Насосные станции , также называемые насосными станциями , [1] — это общественные здания, содержащие насосы и оборудование для перекачивания жидкостей из одного места в другое. Они имеют решающее значение в различных инфраструктурных системах, таких как водоснабжение, осушение низинных земель , каналы и отвод сточных вод на места переработки. Насосная станция является неотъемлемой частью гидроаккумулирующей установки.
Насосные станции предназначены для перемещения воды или сточных вод из одного места в другое, преодолевая гравитационные проблемы, и имеют важное значение для поддержания судоходного уровня канала, подачи воды и управления сточными водами и паводковыми водами. В системах каналов насосные станции помогают восполнять потери воды из-за использования шлюзов и утечек, обеспечивая судоходность. Аналогичным образом, в осушении земель станции перекачивают воду для предотвращения затопления территорий ниже уровня моря, концепция, впервые появившаяся в викторианскую эпоху в таких местах, как Фенс в Великобритании. Внедрение «пакетных насосных станций» модернизировало дренажные системы, что позволило создать компактное и эффективное решение для территорий, где гравитационный дренаж нецелесообразен.
Насосные станции для воды различаются по сферам применения, например, для забора воды из скважин, перекачки сырой воды и перекачки с высоким уровнем обслуживания, каждая из которых разработана для удовлетворения конкретных прогнозов спроса и потребностей клиентов. Насосные станции для сточных вод, с другой стороны, спроектированы для обработки сточных вод, с конструкциями, которые обеспечивают надежность и безопасность, сводя к минимуму воздействие на окружающую среду от переливов. Инновации в насосной технологии и конструкции станций привели к разработке погружных насосных станций, которые более компактны и безопасны, эффективно уменьшая площадь и видимость инфраструктуры управления сточными водами. Электронные контроллеры повысили эффективность и возможности мониторинга насосных станций, что необходимо для современных систем. Схемы гидроаккумулирования представляют собой критическое использование насосных станций, предоставляя метод хранения и генерации энергии путем перемещения воды между резервуарами на разных высотах, подчеркивая универсальность и важность насосных станций в различных секторах.
Некоторые насосные станции были признаны за их архитектурное и историческое значение, например, насосные станции Клавертон и Крофтон , сохраняются как музейные достопримечательности. Такие примеры, как дренаж земель в Нидерландах, водоснабжение в Гонконге и сельскохозяйственный дренаж в Ираке, подчеркивают важную роль, которую эти сооружения играют в поддержке современной инфраструктуры, управлении окружающей средой и хранении энергии.
В странах с системами каналов насосные станции также встречаются часто. Из-за особенностей работы системы шлюзов вода теряется в верхней части канала каждый раз, когда судно проходит через него. Кроме того, большинство шлюзовых ворот не являются водонепроницаемыми, поэтому часть воды просачивается с верхних уровней канала на нижние. Воду необходимо заменить, иначе в конечном итоге верхние уровни канала не будут удерживать достаточно воды для судоходства.
Каналы обычно питаются путем отвода воды из ручьев и рек в верхние части канала, но если нет подходящего источника, можно использовать насосную станцию для поддержания уровня воды. Примером насосной станции канала является насосная станция Клавертон на канале Кеннет и Эйвон в южной Англии, Соединенное Королевство. Она перекачивает воду из близлежащей реки Эйвон в канал с помощью насосов, приводимых в действие водяным колесом, которое питается от реки. [2]
Если нет внешнего водоснабжения, можно использовать системы обратной откачки. Вода извлекается из канала под самым нижним шлюзом пролета и закачивается обратно на вершину пролета, готовая к проходу следующего судна. Такие установки обычно небольшие.
При осушении низменных участков земли общим методом является рытье дренажных канав . Однако, если участок находится ниже уровня моря , то необходимо перекачивать воду вверх в водные каналы, которые в конечном итоге стекают в море.
Викторианцы поняли эту концепцию, и в Соединенном Королевстве они построили насосные станции с водяными насосами , работающими от паровых двигателей , чтобы выполнить эту задачу. В Линкольншире большие площади водно-болотных угодий на уровне моря, называемые The Fens , были превращены в богатые пахотные земли с помощью этого метода. Земля полна питательных веществ из-за накопления осадочного ила, который изначально создал землю.
В других местах насосные станции используются для откачки воды, попавшей в низинные районы в результате утечки или наводнения ( например, в Новом Орлеане ).
В последнее время «пакетная насосная станция» обеспечивает эффективный и экономичный способ установки дренажной системы. Они подходят для сбора и перекачивания механических строительных служб жидкостей, таких как поверхностные воды, сточные воды или фекалии из областей, где дренаж под действием силы тяжести невозможен.
