ПНС поселка «ВИР»

Введение

По результатам технического обследования гидросистемы ПНС поселка «ВИР» филиала «Юго-Западный Водоканал» ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» было установлено, что для повышения надёжности работы гидросистемы и обеспечения ее безаварийного функционирования при интенсивных возмущениях волнового характера, возникающих при аварийном отключении электропитания насосов или резком увеличении расхода в случае включения пожарных гидрантов необходимо обеспечить не менее чем двух-трехкратное уменьшения амплитуд волновых процессов.

Для этого было разработано два стабилизатора давления типа СД 16-150, с двумя демпферами каждый, которые, в соответствии с проектными расчетами, должны гарантированно обеспечить требуемую эффективность гашения волн давления. СД 16-150 были смонтированы в помещении машинного зала на фланцах в напорный трубопровод Ду=150 мм перед выходными задвижками.

После завершения монтажа СД в напорный коллектор были проведены испытания стабилизаторов с измерениями амплитудно-частотных характеристик волновых процессов по согласованной программе с целью подтверждения характеристик, заявленных разработчиками.

Ниже приведены результаты исследований, проведенных до установки стабилизаторов давления, а также результаты, полученные при проведении приемо-сдаточных испытаний стабилизаторов и их сравнительный анализ.

1. Амплитудно-частотные характеристики волновых процессов на переходных режимах работы гидросистемы ПНС поселка «ВИР» до установки стабилизаторов давления

Состав гидросистемы поселка «ВИР»:

• три насоса типа WILO марки NP 65/200V-185/2-05 (Германия) с подачей до 90 м куб./ ч каждый, и максимальным напором Pmax=16 бар (1,6 МПа), оборудованные приводом с частотным регулированием;
• Подача воды потребителям осуществляется по двум водоводам Ду=200 мм. Перепад высот между ПНС и поселком «ВИР» составляет 60 м. Одновременно работает один насос, регулирование объема подачи воды потребителям осуществляется с помощью задвижки с электроприводом, установленной в напорном трубопроводе насоса.  В случае резкого увеличения разбора воды в сети (открытие пожарных гидрантов) для увеличения подачи в автоматическом режиме может включаться второй подающий насос;
• Номинальное давление в нагнетательном коллекторе Ду=150 мм составляет Р=7 бар (0,7 МПа). Насосная станция оборудована обратными клапанами и ручными задвижками. Основными источниками возбуждения волновых и вибрационных процессов в гидросистеме являются насосные агрегаты и запорная арматура (задвижки и обратные клапаны).

Рис. 1.1. Схема гидросистемы ВНС поселка «ВИР»:

Обозначения на схеме:

• 1, 2, 3, 4, 5 - места установки датчиков давления при проведении измерений;
• Н1, Н2, Н3 - сетевые электронасосы;
• СД-1, СД-2 - места установки стабилизаторов давления типа СД 16-150;

Рис. 1.2. Общий вид машзала ВНС поселка «ВИР»:

При проведении технического обследования ПНС поселка ВИР было установлено, что максимальные по амплитуде колебания давления в напорном коллекторе возникают при пуске насосного агрегата с частотным регулированием на не полностью закрытую задвижку (см. рис. 1.3. и рис. 1.4.) и при отключении электропитания работающего насоса (рис. 1.5. и рис. 1.6.).

На диаграммах по оси абсцисс приведено время в секундах, а по оси аргументов давление в барах (1бар=0,1 МПа).

Рис. 1.3. Диаграмма изменения давления за насосом №2:

Пуск насоса №2 на неполностью закрытую задвижку, размах колебаний~4,5 бар

Рис. 1.4. Диаграмма изменения давления в напорном коллекторе:

Пуск насоса №2 на неполностью закрытую задвижку, размах колебаний~2,5 бар

Рис. 1.5. Диаграмма изменения давления за насосом №2:

Отключение электропитания насоса №2, размах колебаний~2,6 бар

Рис. 1.6. Диаграмма изменения давления в напорном коллекторе:

Отключение электропитания насоса №2, размах колебаний~1,6 бар

Анализ полученных характеристик позволяет отметить следующее:

• Наиболее интенсивные волновые процессы возникают в гидросистеме при аварийном отключении электропитания работающего насосного агрегата;
• Волновые колебания давления сопровождаются провалами давления и гидравлическими ударами в течение ~ 15с с размахом колебаний до 2,6 бар сразу за насосом;
• Размах колебаний давления в напорном коллекторе ПНС составил~1,5 бар при сравнительно небольшом водопотреблении в дневные часы;
• Расчеты показывают, что в утренние и вечерние часы, когда водоразбор достигает своих максимальных значений, размах колебаний давления составит~6 бар. При этом рабочее давление в системе составляет 7 бар, а суммарное давление может достигать 13 бар и более;
• Характер изменения давления за отключенным насосом и в напорном коллекторе насосной станции одинаков и отличается лишь размахом колебаний давления.

