2013-01-18

1

Ćwiczenie 3

Projekt budowlany

przepompowni ścieków

część technologiczna

Standardowe średnice przepompowni

ścieków

Średnica

800

1000

1200

1400

1500

1600

1800

2000

2500

2600

P

ro

je

kt

o

w

an

ie

in

d

yw

id

u

al

n

e

Materiał

PEHD

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

Beton B45 wg
DIN 4034

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

3000

Polimerobeton

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

Polietylen

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

Laminaty
poliestrowo
szklane

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

2200

Beton

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

Wylewane

na

placu

budowy

2013-01-18

2

Standardowe średnice przepompowni

ścieków

Standardowe średnice zbiorników wykonanych z

elementów żelbetowych kl. B45:

1000, 1200, 1500, 2000, 2500, 3000
Standardowe średnice zbiorników wykonanych z

polimerobetonu:

1000, 1200, 1500, 2000
Standardowe średnice zbiorników wykonanych z

laminatów poliestrowo szklanych:

800, 1000, 1200, 1500, 1800, 2000, 2200
Wielkość zbiornika przepompowni zależą od ilości i

nierównomierności dopływających ścieków.
Na życzenie dno zbiornika wykonane jest ze skosami celem

zminimalizowania sedymentacji osadu.
W przepompowniach występuje możliwość zastosowania pomp

firmy: WILO, EMU, METALCHEM, KSB, MEPROZET, ABS, FLYGT,

GRUNDFOS-SARLIN, HYDRO-VACUUM, LFP inne wg wyboru

inwestora.

Etapy projektowania

Obliczenia hydrauliczne – dobór pomp i
pompowni

Dobór pompy/pomp
Obliczenie wymaganej objętości zbiornika ścieków

Wytyczne wykonania pompowni
Wytyczne układu sterowniczo-zasilającego
Wytyczne montażu i demontażu pomp
Wytyczne eksploatacji pompowni
Zagospodarowanie działki

2013-01-18

3

Obliczenia hydrauliczne

•

Obliczanie wymaganej wydajności pomp:

–

Dane z tematu projektu

–

Pompy należy projektować na maksymalny godzinowy
napływ ścieków Q

hmax

–

W projekcie podano dwie wartości Q

•

Q

hmax

[m

3

/h] – dopływ ścieków

•

Q

hmax

[m

3

/h] – docelowy dopływ ścieków

–

Przy obliczaniu Q

hmax

dla pompowni przyjmuje się dla

bezpieczeństwa, że maksymalne dopływy różnych
rodzajów ścieków zbiegają się w jednym czasie

Obliczenia hydrauliczne

Wydajność Q

p

pompowni powinna być zwiększona o

współczynnik bezpieczeństwa k:

Wydajność Q

p

jest wartością wstępną służącą do doboru pompy,

która w rzeczywistości będzie pracowała z wydajnością w
punkcie przeciącia się charakterystyk:

pompy

i

przewodu tłocznego

= ∙

3

ℎ

2013-01-18

4

Obliczenia hydrauliczne

•

Współczynnik bezpieczeństwa k:

–

Przyjmowany jest w zależności od miejsca lokalizacji pompowni w systemie

kanalizacyjnym

–

Im większy współczynnik tym większa niezawodność i bezpieczeństwo pracy

pompowni

–

Powinien być dobierany ostrożnie gdyż zwiększa koszt inwestycji

–

Wartość współczynnika przyjmuje się z przedziału:

Dla przepompowni jednopompowych i dwupompowych z założoną pracą jednej

pompy

k = 1,10 ÷ 1,40

– przepompownia z 1 pompą

Dla przepompowni dwupompowych z założoną pracą dwóch pomp w godzinach

maksymalnego dopływu

k = 0,8 ÷ 1,20

– przepompownia z 2 pompami

W Z A L E Ż N O Ś C I O D P R Z Y J Ę T Y C H

W A R U N K Ó W P R A C Y P O M P Y

Obliczenia hydrauliczne

•

Współczynnik bezpieczeństwa k:

–

Jeżeli

k < 1,0

– to dopuszcza się pracę dwóch

pomp jednocześnie w godzinie o największym
dopływie ścieków (k=0,8 lub 0,9)

–

Jeżeli

k ≥ 1,0

– jako wydajność przepompowni

przyjmuje się wydajność 1 pompy Q

p

–

Wydajność pompy powinna zapewnić prędkość
przepływu w przewodzie tłocznym w przedziale

v

t

= 0,8 ÷ 2,5 m/s

(średnica przewodów

tłocznych nie powinna być mniejsza od średnicy
króćców tłocznych pomp)

