Выбор погружного насоса для сточных вод зависит от нескольких факторов
Насосы для сточных вод работают на основе принципов Даниила Бернулли (Гидродинамика, 1738), которые определяют влияние сбалансированной энергии на жидкостные системы. В этом уравнении используется кинетическое давление и потенциальная энергия, необходимые для перемещения матрицы твердых тел и воды по каналу с определенными свойствами. Это движение должно поддерживать минимальную скорость 2 фута (61 сантиметр) в секунду, чтобы предотвратить образование твердых отложений на стенках трубопровода.
Вопреки распространенному мнению, насосы не создают давления. Насосы создают поток, и ограничение этого потока либо в пределах насоса, либо в пределах трубы приводит к возникновению давления. Поскольку площади, поддерживающие поток, изменяются за счет размеров отверстий, зазоров между деталями, диаметров и длин труб, давление и скорость потока отражают эти изменения.
Канализационные насосы бывают двух типов: эжекторные/для перекачки твердых частиц и насосы-измельчители. Эжекторные насосы/насосы для перекачки твердых частиц используют различные механические и электрические методы для доставки сточных вод и твердых частиц из одного места в другое. Для создания потоков используются разные двигатели и рабочие колеса, а разные корпуса насосов позволяют пропускать твердые частицы разного размера. Типы рабочих колес включают вихревые, полуоткрытые, закрытые, многолопастные и однолопастные.
Крыльчатка прикреплена к валу двигателя и работает с различными скоростями в диапазоне от 600 до 3,450 об/мин. Скорость насоса зависит от двигателя. Частотно-регулируемые приводы также используются для управления скоростью двигателя. Двигатель приводит в действие рабочее колесо, которое передает энергию жидкости, создавая поток и вихрь внутри корпуса насоса. Центробежные силы, создаваемые крыльчаткой на воде, углубляют вихрь. Вода и взвешенные частицы прижимаются к стенкам корпуса насоса. Как только смесь воды и твердых частиц достигает выпускного отверстия, они выходят из корпуса и попадают в систему подачи по трубопроводу.
Насосы-измельчители измельчают твердые частицы в сточных водах, измельчая отходы на частицы, которые смешиваются с водой, образуя почти жидкую суспензию. (Изображения предоставлены Zoeller)
Насосы для измельчения работают аналогично, но имеют дополнительные механические компоненты. В дополнение к корпусу насоса и рабочему колесу насосы-измельчители имеют механизм, который разрезает твердые компоненты сточных вод путем измельчения или измельчения твердых отходов на частицы, которые смешиваются с водой, создавая почти жидкую среду, называемую шламом. Насосы для измельчения позволяют использовать трубы меньшего диаметра, чем традиционные насосы для перекачки твердых частиц. Доступны несколько шлифовальных машин с различными конфигурациями фрезы, пластины, ротора и статора, которые обеспечивают различную эффективность резания.
Приложение определяет, какой насос должен использовать конечный пользователь. Установка правильного типа насоса важна для максимальной эффективности и долговечности установленного оборудования.
Насосы для перекачки твердых частиц
Компоненты насоса для перекачки твердых частиц сконструированы таким образом, что вращающиеся детали не контактируют с отходами намеренно. Цель состоит в том, чтобы сохранить размер твердых частиц и вывести их как можно ближе к исходной форме. Это позволяет использовать меньше компонентов насоса и использовать скорость отходов в качестве чистящих средств на трубе. В жилых и коммерческих отраслях производительность насосов для перекачки твердых частиц обычно составляет от 1.5 дюймов (38 миллиметров) до 4 дюймов (102 миллиметра).
Тип рабочего колеса определяет эффективность насоса, снижение засорения, а также износостойкость и коррозионную стойкость. Полуоткрытая крыльчатка является наиболее эффективной конфигурацией и рекомендуется, когда проблемы с содержанием твердых частиц и качеством воды не являются факторами. Рабочее колесо может быть однолопастным или многолопастным и предназначено для конкретных применений.
Полуоткрытые рабочие колеса обычно попадают в канал потока в корпусе насоса, который потенциально может засориться из-за попадания в корпус насоса необычных твердых частиц.
