Всасыввющие трубопроводы
Всасывающие трубопроводы, предназначенные для надежного, бесперебойного и с наименьшими потерями энергии подвода воды к насосам, являются одним из наиболее ответственных элементов насосной станции.
Основным требованием, предъявляемым к всасывающим трубопроводам центробежных насосов с точки зрения обеспечения ими надежного и бесперебойного подвода воды, является их воздухонепроницаемость, так как, по данным многочисленных опытов и наблюдений, попадание воздуха в межлопастные каналы рабочего колеса насоса весьма отрицательно сказывается на его характеристиках. Даже небольшое (до 1% по объему) наличие нерастворенного воздуха может уменьшить подачу насоса на 5—10%, а при увеличении содержания воздуха до 10—15% насос теряет всасывающую способность и происходит срыв его работы.
В связи с этим все стыки деталей трубопроводов выполняют герметичными. Наиболее предпочтительными являются сварные соединения. В случае применения болтовых соединений ко всем фланцам всасывающего трубопровода должен быть обеспечен доступ, с тем чтобы можно было контролировать их состояние и систематически подтягивать болты.
Во избежание попадания воздуха во всасывающий трубопровод через свободную поверхность воды в водоприемном сооружении входное отверстие трубопровода заглубляют на 0,5—1,5 м ниже самого низкого уровня. Если нельзя обеспечить необходимое заглубление, следует установить на концах всасывающих труб экраны, предотвращающие образование воронок вокруг труб и попадание в них воздуха.
Для предотвращения образования во всасывающем трубопроводе воздушных мешков трубопровод прокладывают с подъемом в сторону насоса (уклон не менее 0,005), чтобы воздух, выделившийся из воды в зонах с пониженным давлением, мог свободно двигаться вместе с водой к насосу. По этой же причине при переходе с одного диаметра на другой на горизонтальных участках трубопровода применяют только «косые» переходы с горизонтальной верхней образующей. На рис. 10.2 показаны примеры неправильного и правильного расположения всасывающего трубопровода и присоединения его к насосу.
Потери энергии во всасывающем трубопроводе не только приводят к необходимости увеличения напора [см. формулу (2.6)] и мощности [см. формулу (2.10)] насоса, но и вызывают уменьшение давления на входе в насос [см. формулу (2.64)], способствуя тем самым возникновению и развитию кавитации. Для уменьшения потерь энергии всасывающий трубопровод должен быть возможно меньшей длины и иметь минимальное число фасонных частей. Диаметры всасывающих труб, фасонных частей и арматуры определяют расчетом. Для предварительного выбора можно руководствоваться допустимыми скоростями, м/с:
Бесперебойная работа насоса и минимум гидравлических потерь во всасывающей линии обеспечиваются также правильным расположением всасывающих труб в приемной камере насосной станции. Расстояние от входного сечения всасывающей трубы до дна и стен камеры или приямка следует принимать таким образом, чтобы скорости подхода воды к оголовку были не больше скорости течения во входном сечении. Получающиеся при этом размеры показаны на рис. 10.3, а.
При наличии в водоприемной камере двух и более всасывающих труб расстояние между ними должно быть не менее (1,5-4-2) DBX. Взаимное расположение труб при этом исключает возможность влияния работающих насосов друг на друга.
Примеры неправильного н правильного размещения всасывающих труб в приемной камере показаны на рис. 10.4.
В настоящее время в различных странах разработаны рекомендации по выбору размеров водоприемных камер и размещению в них всасывающих труб. Однако в этих рекомендациях имеются довольно существенные разногласия. Так, например, при принятом в Англии отношении DBi = (1,5-~l,8)dTp ширина камеры составляет В = (3-=-3,6)dTp (рис. 10.5), т. е. практически совпадает с нашими рекомендациями, предусматривающими минимальную ширину В = (24-3)£>вх при соотношении DBK — (1.25 4- 1,5) dTp. В то же время минимальное расстояние от входного сечения всасывающей трубы до дна, составляющее (0,754-4-0,9)dTp по английским рекомендациям, существенно меньше значений (1 4- l,2)dTp, принятых в нашей практике. Аналогично этому расстояние от всасывающей трубы до торцовой стенки камеры по английским рекомендациям должно быть не менее 0,25D„ = (0,3754-0,45)dTp, а по принятой в России практике (1 4- l,5)dTp.
А вот наименьшее заглубление входного сечения всасывающей трубы под минимальный уровень в приемной камере, составляющее по английским рекомендациям (2,254-2,7)</гр при значениях <Утр> 250 мм, превышает принятое у нас значение 0,5 — 1 м.