Комплектная насосная станция представляет собой интегрированную систему, встроенную в корпус, изготовленный из прочных, ударопрочных материалов, таких как сборный бетон , полиэтилен или армированный стекловолокном пластик . Устройство поставляется с установленными внутренними трубопроводами, предварительно собранными и готовыми к установке в грунт, после чего устанавливаются погружные насосы и контрольное оборудование. Возможности могут включать в себя элементы управления для полностью автоматической работы; индикацию тревоги высокого уровня в случае отказа насоса; и, возможно, систему направляющих рельсов/автоматической муфты/пьедестала, позволяющую легко снимать насосы для технического обслуживания.
Традиционные системы, построенные на месте, имеют компоненты клапанного свода, установленные в отдельной конструкции. Наличие двух структурных компонентов может привести к потенциально серьезным проблемам на месте, таким как неравномерная усадка между компонентами, что приводит к напряжению и выходу из строя труб и соединений между компонентами. Разработка системы упакованной насосной станции объединила все компоненты в один корпус, что не только устраняет проблемы неравномерной усадки, но и предварительная сантехническая прокладка и оснащение каждого блока перед установкой может сократить расходы и время, связанные с строительными работами и рабочей силой на месте.
Водонасосные станции отличаются от станций перекачки сточных вод тем, что их размеры не должны учитывать высокие пиковые скорости потока. Они имеют пять общих категорий: [3]
Водонасосные станции строятся в районах, где спрос или прогнозируемый спрос разумно определен и зависит от сочетания потребностей клиентов и требований пожарного стока. Среднегодовое потребление воды на душу населения, пиковый час и максимальный дневной расход могут значительно различаться из-за таких факторов, как климат, уровень дохода, численность населения и пропорции жилых, коммерческих и промышленных пользователей. [3]
Насосные станции в системах сбора сточных вод обычно предназначены для обработки неочищенных сточных вод, которые подаются из подземных гравитационных трубопроводов (труб, которые наклонены так, чтобы жидкость могла течь в одном направлении под действием силы тяжести). Сточные воды подаются и хранятся в яме, обычно известной как мокрый колодец . Колодец оснащен электрическими приборами для определения уровня присутствующих сточных вод. Когда уровень сточных вод поднимается до заданной точки, насос включается для подъема сточных вод вверх по напорной системе труб, называемой канализационным напорным трубопроводом , если сточные воды транспортируются на значительное расстояние. Насосную станцию можно назвать подъемной станцией , если насос просто сливает в близлежащий гравитационный люк. [4] Отсюда цикл начинается снова и снова, пока сточные воды не достигнут своей точки назначения — обычно очистных сооружений. С помощью этого метода насосные станции используются для перемещения отходов на более высокие высоты. В случае большого потока сточных вод в колодец (например, в периоды пикового расхода и влажной погоды) будут использоваться дополнительные насосы. Если этого недостаточно или в случае выхода из строя насосной станции может возникнуть засор в канализационной системе, что приведет к переполнению канализации — выбросу неочищенных сточных вод в окружающую среду.
Канализационные насосные станции обычно проектируются таким образом, чтобы один насос или один комплект насосов справлялись с нормальными пиковыми условиями потока. Резервирование встроено в систему, так что в случае выхода из строя одного насоса оставшийся насос или насосы будут справляться с расчетным потоком. Объем хранения мокрого колодца между настройками «насос включен» и «насос выключен» предназначен для минимизации пусков и остановок насоса, но не является настолько длительным временем удержания, чтобы позволить сточным водам в мокром колодце стать септическими .
Канализационные насосы почти всегда представляют собой центробежные насосы с конечным всасыванием и открытыми рабочими колесами , специально разработанные с большим открытым проходом, чтобы избежать засорения мусором или наматывания волокнистого мусора на рабочее колесо. Четырехполюсный или шестиполюсный асинхронный двигатель переменного тока обычно приводит в действие насос. Вместо того чтобы обеспечивать большие открытые проходы, некоторые насосы, как правило, меньшие по размеру канализационные насосы, также измельчают любые твердые частицы в сточных водах, разбивая их на более мелкие части, которые могут легче проходить через рабочее колесо.
Внутренняя часть насосной станции для сточных вод — очень опасное место. В мокром колодце могут скапливаться ядовитые газы, такие как метан и сероводород ; плохо экипированный человек, входящий в колодец, очень быстро задыхается от паров. Любой вход в мокрый колодец требует правильного метода входа в замкнутое пространство для опасной среды. Чтобы свести к минимуму необходимость входа, объект обычно проектируется таким образом, чтобы насосы и другое оборудование можно было вынести из мокрого колодца.