Вихревые рабочие колеса менее эффективны, но обладают лучшими характеристиками сопротивления засорению. Вихревая крыльчатка обычно утоплена в верхней части корпуса насоса, что удерживает ее на пути потока сточных вод. Эти крыльчатки обычно используются в трейлерных парках, школах и общественных учреждениях, где любой тип отходов может попасть на подъемную станцию. Из-за сниженного потенциала засорения снижаются затраты на техническое обслуживание в течение жизненного цикла.
Проблемы с качеством воды вызывают много опасений у погружных насосов. Вода, параметры которой выходят за рамки типичных неочищенных бытовых сточных вод, может вызвать проблемы с погружными насосами, включая коррозию и износ. Факторы, которые могут представлять опасность, включают высокое содержание хлора, взвешенные гранулированные частицы (песок или гравий), диапазоны pH за пределами нейтрального уровня от 6 до 8 и отложения жесткой воды. В сочетании с крыльчатками, которые вращаются со скоростью до 3,650 об/мин, корпус насоса становится взрывоопасной средой. Другими проблемами погружных насосов являются проблемы с рабочим колесом из-за кавитации, снижение притока во время работы, неправильная конструкция насоса и воздушная пробка.
Разработчики импеллеров могут решить эти проблемы. Проблемы с качеством воды могут быть устранены или сведены к минимуму за счет использования различных материалов конструкции крыльчаток. Ковкий чугун является наиболее распространенным и экономичным материалом, но имеет ограничения по качеству воды. Бронза и нержавеющая сталь являются альтернативными материалами, используемыми для обеспечения химической стойкости, стойкости к истиранию и кавитации. Полное понимание области применения и привлечение производителя насоса на ранних стадиях процесса проектирования важны для обеспечения того, чтобы насос, рабочее колесо и материалы использовались правильно, что продлевает ожидаемый срок службы оборудования.
Насосы для шлифовальных машин
Насосы для измельчения отлично подходят для конкретных применений и сред. Однако насос-измельчитель подходит не для всех задач, связанных с твердыми веществами. Расходы и скорости в конечном итоге являются решающими факторами для выбора размера трубы в силовой магистрали. Поскольку насосы-измельчители уменьшают размер твердых частиц сточных вод, можно использовать трубы меньшего диаметра. Затем эту суспензию можно транспортировать по трубопроводу в желаемое место. Такое использование трубы меньшего размера облегчает установку в труднодоступных местах.
Канализационные насосы бывают двух типов: эжекторные / перекачивающие твердые частицы и насосы-измельчители. Различные механические и электрические методы доставки сточных вод и твердых частиц из одного места в другое.
Насосы для измельчения могут быть спроектированы с использованием рабочего колеса того же типа и конструкции, что и насосы для перекачки твердых частиц, для подачи сточных вод к режущим механизмам или через них. Рабочее колесо используется для создания скорости потока и всасывания, протягивая материал через режущий механизм. Компоненты резака обычно изготавливаются из закаленной нержавеющей стали, чтобы обеспечить острую кромку и продлить срок службы стального резака, с которым постоянно контактируют сточные воды.
Существует множество типов насосов для измельчения для различных областей применения. Неочищенные бытовые сточные воды представляют собой наименее агрессивное и наименее сложное приложение, и почти все типы насосов-дробилок подходят для этих целей.
Центробежные насосы-измельчители предназначены для обработки кухонных и ванных отходов и других материалов, которые вызывают засорение обычных насосов для обработки твердых частиц. Насос для дробилки с прогрессивным (или полупоступательным) рабочим объемом – это еще один тип, в котором вместо рабочего колеса используются гидравлический ротор и гидравлический статор с типичным режущим механизмом. Этот тип насоса развивает более высокую производительность напора и обычно совместим с более низким расходом. Прогрессивные измельчители используются в случаях, когда расстояние до очистных сооружений или системы сбора очень велико.
Двухступенчатые измельчители используют несколько рабочих колес для выполнения той же задачи, но с более высокой скоростью потока. Этот насос для измельчения обычно используется в жилых и небольших коммерческих помещениях.
Коммерческие или бытовые отходы могут создавать сложности для бытовых насосов-дробилок. При коммерческом применении может образовываться волокнистый, волокнистый и плотный материал, который может заклинить режущий узел в жилых помещениях. Для этих применений всегда следует рассматривать насосы для тяжелых условий эксплуатации.
