В системах водоснабжения небольших объектов находят также применение гидропневматические установки. Они выполняют роль водонапорной башни. Требуемый напор в них создается давлением сжатого воздуха.
Эти установки бывают переменного и постоянного давления. Схема установки переменного давления представлена на рис. 15.7.
92
Рис. 15.7. Гидропневматическая напорная установка:
1 - резервуар, питающий насосы; 2 - насосный агрегат; 3 - шкаф управления; 4 - реле давления; 5 - водонапорный бак; 6 - компрессор; 7 - напорный трубопровод.
В часы минимального недопотребления, когда подача воды насосами 2, забирающими воду из резервуара 1, превышает водоотбор из сети, избыток воды поступает в водовоздушный бак 5. При этом повышается уровень воды в баке и увеличивается давление воздуха на свободную поверхность. При достижении максимального уровня воды в баке, соответствующего отметке Z2, реле давления 4 размыкает цепь питания катушки магнитного пускателя 3 и отключает насос. С этого момента подача воды в водовод 7 осуществляется от водонапорного бака под давлением сжатого воздуха Рмакс. В процессе сработки уровня воды давление в баке снижается. При достижении уровня, соответствующего отметке Z1, давление в баке снизится до Pмин. Рабочий цикл установки повторяется.
Минимальное давление Рмин назначается из условия обеспечения требуемого свободного напора в диктующей точке сети. Во все остальные моменты, когда Р >Рмин, свободный напор в этой точке сети будет выше требуемого.
Общий объем водовоздушного бака:
Wполн = Wpeг + Wпож + Wвозд.(15.30)
где Wpeг - регулирующий объем, заключенный между уровнями Z1 и Z2, определяется путем совмещения графиков подачи и потребления воды.
При автоматической работе насоса Wрег можно определить по формуле:
Wрег = Qн : 4n,(15.31)
где п = 5 - 10 - допустимое число включений насоса в час;
Qн = Qс.макс - Qн-II,(15.32)
где Qс.макс - максимальное водопотребление из сети, м3/ч; Qн-II - подача насосов НС-II в час максимального водопотребления, м3/ч.
Неприкосновенный противопожарный объем Wпож рассчитывается так же, как и для водонапорной башни, из условия тушения одного внутреннего и одного наружного пожара, но время можно сократить до 5 минут:
Wпож = 0,3·(Q1пож + Q1вн.пож)(15.33)
где Q1пож - расход на тушение 1 наружного пожара, л/с; Qвн.пож - расход на тушение 1 внутреннего пожара, л/с; Wвозд - объем воздуха при Р = Рмакс
Wвозд = Wрег/(ε - 1)(15.34)
ε = (Рмакс + 1)/(Pмин + 1)(15.35)
Опытным путем установлены оптимальные значения коэффициента ε =∼ 1,33-2.
Существуют схемы таких установок с двумя соединенными трубопроводом баками, один из которых предназначен для воды, другой - для сжатого воздуха /5/. Эти установки рассчитаны на большую производительность.
В гидропневматических установках переменного давления насосы должны работать
93
в широком диапазоне характеристик Q-H. В процессе эксплуатации определенная часть воздуха, находящегося в баке, растворяется в воде, вытекает через неплотности. Для поддержания давления воздуха в баке установка оборудуется компрессором 6. В основе расчета установок лежит закон Бойля-Мариотта /5,6/.
Установки постоянного давления позволяют с помощью регулятора давления поддерживать постоянное давление воздуха в гидропневматическом баке и тем самым обеспечивать постоянство расхода и давления у потребителя. Эти установки несколько сложнее описанных выше. Они могут применяться в системах пожаротушения и промышленного водоснабжения, если изменение напора приводит к недопустимым колебаниям расходов воды.
Гидропневматическое водоснабжение целесообразно применять в тех случаях, когда недопустимо устройство водонапорной башни из-за большой ее стоимости вследствие недостаточно устойчивых грунтов основания, а также при устройстве небольших систем водоснабжения со сравнительно высоким давлением. Весьма выгодно гидропневматическое водоснабжение отдельных зданий.
Автоматическая гидропневматическая установка может быть размещена в шахте колодца. Отечественная промышленность выпускает автоматическую безбашенную электроводокачку ВЭ-2,5 , которая может обеспечить водоснабжение поселка с суточным расходом воды 35-50 м3. Суточный дебит колодца должен быть больше необходимого суточного расхода воды на 10-30 %.
Характеристики выпускаемых серийно установок приведены в табл. 15.3
Таблица 15.3
Технические характеристики пневмонасосных автоматических установок
Тип установки | ВУ-2-35 | 13У-4,5-107 | ВУ-2-20 | ВУ-9-35 | ВН-8-50 |
Источник водоснабжения | Скважина с диаметром (Ø) 4" | Скважина с Ø6" | Шахтный колодец | Поверхностный водоем | Скважина с Ø8" |
Тип насосов | погружной электрический | погружной электрический | погружной лопастной электрический | непогружной лопастной электрический. | водоструйный электрический |
Марка насосов | ЭВЦ4-2-40 | ЭВЦ6-4,5-180 | ИГ-10 | 213-1,6Н | ВЕ-2-8 |
Мощность насосов, кВт | 0,75 | 4,5 | 1,0 | 4,5 | 7,0 |
Производительность насосов, м3/ч | 2,0 | 4,5 | 2,0 | 4,0 | 4-14 |
Напор насосов, м | 35 | 170 | 20 | 35 | 66-42 |
Емкость пневмобаков, л | 160 | 500 | 20 | 800 | 800 |
В каждом конкретном случае целесообразность применения системы гидропневматического водоснабжения должна быть доказана технико-экономическими расчетами.
94