Насосные станции повышения давления

Насосные станции повышения давления (повысительные установки) в том или ином аспекте прямого целевого назначения формируют основную долю функциональных групп станций водоснабжения ВКХ, крупных промышленных объектов (см. этот материал), определяют функционирование локальных и автономных сетей водоснабжения (см. здесь), по сути своей работы являются насосными станциями пожаротушения (см. здесь), а также:

• в правовом поле РФ регулируются СП 31.13330.2012 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84», СП 30.13330.2012 «Внутренний водопровод и канализация зданий. Актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85», СП 5.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования», СП 73.13330.2012 «Внутренние санитарно-технические системы зданий. Актуализированная редакция СНиП 3.05.01-85», СанПиН 2.1.2.2645-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях»;
• проектируются и изготавливаются на базе насосных агрегатов ведущих производителей насосного оборудования брендов Grundfos, KSB, WILO, Sulzer (бывший бренд ABS), Xylem (бренды LOWARA и FLYGT), Pedrollo (ссылки), но с максимальным использованием российских комплектующих для получения отечественного продукта в рамках исполнения федеральной программы импортозамещения;

• проектируются и изготавливаются под конкретный объект – систему (или сегмент системы) с ее гидротехническими характеристиками путем формирования комплектных установок из двух и более насосных агрегатов, работающих при максимально возможном для конкретной ситуации КПД вне зависимости от динамики и амплитуды изменения расхода в системе.

Важно: Определяющими критериями любого проекта насосной станции повышения давления сегодня являются энергосбережение и энергоэффективность, что предельно важно для владельца насосной установки, поскольку расходы на электроэнергию при эксплуатации формируют от 90% всех инвестиций в насосные станции.

Вместе с тем, в открытых системах водоснабжения с большой динамикой и амплитудами изменения расхода в сутки, час и даже минуты даже насосный агрегат индекса энергетический эффективности EEI не более 0,23, классом энергоэффективности двигателя IE4 (Super Premium Efficiency) и с широкими диапазонами подачи и расхода теряет свои преимущества за счет значительного снижения КПД в зонах больших расходов или больших давлений. Поэтому один насосный агрегат заменяется насосной станцией с двумя (и более) насосными агрегатами, работающими при максимальных КПД и подключаемыми/отключаемыми в зависимости от изменения характеристик системы.

Рис. Сравнение одного насосного агрегата с широким диапазоном напора/расхода и двух насосных агрегатов, работающих с меньшей скоростью при существенно более высоких значениях КПД.

В зависимости от конкретных гидравлических характеристик системы и требований по степени обеспеченности подачи воды согласно СП 31.13330.2012 (категории системы или категории насосной станции / установки) в насосную установку могут быть включены:

• резервные насосы, обеспечивающие функционирование насосной установки при выходе из строя одного (или двух) насосных агрегатов;
• два и более рабочих насосов с одинаковыми или разными рабочими характеристиками, нерегулируемыми или с частотным регулированием, подключаемыми параллельно или последовательно для выхода на требуемый максимальный напор или максимальную подачу (расход);

Рис. Два насосных агрегата с одинаковыми характеристиками, подключенных параллельно (слева) и последовательно (справа).

Рис. Два насосных агрегата с разными характеристиками, подключенных параллельно (слева) и последовательно (справа).

• преобразователь частоты – для каждого, одного/нескольких из насосных агрегатов или один для всех насосных агрегатов установки в зависимости от требований по регулированию частоты вращения, динамики изменений расхода и комплектации установки регулируемыми и нерегулируемыми (с фиксированной скоростью) насосными агрегатами;

Рис. Два насосных агрегата с одинаковыми характеристиками: регулируемые по частоте и соединенные параллельно (слева), один регулируемый по частоте, второй нерегулируемый, соединенные последовательно (справа) (линии оранжевого цвета показывают характеристику при пониженной скорости).

Важно: Частотное регулирование на текущий момент остается приоритетным для корректировки рабочей точки насоса, поскольку удвоение частоты вращения рабочего колеса (n на рис. ниже) в два раза повышает подачу насосного агрегата, в 4 раза повышает напор и в 8 раз повышает мощность насосного агрегата.

Рис. Графическая зависимость напора, подачи и мощности насосного агрегата от частоты вращения рабочего колеса.

• дежурный насосный агрегат, используемый для поддержки давления при минимальном расходе, при котором нецелесообразно использовать главные рабочие насосы, а также для плавного заполнения трубопровода водой до включения рабочих насосов с целью нивелирования рисков сильного гидравлического удара (системы водоснабжения с нестабильным электроснабжением, системы орошения и т.п., где трубопровод может оказаться не полностью заполненным);

Рис. Плавное заполнение трубопровода дежурным насосом до включения рабочих насосов и нарастания давления.

• гидропневматический мембранный бак для уменьшения числа пусков/останов насосных агрегатов и компенсации небольших потерь давления при малых расходах (вместо дежурного насоса);

• обратный клапан для предотвращения «сухого» хода; реле работы в аварийном режиме, обеспечивающего функционирование установки при выходе из строя блока управления;
• блок контроля и управления, обеспечивающий пуск/остановку насосных агрегатов, их включение/отключение в зависимости от изменения характеристик системы, включение/отключение выбранных насосов в зависимости от наработки (опция чередования насосов) и/или числа включений в час, каскадное управление для максимального энергосбережения и т.д.

• модуль передачи данных для коммутации с сетями LAN, Ethernet, сетями сотовой связи и возможности контроля/управления насосной установкой с ПК, ноутбука, мобильного терминала;
• датчики давления, температуры, расхода для контроля давления на входе в установку, температуры подаваемой воды и т.д., обеспечиваемые функцией «выхода за предел» (функция лимита) блока управления;
• главный, вводные, а также ремонтные выключатели, позволяющие отключить от силовой сети один насосный агрегат насосной установки;
• аккумулятор, обеспечивающий работу насосов при обесточивании силовой линии;
• световые индикаторы (работы системы, неисправностей и т.д.).