Схемы узлов со стационарными насосными станциями

На схеме узла условными обозначениями показывают состав ос­новных сооружений насосной станции и последовательность их расположения по трассе водоподачи. Выбор схемы узла — один из ответственных этапов проектирования. Схема узла насосной стан­ции в общем случае зависит от назначения, максимальной подачи и графика изменения подач, видов водоисточника и водоприемника, природных и хозяйственных условий района строительства (рель­еф, геология, гидрология, наличие электроэнергии, дороги и другие факторы). На практике наиболее часто встречаются следующие схе­мы узлов насосных станций.
Для оросительных систем. 1. С водозабором из реки, транспорти­рующей много взвешенных частиц (в том числе абразивных) сред­ней (d> 0,2 мм) крупности.
Схема узла, характерной особенностью которого является на­личие на подводящем канале (ПК) водоотстойника (ВО), показа-нана рисунке 1.6, а. Последний рекомендуют располагать в голов­ной части подводящего канала. Отстойник периодически очища­ют от наносов, для чего предусматривают специальные средства не только для его очистки, но и для транспортировки отстоя в отдален­ные от отстойника места. Конструкция водоотстойника и его объем обосновывают технико-экономически ми расчетами. Если необхо­димо регулировать уровень воды в канале, отключать отводящий канал для ремонта каких-либо сооружений, защищать его от нано­сов и затопления берм при высоких уровнях воды в источнике, то в голове подводящего канала устраивают шлюз-регулятор (Шл). Схе­му гидроузла, показанную на рисунке 1.6, а, но без отстойника, час­то реализуют при заборе воды из других видов источников (озеро, водохранилище, магистральный канал), имеющих малые (до 5 м) колебания уровней воды, если нет опасности заиления подводяще­го канала наносами, переносимыми вдольбереговыми течениями и волнами.

Рис. 1.6. Схемы узлов насосных станций для оросительных систем:
а —с водозабором из реки, транспортирующей взвешенные частицы со средней крупностью d> 0,2 мм; 6— с русловым забором воды из источника и расположенным там зданием насосной станции; в — с русловым водозаборным сооружением; г — с береговым колодцем; д — схема узла с береговым забором воды и совмешенными водозаборным сооружением и зданием насосной станции; е — с подводящим каналом и раздельным расположением водозаборного сооружения и здания насосной станции; ВИ — водоисточник; РЗС — рыбозащитное сооружение; Шл — шлюз-регулятор; ПК — подводящий Канал; ВО — водоотстойник; Ав — аванкамера; ВЗС — во­дозаборное сооружение; НС —здание насосной станции; НТр—напорный трубопровод; ВВС — водовыпускное сооружение; ВП — водоприемник; ОК — отводящий канал; ВЗО — водо­заборный оголовок; ЗВ— закрытый водовод; БК —береговой колодец; ВсТр —всасываюший трубопровод.