В сложных условиях можно использовать другой тип насоса-измельчителя, называемый насосом-измельчителем. В этом насосе используется ряд вращающихся и неподвижных режущих пластин, через которые проходят отходы на пути к рабочему колесу. Этот насос используется в тюрьмах, школах и муниципальных учреждениях, где невозможно определить перекачиваемый материал или если происходит постоянное засорение или заклинивание. Насос-измельчитель также является самым дорогим насосом-измельчителем и обычно пропускает твердые частицы большего размера, чем насосы-измельчители в жилых помещениях.
Правильный выбор
Выбор правильного погружного насоса для конкретного применения имеет решающее значение. Стоимость жизненного цикла, затраты на электроэнергию и требования к техническому обслуживанию должны учитываться при проектировании системы. Удаление насоса для обработки твердых частиц из системы и установка на его место насоса для измельчения следует тщательно обдумать. Обратитесь к специалисту по насосам за советом и рекомендациями по выбору правильного насоса для применения.
Дерон Б. Оберкорн — менеджер по разработке корпоративных продуктов компании Zoeller. Оберкорн имеет опыт работы в области машиностроения со степенью магистра делового администрирования и более чем 21-летним опытом работы в сфере профессиональной сантехники. С ним можно связаться по адресу derono@zoeller.com или 502-778-2731.
Выбор подходящего насоса для сточных вод для вашей подъемной станции
Насосы для сточных вод выполняют закулисную, но очень важную работу, о которой большинство людей не задумываются. Они находятся на подъемных станциях и очистных сооружениях, выполняя свою работу изо дня в день.
Тем не менее, если пользователь встретит опытного оператора по очистке сточных вод и спросит, что ему нравится или не нравится в насосах, у оператора будет список обязательных функций, которые обеспечивают работу станции.
Расчет насоса для сточных вод аналогичен расчету насоса для чистой воды: пользователям необходимо знать информацию о приложении, такую как расход и напор, тип жидкости, а также ориентацию установки или ограничения по пространству. Однако при использовании сточных вод необходимо учитывать несколько других факторов, главным из которых являются твердые частицы. Волокнистые материалы, такие как смываемые салфетки и тряпки, приводят к проблемам с износом на подъемных станциях и очистных сооружениях. Рабочие колеса для сточных вод и сточных вод специально разработаны для решения этой проблемы.
В этой статье объясняются типы насосов для перекачки твердых частиц и типы рабочих колес, которые помогут пользователям сделать правильный выбор при выборе насоса для станции подъема сточных вод.
ИЗОБРАЖЕНИЕ 1: Установка погружного насоса (Изображение предоставлено Crane Engineering)
Типы насосов
Погружные насосы
Погружные насосы предназначены для работы в сточных водах. Моноблочный герметичный двигатель позволяет полностью погрузиться в воду, устраняя необходимость в отдельном сухом боксе, что может снизить затраты на установку.
Погружные насосы обычно имеют двойные механические уплотнения с масляной смазкой, датчики влажности и соответствующее сигнальное реле. При обнаружении воды в масляной камере звучит сигнал тревоги. Этот датчик защищает от влаги, попадающей в двигатель и вызывающей проблемы, предупреждая оператора о нарушении герметичности.
Поскольку погружные насосы устанавливаются в мокрых колодцах сточных вод, доступ к насосам ограничен. Операторы должны снимать насос через систему направляющих для осмотра или обслуживания оборудования.
Насосы для сухих карьеров
Насосы для сухих колодцев устанавливаются рядом с мокрым колодцем или отстойником. Это позволяет использовать незасоряющийся центробежный насос и двигатель.
Крыльчатки для работы с твердыми частицами пропускают многие типы твердых частиц. Их можно монтировать вертикально или горизонтально, что обеспечивает гибкость при ограниченном пространстве внутри свода сухого карьера. Насосы для сухих колодцев не допускают попадания насоса в сточные воды, что позволяет персоналу легко диагностировать насос во время работы. Работа с насосом, который не покрыт сточными водами, сводит к минимуму риски для безопасности.
Недостатком сухого насоса является возможность затопления. Вода в сухой яме разрушила бы стандартные моторы насосов.
