Диаметр условного прохода насоса не определяет его стойкость к засорению

Многие ошибочно полагают, что диаметр условного прохода насосов сточных вод определяет их стойкость к засорению. Однако многолетний опыт эксплуатации, сотни исследований и разработок доказали, что это далеко не так. В предлагаемой вниманию читателей публикации развеиваются стереотипы, разъясняется, какие свойства обеспечивают насосам высокую эффективность на самом деле. Приводятся данные референц-объектов на водоканалах.

Самым узким местом в насосе является проход через рабочее колесо. Традиционное понятие диаметра условного свободного прохода связано со свободным протеканием среды через рабочее колесо насоса. Данное понятие появилось в начале прошлого века, во времена, когда электроэнергия стоила относительно дешево, а залогом качества насоса была его способность пропускать через себя отходы, которые выбрасывались в то времени в канализацию. Производители были уверены в том, что большой размер прохода уменьшит количество аварийных вызовов.

Всего различают два базовых типа рабочих колес, допускающих увеличение диаметра условного свободного прохода:

  1. Канальные рабочие колеса (открытого или закрытого типа, предназначенные, в основном, для небольших насосов).
  2. Вихревые рабочие колеса (также известные, как скрытые или рабочие колеса с вихревым потоком).

У каждого из вышеприведенных типов колес есть свои слабые стороны. Например, как канальные, так и вихревые рабочие колеса отличаются крайне низкой производительностью. Канальное рабочее колесо в процессе использования заполняется водой, в связи с чем возникают определенные трудности в части балансировки. Также канальные колеса при вращении оказывают сильную нагрузку на вал и подшипники.

Особенности современных сточных вод

Недавние исследования сточных вод показали, что в них все реже можно встретить крупный мусор, который по своей величине соответствует внутреннему диаметру сквозного прохода. Сейчас остро стоит проблема синтетического мусора: полиэтиленовые пакеты, влажные салфетки, полотенца, средства гигиены отправляются в муниципальную канализацию чаще, чем большие твердые и округлые предметы, например, гравий или щебенка. Волокнистые включения имеют тенденцию застревать в «классических» рабочих колесах. Причем диаметр условного прохода никакой спасительной роли в данном случае не играет.

Проблемной точкой является направляющая кромка лопасти рабочего колеса (рис. 1 и 2).

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Налипание загрязнений на канальном рабочем колесе

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2. Налипание загрязнений на вихревом рабочем колесе

 

Твердые, мягкие, волокнистые включения с перекачиваемыми стоками постоянно поступают в насос. Волокна буквально налипают на кромку, они откладываются внахлест по обеим сторонам лопасти. На прямых и умеренно изогнутых направляющих кромках лопастей эти отложения не срываются потоком, а вместо этого продолжают накапливаться. В результате эти накопления будут образовывать плотные комки и твердые органические материалы.

Традиционная конструкция несовершенна и слабо справляется с современным бытовым мусором в сточных водах. По мере того, как накопления будут откладываться, вероятными становятся следующие сценарии.

  1. Мягкий или частичный засор

При таком явлении насос продолжает работать, но уже с меньшей отдачей. Расход потока, проходящего через насос, уменьшается по мере того, как сквозной проход для жидкости начинает ограничиваться осевшими загрязнениями. В итоге падает производительность и сокращается пропускная способность. Засоренное колесо работает гораздо медленнее чистого, его дальнейшее использование неэффективно, как с точки зрения перекачиваемых объемов жидкости, так и с точки зрения энергоэффективности. Следствием низкой производительности насоса становятся высокие расходы на его эксплуатацию.

  1. Останов электродвигателя насоса

Загрязнения накапливаются в улитке насоса и создают сопротивление потоку, в результате чего растет расход потребляемой мощности. Возникает мощнейшее сопротивление, которое может привести к полному останову электродвигателя насоса по перегрузке. Когда рабочий ток превысит ток срабатывания автомата отключения, насос будет выключен по причине сильного засора. Постоянные перегрузки двигателя и остановы также существенно увеличивают затраты пользователя и требуют своевременного ремонта.

Существуют так называемые самоочищающиеся вихревые колеса, которые после обратной промывки освобождаются от отложений. Однако необходимо отметить, что затем они возвращаются в свой «привычный» штатный режим, вновь создавая угрозу возникновения рисков засора.