2. С русловым забором воды из источника.
Схема узла, в которой водозаборное сооружение (ВЗС) совмеще­но со зданием насосной станции (НС) и оба они расположены в рус­ле источника (ВИ), показана на рисунке 1.6, б. Такие узлы очень дороги в строительстве и эксплуатации. Поэтому сооружение их должно быть обосновано технико-экономическим расчетом. При­меняют при больших амплитудах колебаний уровней воды источ­ника, неустойчивых берегах, затапливаемых поймах шириной бо­лее 300 м, недостаточных глубинах у берега и неблагоприятных ус­ловиях для строительства здания насосной станции на берегу или вблизи его.
Схема узла, в которой в русле расположено только водозаборное сооружение, а здание насосной станции построено на берегу водо­источника, показана на рисунке 1.6, в. Вода из руслового водозабор­ного сооружения поступает к зданию насосной станции через зак­рытые водоводы (ЗВ), уложенные по дну. Водозаборное сооруже­ние может быть незатопляемым и затопляемым в виде оголовков. По требованию рыбоохранных органов затопленные оголовки (ВЗО) могут быть уложены на больших глубинах (8 м и более). Схе­ма узла, показанная на рисунке 1.6, в, дешевле в строительстве и эксплуатации, чем схема узла, показанная на рисунке 1.6, б. При больших колебаниях уровней воды источника в схемах узлов насос­ных станций малой и средней подачи между водозаборными ого­ловками (ВЗО) и зданиями насосных станций (НС) часто пре­дусматривают сооружение береговых колодцев (БК) (рис. 1.6, г). Если здание насосной станции наземного типа и расположено не далее 200 м от оголовков или через самотечные закрытые водово­ды (ЗВ) вода подается от оголовков прямо к насосам, расположен­ным ниже уровня воды источника, то береговой колодец (БК) не предусматривают. На крупных насосных станциях при больших колебаниях уровней воды источника вместо береговых колодцев применяют открытые регулирующие емкости, сообщающиеся с источником че.рез закрытые водоводы с затворами или шлюзы-регуляторы (см. рис. 1.13, а). Регулирующая емкость обеспечивает надежный пуск насосов при длинных подводящих водоводах, а также прием воды из напорных трубопроводов при внезапной оста­новке насосной станции. Основные недостатки узлов с затоплен­ными оголовками: сложность строительства оголовков и подводя­щих трубопроводов, трудность борьбы с возможными зарастанием и заилением сооружений.
3. С береговым забором воды из источника и водозаборным со­оружением, совмещенным со зданием насосной станции.
Применяют при устойчивых руслах с прочными грунтами и дос­таточными глубинами воды у берега, а также с амплитудами колеба­ний уровней воды источника до 5м (рис. 1.6, д). Такая схема узла по сравнению с рассмотренными выше наиболее предпочтительна для строительства и эксплуатации независимо от вида источника и мак­симальной подачи насосной станции.
4. С подводящим каналом и раздельным расположением водоза­борного сооружения и здания насосной станции (рис. 1.6, е).
Применяют для сокращения размеров и стоимости строитель­ства водозаборного сооружения. Такая схема узла характерна для насосных станций малой и средней подачи, имеющих горизонталь­ные насосы. Последние обусловливают большую длину здания на­сосной станции вдоль фронта водозабора. В этом случае само зда­ние насосной станции, обсыпанное со всех сторон грунтом, имеет большую устойчивость. Схема узла, показанная на рисунке 1.в,е, наиболее типична для насосных станций, у которых насосы имеют положительную высоту всасывания.
5. С расположением здания насосной станции в нижнем бьефе водохранилища (рис. 1.7).
Эту схему применяют в тех случаях, когда забор воды насосной станцией по условиям проектирования оросительной системы должен находиться вблизи плотины (Пл), а гидрологические и геологические условия неблагоприятны для строительства узла в верхнем бьефе. Вода поступает в закрытые водоводы (ЗВ) из баш­ни донного водовыпуска (БДВ), расположенного в русле водохра­нилища перед плотиной. Башня оснащена донными затворами, сороудерживающими решетками и рыбозащитными устройства­ми. Перед водовыпускным затвором, расположенным в нижнем бьефе, к закрытому водоводу (или водоводам) подсоединены всасывающие трубопроводы с задвижками (ВсТр), через которые вода са­мотеком поступает в насосы с достаточно высоким напором, обес­печивающим бескавитационную работу последних. Это дает воз­можность применять наиболее дешевый наземный тип здания на­сосной станции. Для опорожнения трубопроводных систем предус­мотрен сбросный самотечный водовод (СВ).

Рис. 1.7. Схема узла с расположе­нием здания насосной станции в нижнем бьефе водохранилища:

БДВ —башня донного водовыпуска; Пл — плотина; ВВО — водовыпуск­ной оголовок; СВ — сбросной (само­течный) водовод. (Остальные обозна­чения см. рис. 1.6.)

6. Каскады насосных станций.
Обычно применяют в тех случаях, когда требуемый напор насос­ной станции для подачи воды потребителю превышает напор вы­пускаемых промышленностью насосов, а также на магистральных каналах, обслуживающих обширные территории. Сооружают две и более последовательно работающие насосные станции (рис. 1.8). При этом для нормальной работы каскада перед второй и последу­ющими станциями должны быть либо открытые регулирующие ем­кости, например каналы, либо уравнительные напорные башни (НБ), которые обеспечивают необходимый напор воды перед насо­сами. Вторую и последующую станции каскада оборудуют аварий­ными сбросными трубопроводными линиями с задвижками или затворами для сброса воды из верхнего бьефа в нижний в случае пе­реполнения верхнего бьефа. В насосных станциях каскада жела­тельно применять насосы с регулируемой подачей или заменять один основной насос несколькими разменными. Насосную стан­цию I подъема называют головной, остальные — перекачечными.Подача воды каскадом насосных станций может оказаться эко­номически выгоднее, чем одной станцией, заменяющей каскад. Хотя капитальные вложения в строительство каскада насосных станций могут значительно превышать расходы на строительство одной насосной станции с большим напором перекачиваемой воды, чем каждая из каскада, сопоставление общих приведенных затрат по обоим вариантам может быть в пользу каскада станций. Дело в том, что в каскаде часть воды может отбираться для потреб­ления перед каждым очередным подъемом, снижая таким образом подачи насосных станций последующих подъемов. В конечном итоге это может привести к значительной экономии электроэнер­гии, стоимость которой покроет увеличение стоимости строитель­ных работ.