При наличии в водоприемной камере двух и более всасывающих труб их взаимное расположение, как уже отмечалось, должно исключать возможность влияния насосов друг на друга. Принятое у нас в этих случаях расстояние между соседними всасывающими трубами составляет (2-4-3)с?гр, что несколько превышает английские рекомендации (рис. 10.6), по которым оно, при скорости течения воды в камере, не превышающей 3 м/с, может быть уменьшено до значений (1,5 4-1,8) drp.
Отмеченные в рекомендациях разногласия с большей очевидностью указывают на необходимость тщательного обоснования в каждом конкретном случае размеров водоприемных камер и схем расположения в них всасывающих трубопроводов. При проектировании крупных насосных станций обязательным является Проведение модельных гидравлических исследований, с помощью которых форма прямоугольных в плане водоприемные камер может быть изменена с учетом индивидуальных особенностей станции (см., например, варианты I—III на рис. 10.5), что положительно сказывается на энергетических и кавитационных параметрах насосных агрегатов.
Особое внимание при проведении лабораторных исследований водоприемных камер крупных насосных станций должно уделяться изучению условий образования в них вихревых течений, вызывающих возникновение воронок, способствующих, в свою очередь, попаданию воздуха во всасывающие трубопроводы. Результаты лабораторных исследований, проводившихся в Братиславском институте водного хозяйства (рис. 10.7) и в ряде других научно-исследовательских организаций, показывают, что необходимое заглубление входного сечения всасывающего трубопровода под уровень воды в камере при заданном значении диаметра трубопровода не является постоянным, а зависит от скорости течения воды в трубопроводе или, говоря другими словами, от режима работы насоса.
Число всасывающих труб на насосных станциях I подъема, совмещенных с водозаборным сооружением, обычно принимают равным числу установленных насосов. При относительно большой длине всасывающих линий и при сложных дорогостоящих конструкциях водоприемных сооружений, что характерно для крупных насосных станций I подъема раздельного типа, а также для насосных станций II подъема, оборудованных большим числом рабочих и резервных агрегатов, допускается меньшее число всасывающих труб, чем число насосов. Число всасывающих линий при этом на насосных станциях первого и второго класса надежности действия независимо от числа групп насосов, включая пожарные, должно быть не менее двух.
При выключении одной линии остальные должны быть рассчитаны на пропуск полного расхода для насосных станций первого и второго класса надежности действия и 0,7 расчетного расхода для станций третьего класса.
Устройство одной всасывающей линии допускается на насосных станциях третьего класса надежности действия или на противопожарных насосных станциях при установке одного рабочего пожарного насоса.
В отдельных случаях при экономическом обосновании насосные станции систем водоснабжения могут иметь число всасывающих линий, превышающее число установленных насосов. При числе всасывающих трубопроводов, меньшем числа установленных насосов, для обеспечения забора воды любым насосом трубопроводы объединяют коллектором с переключающими задвижками. На рис. 10.8, а показана схема подвода воды двумя всасывающими трубами к четырем насосам, при которой обеспечивается постоянная работа двух насосов во время ремонта любой трубы или задвижки, а на рис.10.8, б — схема коллекторного переключения трех всасывающих трубопроводов шести насосов, обеспечивающая при любых условиях постоянную работу четырех насосов. Из приведенных примеров видно, что устройство всасывающего коллектора значительно усложняет коммуникации и увеличивает размеры здания станции.
Над поверхностью земли всасывающие трубопроводы укладывают на опоры, при установке которых необходимо учитывать толщину слоя. нарушенной структуры грунта и глубину промерзания. Расстояние между опорами определяется статическим расчетом трубы как иеразрез-ной многопролетной балки.
Всасывающие трубопроводы, проходящие в траншеях, укладывают на подготовку толщиной 5—10 см из крупнозернистого песка, щебня или мелкого гравия. Наружную поверхность трубопроводов покрывают битумной гидроизоляцией и обвертывают строительной бумагой или мешковиной. Затем трубопроводы засыпают грунтом. В сложных геологических условиях или при размещении всасывающего трубопровода в теле плотины из местных материалов всасывающие трубопроводы укладывают в специальной галерее.
При использовании на насосных станциях в качестве основных агрегатов мощных (Q2> 2мэ/с) вертикальных центробежных и осевых насосов (типов В, О и ОП) подвод воды к ним для уменьшения потерь напора осуществляется с помощью изогнутых всасывающих труб. Число всасывающих труб в этом случае равно числу установленных насосов. Форма и размеры труб (рис. 10.9) устанавливаются заводом-изготовителем насосов.