Затворы, задвижки, клапаны
Затворы насосных станций по своему назначению делятся на основные, аварийные и ремонтные.
Основные затворы (иногда их называют рабочими) обеспечивают оперативное регулирование расходов воды через сооружение. Основные затворы должны открываться и закрываться под напором. При значительных размерах отверстий и необходимости точного регулирования расходов такие затворы открывают или закрывают частично.
Аварийные затворы предназначены для быстрого перекрытия отверстия в аварийных случаях, например при отключении насоса от сети, разрыве трубопровода, аварии основного затвора и т. д. Аварийные затворы должны закрываться под напором в потоке, а открываться, как правило, в безнапорном состоянии или при ограниченном напоре.
Ремонтные затворы служат для осушения, ревизий, ремонта и замены основных затворов и их закладных частей, проточных частей насосов, а также для осмотра и ремонта самого сооружения и его водопроводящих трактов. Ремонтные затворы должны быть водонепроницаемыми, экономичными и удобными для монтажа. Как правило, ремонтные заграждения устанавливают и убирают в стоячей воде, хотя некоторые ремонтные затворы могут перекрывать отверстия в текущей воде.
Довольно часто роль ремонтного и аварийного заграждения выполняет один затвор, называемый в этом случае аварийно-ремонтным. Он закрывается в потоке, отличается от ремонтного меньшим временем установки или закрывания и обеспечивает необходимую для выполнения ремонтных работ водонепроницаемость.
В зависимости от схемы насосной станции, действующего напора, типа и конструкции водоприемного и водопроводящих сооружений в водопроводно-канализационных системах применяют затворы самых различных конструкций. Объединяющим их качеством является то, что все они должны полностью удовлетворять требованиям эксплуатации и обеспечивать возможность ремонта и смены изнашивающихся в процессе работы деталей и узлов.
Плоские щитовые затворы бывают деревянные и металлические.
Деревянные щитовые затворы (рис. 8.5) применяют при малых отверстиях и небольших гидростатических давлениях. Обычно их изготовляют из дубовых или сосновых брусьев, соединенных между собой стяжными болтами, и утяжеляющего стального листа для ликвидации плавучести щита; для подъема и спуска щит имеет ригель и подвески. Затворы устанавливают в направляющие из швеллеров, размер которых в свету должен быть на 2—4 см более толщины щита. Максимальный размер отверстий, перекрываемых плоскими деревянными затворами, достигает 2Х Х2 м, допускаемый напор — 15 м.
Металлические щитовые затворы применяют при крупных водозаборных окнах и больших гидростатических давлениях. Эти затворы сваривают из швеллеров, уголков и листовой стали с боковым и нижним уплотнениями из профильной резины. Для относительно небольших отверстий (размером до 2,5Х Х1,5 м) применяют скользящие затворы. Большие отверстия перекрываются катковыми затворами.
Конструкции металлических щитовых затворов весьма разнообразны. На рис. 8.6 показан затвор размером 2590X2340 мм.
Для уменьшения подъемного усилия служат колеса, которые воспринимают почти всю гидростатическую нагрузку на щит. Кроме грузовых колес, щит имеет боковые направляющие ролики, гарантирующие правильное перемещение щита при спуске и подъеме, и подвеску для строповки.
Усилие Р, необходимое для подъема плоских щитовых затворов, может быть ориентировочно определено по формуле:
Плоские щиты широко применяются в качестве затворов всех видов для водоприемных и водовыпускных сооружений насосных станций.
Задвижки в зависимости от конструкции запорной части подразделяются на два основных типа: параллельные и клиновые.
В параллельных задвижках (рис. 8.7, а) проход в корпусе перекрывается двумя подвижно соединенными между собой дисками, которые раздвигаются одним или двумя расположенными между ними клиньями. Уплотняющие кольца и диски расположены перпендикулярно оси задвижки.
В клиновых задвижках (рис. 8.7, б) проход в корпусе перекрывается одним круглым диском, который в поперечном сечении имеет форму клина и помещается в гнезде между наклонными уплотняющими кольцами.
Задвижки обоих типов изготовляются с выдвижным или с невыдвижным шпинделем. Выдвижной шпиндель легко очищать и смазывать, но для размещения задвижек с таким шпинделем требуется большая высота. При устройстве хозяйственно-питьевых водопроводов выдвигающийся шпиндель нежелателен по санитарным соображениям.
Отечественная промышленность серийно выпускает задвижки для трубопроводов диаметром до 1650 мм.
Для облегчения управления все задвижки диаметром более 400 мм, а на автоматизированных насосных станциях вне зависимости от диаметра должны быть оборудованы механическим приводом. Механическое управление задвижками осуществляется с помощью электро- или гидропривода. Задвижки с электроприводом чрезвычайно удобны при дистанционном и автоматическом управлении, требуют меньших размеров помещения, но менее надежны в работе по сравнению с задвижками с гидравлическим управлением, особенно при высоких давлениях. Задвижки с гидроприводом рекомендуется применять в тех случаях, когда задвижки с электроприводом не могут быть обеспечены двумя независимыми источниками питания. Гидроприводы задвижек изготовляются с водяным, масляным и иногда с пневматическим управлением.
