Как подобрать насос для канализационной насосной станции: подача и напор

Чтобы подобрать насос для канализационной насосной станции, находят максимальный часовой приток стоков и принимают его за подачу. Затем считают напор: высота подъема, потери в трубопроводе и запас на излив. Полученную точку наносят на кривую насоса и проверяют объем приемного резервуара. Ниже каждый шаг разобран с примером и списком ошибок.

Гайд рассчитан на тех, кто проектирует новую станцию или меняет насос на действующей. Расчет не заменяет проект: итоговые параметры утверждает проектировщик по СП 32.13330.2018 и данным производителя насоса.

Какие данные нужны до расчета

Без пяти исходных величин расчет превращается в угадывание, поэтому начните со сбора данных, а не с каталога насосов.

1. Максимальный часовой приток сточных вод в м3/ч (его считают по числу потребителей, приборов или по данным предприятия).
2. Высотные отметки: уровень отключения насоса в приемном резервуаре и отметка излива в точке, куда уходит напорный трубопровод.
3. Длина, диаметр и материал напорного трубопровода, число поворотов, задвижек и обратных клапанов.
4. Состав стоков: бытовые, с примесью волокон, промышленные с абразивом или химически агрессивные.
5. Категория надежности станции: она определяет, сколько насосов работает и сколько стоит в резерве.

Ошибки нередко начинаются именно здесь: приток берут из старого проекта, а трубопровод к моменту замены насоса уже перестроили. Если данных нет, замерьте фактический расход или запросите исполнительную схему.

Шаг 1. Определите подачу по максимальному притоку

Подача насосной станции принимается не менее максимального часового притока сточных вод: Q не меньше Q ч.макс, в м3/ч. Так сказано в СП 32.13330.2018, и на практике это нижняя граница, а не целевое значение.

Приток считают по нормам водоотведения для вашего типа объекта. Для жилого дома или поселка берут нормы по числу жителей и коэффициент неравномерности, для предприятия расход определяет технолог. Перевод единиц нужен почти всегда: 1 л/с равен 3,6 м3/ч. В примере производителя расчетный расход 1,15 л/с соответствует 4,14 м3/ч.

Не прибавляйте к подаче произвольный запас «на всякий случай». Завышенная подача поднимает скорость в трубе, увеличивает потери напора и уводит рабочую точку в зону, где насос быстрее изнашивается. Запас определяют по рабочей точке, о ней речь пойдет ниже.

Шаг 2. Выберите число насосов и схему работы

Число рабочих и резервных агрегатов определяет категория надежности станции, а не желание подстраховаться. По СП 32.13330.2018 их три:

• первая категория: перерыв или снижение подачи сточных вод не допускается;
• вторая категория: перерыв допускается не более 6 часов;
• третья категория: перерыв допускается не более суток.

Конкретное число рабочих и резервных насосов берут из таблицы свода правил для вашей категории, поэтому сверяйте цифры с действующей редакцией, а не с пересказом. Для ливневой канализации резервирование в ряде случаев не требуется, и это тоже указано в нормах.

От категории зависит и то, на какую подачу рассчитывать каждый насос. При двух рабочих агрегатах расчетный приток делится между ними, при одном рабочем и одном резервном каждый должен тянуть весь Q. Решите это до выбора модели, иначе придется пересчитывать все заново.

Шаг 3. Посчитайте потребный напор

Потребный напор складывается из трех частей: H = Hг + hп + hз. Здесь Hг геометрическая высота подъема, hп потери в сети, hз запас на свободный напор при изливе. Такую запись приводят со ссылкой на СП 32.13330.2018, а запас на излив иногда принимают равным 1 м.

Геометрическую высоту считают от минимального уровня жидкости в резервуаре (точка, где насос отключается) до отметки излива. Берите именно нижний уровень: на нем насос работает с наибольшей нагрузкой. Если принять средний уровень, напора не хватит как раз в тот момент, когда резервуар почти опустел.

Потери складываются из потерь по длине и местных сопротивлений. Потери по длине зависят от диаметра, шероховатости материала и скорости потока. Местные потери дают колена, тройники, задвижки и обратный клапан. Для коротких напорных линий местные потери бывают сопоставимы с потерями по длине, и забывать о них нельзя. Коэффициенты сопротивления арматуры берут из паспортов изделий, а шероховатость труб из справочников.

