Насосная станция первого и второго подъемов

Определение

Это классическое разделение в системах водоснабжения, основанное на этапах транспортировки воды от источника к потребителю.

Главное различие между ними — место расположения и цель подъема воды.

Вот подробное сравнение:

Насосная станция первого подъема (НС-I)

Задача: Подъем воды из источника (река, озеро, водохранилище, скважина) на первую стадию очистки или непосредственно в резервуары/водоводы.

Особенности:

1. Источник: Работает непосредственно с природным источником воды.
2. Качество воды: Перекачивает воду в ее исходном, неочищенном виде (может быть мутной, содержать взвеси, планктон и т.д.).
3. Режим работы: Чаще всего равномерный в течение суток. Производительность определяется графиком работы очистных сооружений.
4. Что находится после нее: Обычно очистные сооружения (если вода требует обработки) или непосредственно магистральный водовод к НС-II, если очистка не нужна (например, для технического водоснабжения).
5. Где располагается: Непосредственно у источника водозабора.

Простыми словами: НС-I "забирает" сырую воду из реки или скважины и подает ее "на очистку или в начало системы".

Насосная станция второго подъема (НС-II)

Задача: Подъем очищенной воды из резервуаров чистой воды (РЧВ) в распределительную сеть потребителям (в город, на предприятие).

Особенности:

1. Источник: Берет уже подготовленную воду из резервуаров чистой воды (РЧВ).
2. Качество воды: Перекачивает только чистую, питьевую воду, соответствующую СанПиН.
3. Режим работы: Неравномерный, зависит от потребления воды в городе (утренний и вечерний максимумы, ночной минимум). Режим ее работы определяет график водопотребления. Часто оборудована несколькими насосами с разной производительностью для регулирования подачи.
4. Что находится после нее: Разветвленная распределительная сеть водопровода (трубы, водонапорные башни, пожарные гидранты, конечные потребители).
5. Где располагается: Как правило, на территории очистных сооружений или рядом с РЧВ.

Простыми словами: НС-II "раздает" чистую воду из запаса "потребителям в трубы", подстраиваясь под их режим потребления.

Схема движения воды (стандартный вариант с очисткой):

Источник → Водозабор → НС-I → Очистные сооружения → РЧВ → НС-II → Водонапорная башня (для регулирования давления и расхода) → Сеть потребителей

Ключевые отличия в таблице:

Существуют ли станции третьего и выше подъемов

Да, в крупных или сложных по рельефу системах.

• НС-III (дополнительного подъема) — используется, когда нужно подать воду в отдельный район, расположенный значительно выше основной сети (например, на высокий холм). Она забирает воду из магистральной сети и дополнительно повышает в ней давление.
• НС-IV и т.д. — могут встречаться в очень протяженных или каскадных системах водоснабжения.

Состав и оборудование насосных станций

Состав в целом схож, но есть ключевые различия в типах насосов и вспомогательных системах.

А) Насосная станция первого подъема (НС-I)

1. Насосные агрегаты (главное оборудование):

• Типы насосов: Как правило, горизонтальные или вертикальные центробежные насосы.
  • Для поверхностных источников (река) часто используют консольные (К) или осевые (О) насосы, способные перекачивать загрязненную воду с песком и взвесями.
  • Для скважин — скважинные (погружные) насосы.
• Материалы: Проточные части (рабочие колеса, корпуса) изготавливаются из износостойких материалов (чугуны с шаровидным графитом, легированные стали) для работы с абразивными частицами.

2. Всасывающие линии (особо важный узел для НС-I):

• Сороудерживающие решетки и сетки для грубой механической очистки.
• Резервуары для осаждения песка (песколовки) на всасе для защиты насосов.
• Задвижки с электроприводом и обратные клапаны.

3. Вспомогательные системы:

• Вакуум-система (вакуум-насосы, эжекторы): Для заливки (подготовки) насосов перед пуском, если они расположены выше уровня воды в источнике (с положительной высотой всасывания).
• Система промывки: Для очистки всасывающих корзин и полостей.
• Система дренажа и откачки: Более мощная, чем на НС-II, так как возможны большие утечки из-за агрессивной среды.

4. Силовое и контрольное оборудование:

• Электродвигатели, часто с устройствами плавного пуска.
• Шкафы управления, КИП (контрольно-измерительные приборы): датчики давления на всасе и нагнетании, расходомеры (чаще электромагнитные или ультразвуковые, так как вода неочищенная).
• Система автоматики, обеспечивающая связь с очистными сооружениями.

Б) Насосная станция второго подъема (НС-II)

1. Насосные агрегаты:

• Типы насосов: Центробежные консольные (К) или секционные (многоступенчатые) насосы. Основное требование — высокий КПД и способность работать в переменном режиме.
• Конфигурация: Обычно несколько основных рабочих насосов, подобранных на разные подачи, и 1-2 резервных. Часто используются частотно-регулируемые приводы (ЧРП) для плавного изменения производительности в соответствии с графиком потребления.