Традиционные насосные станции для сточных вод включают в себя как мокрый колодец, так и «сухой колодец». Часто это одна и та же конструкция, разделенная внутренним разделением. В этой конфигурации насосы устанавливаются ниже уровня земли на основании сухого колодца, так что их входы находятся ниже уровня воды при запуске насоса, заполняя насос, а также максимизируя доступный NPSH . Хотя номинально они изолированы от сточных вод в мокром колодце, сухие колодцы находятся под землей, в замкнутом пространстве и требуют соответствующих мер предосторожности для входа. Кроме того, любой отказ или утечка насосов или трубопроводов может привести к сбросу сточных вод непосредственно в сухой колодец, что не является редкостью. В результате электродвигатели обычно устанавливаются выше перелива, верхнего уровня воды мокрого колодца, как правило, выше уровня земли, и приводят в действие насосы для сточных вод через удлиненный вертикальный вал. Для защиты надземных двигателей от непогоды обычно строятся небольшие насосные станции, которые также включают в себя электрическое распределительное устройство и управляющую электронику. Это видимые части традиционной насосной станции для сточных вод, хотя они, как правило, меньше, чем подземные мокрые и сухие колодцы.
Более современные насосные станции не требуют сухого колодца или насосной станции и обычно состоят только из мокрого колодца. В этой конфигурации погружные канализационные насосы с тесно связанным электродвигателем монтируются внутри самого мокрого колодца, погруженного в сточные воды. Погружные насосы монтируются на двух вертикальных направляющих и герметизируются на постоянно закрепленной «утконосной опоре», которая образует как крепление, так и вертикальный изгиб для выпускной трубы. Для обслуживания или замены погружные насосы поднимаются цепью с утконосной опоры и поднимаются по двум направляющим рельсам до уровня обслуживания (обычно земли). Повторная установка насосов просто меняет этот процесс, насос снова монтируется на направляющих и опускается на утконосную опору, где вес насоса снова герметизирует его. Поскольку двигатели герметичны и погодные условия не имеют значения, никаких надземных сооружений не требуется, за исключением небольшого киоска для размещения электрического распределительного устройства и систем управления.
Благодаря значительному снижению проблем со здоровьем и безопасностью, а также меньшей занимаемой площади и видимости, насосные станции для сточных вод с погружными насосами почти полностью вытеснили традиционные насосные станции для сточных вод. Кроме того, переоборудование традиционной насосной станции обычно включает в себя ее преобразование в современную насосную станцию путем установки погружных насосов в мокром колодце, сноса насосной станции и вывода из эксплуатации сухого колодца путем его демонтажа или сноса внутренней перегородки и ее объединения с мокрым колодцем.
Производители насосов всегда проектировали и производили электронные устройства для управления и контроля насосных станций. Сегодня также очень распространено использование программируемого логического контроллера (ПЛК) или удаленного терминала (RTU) для такой работы, но опыт, необходимый для решения определенных конкретных проблем, позволяет легко выбрать конкретный контроллер насоса. RTU очень полезны для удаленного мониторинга каждой насосной станции из централизованной диспетчерской с системами SCADA (Supervisory Control & Data Acquisition). Такая настройка может быть полезна для мониторинга неисправностей насосов, уровней и других сигналов тревоги и параметров, что делает ее более эффективной.
Гидроаккумулирующая электростанция — это тип электростанции, предназначенной для хранения и выработки электроэнергии для покрытия пиковых нагрузок путем перемещения воды между водохранилищами, расположенными на разных высотах.
Обычно вода направляется из резервуара высокого уровня в резервуар низкого уровня через турбогенераторы, которые вырабатывают электроэнергию. Это делается, когда станция должна вырабатывать электроэнергию. В периоды низкого спроса, например, ночью, генераторы переключаются на обратный режим, чтобы стать насосами, которые перекачивают воду обратно в верхний резервуар.
В мире существует бесчисленное множество насосных станций. Ниже приведен список тех, которые описаны в этой энциклопедии.
В Великобритании в викторианскую эпоху была мода на общественные здания с богато украшенной архитектурой . В результате значительное количество бывших насосных станций было внесено в список и сохранено. Большинство из них изначально работали на паре, и там, где паровые двигатели все еще находятся на месте , многие из объектов с тех пор были вновь открыты в качестве музейных достопримечательностей.
Используется для перекачивания воды из скважины в резервуар.
Используется для перекачивания питьевой воды из водохранилища в систему водоснабжения.
{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )