О предлагаемых дополнениях в СНиП 2.04.02-84 и 2.04.03-85

С. Е. БЕРЕЗИН , Г. М. МИРОНЧИК

Для проектировщиков канализационных насосных станций самыми востребованными нормативными документами являются СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» и СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения». Высокое качество этих документов подтверждается длительностью срока их действия. Однако многолетний анализ писем, проектов, результатов исследований, мнений специалистов указывает на то, что при проектировании насосных станций допускаются схожие ошибки. Они связаны с отсутствием в действующих нормативах разъяснений по определению ряда величин, влияющих на износ и срок службы насосов:

диаметр отверстия трубы (патрубка) всасывания воды из приемной емкости;

• допускаемый минимальный уровень воды над всасывающим патрубком (конфузором) или заглубление всасывающего патрубка;
• расстояние (зазор) между днищем приемной емкости и всасывающим патрубком;
• расстояние между точкой подачи жидкости в приемную емкость и всасывающим патрубком;
• минимальное расстояние от места присоединения всасывающей трубы к насосу до ближайшего места, где изменяется ее сечение или направление потока.

Диаметр отверстия трубы (патрубка) всасывания ограничивается величиной таких скоростей потока на всасывании, которые не способствуют образованию на поверхности и (или) внутри жидкости водоворотов, воронок, полостей воздуха. Диапазон данных скоростей приведен в табл. 33 СНиП 2.04.02-84. Требуемые диаметры удобно определять с помощью кривых (рис. 1), приведенных в работе [1], или по формуле:

Полученный размер должен быть больше или равен диаметру трубы всасывания. Условия, при которых рекомендуется увеличить сечение отверстия всасывания, т. е. использовать конфузор, описаны в главе 7 методики [2]. Иногда, при больших подачах, применяют конфузор с прямоугольным сечением.

Заглубление всасывающего патрубка (конфузора) определяется с помощью графиков, представленных на рис. 2 [1]. Данные характеристики построены на основе уравнения:

Определяемое из графиков (рис. 2) или из уравнения (2) расстояние S хорошо согласуется с рекомендуемой величиной, получаемой из простого неравенства: S > 2D [3]. Рассчитанное расстояние сравнивается с требуемой вакуумметрической высотой всасывания насоса NPSHR, м, или hтр, м, установленной изготовителем насоса. Принимаемое значение должно удовлетворять условию: S > NPSHR, S > hтр [1–3]. При этом рекомендуется применять коэффициент от 1,1 до 1,5 [4]:

Недостаточное заглубление всасывающего патрубка может стать причиной кавитации, а также образования водоворотов на поверхности перекачиваемой жидкости, затем вихрей, воронок и вовлечения пузырей газа (рис. 3). Это снижает характеристику Q–H насоса, увеличивает его вибрацию, ускоряет износ, приводит к поломкам и выходу его из строя.

Зазор между уровнем всасывающего патрубка и днищем приемной емкости, согласно [1; 3], следует принимать равным (0,3 0,5)D. Для жидкости, содержащей осаждающиеся и (или) плавающие твердые вещества (сточные, дождевые, промышленные, сбросные воды), допускается уменьшение данного расстояния до 0,25D [1] с целью периодических, кратковременных откачек твердых веществ [2] понижением уровня жидкости над всасывающим патрубком до (0,5 1)D. 

Расстояние от точки ввода жидкости в приемную емкость до оси всасывающего патрубка насоса должно приниматься не менее 5D [1; 5]. Несоблюдение данного требования приводит к тому, что поток поступает в насос неоднородным, с завихрениями, с неравномерно распределенной эпюрой скоростей (турбулентный). Это вызывает ускоренный износ насоса и преждевременный выход его из строя. Данное расстояние следует выдерживать для установленных в приемной камере насосов (в том числе погружных), длина всасывающих труб которых менее 5D.

Для таких насосов удобно пользоваться диаграммой (рис. 4), на которой представлены основные размеры приемного резервуара [5]. Потоконаправляющие стенки между насосами (рис. 5) рекомендуется устанавливать при подаче насоса более 315 л/с [1]. Сороудерживающие самоочищающиеся решетки (сита) следует размещать на расстоянии не менее 4D от всасывающего патрубка [1; 3]. При использовании других решеток это расстояние должно быть минимум 5D, поскольку задерживающиеся на решетках загрязнения частично перекрывают поток жидкости, внося возмущения в распределение скоростей.

 

Всасывающий трубопровод насоса сухой установки должен формировать равномерный поток, не вращающийся и стабильный во времени. Около 40% поломок насосов связано именно с неправильным проектированием и монтажом всасывающих трубопроводов [4]. Дистурбированный поток вызывает вибрацию и кавитацию насоса, что сокращает его срок службы.

