве между фланцами смонтированного трубопровода довольно трудно. Эта операция облегчается применением монтажных вставок, позволяющих увеличивать (или уменьшать) зазор между фланцами арматуры и трубо­провода. В качестве монтажных вставок можно использовать сальниковые компенсаторы. Для облегчения монтажа можно использовать также разъем трубопроводов по коленам и отводам с фланцевыми соединениями, по косым (клиновым) вставкам-патрубкам.

Монтажные вставки: а - типа сальникового компенсатора: 1, 3 - внутренний и наружный патрубки; 2 - фланец; 4 - сальниковая набивка; б - специальная конструкция, стальная, сварная: 1 - наружный патрубок; 2 - фланец; 3 - уплотнение; 4 - внутренняя труба

Водомеры (чаще всего, сужающие устройства: диафрагмы, сопла и трубы Вентури) устанавливаются на напорных водоводах. В последнее время нашли широкое распространение ультразвуковые расходомеры.

Сужающие устройства характеризуются относительным сужением потока

где d и D - диаметры сужающего устройства и подводящего трубопровода.

Потери в водомерах в зависимости от типа сужающего устройства определяются по формулам: - для диафрагм

- для сопел

- для труб Вентури Расходомеры следует устанавливать за прямолинейным участком трубопровода. Минимальная длина участка за­висит от вида сужающего устройства, относительного сужения потока т, вида местных сопротивлений, возмущающих поток. В общем случае дли­ны прямолинейного подводящего участка (20...40)D и отводящего 5D обеспечивают требуемую точность измерений.

В связи с этим сужающие устройства с первичными датчиками часто приходится устанавливать в камерах за пределами насосных станций. Тем­пература в камерах должна поддерживаться не ниже + 5 °С.