2013-01-18

5

Obliczenia hydrauliczne

•

Obliczenia wysokości podnoszenia pomp:

–

Wysokość podnoszenia dobranej pompy powinna
zapewnić przetłoczenie ścieków do:

a. Studzienki rozprężnej

Obliczenia hydrauliczne

•

Obliczenia wysokości podnoszenia pomp:

–

Wysokość podnoszenia dobranej pompy powinna
zapewnić przetłoczenie ścieków do:

b. Zbiornika

2013-01-18

6

Obliczenia hydrauliczne

•

Obliczenia wysokości podnoszenia pomp:

–

Wysokość podnoszenia dobranej pompy powinna
zapewnić przetłoczenie ścieków do:

c. Kolektora tłocznego (kanału ciśnieniowego)

Obliczenia hydrauliczne

•

Obliczenia wysokości podnoszenia pomp przy
założeniu, że gęstość ścieków γ=1 kg/dm

3

:

Wysokość podnoszenia pomp, powinna uwzględniać wysokość
geometryczną oraz w przypadku pomp zatapialnych, wysokość
strat na przewodzie tłocznym:

•

H

p

- manometryczna wysokość podnoszenia pomp, [m]

•

h

g

- geometryczna wysokość podnoszenia pomiędzy średnim poziomem

ścieków w przepompowni a rzędną wylotu przewodu tłocznego do
odbiornika lub najwyższym punktem przewodu tłocznego, [m]

•

Δh

st

– wysokość strat ciśnienia na przewodzie tłocznym, suma strat

liniowych i miejscowych dla przyjętej średnicy i obliczonego przepływu
Q

p

, [m]

= ℎ + ∆ℎ

2013-01-18

7

Obliczenia hydrauliczne

•

Geometryczna wysokość podnoszenia ścieków

dla przypadku

a

:

•

H

1

– rzędna wylotu przewodu tłocznego do odbiornika lub

najwyższego punktu przewodu tłocznego, [m]

•

H

2

– rzędna zwierciadła ścieków w zbiorniku przepompowni,

[m]

ℎ =

1

−

2

Obliczenia hydrauliczne

•

Rzędna zwierciadła ścieków w zbiorniku przepompowni

dla

przypadku

a

:

•

H

kgr

– rzędna dna najniższego kanału doprowadzającego ścieki, [m.n.p.m]

•

h

3

– awaryjna wysokość w zbiorniku pomiędzy maksymalnym poziomem

ścieków w zbiorniku a dnem kanału dopływowego, [m] (najmniejsza
dopuszczalna wartość h

3

= 0,1 lub 0,15 [m])

•

h

2

– wysokość retencyjna [m], w obliczeniach wstępnych przyjmowana w

wysokości

h

2

= 1,0

[m]

2

=

− ℎ

3

− ℎ

2

2

=

− 0,1 −

1,0

2

=

− 1,1

2013-01-18

8

Obliczenia hydrauliczne

•

Geometryczna wysokość podnoszenia ścieków

dla przypadku

b

:

•

H

2

– rzędna zwierciadła ścieków w zbiorniku przepompowni,

[m]

•

H

3

– rzędna maksymalnego poziomu ścieków w odbiorniku

(zbiorniku), [m]

ℎ =

3

−

2

Obliczenia hydrauliczne

•

Geometryczna wysokość podnoszenia ścieków

dla przypadku

c

:

•

H

2

– rzędna zwierciadła ścieków w zbiorniku przepompowni,

[m]

•

H

4

– rzędna poziomu ścieków w przewodzie odpływowym

(przewodzie ciśnieniowym), [m]

•

h

odb

– wysokość ciśnienia w odbiorniku ścieków (przewodzie

ciśnieniowym), [m]

ℎ =

4

−

2

+ ℎ

!

2013-01-18

9

Obliczenia hydrauliczne

•

Wysokość ciśnienia w odbiorniku dla przypadku

c

:

•

p

t

– ciśnienie manometryczne w odbiorniku ścieków, [Pa]

•

γ – gęstość pompowanego medium, [kg/m

3

]

•

g – przyspieszenie ziemskie, g=9,81 [m/s

2

]

ℎ

!