Благоприятные условия работы насоса достигаются при определенном исполнении всасывающих линий и размещении на них фитингов. Скорость воды во всасывающих трубах должна находиться в пределах, указанных в табл. 33 СНиП 2.04.02-84.

Для формирования потока воды, поступающей из приемного резервуара, начало всасывающей трубы оснащают конфузором. Рекомендации по их применению изложены в разделе 7 методики [2].

Диаметр всасывающего трубопровода обычно больше диаметра всасывающего патрубка насоса, поэтому для их соединения используют переходы. Для горизонтально расположенных всасывающих трубопроводов переходы должны быть косыми (эксцентричными) с прямой верхней час тью во избежание образования в них воздушных полостей.

Устанавливаемые на всасывающих трубопроводах фитинги (задвижки, если они не полностью открыты, отводы малого радиуса, присоединения) могут вносить возмущения в поток, поэтому перед насосом следует предусматривать прямой, свободный от фитингов участок трубы.

Расстояние участка всасывающей трубы от места ее присоединения к насосу (или к переходу у насоса) до ближайшего фитинга должно быть более 5D. Для насосов двустороннего всасывания этот участок, при расположении его на той же проекции, что и вал насоса, и при использовании отвода малого радиуса, должен иметь длину более 8D (рис. 6) [1].

Приемные резервуары насосных станций проектируются согласно требованиям, изложенным выше, но с учетом того, что их геометрия должна обеспечивать удаление осаждающихся и плавающих веществ. Основным принципом в данном случае является минимизация площади горизонтальных поверхностей резервуара. Для предотвращения накопления загрязнений стенки приемного резервуара должны устанавливаться при переходе с уровня на уровень, под углом к горизонту минимум 60 для бетонных и минимум 45 для гладких поверхностей (пластик, покрытый полимером бетон и др.). Горизонтальные поверхности допускаются только в зоне всасывания насоса.

Для поддержания приемного резервуара в рабочем состоянии необходимо предусматривать следующие меры: принудительное перемешивание погружными мешалками, байпассирование части жидкости после насоса в приемный резервуар, возврат жидкости из напорной трубы в приемную емкость принудительным открытием обратного клапана; опорожнение приемного резервуара и смыв загрязнений струей шланга высокого давления; удаление осаждающихся и плавающих веществ с помощью вакуумной установки.

Учитывая изложенное выше, предлагается внести следующие дополнения в СНиП.

СНиП 2.04.02-84 (актуализированный)

Пункт 8.15. Конструкция и габариты приемных емкостей насосных станций должны обеспечивать предотвращение условий образования в потоке перекачиваемой жидкости завихрений (турбулентности). Это может быть обеспечено заглублением всасывающего патрубка на два его диаметра относительно минимального уровня жидкости, но более чем на величину требуемого кавитационного запаса, устанавливаемого изготовителем насоса, а также расстоянием от створа всасывающего патрубка до ввода жидкости, до решеток, до сит и т. п. – не менее пяти диаметров патрубка. При параллельной работе группы насосов с подачей каждого насоса более 315 л/с следует предусматривать потоконаправляющие стенки между насосами

Диаметр всасывающего трубопровода, как правило, больше всасывающего патрубка насоса. Переходы для горизонтально расположенных всасывающих трубопроводов должны быть эксцентричными с прямой верхней частью во избежание образования в них воздушных полостей. Всасывающий трубопровод должен иметь непрерывный подъем к насосу не менее 0,005.

Расстояние от всасывающего патрубка насоса до близлежащего фитинга (отвода, арматуры) должно быть не менее пяти диаметров трубы.

СНиП 2.04.03-85 (актуализированный)

Пункт 6.7. Размеры приемного резервуара и размещение всасывающих трубопроводов следует принимать в соответствии с пунктом 8.15 СНиП 2.04.02-84.

Пункт 6.12 следует дополнить фразой «а так же с учетом требований пункта 8.15 СНиП 2.04.02-84».

Пункт 6.19 следует дополнить фразой «уклон стен резервуара к горизонту – не менее 60 для бетонных и не менее 45 для гладких поверхностей (пластик, бетон с полимерным покрытием и др.)».

Выводы

При проектировании канализационных насосных станций ошибок, приводящих к ускоренному износу и сокращению срока службы насосов, можно избежать, если внести изменения в СНиП 2.04.02-84 и СНиП 2.04.03-85 в отношении следующих величин: диаметр всасывающего патрубка; размер его заглубления; расстояние до днища приемного резервуара и до точки ввода жидкости в приемный резервуар, в том числе до сороудерживающих решеток (сит); минимальная длина участка всасывающей трубы между насосом и ближайшим фитингом.