2. Подводящий и отводящий трубопровод:

• Подвод от резервуаров чистой воды (РЧВ).
• На напорной линии — запорная арматура, обратные клапаны, расходомеры (турбинные, вихревые, ультразвуковые).
• Гидроаккумуляторы (мембранные баки) для гашения гидравлических ударов.

3. Вспомогательные системы:

• Система хозяйственно-питьевого водоснабжения (ХПВ) самой станции.
• Система отопления и вентиляции (для поддержания положительной температуры).
• Система канализации и дренажа.
• Противопожарные системы.

4. Система управления и диспетчеризации (наиболее развита):

• Сложная АСУ ТП (автоматизированная система управления технологическим процессом).
• Датчики давления в ключевых точках сети (часто с передачей данных диспетчеру).
• Регуляторы давления и частоты вращения насосов.
• Система связи с диспетчерским пунктом водоканала.

Как выполняется подбор оборудования (алгоритм)

Подбор насосной станции — это инженерный расчет, основанный на гидравлике и графиках водопотребления.

Шаг 1: Определение расчетных параметров

• Для НС-I: Производительность (Q_I) определяется максимальной суточной производительностью очистных сооружений с учетом собственных нужд станции (промывка фильтров и т.д.). Работает 24 часа в сутки равномерно.
  • Q_I = Q_сут. макс. / 24 [м³/ч]
• Для НС-II: Производительность (Q_II) определяется часовым графиком водопотребления.
  • Расчет ведется на максимальный часовой расход в сутки максимального водопотребления.
  • Также проверяется работа на случай пожара (Q_II + Q_пож).

Шаг 2: Определение требуемого напора (давления)

Рассчитывается по формуле:

H = H_г + H_пот + H_св

где:

• H_г — геодезическая высота подъема (разница отметок между уровнем воды в приемном резервуаре и самой удаленной/высокой точкой системы).
• H_пот — потери давления в трубопроводах, арматуре, фильтрах на всем пути движения воды (расчитываются по гидравлическим формулам).
• H_св — свободный (гарантийный) напор в конечной точке (у потребителя). Для водоразборной колонки это 10-12 м.в.ст.

Для НС-I: H_г — разница между уровнем воды в источнике (минимальный зимний!) и уровнем воды на очистных сооружениях.

Для НС-II: H_г — разница между уровнем воды в РЧВ (минимальный!) и самой высокой точкой водопроводной сети или уровнем воды в водонапорной башне.

Шаг 3: Подбор насосов по каталогам (сводная таблица)

Принцип: По расчетным значениям Q и H на сводном графике характеристик насосов выбирается тип насоса, рабочая точка которого (Q_р, H_р) находится в зоне максимального КПД (обычно 75-85% от максимального).

Шаг 4: Подбор вспомогательного оборудования

• Электродвигатель: Мощность (N) выбирается с запасом 10-15% от мощности насоса при расчетной точке.
• Трубопроводы: Диаметр подбирается по экономически целесообразной скорости воды (для всасывающих линий 0.8-1.2 м/с, для напорных 1.5-2.5 м/с).
• Запорно-регулирующая арматура, КИП, системы автоматики — подбираются под параметры системы.

Вывод и итоговые принципы

Деление на первый и второй подъем — это логическое разделение этапов: "добыча/транспорт к очистке" и "раздача чистой воды потребителю". Это основа проектирования практически всех систем централизованного водоснабжения.

Несмотря на внешнюю схожесть, насосные станции первого и второго подъема — это принципиально разные технологические объекты, проектируемые под разные задачи и гидравлические режимы.

Итоговые принципы проектирования:

1. Приоритет надежности для НС-I: Остановка НС-I парализует всю систему водоснабжения. Требуется максимальная надежность, резервирование и защита от загрязнений.
2. Приоритет гибкости и экономичности для НС-II: Станция должна гибко подстраиваться под меняющийся расход потребителей, минимизируя энергозатраты (за счет ЧРП и баков). Экономия электроэнергии здесь — ключевой фактор.
3. Единство системы: Параметры НС-I, очистных сооружений, РЧВ и НС-II рассчитываются взаимосвязанно. Производительность НС-I должна обеспечивать заполнение РЧВ за время низкого ночного потребления, чтобы НС-II могла покрыть утренний пик.

Таким образом, корректный подбор состава и оборудования насосных станций — это комплексная инженерная задача, основанная на гидравлике, знании режимов водопотребления и требований к надежности, которая определяет эффективность и бесперебойность работы всей системы водоснабжения.