Насосные станции повышения давления. Особенности расчета и проектирования

Сегодня доступен широкий ассортимент насосных станций повышения давления, эксплуатируемых в различных инженерных системах, например, пожаротушения, водоснабжения жилых, промышленных и коммерческих объектов.

Обычно в конструкции оборудования предусмотрено от 2 до 6 насосов, размещенных на опорной раме. Все эти устройства оснащаются запорной арматурой и обратными клапанами, подключаются по параллельной схеме. Напорный и всасывающий коллекторы снабжаются манометрами для мониторинга давления. Также предусмотрены шкаф управления, датчики уровня жидкости, включающие и выключающие насосы, и гидроаккумулятор.

Чтобы правильно выбрать насосную установку повышения давления, нужно определить следующие параметры:

• рабочие характеристики — напор и расход;
• подходящий тип насоса;
• количество насосных устройств;
• система регулирования.

Рассмотрим алгоритм подбора станции более подробно.

Напор

Чтобы выяснить напор, важно понимать, что в высшей зоне разбора воды показатель давления не должен быть ниже 1,5 бар или выше 4-5 бар. При меньшем значении не сможет корректно работать бытовая техника типа бойлера и стиральной машины. При превышении нормы вероятен выход устройств из строя.

Для расчета общего напора можно воспользоваться формулой:

Где:

• На — глубина всасывания разность отметок между осью всасывания насосов и поверхностью воды (положительная или отрицательная, в зависимости от схемы монтажа);
• Hg — высота от установки до самой высокой точкой разбора воды;
• Pr — минимальное давление в самой высокой точке разбора воды (обычно 1,5 бар);
• Ре — потери давления на сопротивление в системе водоснабжения;
• Δp — разница давлений между включением и выключением установки.

По полученному результату можно подобрать установку с соответствующим значением напора, а также определить количество перекачивающих устройств.

Тип насосов

Тип устройств подбирается по габаритам, конфигурации, назначению, техническим характеристикам станции. Для водоснабжения больше подходят высоконапорные многоступенчатые насосы в горизонтальном или вертикальном исполнении. Они выдают хороший набор и имеют комфортный уровень шума.

Для системы пожаротушения лучше выбрать консольный либо моноблочный прибор. Он производительный, демонстрирует хорошие показатели давления. Многоступенчатые модели имеют отличные эксплуатационные характеристики, но гораздо дороже консольных, отличающихся простой конструкцией.

Важно! Если станция будет работать с малым расходом и значительным напором, то предпочтительны многоступенчатые насосы. Их вертикальные модели могут монтироваться рядом с жилыми объектами, так как издают незначительный шум благодаря двигателю с «мокрым» ротором.

Необходимое количество насосов

Если расход жидкости небольшой, и нет необходимости 100% резервирования, то хватит пары достаточно мощных насосов — основного и резервного. Это дешевле, чем приобретение установки с тремя или четырьмя менее производительными устройствами. В любом случае в сумме насосы должны поддерживать расчетные показатели расхода.

Если рассматривать затраты, то в некоторых случаях более рациональна покупка установки с несколькими насосами. Так, для системы водоснабжения и для электросети лучше функционирование пары устройств небольшой мощности, нежели работа одного мощного прибора. В такой ситуации по характеристикам трехнасосная станция будет практически идентичной двухнасосной, но обеспечит меньшее энергопотребление.

Шкаф управления

На российском рынке представлены разнообразные шкафы управления. Они регулируют работу станции, а также предупреждают выход из строя двигателей или насосов благодаря наличию в конструкции реле контроля фаз и автоматов защиты моторов.

По способу регулирования все шкафы управления делятся на такие типы:

• Со ступенчатым регулированием. Такие модели подходят для станций как с одним насосом, так и с несколькими. Они имеют цифровую систему, выполняющую ступенчатое регулирование производительности с учетом фактических эксплуатационных условий. Датчик давления отслеживает текущие гидравлические показатели и, исходя из заданных значений, включает или выключает насосы автоматически. Шкафы со ступенчатой регулировкой способны управлять функционированием одновременно нескольких устройств — до шести штук.
• С частотным регулированием одного насосного устройства. В таких шкафах инвертор подсоединяется к одному прибору. Давление в системе стабильно поддерживается на постоянном уровне благодаря плавной и непрерывной регулировке скорости вращения одного насоса. Из системы управления подаются сигналы в частотный преобразователь, отвечающий за контроль количества оборотов основного насосного устройства. При изменениях скорости вращения меняется расход прибора, а также производительность всей станции. Все рабочие параметры передаются датчиком управления. Число оборотов с учетом настроек давления в системе контролируется только для насоса, подключенного к инвертору. А устройства пиковой нагрузки, которые не регулируются, автоматически включаются и выключаются. Всего может регулироваться максимум шесть насосов.
• С частотным регулированием всех насосов. В данном случае инвертор переключается на каждое из устройств. Шкаф такого типа регулирует бесступенчатым способом производительность установки повышения давления в соответствии с конкретными условиями использования данной станции. Важная особенность моделей данной категории — управление частотным преобразователем основного рабочего насоса. Когда перекачивающее устройство выходит на номинальные параметры, то управляющий модуль подключает его напрямую. При этом инвертор переключается на следующий прибор. Когда и он достигает номинальных значений, происходит переключение на другой насос. Общее количество устройств, управляемых шкафами этого типа, достигает 6.

Шкафы управления, оснащаемые инверторами, эффективно поддерживают давление в системе и при переключениях между входящими в систему насосами равномерно распределяют наработку их ресурса, предотвращая преждевременный износ.

Частотный преобразователь корректирует скорость вращения асинхронного мотора и обеспечивает стабильное установленное значение системного давления. Работа инверторов основана на прямой зависимости напора и частоты электросети. Если последняя снижается до 35 Гц и менее, то преобразователь прекращает работу насоса, так как при данном частотном показателе коэффициент полезного действия значительно падает и устремляется к нулевой отметке.

В некоторых установках инверторы монтируются непосредственно на насосах. Станция в таком случае управляется методом «Master-Slave». При данном принципе один частотный преобразователь основной, а остальные вспомогательные, подчиняются ему. Основной инвертор управляется датчиком давления, который установлен на этом преобразователе или на всех остальных. Информация между инверторами передается по двухпроводной шине. За счет наличия преобразователей на всех насосах показатели давления поддерживаются на заданном уровне с минимальными отклонениями, не превышающими 0,2 бара.

Мы рассмотрели все важные аспекты подбора подходящей насосной станции повышения давления. Соблюдайте эти рекомендации, чтобы система пожаротушения или водоснабжения работала корректно и эффективно.