Рис. 1.8. Каскад двух насосных станций:

НБ — напорная башня. (Остальные обозначения см. рис. 1.6.)

Рис. 1.9. Схема узла для орошения сточными водами и навозными стоками:
ПН — прифермский накопитель; ТрСт — трубопровод для сброса сточных вод; ПР — приемный ре­зервуар; НСП — насосная стан­ция перекачки; СмК — смеси­тельная камера; НСЗ — насосная станция подачи смеси в закрытую оросительную сеть; ЗОС — зак­рытая оросительная сеть; НСВ — насосная станция подачи чистой воды

7. Насосные станции для орошения сточными водами и навоз­ными стоками.
По существу, это комплекс насосных станций и различных со­оружений, обеспечивающих подготовку орошаемой жидкости и по­дачу ее к местам орошения (рис. 1.9). Орошаемая жидкость пред­ставляет собой смесь сточных вод с обычной водой, забираемой из открытого (или подземного) источника. В данном случае (см. рис. 1.9) весь комплекс включает три насосные станции (или уста­новки).

Для осушительных си­стем.

1.  С забором воды из открытого канала-коллектора (рис. 1.10, а).

Рис. 1.10. Схемы узлов для осушительных систем с забором воды:
а — из открытого канала-коллектора; б—из закрытого коллектора; ДО — дамба обвалования; СК —самотеч­ный коллектор; Шл — шлюз само­течного сброса воды из канала при высоких уровнях воды в нем; РЕ — регулирующая емкость; НТрУ—на­порный трубопровод для увлажни­тельной системы; СУС — сороудер-жшмющие сооружения. (Остальные обозначения см. рис. 1.6.)

По подаче осушительные насосные станции могут быть как ма­лыми, так и крупными. Если уровни воды в канале-коллекторе в от­дельные периоды могут быть выше уровней воды в водоприемнике (ВП), то в схеме гидроузла предусматривают шлюз (Шл), при от­крытии которого вода сбрасывается из канала в водоприемник че­рез самотечный коллектор (СК). Сооружение самотечного сброса воды можно разместить и отдельно от здания. Здание насосной станции может быть расположено перед дамбой обвалования (ДО) и в ее теле. Если здание находится в теле дамбы, а напоры воды не превышают 5 м, то предпочтителен вариант, когда здание насосной станции, водозаборное, водовыпускное и самотечное устройства совмещены в одном сооружении. На осушительных насосных стан­циях чаще всего предусматривают отдельно стоящие сороудержи-ваюшие сооружения (СУС), поскольку осушительные каналы-кол­лекторы могут нести большое количество водорослей и мусора. В большинстве случаев на осушительных насосных станциях рыбоза-щитные сооружения не предусматривают.
2. С забором воды из закрытого коллектора.
Эти станции имеют значительно меньшие подачи, чем в преды­дущем случае. Вода поступает в закрытый коллектор из дрен и далее самотеком в регулирующую емкость (РЕ) перед зданием насосной станции (рис. 1.10, б). Максимальный уровень воды в емкости дол­жен быть ниже центра трубы-коллектора. Функцию регулирующей емкости может выполнять либо отдельный приемный колодец, либо аванкамера (Ав). Необходимые объемы их получают технико-экономическими расчетами. Иногда осушительные насосные стан­ции выполняют и функции увлажнительных. Для этого они снабже­ны системой переключающих трубопроводов с задвижками, благо­даря которым можно переключать режим работы насосной станции с осушения на увлажнение с забором воды из водоприемника (см. рис. 1.10,5, НТрУ).

Для сельскохозяйственного водоснабжения.

1. С забором воды из поверхностного источника.
Обычно насосные станции сельскохозяйственного водоснабже­ния имеют подачу менее 1 м3/с и состоят из двух подъемов (не ис­ключено применение и большего числа подъемов). Насосная стан­ция I подъема обеспечивает подачу воды из источника к очистному сооружению (ОС) и далее к резервуару чистой воды (РЧВ). Насос­ная станция II подъема подает воду из резервуара чистой воды в ем­кость, установленную в водонапорной башне (ВБ). Оттуда она са­мотеком поступает в водопроводную сеть (ВС). Благодаря высотно­му расположению емкости в водонапорной башне в сети создается достаточно высокое давление воды. В ряде случаев насосная стан­ция II подъема подает воду непосредственно в сеть или в емкость, в верхней части которой находится воздух. Для поддержания не­обходимого давления в емкости компрессор периодически под­качивает туда сжатый воздух. Из емкости вода под высоким давлением поступает в водопроводную сеть, а насосная станция II подъе­ма периодически «подпитывает» емкость водой. В этих случаях на­добность в водонапорной башне отпадает. Окончательное решение в каждом конкретном случае принимают после проведения техни­ко-экономических расчетов.