Современные конструкционные решения устойчивости к засорам

Существует большой спектр технологий конструирования гидравлических частей насоса, которые позволяют обеспечить длительную и беспроблемную работу агрегата и наделяют насос чрезвычайно высокой степенью устойчивости к засорам. С конца 90-х годов различные новые конструкции и типы рабочих колес тестируются на засорения при помощи технологии, разработанной компанией Flygt. Спустя годы исследований и разработок, была создана конструкция, позволяющая выводить инородные элементы из сердцевины гидравлической части насоса (рис. 3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Конструкция современного рабочего колеса с функцией самоочистки

Идея заключается в том, что две функции насоса – функция перекачивания жидкости и функция извлечения твёрдых элементов, разделены. Такая система позволяет рабочему механизму насоса не скапливать твёрдые типы засорений, которые негативно влияют на его работу. Сор, обладающий твёрдой или волокнистой структурой, сталкивается с направляющими кромками рабочего колеса. Центробежная сила заставляет эти элементы скользить по направлению к выводному каналу из центра улитки насоса, очищая механизм. Такой насос для сточных вод оказался не только максимально эффективным, но и подходящим для всех режимов работы рабочих колёс.

Изучена частота и вероятность засорения насоса, в зависимости от размера и структуры сорных включений. Мелкие округлые и твердые частицы, а также мягкие и прочные волокнистые части встречаются в сточных водах наиболее часто, при этом для самоочищающегося стрелковидного механизма они не представляют опасности – с такими включениями он справится моментально. Менее эффективно может быть преодолена проблема включенного крупного элемента, но и вероятность того, что такой элемент встретится в воде – невысока. Так, насос с самоочищающимся гидравлическим механизмом не только продлевает срок эксплуатации и избавляет от лишних перебоев в работе всей системы, но и серьезно снижает затраты на текущее обслуживание.

Засоры значительно влияют на затраты при продолжительной эксплуатации насоса

Если взглянуть на общую картину затрат в течение всего жизненного цикла оборудования, можно выделить три основные категории:

  • Капитальные затраты: затраты на разработку, конструирование и проектирование, а также на доставку, монтаж, тестирование и запуск механизма.
  • Эксплуатационные расходы: оплата труда специалистов эксплуатации и ремонтников, расходы на энергию и техобслуживание.
  • Форс-мажорные расходы: поломки и неисправности, простой, затопления, аварии и связанные с ними издержки по ремонту прилегающих помещений или объектов.

Как известно, затраты на эксплуатацию и затраты, связанные с форс-мажорными обстоятельствами, составляют абсолютное большинство всех издержек на содержание насоса. Поэтому, установка качественной и современной насосной станции позволит резко снизить вероятность возникновения эксцессов и понизит стоимость обслуживания.

Внедрение на водоканалах

Например, современные насосы c незасоряемой гидравлической частью типа N Flygt (адаптивными самоочищающимися рабочими колесами типа N и шкафом управления на базе системы Flygt Experior с программируемыми преобразователями частоты Flygt SmartRun) заменили традиционные и малоэффективные насосы на объектах водоканала в г. Сочи. До «модернизации» на КНС  было установлено оборудование, которое не справлялось с поступающими стоками. Главная проблема заключалась в постоянном засорении насосов и регулярной необходимости их очистки. Остановка всех насосов моментально приводила к переполнению КНС и изливу стоков по прилегающей территории. Основной причиной подтоплений было засорение рабочих колес бытовым мусором, тряпками и другими волокнистыми включениями. Количество аварийных выездов в среднем доходило до четырех раз в сутки.

В результате замены оборудования в 2019 году до настоящего времени не было зафиксировано ни одной аварийной ситуации, связанной с остановкой насосных агрегатов, удалось сократить затраты на прочистку насосов и приемного резервуара, а также снизить энергопотребление на 25‒30 % по сравнению с аналогичными периодами прошлых лет.

Вторым успешным примером решения проблем засорения насосного оборудования является поставка дизельной насосной установки Godwin, оснащённой незасоряемой гидравликой типа N для МУП «Водоканал» г. Подольск.

На объектах предприятия долго существовала нереализованная потребность в оборудовании для бесперебойного перекачивания сточных и ливневых вод, ликвидации аварийных ситуаций и организации байпаса при проведении ремонтных и строительных работ. Данные задачи требовали особо быстрого реагирования и надежного решения.

Ранее для этого привлекались сторонние организации, арендовалась техника, требовался дополнительный персонал – все это влекло за собой дополнительные материальные и временные затраты.

Оснащение «Водоканала» установкой Godwin с незасоряемой гидравлической частью стало оптимальным решением задач по снижению затрат и, главное, безаварийному перекачиванию стоков при проведении различных работ на КНС и ОСК.

Информация предоставлена компанией Xylem


Поделиться
Класснуть