= " ∙

Obliczenia hydrauliczne

•

Określanie średnicy przewodów tłocznych i strat ciśnienia:

•

Przy ustalaniu średnicy rur należy uwzględnić

dopuszczalne maksymalne i minimalne prędkości

przepływu oraz minimalne średnice rur odpowiednio do

przeznaczenia

•

Średnica przewodu tłocznego nie może być mniejsza od

króćca tłocznego pompy

•

Przy przetłaczaniu ścieków prędkości zalecane:

•

v

t min

= 0,8 m/s

•

v

t max

= 2,5 m/s

•

Wyjątkowo dopuszcza się prędkości

•

v

t min

= 0,7 m/s

•

v

t max

= 3,0 m/s

2013-01-18

10

Obliczenia hydrauliczne

•

Określanie średnicy przewodów tłocznych i strat ciśnienia:

•

W pompach bez elementu tnącego wymagana jest
dodatkowo minimalna średnica rury DN 80

•

Przy przetłaczaniu ścieków pompą z elementem
tnącym dopuszcza się minimalną średnicę rury DN 32

Przepływy w rurociągach

Natężenie przepływu ścieków Q

s

[m

3

/s] w zależności od prędkości

DN

V

min

= 0,7

V

min

= 0,8

V

min

= 2,5

V

min

= 3,0

mm

[m

3

/s]

[m

3

/s]

[m

3

/s]

[m

3

/s]

50

6

6,5

20

24

60

9

11

33

40

80

13

14

45

54

105

22

25

78

94

150

48

54

170

204

200

96

109

342

411

2013-01-18

11

Przepływy w rurociągach

Natężenie przepływu ścieków Q

s

[m

3

/s] w zależności od prędkości

DN

V

min

= 0,7

V

min

= 0,8

V

min

= 2,5

V

min

= 3,0

mm

[l/s]

[l/s]

[l/s]

[l/s]

50

1,6

1,8

5,6

6,7

60

2,6

10,7

9,3

11,2

80

3,5

14,5

12,6

15,1

105

6,1

25,1

21,8

26,1

150

13,2

54,3

47,2

56,6

200

26,6

109,5

95,0

114,0

Obliczenia hydrauliczne

•

Określanie średnicy przewodów tłocznych i strat ciśnienia:

•

Na podstawie tych tabel można wstępnie określić jaką
należy przyjąć średnicę przewodu, aby zapewnić
wymaganą prędkość przy danym natężeniu przepływu Q

s

•

Przy doborze średnic należy uwzględnić straty ciśnienia w
tych rurociągach

–

liniowe

–

miejscowe

•

Na podstawie nomogramu należy określić średnicę przewodu
tłoczącego mając:

–

przepływu - Q

p

[dm

3

/s]

–

prędkości - v [m/s]

•

odczytujemy średnicę przewodu tłocznego d.

2013-01-18

12

Nomogram do doboru przewodów tłocznych

Nomogram pozwala na wstępne ustalenie wielkości pompowni i dobór pomp.
Dobór należy skorygować posługując się nomogramami dla zaprojektowanych
rurociągów (średnica, materiał)

v = 1,7

Obliczenia hydrauliczne

•

Określanie wysokości miejscowych strat ciśnienia:

•

ξ – współczynnik strat miejscowych, [-]

•

v – prędkość przepływu za przeszkodą, [m/s]

•

g – przyspieszenie ziemskie, g = 9,81 [m/s

2

]

∆ℎ = # $ ∙

%

2

2

2013-01-18

13

Współczynniki strat miejscowych

Kształtka

DN

z

Zasuwa płaska

50

0,45

65

0,40

80

0,35

100

0,30

150

0,30

200

0,30

Zabezpieczenie przed
przepływem zwrotnym
(zasuwa/klapa zwrotna)

50

1,0

65

1,1

80

0,7

100

0,7

150

1,0

200

2,0

Kolana 90

o

Wszystkie średnice R/D = 1,0

0,5

Wszystkie średnice R/D = 2,5

0,35

Łuki 45

o

Wszystkie średnice R/D = 1,0

0,35

Wszystkie średnice R/D = 2,5

0,2

Wytyczne doboru pomp zatapialnych

•

Po obliczeniu wymaganej wydajności i wysokości
podnoszenia (Qp; Hp), wstępnego ustalenia typu pomp
można dokonać przy użyciu –rodziny charakterystyk –

pola pracy

•

Charakterystykę wydajkości pompy stanowi krzywa w
układzie współrzędnych

Q

(objętościowe natężenie przepływu cieczy) –

H

(wysokość podnoszenia pompy)

•

Podstawową cechą krzywej charakterystyki jest zmiana
wydajności w zależności od wysokości podnoszenia

–

Mała wysokość podnoszenia → duże natężenie przepływu

–

Duża wysokość podnoszenia → małe natężenie przepływu

2013-01-18

14

Wytyczne doboru pomp zatapialnych

•

Opór hydrauliczny sieci przewodów określa
natężenie przepływu z jakim będzie pracowała
pompa