Для управления задвижками с ручным приводом, расположенными ниже пола насосной станции, применяют специальные колонки. Корпус такой колонки снабжен фланцем, с помощью которого она прикрепляется к перекрытию.
Задвижки применяют в качестве рабочих и аварийно-ремонтных затворов на трубопроводах любого назначения.
Дисковые поворотные затворы также применяют для перекрытия трубопроводов.
Принцип работы дискового затвора (рис. 8.8) заключается в том, что поворотный диск, прижимаясь к уплотняющей поверхности седла внутри корпуса, преграждает путь потоку жидкости; при повороте диска на 90° жидкость свободно проходит через затвор.
Достоинствами дисковых затворов являются быстрота управления, малые размеры и вес и небольшая стоимость. К недостаткам дисковых затворов можно отнести несколько большие потери напора, так как коэффициент местного сопротивления затвора больше, чем у задвижек. Кроме того, дисковые затворы должны открываться при уравновешенном с обеих сторон затвора давлении, что вызывает необходимость устройства обводных труб (байпасов).
Промышленностью серийно выпускаются дисковые поворотные затворы с ручным и механическим приводом диаметром до 2000 мм при напоре до 100 м. По специальным заказам могут быть выполнены затворы гораздо ббльших диаметров.
Дисковые затворы применяют на всех видах трубопроводов в качестве рабочих и ремонтных затворов.
В настоящее время при строительстве водопроводных и канализационных насосных станций в основном используют одноднсковые обратные клапаны двух модификаций: с верхней подвеской и с эксцентричной подвеской тарели.
На рис. 8.9, а изображен однодисковый обратный клапан с верхней подвеской, выпускаемый промышленностью для трубопроводов диаметром до 1000 мм. Во время работы иасоса тарель клапана под действием движущейся воды поворачивается иа рычаге относительно оси и вода проходит через клапан. При остановке насоса тарель под действием собственного веса, а также давления воды со стороны напорного трубопровода опускается и клапан закрывается.
Обратные клапаны с эксцентричной подвеской тарели (рис. 8.9, б), выпускаемые промышленностью для трубопроводов диаметром до 1200 мм, по своим габаритам меньше клапанов с верхней подвеской и практически не выходят за пределы наружного диаметра трубопровода; длина их не больше диаметра, поэтому они легче и дешевле клапанов с верхней подвеской. Однако обратные клапаны с эксцентричной подвеской характеризуются большими потерями напора по сравнению с клапанами с верхней подвеской, поэтому экономия электроэнергии при применении клапанов с верхней подвеской может оказаться более существенно чем экономия от снижения металлоемкости при применении клапанов с эксцентричной подвеской.
Таким образом, при проектировании насосных станций выбор типа обратного клапана должен определяться технико-экономическими расчетами.
Наличие обратного клапана обеспечивает практически мгновенное отключение напорного водовода. Для того чтобы по тем или иным соображениям, например при необходимости уменьшения величины гидравлического удара в напорном трубопроводе, можно было увеличить период отключения, ось диска клапана оснащают противовесом или гидравлическим тормозом.
На трубопроводах больших диаметров возможно также применение многодисковых обратных клапанов (рис. 8.9, в), в которых один большой диск заменяется несколькими малыми.
Устанавливают обратные клапаны между напорным патрубком насоса и задвижкой, что позволяет отключать клапаны от напорного трубопровода для периодического их осмотра и ремонта.
Приемные клапаны, сетки и воронки. Приемные клапаны (рис. 8.10, а) устанавливают на входе во всасывающий трубопровод. Они служат для удержания воды во всасывающем трубопроводе и корпусе насоса при заливке его перед пуском. Если заливка насоса производится с помощью вакуум-насоса, то при наличии в воде большого числа взвешенных веществ устанавливают только предохранительную сетку (рис. 8.10, б).
Тип подъемно-траиспортных механизмов выбирается с учетом размеров сооружения, компоновки технологического оборудования, его размеров и максимальной массы поднимаемого элемента. Необходимо также учитывать степень загрузки механизмов, периодичность их использования, а также безопасность подъемно-транспортных операций. Грузоподъемность того или иного механизма должна быть равна или больше массы наиболее тяжелой детали монтируемых насосных агрегатов: ротора двигателя, рабочего колеса насоса, статора двигателя, корпуса насоса. При предварительных расчетах максимальную массу детали можно принимать в пределах 50—60% общей массы машины. Перегрузка принимаемого подъемнотранспортного оборудования сверх номинальной грузоподъемности не допускается.
Для монтажа, ремонта и демонтажа оборудования, арматуры и трубопроводов предусматривают подъемно-транспортное оборудова-вание с ручным приводом:
при массе узлов до 1000 кг (включительно) — кошку и таль по монорельсу;
при массе узлов до 5000 кг — подвесную кран-балку;
при массе узлов более 5000 кг— мостовой кран.