Скорость в напорном трубопроводе держат в рекомендованном диапазоне из нормативов и справочников. Слишком низкая скорость дает осаждение взвеси, слишком высокая растит потери и износ. Если по расчету скорость выходит за диапазон, меняйте диаметр трубы, а не пытайтесь компенсировать насосом.

Шаг 4. Проверьте расчет на условном примере

Покажем арифметику на условных цифрах, не привязанных к реальному объекту. Пусть максимальный часовой приток составляет 36 м3/ч, насосов два (рабочий и резервный), каждый тянет весь расход. Нижний уровень в резервуаре отмечен на 7 м ниже излива, значит Hг = 7 м. Потери по длине и в арматуре по расчету дали 2,5 м, запас на излив 1 м.

Получаем H = 7 + 2,5 + 1 = 10,5 м при подаче 36 м3/ч. Для сравнения, в открытом примере производителя для небольшой установки получилось около 4 м: 3 м подъема, малые потери на линии Ду 80 длиной 10 м и 1 м запаса. На коротком участке напор определяет высота подъема, а на длинной трассе потери выходят на первый план.

Эта пара значений, 36 м3/ч и 10,5 м, называется расчетной точкой. Она еще не означает, что насос подобран: теперь нужна его характеристика.

Шаг 5. Найдите рабочую точку на кривой насоса

Рабочая точка это пересечение напорной характеристики насоса (кривой Q-H из каталога) с характеристикой сети, то есть с зависимостью потребного напора от расхода. Различают рабочую точку насоса и рабочую точку системы «насос и трубопровод»: подбирают насос по первой, а работает он в итоге во второй.

Порядок такой:

1. Постройте кривую сети: напор Hг плюс потери, которые растут примерно пропорционально квадрату расхода.
2. Нанесите на тот же график кривые кандидатов из каталогов.
3. Отметьте расчетную точку и найдите, где кривая насоса пересекает кривую сети.
4. Убедитесь, что пересечение лежит рядом с расчетной точкой, а не далеко справа или слева.

Подбор идет по двум группам критериев: сначала подача и напор, затем КПД и ширина рабочей зоны характеристики. Хорошо, когда рабочая точка попадает в зону максимального КПД, и особенно важно, чтобы она не выходила на левый или правый край кривой: там растут вибрация, нагрев и износ.

Отдельный случай составляют два насоса, работающих параллельно на одну линию. Их подачи при одинаковом напоре складываются, но общий расход получается меньше суммы паспортных значений, потому что с ростом расхода в общей трубе растут потери. Поэтому два одинаковых насоса не дают удвоенной подачи, и проверять нужно пересечение суммарной кривой с кривой сети, а не умножать цифры из каталога.

Шаг 6. Проверьте объем приемного резервуара и число пусков

Рабочий объем резервуара между уровнями включения и отключения должен быть таким, чтобы насос не превышал допустимое число пусков в час. Частые пуски перегревают двигатель и сокращают срок службы контактов и обмоток, а слишком большой объем ведет к застою стоков и осадку.

Для насоса с постоянной частотой вращения часто используют типовую оценку: V = Q / (4 × z), где Q подача в м3/ч, z допустимое число пусков в час. При Q = 36 м3/ч и z = 10 получается около 0,9 м3. Допустимое z берут из паспорта двигателя, цифру из примера не переносите. Итоговый объем сверяют с требованиями СП 32.13330.2018 и с конструкцией резервуара.

После выбора модели проверьте габариты. Бывает, что при замене насосов не пересчитали размеры корпуса и новые агрегаты не вошли в существующую камеру. Проверьте высоту насоса с подвесом, место для направляющих и возможность извлечь агрегат без демонтажа трубопровода.

Шаг 7. Сверьте насос со свойствами стоков и способом установки

Подача и напор отвечают на вопрос «хватит ли мощности», но не на вопрос «справится ли насос с составом стоков». Бытовые стоки с волокнами и тряпками требуют свободного прохода крыльчатки и защиты от засорения, а промышленные с абразивом или химией требуют стойких материалов проточной части.

Здесь же выбирают способ установки. Погружной насос стоит в самом резервуаре, его извлекают по направляющим, а станция получается компактнее. Сухая установка размещает агрегат в машинном зале рядом с резервуаром: обслуживать его проще, но нужны помещение, вентиляция и защита от затопления. Для сухой установки в нормах заданы и ширины проходов, например 1 м между насосами и электродвигателями.