•

Zależność pomiędzy stratami w przewodzie ∆H
a przepływem Q przedstawia się na wykresie

Wytyczne doboru pomp zatapialnych

•

Jeżeli wyznaczony punkt pracy znajduje się pomiędzy
charakterystykami pomp, w takim wypadku należy
postępować :

–

Należy dobrać pompę większą z charakterystyką położoną
powyżej obliczonego punktu (Qp; Hp)

–

Wymagana obliczeniowa wydajność Qp nie powinna
przekraczać maksymalnej wydajności pompy

–

Punkt pracy powinien leżeć w strefie najwyższej
sprawności, najczęściej po środku charakterystyki

2013-01-18

15

Dane do doboru i projektowania przepompowni

Informacje niezbędne przy montażu przepompowni

plan wysokościowo - sytuacyjny,
usytuowanie przepompowni na planie,
uzbrojenie terenu wokół planowanej
przepompowni,
warunki gruntowo - wodne w miejscu
posadowienia przepompowni.

Dane do doboru i projektowania przepompowni

Dane przy projektowaniu przepompowni w sytuacji, gdy nieznane są parametry

doboru pomp ani warunki terenowe dotyczą:

•

dane dotyczące istniejącej i projektowanej sieci kanalizacyjnej,

•

informacja o ilości i charakterze ścieków, szczególnie gdy są to ścieki

przemysłowe lub o dużym ich udziale,

•

ewentualne wymagania organów ochrony środowiska (strefa ochronna, krata,

pompa z rozdrabniaczem, itp.)

•

dane dotyczące warunków gruntowo - wodnych,

•

liczba mieszkańców korzystających z sieci kanalizacyjnej obecnie lub w

przyszłości,

•

stan sanitarny (wyposażenie sanitarne budynków mieszkalnych),

•

dane o zakładach przemysłowych i większych obiektach użyteczności publicznej

(ilość i jakość odprowadzanych ścieków),

•

dane dotyczące kolektora (kanału) dopływowego: przekrój, spadek, średnica,

zagłębienie, plany rozbudowy istniejących obiektów lub budowy nowych, w

tym:

•

a) wielkość i nierównomierność odpływu ścieków,

•

b) rodzaj i wielkość produkcji,

•

c) charakterystyka jakości ścieków.

2013-01-18

16

Budowa przepompowni ścieków

Przepompownia ścieków zazwyczaj stanowi kompletny
obiekt, dostarczany w całości na miejsce montażu,
składający się z następujących elementów:

–

zbiornik (komora pompowni),

–

pompy zatapialne,

–

układ hydrauliczny (rurociągi, armatura),

–

układ sterowniczo - alarmowy.

WILO Polska dostarcza przepompownie ścieków w
dwóch rodzajach wykonania:

1. przepompownie ze zbiornikiem z tworzywa sztucznego

WILO - Drain WS,

2. przepompownie ze zbiornikiem z laminatu poliestrowo-

szklanego (WPS).

Pokrywa pompowni

W zależności od lokalizacji pompowni, pokrywę
pompowni stanowi:

•

zamknięcie z laminatu poliestrowo - szklanego,
stali nierdzewnej lub aluminium, przy lokalizacji
poza ciągami komunikacyjnymi, w miejscach nie
narażonych na naprężenia dynamiczne,

•

Płyta żelbetowa - dla pompowni zlokalizowanych
w ciągach komunikacyjnych z włazem
umożliwiającym montaż i demontaż pomp

2013-01-18

17

Obliczenie wymaganej objętości zbiornika

•

Należy ustalić minimalną wymaganą objętość
zbiornika retencyjnego V

rmin

, którą oblicza się dla

najbardziej niekorzystnych warunków pracy

•

Objętość zbiornika wyrównawczego musi
zapewnić normalne warunki pracy pomp i
kanałów, tzn. odpowiednią częstotliwość
włączania pomp oraz uniknięcie podtopienia
kanałów sieci grawitacyjnej doprowadzających
ścieki.

Ilość włączeń jest bardzo istotnym parametrem,
który decyduje o trwałości pomp. Przy obliczeniach
minimalnej objętości retencyjnej zbiornika V

rmin

,

należy dążyć, aby rzeczywisty cykl pracy
pojedynczej pompy, w najbardziej niekorzystnych
warunkach, mieścił się w przedziale

T = 3÷10 [min],

co daje częstotliwość włączeń

h = 20 ÷6

[1/h],

zwiększa się ją w przypadku konieczności
znacznego zmniejszenia zbiornika przepompowni.

