Насосная станция водоснабжения¶

Насосная станция — комплекс насосного, энергетического, трубопроводного и контрольно-измерительного оборудования, предназначенный для транспортировки жидкостей (преимущественно воды) по трубопроводам путём создания избыточного давления и заданного расхода. Насосные станции применяются в системах водоснабжения и водоотведения, теплоснабжения, нефтегазовой промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях. Принцип работы любого насосной станции сводится к преобразованию механической энергии приводного двигателя в энергию потока перекачиваемой жидкости.

¶Основные элементы

Стандартная насосная станция водоснабжения включает следующие узлы:

• Насос (насосная группа) — главный рабочий орган, обеспечивающий подачу и напор. В промышленных и муниципальных системах, как правило, устанавливают несколько насосов (рабочий и резервный), работающих параллельно.
• Напорный бак (гидроаккумулятор) — герметичная ёмкость с резиновой мембраной (грушей), разделённой на две камеры: водную и воздушную. Служит для поддержания стабильного давления и сокращения числа включений насоса.
• Манометр — прибор для визуального контроля давления в системе.
• Реле давления — коммутационный узел, управляющий включением и выключением насоса по заданным порогам давления.
• Обратный клапан — предотвращает возврат воды из трубопровода в насос после остановки, сохраняя давление в системе.
• Запорная арматура — задвижки и краны для перекрытия участков трубопровода при обслуживании.
• Всасывающий и напорный трубопроводы — соединяют насос с источником воды и с потребителями.
• Фильтры грубой очистки — защищают насос от попадания песка, ила и других механических примесей.

¶Принцип работы

Работа насосной станции основана на создании разрежения (вакуума) на входе (всасывании) и избыточного давления на выходе (напоре) перекачиваемой жидкости.

1. Всасывание. Рабочее колесо насоса, вращаясь, создаёт пониженное давление во всасывающем патрубке. Атмосферное давление, действуя на поверхность источника воды (скважины, резервуара, водопроводной магистрали), выталкивает воду в насос. Максимальная глубина, с которой насос способен поднять воду, теоретически ограничена атмосферным давлением и составляет около 10,3 м; на практике этот показатель для центробежных насосов не превышает 7–8 м.
2. Напор. Рабочее колесо, закреплённое на валу, передаёт жидкости кинетическую энергию, закручивая поток. Далее в диффузоре (спиральном корпусе) кинетическая энергия преобразуется в энергию давления. Вода под высоким давлением поступает в напорный трубопровод.
3. Поддержание давления. При закрытых кранах потребителей давление в системе нарастает. Когда оно достигает верхнего порога, заданного реле давления, насос останавливается. Обратный клапан удерживает воду в трубопроводе, а гидроаккумулятор продолжает компенсировать небольшие потери давления.
4. Включение. При открытии крана вода из гидроаккумулятора поступает потребителю, давление падает. По достижении нижнего порога реле давления замыкает цепь питания и насос снова запускается.

Такой циклический режим работы продлевает срок службы оборудования и снижает энергопотребление.

¶Классификация

По назначению насосные станции подразделяют на:

По глубине всасывания различают станции самовсасывающие (до 7–8 м) и нормально всасывающие (когда источник расположен выше насоса или на одном уровне). По типу насосного оборудования — с центробежными, винтовыми, вибрационными (погружными вибрационными, например «Ручеёк»), поршневыми и другими насосами.

¶Устройство бытовой насосной станции

Бытовые насосные станции (НС) предназначены для автономного водоснабжения частных домов, дач и полива. Комплект поставки, как правило, включает:

• центробежный самовсасывающий насос с электродвигателем (мощностью 0,6–1,6 кВт);
• гидроаккумулятор объёмом 8–50 л;
• реле давления с манометром;
• обратный и запорный клапаны.

Типичные параметры: подача 30–60 л/мин, напор 30–55 м, максимальная глубина всасывания 8–9 м. Производители бытовых НС — компании «Джилекс» (модельный ряд «Водомёт»), Grundfos, Pedrollo, Wilo.

¶Промышленные и муниципальные насосные станции

Крупные насосные станции водоснабжения городов рассчитаны на подачу тысяч кубометров воды в час. Они включают:

• несколько групп насосов различной производительности для гибкого регулирования нагрузки;
• пускорегулирующую аппаратуру с частотными преобразователями, обеспечивающими плавное регулирование производительности и энергосбережение;
• системы диспетчерского контроля и телеметрии (АСУ ТП);
• резервные источники электропитания (дизель-генераторы);
• узлы водоподготовки: фильтры, хлораторы, узлы обезжелезивания.

Многонасосные станции первого подъёма забирают воду из источника и подают её в водопроводную сеть; станции второго подъёма повышают давление в отдельных районах города; насосные станции повышения давления (НСПД) обеспечивают доставку воды на верхние этажи высотных зданий.

¶Принципы выбора и эксплуатации

При выборе насосной станции определяют требуемую подачу (расход воды), напор (разность высот и потери в трубопроводах), глубину источника и диаметр трубопроводов. Расчёт напора включает геодезическую высоту подъёма, линейные потери давления в трубах и местные потери в арматуре и фильтрах.

Основные требования к эксплуатации: защита от сухого хода (работа без воды приводит к перегреву и разрушению уплотнений), предотвращение гидроударов, своевременная замена мембраны гидроаккумулятора (срок службы 5–10 лет) и контроль давления воздуха в воздушной камере бака.

Источники:

• ГОСТ Р 56287-2014. Насосы центробежные. Технические условия
• СП 30.13330.2020. Внутренний водопровод и канализация зданий
• Краткая техническая энциклопедия. Насосное оборудование
• Справочник «Водоснабжение и водоотведение», под ред. В. А. Пчелкина