Выводы и рекоммендации:

• В целях повышения надежности работы гидросистемы и обеспечения ее безаварийного функционирования необходимо обеспечить не менее чем двух-трехкратное уменьшение амплитуд волновых процессов;
• Для этого были разработаны и смонтированы в напорный трубопровод Ду=150 мм. два стабилизатора давления типа СД 16-150.
• После монтажа стабилизаторов давления в помещении машзала ВНС поселка ВИР были проведены приемо-сдаточные испытания стабилизаторов давления с измерением амплитудно-частотных характеристик волновых процессов с целью определения эффективности работы стабилизаторов давления.

2. Экспериментальное определение амплитудно-частотных характеристик волновых процессов на переходных режимах работы гидросистемы ПНС поселка «ВИР» после монтажа стабилизаторов давления

Испытания стабилизаторов давления типа СД 16-150 в составе гидросистемы ВНС поселка «ВИР» проводились после их монтажа в напорный коллектор насосной станции. Фрагменты монтажа СД представлены на фотографиях рис. 2.1. и рис. 2.2.

Рис. 2.1. Фрагмент монтажа стабилизатора давления типа СД 16-150:

Рис. 2.2. Фрагмент монтажа стабилизатора давления типа СД 16-150:

При проведении испытаний проводились измерения характеристик волновых процессов на различных режимах работы насосной станции. Датчики давления устанавливались в патрубки за стабилизаторами давления и в импульсные трубы манометров установленных в напорных трубопроводах насосов №2 и №3.

Наиболее интенсивные колебани давления в гидросистеме были зафиксированы на следующих режимах работы насосной станции:

• Пуск насоса №2 без частотного регулирования на закрытую задвижку и последующий запуск насоса №3 по сигналу от системы автоматики и управления. Колебания давления за насосом №2~5 бар, а за насосом №3~3,5 бар.
• При этом колебания давления за стабилизаторами давления возникают только после автоматического запуска насоса №3, а их амплитуда не превышает 0,3 бара, что наглядно свидетельствует об эффективном гашении пульсаций давления.  Диаграммы изменения колебаний давления за насосами приведены на рис. 2.3. и 2.4., а за стабилизаторами давления - на рис. 2.5. и 2.6.
• Аварийное отключение электропитания работающего насоса №2. При этом интенсивные колебания давления в напорном трубопроводе происходят в течение~10-12 сек. и сопровождаются провалами давления и гидравлическими ударами с размахом колебаний около 4 бар.
• При этом размах колебаний давления за стабилизаторами давления не превышает~0,4 бара. Диаграммы изменения колебаний давления за насосами приведены на рис. 2.7. и 2.8., а за стабилизаторами давления - на рис. 2.9. и 2.10.

Рис. 2.3. Диаграмма изменения давления за насосом №2:

Пуск насоса №2 на закрытую задвижку и пуск насоса №3 по АВР: размах колебаний давления~5 бар

Рис. 2.4. Диаграмма изменения давления за насосом №3:

Пуск насоса №2 на закрытую задвижку и пуск насоса №3 по АВР: размах колебаний давления~3,5 бар

Рис. 2.5. Диаграмма изменения давления за стабилизатором давления СД-1:

Пуск насоса №2 на закрытую задвижку и пуск насоса №3 по АВР: размах колебаний давления~0,3 бар

Рис. 2.6. Диаграмма изменения давления за стабилизатором давления СД-2:

Пуск насоса №2 на закрытую задвижку и пуск насоса №3 по АВР: размах колебаний давления~0,3 бар

Рис. 2.7. Диаграмма изменения давления за насосом №2:

Отключение электропитания насоса №2: размах колебаний давления~4 бар

Рис. 2.8. Диаграмма изменения давления за насосом №3:

Отключение электропитания насоса №2: размах колебаний давления~2 бар

Рис. 2.9. Диаграмма изменения давления за стабилизатором давления СД-1:

Отключение электропитания насоса №2: размах колебаний давления~0,4 бар

Рис. 2.10. Диаграмма изменения давления за стабилизатором давления СД-2:

Отключение электропитания насоса №2: размах колебаний давления~0,4 бар

Рис. 2.11. Сравнительная диаграмма изменения давления за насосом №2 и за стабилизатором давления:

Отключение электропитания насоса №2: Красный цвет - за насосом; зеленый - за стабилизатором давления

По результатам испытаний стабилизаторов давления типа СД 16-150 в составе гидросистемы ПНС поселка можно сделать следующие основные выводы:

• Стабилизаторы давления полностью устраняют колебания давления в подающих водоводах на штатных режимах работы насосной станции и обеспечивают более чем пятикратное гашение колебаний давления на переходных и аварийных режимах и более быстрое затухание переходных процессов.
• Размах колебаний давления в подающих водоводах на всех исследованных в процессе испытаний режимах, в том числе, аварийных, не превышает 0,35 бар, что обеспечивает безаварийную работу водопроводной сети.
• Эффективность работы стабилизаторов давления по результатам испытаний полностью соответствует заявленным разработчиками характеристикам.