Obliczenie wymaganej objętości zbiornika

2013-01-18

18

Zależność do obliczania objętości retencyjnej
zbiorników przepompowni:

gdzie:
Q

p

- wydajność przepompowni, [m

3

/h]

T - długość cyklu pracy pompy, [min]

Obliczenie wymaganej objętości zbiornika

&

'(

=

Q

p

∙ T

240 m

3

Przedstawioną zależność można przekształcić z
uwzględnieniem dopuszczalnej częstotliwości
włączeń jednej pompy :

w którym dopuszczalna liczba włączeń określona
jest czasem najkrótszego cyklu pracy pompy

Obliczenie wymaganej objętości zbiornika

&

'(

=

Q

p

∙ T

4 ∙ 60 =

Q

p

4 ∙ η m

3

η =

60

T 1/h

2013-01-18

19

Jeżeli zamontowane są dwie pompy pracujące na
przemian, rzeczywista długość cyklu pracy układu
pomp skróci się o połowę i powyższy wzór
przyjmuje postać:

Obliczenie wymaganej objętości zbiornika

&

'(

=

Q

p

4 ∙

T

2 ∙

1

60 =

Q

p

8 ∙ η m

3

Dobór średnicy i wysokości retencyjnej

zbiornika przepompowni

Znając wymaganą objętość retencyjną V

rmin

należy określić

średnicę zbiornika D [m]

gdzie:
v – min prędkość dopływu ścieków v>0,7 m/s
oraz wysokość retencyjną h

r

pamiętając, iż musi być spełniony

warunek:

gdzie:
Vr - objętość retencyjna wybranego typu przepompowni
dla założonej wysokości h

r

, [m

3

].

2 = 3

4 ∙ Q

p

v ∙ π m

& ≥ V

r min

2013-01-18

20

Za doborem większej średnicy przemawiają względy
bezpieczeństwa w wypadku awarii przepompowni.
Należy również zapewnić minimalną średnicę zbiornika do
zamontowania jednej lub dwóch pomp.
Przyjęcie zbyt dużej średnicy może powodować
niekorzystne zjawiska, związane z powstawaniem na
powierzchni ścieków tzw. kożucha lub osadzanie się
zanieczyszczeń na dnie, stąd wymiary pompowni należy
dobierać ostrożnie, pamiętając o możliwym zagłębieniu
zbiornika w danych warunkach gruntowo - wodnych.

Dobór średnicy i wysokości retencyjnej

zbiornika przepompowni

Rzeczywista wysokość retencyjna

Po wybraniu przepompowni, należy następnie obliczyć
rzeczywistą wysokość retencyjną h

rp

, przy której

przepompownia powinna pracować:

przy założeniu, że:

Zwiększenie wysokości retencyjnej pozwala zmniejszyć
częstotliwość włączania pomp, ewentualnie zmniejszyć
średnicę zbiornika.

ℎ

=

4 ∙ V

r min

π ∙ D

2

m

ℎ

≥ 0,3 m

2013-01-18

21

Zagłębienie przepompowni ścieków

Maksymalne zagłębienie przepompowni, ze względu na koszty

wykonania i trudności eksploatacyjne, nie powinno przekraczać

MAX 7,0 [m].

Głębokość przepompowni składa się z wysokości:

h

c

- całkowita głębokość zbiornika przepompowni ścieków, [m],

h

n

- zagłębienie kanału napływowego, [m],

h

a

- wysokość poziomu alarmowego, [m] (minimalna wartość

h=0,10 [m]),

h

rp

- rzeczywista wysokość retencyjna, [m],

h

min

- wysokość poziomu wyłączenia, uwarunkowana minimalnym

napełnieniem zbiornika dla poszczególnych typów pomp,

[m].

ℎ

<

= h

n

+ h

a

+ h

rp

+ h

min

m

Rzędna dna komory:

H

d

-rzędna dna komory, [m.n.p.m],

H

t

- rzędna terenu w miejscu posadowienia

przepompowni, [m.n.p.m]

= H

t

− h

c

m

Zagłębienie przepompowni ścieków

2013-01-18

22

Elementy projektu

Obliczenia hydrauliczne – dobór pomp i
pompowni

Dobór pompy/pomp
Obliczenie wymaganej objętości zbiornika ścieków

Opis układu sterowniczo-zasilającego
Wytyczne montażu i demontażu pomp
Wytyczne eksploatacji pompowni
Zagospodarowanie działki

Zagospodarowanie działki