Если сухой карьер подвержен затоплению, можно использовать погружной насос для сухого карьера. Они похожи, если не идентичны, на погружные насосы, которые обсуждались ранее. Традиционные погружные насосы используют сточные воды для охлаждения двигателя. При применении в сухом карьере нет окружающей жидкости, которую можно было бы использовать для охлаждения. Таким образом, погружные насосы для сухих карьеров имеют маслонаполненные погружные двигатели и/или кожухи охлаждения для обеспечения надлежащего охлаждения и защиты от непреднамеренного затопления сухих карьеров.
Самовсасывающие насосы
Самовсасывающие насосы представляют собой надземную альтернативу погружным насосам или насосам для сухих колодцев. Самовсасывающие насосы, предназначенные для применения на всасывающей линии (например, на подъемных станциях), заправляются путем забора воздуха со стороны всасывания и его сброса обратно во влажный колодец.
После заполнения этот насос работает так же, как и стандартные центробежные насосы для работы с твердыми частицами.
Самовсасывающие насосы для работы с твердыми частицами предназначены для пропускания твердых частиц. Как и насосы для сухих колодцев, они обычно имеют более длительный предполагаемый срок службы, чем погружные насосы, из-за чистой атмосферы над мокрым колодцем и доступа для профилактического обслуживания.
Типы рабочих колес
Вышеупомянутые насосы для сточных вод часто оснащены рабочим колесом одного из следующих типов. Каждый из них разработан специально для сочетания работы с твердыми частицами и эффективности, и всегда существует компромисс между ними.
Полуоткрытое рабочее колесо
Полуоткрытые незасоряющиеся рабочие колеса имеют задний кожух с ограниченным числом лопастей (типичными являются однолопастные или двухлопастные) и обычно могут пропускать 3-дюймовый сферический твердый материал с 3- или 4-дюймовым погружным насосом для сточных вод. Небольшое количество лопастей обеспечивает большие отверстия крыльчатки для прохождения твердых частиц. Установленные зазоры между изнашиваемой пластиной и передней кромкой рабочего колеса обеспечивают более высокую эффективность по сравнению с вихревыми рабочими колесами, но меньше, чем у рабочих колес с закрытым каналом. Этот тип крыльчатки является стандартным для погружных, самозаполняющихся и самовсасывающих насосов.
Рабочее колесо Vortex
Крыльчатки Vortex предназначены для приложений с экстремальными проблемами износа и используются в погружных и сухих приямках.
Эти рабочие колеса установлены в верхней части улитки вне пути потока. Вихревые рабочие колеса создают эффект водоворота в улитке, перенося воду и твердые частицы через насос и наружу без прямого контакта.
Это снижает риск засорения насоса и износа рабочего колеса. Насосы с вихревыми рабочими колесами имеют пониженный КПД из-за вихреобразования и отсутствия плотных зазоров.
От полуоткрытого рабочего колеса возможно снижение КПД примерно на 30 процентов. Снижение затрат на техническое обслуживание может перевесить потерю эффективности для некоторых приложений с высоким износом.
Крыльчатка с закрытым каналом
Эта конструкция крыльчатки содержит передний и задний кожухи, образующие закрытые каналы для прохождения сточных вод и твердых частиц. Благодаря закрытым каналам и узким зазорам между рабочим колесом и компенсационными кольцами это рабочее колесо известно как эффективное. Проблемы с этим рабочим колесом возникают при работе с волокнистыми материалами, такими как тряпки.
Заключение
При выборе насоса для сточных вод учитывайте ограничения применения и функции, необходимые в насосной системе. Если простота обслуживания имеет существенное значение, выберите самовсасывающую или сухую установку. Если стоимость является препятствием, погружные насосы позволят установить их более компактно. В любом случае эффективность взвешивания по сравнению с возможностью обработки твердых частиц для долгосрочной работы и надежности подъемной станции.
Соображения по выбору насосов для сточных вод
Насосные системы имеют решающее значение для поддержания нашего мира в движении. При выборе насоса для сточных вод необходимо учитывать ключевые факторы, чтобы обеспечить максимальную эффективность и долговечность, а также снизить долгосрочные затраты.
Насосы для сточных вод используются для сбора сточных, сточных, дренажных и просачивающихся вод. При выборе насоса для сточных вод, будь то для новой системы или замены старой, необходимо учитывать критерии выбора, которые могут иметь большое значение в производительности, надежности и энергоэффективности.