Если в стоках много твердых включений, на входе предусматривают решетки или измельчающие устройства, а способ защиты согласуют с производителем насоса. Не стоит убирать эти элементы ради экономии: засорение рабочего колеса способно остановить станцию.

Что нужно предусмотреть в автоматике и обвязке

Насос, подобранный по рабочей точке, работает правильно только при корректных уровнях включения и отключения. Порядок уровней в станции обычно такой: аварийный нижний (защита от сухого хода), отключение насосов, включение первого, включение пикового насоса, аварийный верхний (угроза перелива). Датчики и шкаф управления насосами настраивают именно под эти отметки.

Если на напорных линиях стоят электроприводные задвижки, для них нужны отдельные шкафы управления задвижками: такой шкаф помогает согласовать работу привода с пуском насоса и не допустить пуска на закрытую линию. Положение задвижки к тому же влияет на кривую сети: потери в приоткрытой арматуре сдвигают рабочую точку, поэтому учитывайте ее уже на этапе расчета.

Частотный преобразователь позволяет подстраивать подачу под фактический приток. В примере производителя при откачке 500 м3 энергопотребление с частотным преобразователем оказалось ниже на 28,3 процента. Цифра относится к конкретному примеру, на вашей станции экономия зависит от профиля притока и напора, и преобразователь не отменяет подбор насоса по рабочей точке.

Типичные ошибки при подборе насоса

Вот расчетные промахи, которые встречаются при подборе чаще других.

• Напор считали от среднего, а не от нижнего уровня в резервуаре, и насос не вытягивает в конце цикла.
• Забыли про местные сопротивления арматуры и обратного клапана.
• Взяли подачу «с запасом в два раза», и рабочая точка ушла к правому краю кривой.
• Для двух параллельных насосов сложили паспортные подачи, не построив суммарную кривую.
• Не проверили допустимое число пусков, и двигатель перегревается при малом объеме резервуара.
• Заменили насос на «похожий» и не сверили габариты и проходное сечение.
• Не учли изменения трубопровода после ремонтов, поэтому кривая сети в проекте не совпадает с реальной.

Когда расчет лучше доверить проектировщику

Самостоятельного расчета достаточно для оценки и предварительного выбора. Передавайте задачу проектной организации, если станция относится к первой категории надежности, если стоки промышленные или агрессивные, если в системе несколько насосов с разными режимами или трасса напорного трубопровода сложная.

Вопросы и ответы

Как подобрать насос для канализационной насосной станции по подаче и напору?

Подачу принимают не меньше максимального часового притока стоков, а напор считают по формуле H = Hг + hп + hз: геометрическая высота подъема от нижнего уровня, потери в сети и запас на излив. Обе величины переводят в единые единицы, чаще м3/ч и метры, и только затем сверяют с каталогом.

Сколько насосов нужно ставить на станции?

Число рабочих и резервных насосов зависит от категории надежности. При первой категории перерыв подачи стоков не допускается, поэтому резерв обязателен, а точный состав агрегатов берут из таблицы СП 32.13330.2018.

Что такое рабочая точка и зачем она нужна?

Рабочая точка это место пересечения кривой насоса и кривой сети, где он реально работает. Она показывает фактические подачу и напор, а не паспортные максимумы. Если точка лежит у края характеристики, насос будет перегружен или недогружен, и срок службы сократится.

Как понять, какой объем приемного резервуара нужен?

Объем зависит от подачи насоса и допустимого числа пусков в час. Типовая оценка для насоса с постоянной частотой вращения: V = Q / (4 × z). Допустимое число пусков берут из паспорта двигателя, а итог сверяют с нормами и конструкцией резервуара.

Можно ли брать насос с большим запасом по мощности?

Нет, чрезмерный запас вредит. Насос уходит с оптимальной зоны КПД, растут скорость в трубе, потери и нагрузка на двигатель. Допустимый запас определяют по рабочей точке, а при переменном притоке помогает частотное регулирование.

Чем отличается погружная установка от сухой?

Погружной насос стоит прямо в резервуаре, станция выходит компактнее, а агрегат извлекают по направляющим. Сухая установка требует отдельного машинного зала, зато обслуживать насос удобнее.