Рис. 1.11. Схемы узлов насосных станций для сельскохозяйственного водоснабжения
При заборе воды:
a— из открытого источника; б — из подземного источника; ОС — очистное сооружение;
РЧВ — резервуар чистой воды; ВБ — водонапорная башня; ВС — водопроводная сеть.
(Остальные обозначения см. рис. 1.6.)

Типовая схема узла насосной станции показана на рисунке 1.11, а. Для забора более чистой воды водозаборный оголовок (ВЗО) размещен в русле источника (ВИ), а для более тщательной очистки воды в береговом колодце (БК) установлены мелкоячеистые сетки. Кроме того, там создают условия для отстоя наносов.
Часто береговой колодец совмещают со зданием насосной стан­ции. Насосные станции I и II подъемов иногда размещают в одном помещении.
Насосные станции сельскохозяйственного водоснабжения рабо­тают круглый год. Поэтому обычно они должны быть приспособле­ны к эксплуатации при минусовых температурах окружающей сре­ды.
2. С забором воды из подземного источника.
Чаще всего подземные воды поднимают на поверхность земли из буровых скважин, внутренней поверхностью которых является обсадная труба. В последнюю опускают вертикальную скважинную насосную установку (СНУ), которая через напорный трубо­провод (НТр) подает воду из скважины в сборный резервуар или очистное сооружение (ОС), находящееся на поверхности земли. При этом насосная станция может иметь одну или несколько скважин (рис. 1.11, б). Если вода, поднимаемая из скважины, до­статочно чистая, а санитарно-эпидемиологические службы до­пускают ее использовать для питьевых целей, то надобность в ус­тройстве очистного сооружения отпадает. Из сборного резервуа­ра (РЧВ) чистая вода насосной станцией II подъема подается в водонапорную башню (ВБ) и далее в водопроводную сеть. В принципе в емкость водонапорной башни можно подавать воду непосредственно скважинными СНУ. Тогда насосная станция II подъема не нужна. Однако артезианские насосные установки имеют сравнительно низкие КПД, и целесообразность реализа­ции такой схемы должна быть обоснована технико-экономичес­кими расчетами.
Для канализационных систем. Как и станции сельскохозяй­ственного водоснабжения, канализационные насосные станции эксплуатируют круглый год. Поэтому их помещения в зимнее вре­мя (в случае надобности) должны отапливаться. Чаще всего все ос­новные сооружения узла совмещены в одном здании, к которому примыкают закрытые нижний и верхний коллекторы. Типовая схема узла канализационной насосной станции показана на ри­сунке 1.12. Дождевые, производственные и хозяйственно-фекаль­ные стоки содержат много грязи, мусора и других включений, ко­торые могут нарушить нормальную работу насосной станции. По­этому стоки из нижнего коллектора (НК) сначала попадают в пе­риодически очищаемый приемный резервуар (ПрР); пройдя через установленные там сороудерживающие решетки, попадают во вса­сывающие трубопроводы насосных установок (ВсТр), размещен­ных в здании насосной станции. Далее перекачиваемые стоки по напорным трубопроводам (НТр) попадают в приемную камеру (ПрК) или отдельно расположенное очистное сооружение, после чего в верхний коллектор (ВК) или водоприемник.

Некоторые схемы узлов насосных станций с конструктивным изображением отдельных сооружений узла показаны на рисун­ке 1.13 (водовыпускные сооружения не показаны).

Рис. 1.12. Схема канализационной насосной станции:
НК — нижний коллектор; ПрР — приемный
резервуар с решетками; ПрК — приемная камера.
(Остальные обозначения см. рис. 1.6.)

Рис. 1.13. Схемы узлов насосных станций с конструктивным изображением отдель­ных сооружений (без водовыпускных сооружений) при заборе воды:
a— из реки через шлюз и подводящий канал с водоотстойником; б — через донные оголовки при наличии регулирующей емкости перед зданием насосной станции; в — с береговым колодцем; г — из тупикового канала; д — при расположении здания насосной станции в нижнем бьефе во­дохранилища; Зд — задвижка. {Остальные обозначения см. рис. 1.6 и 1.10.)