Этот контрольный список включает жидкость, скорость потока, температуру, высоту над уровнем моря и стоимость жизненного цикла. Промышленные применения предъявляют множество требований, таких как устойчивость к агрессивным химическим веществам и работа с высокими температурами.
Учет таких требований, а также условий применения имеет решающее значение при выборе насоса, наиболее подходящего для вашего применения.
Определение этих факторов и правильный выбор насоса для сточных вод приводит к сокращению объема технического обслуживания, повышению эффективности и долгосрочной экономии средств.
Различные типы насосов
Для сточных вод используются два основных типа насосов:
• Обычные насосы для сточных вод: Они также известны как незасоряющиеся насосы, перекачивающие твердые частицы или сухоблочные насосы. Их основная цель — перекачивать жидкости, содержащие мягкие твердые частицы и другие вязкие материалы. Они не требуют частого обслуживания и чистки, работают без затыков. Они могут быть установлены как с горизонтальным, так и с вертикальным креплением.
• Погружные насосы: Это незасоряющиеся насосы, которые погружаются в сточные воды для работы. Они оснащены мощными двигателями и устанавливаются непосредственно в мокром колодце. Это означает, что насосным станциям сточных вод, в которых используются погружные насосы, не требуется сухой колодец.
Конструкция насосной системы над землей минимальна, и все, что видно над поверхностью, — это бетонная плита и небольшая конструкция корпуса для центра управления.
Производительность насоса
Хорошим первым шагом при выборе насоса для сточных вод является изучение его гидравлических характеристик. При выборе правильного насоса важно точно оценить требуемую производительность.
Просмотр необходимой скорости потока и определение размера трубы упростит оценку и графическое отображение этих характеристик с помощью системной кривой, характерной для приложения.
Для создания системной кривой необходимы два основных элемента: статический напор и потери на трение. Зная характеристику системы, легче определить лучший насос для данного применения.
Характеристики жидкости
Тип материала в жидкости является ключевым фактором при выборе насоса для сточных вод. Потоки жидкости на очистных сооружениях характеризуются своими свойствами, такими как крупные твердые частицы, песок, шлам, пена и флокулянты или их смесь, поскольку они создают различные соображения, которые необходимо учитывать при выборе насоса для предполагаемого применения.
Насосы для сточных вод, как правило, требуются для перекачивания твердых частиц, таких как личные салфетки, полотенца и чистящие салфетки, которые в последнее время стали более распространенными в потоках сточных вод.
Очень важно выбрать насос, способный работать с этими твердыми частицами, поскольку эти материалы могут связываться друг с другом, образуя большую массу, что может привести к проблемам с засорением насоса и связанных с ним трубопроводов.
На рынке есть ротодинамические насосы, специально разработанные для работы с твердыми частицами и минимизирующие засорение, которые называются насосами для работы с твердыми частицами.
Дополнительные соображения по насосу включают учет шлама, который может содержать значительный объем увлеченных газов, таких как сероводород, из-за действия органических бактерий.
Насосы должны учитывать эти характеристики и сводить к минимуму возможность засорения и связывания газа. Насосы также должны быть в состоянии перекачивать флокулированные материалы.
Насосы, перекачивающие флокулированные материалы, должны удерживать материал в флокулированном состоянии, а не сдвигать его. Загрязнение, коррозия и эрозия насосов и труб с течением времени могут быть связаны с биологическими, химическими и абразивными факторами, поэтому понимание свойств жидкости может иметь решающее значение для предотвращения отказа или необходимости постоянного и дорогостоящего обслуживания.
Высота
При рассмотрении высоты важно знать, что оценка места установки насоса может повлиять на его работу, поскольку, как правило, чем выше высота установки, тем меньшая высота всасывания доступна для насоса.
Для насосных систем с атмосферным давлением всасывания следует проверить расчет полезного положительного напора на всасывании (NPSHa), чтобы включить фактическое атмосферное давление на месте применения.
Высота над уровнем моря также повлияет на выбор привода насоса и, если применимо, частотно-регулируемого привода (ЧРП), поскольку на больших высотах воздух будет меньше охлаждаться, поэтому может потребоваться снижение номинальных характеристик привода и ЧРП.
Температура
Тепло может существенно повлиять на множество компонентов двигателя, привести к износу и отрицательно сказаться на производительности насоса. Следовательно, температура является важным фактором при выборе насоса для сточных вод.
Многие компании, производящие насосы, предлагают насосы с вариантами высокотемпературной обмотки, чтобы обеспечить максимальную температуру перекачиваемой воды и продолжительность работы.
Если при выборе насосной системы не будут должным образом учтены высокотемпературные жидкости, в насосе может возникнуть кавитация, что может снизить производительность и вызвать физическое повреждение компонентов насоса и повышенную вибрацию.
Расход
Насос должен быть в состоянии генерировать поток жидкости, производительность которого выражается в литрах в минуту (л/мин). Скорость потока зависит от расстояния до точек доступа, трубопровода и высоты над уровнем моря. «Максимальная» и «номинальная» скорость потока помогают понять, подходит ли насос для той функции, которую он должен выполнять.
• Максимальный расход: Максимальный расход представляет собой количество литров, которые насос может накачать непосредственно сам по себе без необходимости перемещаться вверх по трубопроводу.
• Номинальный и нормальный расход: Номинальный расход — это рабочее состояние, на которое рассчитан насос. Другим часто используемым термином является «нормальный поток», который представляет собой условия, в которых насос должен работать большую часть времени.
Очевидно, что скорость потока насоса должна быть больше или равна максимальному ожидаемому потоку сточных вод. В частности, в трубопроводах и насосных системах для сточных вод скорость потока должна превышать определенные пределы, чтобы обеспечить бесперебойную работу и избежать оседания твердых частиц и осаждения.
И наоборот, скорость потока также не должна превышать определенных пределов, чтобы избежать потенциального износа в результате эрозии и истирания. Рекомендуется проконсультироваться с производителем насоса, если вас беспокоят ожидаемые рабочие скорости потока, чтобы не получить насос, который не выполняет требуемую функцию.
Производители насосов часто предоставляют линейный график, отображающий ожидаемую максимальную скорость потока. Принимая это во внимание при выборе насоса для сточных вод, часто требуется некоторое понимание того, где будет расположен ваш насос и к какой сети труб он будет подключен.
Ограничения скорости вращения
Скорость вращения можно количественно определить как количество оборотов, которое вращающаяся система совершает за определенный период времени. Современная технология проектирования насосов для сточных вод позволяет надежно эксплуатировать насосы со значениями удельной скорости всасывания (Nss) примерно до 250 м.ед. в зависимости от окружной скорости глаза, материалов конструкции, рабочего диапазона, свойств перекачиваемой жидкости и других факторов.
Более высокие значения Nss приводят к тому, что насосы спроектированы с более низкими требованиями к кавитационному запасу при той же или более высокой рабочей скорости. Максимальная скорость насоса (n) из-за NPSHa может быть рассчитана по формуле Nss путем выражения скорости вращения как функции NPSHa, расхода насоса (Q) и Nss.
Выбор скорости вращения насоса тесно связан с характеристиками гидравлической системы насоса (окружная скорость, рабочее колесо, удельная скорость), поскольку необходимо учитывать общую прочность и экономическую эффективность системы насоса и привода.
Затраты на жизненный цикл
При инвестировании в насосную систему сосредоточение внимания на первоначальных капитальных вложениях дает неточное представление о реальных затратах на насос в течение его срока службы. Один из способов избежать этой ошибки и получить более реалистичную картину реальной стоимости — использовать расчет стоимости жизненного цикла (LCC).
Покупная цена насосов обычно составляет менее десяти процентов от общей стоимости жизненного цикла, поэтому расчет LCC помогает лучше понять общую стоимость в течение срока службы насоса.
Гидравлический институт определил следующую формулу LCC для насосных систем, которая стала отраслевым стандартом:
Cic = первоначальные затраты
Cin = затраты на установку и ввод в эксплуатацию
Co = Эксплуатационные расходы
Cm = расходы на техническое обслуживание и ремонт
Cs = затраты на время простоя
Cenv = Затраты на охрану окружающей среды
Cd = затраты на вывод из эксплуатации
Для небольших станций, перекачивающих неочищенные сточные воды, техническое обслуживание может быть основным компонентом общего расчета LCC. Это особенно верно, если насос плохо соответствует требованиям по техническому обслуживанию насосной системы.
