Wodociągi i kanalizacje

Pompownie wodociągowe

Pompami

nazywamy

urządzenia

służące

do

podnoszenia wody z poziomu niższego na wyższy lub
do przetłaczania wody z obszaru o niższym ciśnieniu
do obszaru o wyższym ciśnieniu.

Działanie pomp opiera się na wytwarzaniu różnicy
ciśnień między stroną ssawną i stroną tłoczną
ruchomej części pompy.

Pompownie wodociągowe są to obiekty wyposażone
w urządzenia do lokalnego podnoszenia wody w celu
uzyskania wymaganych warunków jej przepływu w
systemach wodociągowych.

W systemach zaopatrzenia w wodę występują
różnorodne pompownie, które można sklasyfikować
według wielu kryteriów.

Ze względu na lokalizację i zadania pompowni w
systemach wodociągowych wyróżnia się:

•pompownie I stopnia, transportujące wodę z ujęcia
do stacji uzdatniania lub bezpośrednio do sieci,

•pompownie

II

stopnia,

przetłaczające

wodę

uzdatnioną do sieci wodociągowej,

•pompownie strefowe, podnoszące ciśnienie wody w
sieci wodociągowej lub w przewodach przesyłowych
przy transporcie wody na dalsze odległości (tzw.
pompownie pośrednie).

Pompownie I stopnia, zależnie od rozwiązania ujęcia
wody, nazywamy:

• pompowniami rzecznymi,
• pompowniami wód infiltracyjnych,
• pompowniami głębinowymi.

W zależności od struktury hydraulicznej układu
rozróżnia się pompownie:

• z równoległym łączeniem układów pompowych,
• z szeregowym łączeniem układów pompowych,
• z szeregowo-równoległym łączeniem układów
pompowych.

W zależności od rodzaju regulacji wyróżnia się
pompownie:

• z regulacją wydajności przez włączanie i wyłączanie
agregatów pompowych,

• z regulacją wydajności i ciśnienia przez włączanie i
wyłączanie agregatów pompowych oraz dzięki regulacji
prędkości obrotowej jednej pompy.

Ze względu na sposób sterowania pracą pomp
pompownie można podzielić na:

• sterowane ręcznie,
• regulowane samoczynnie przez hydrofor,
• sterowane automatycznie,
• sterowane półautomatycznie,
• sterowane zdalnie.

Według kryterium pewności dostawy wody pompownie
dzieli

się

na

trzy

kategorie

(kryterium

niezawodnościowe):

•I kategoria — dopuszcza się przerwę w dostawie wody
jedynie na czas niezbędny do wyłączenia uszkodzonej
pompy i włączenia elementów rezerwowych (uzbrojenia,
armatury, rurociągów),trwający nie dłużej niż 10 minut,
oraz obniżenie dostawy wody na potrzeby pitne i
gospodarcze w ilości nie większej niż 30% w stosunku do
Q

n

(wydajność nominalna), a także obniżenie dostawy

wody na cele przemysłowe do granicy określonej
strategią działalności zakładu w okresie awarii, przy
czasie trwania tych obciążeń wydajności nie
przekraczającym 3 dób;

•II kategoria — dopuszcza się przerwanie dostawy wody
w celu przeprowadzenia remontu, trwające nie dłużej niż
6 godzin. Dopuszcza się odpowiednie zmniejszenie
dostawy wody w czasie nie przekraczającym 10 dób;

•III kategoria — dopuszcza się przerwę w dostawie
wody trwającą nie
dłużej niż 24 godziny i odpowiednie obniżenie w dostawie
wody w czasie nie dłuższym niż 15 dób.

W praktyce wodociągowej stosuje się następujące
pompy:

• pompy wyporowe
• pompy wirowe

 pompy odśrodkowe
 pompy diagonalne i helikoidalne
 pompy osiowe (śmigłowe)
pompy głębinowe
 pompy wirowe samozasysające

• pompy strumieniowe
• pompy powietrzne

Pompy wyporowe

Zasada działania pomp wyporowych polega na
wypieraniu określonej ilości cieczy z obszaru
ssawnego (przez odpowiedni ruch organu roboczego)
do tłocznego, oddzielonych szczelnie od siebie
wewnątrz pompy.

W przypadku unieruchomienia organu roboczego
ustaje przepływ cieczy przez pompę. Pompy te
stosowane są do wysokich i bardzo wysokich ciśnień
przy stosunkowo niewielkich wydajnościach.

Wśród pomp wyporowych największe zastosowanie w
dziedzinie zaopatrzenia w wodę mają pompy
tłokowe.

Organem roboczym poruszającym się ruchem
postępowo-zwrotnym jest w nich tłok tarczowy
względnie wirnik (tłok w kształcie wydłużonego walca)
napędzany przeważnie silnikiem elektrycznym za
pomocą przekładni zmniejszającej zębatej oraz układu
korbowego.

Do zalet pomp tłokowych zaliczyć należy przede
wszystkim zdolność do samozasysania, pracę przy
dużej wysokości ssania (do 9,5 m), stałość wydajności
przy zmiennej wysokości pompowania, możliwość
uzyskania bardzo dużych wysokości pompowania oraz
stosunkowo duża sprawność.

Wadami pomp tłokowych są: mała wydajność, duża
liczba części, a przede wszystkim nierównomierność
wytwarzanego ciśnienia.

Pompy wirowe

Zasada działania pomp wirowych polega na
zwiększeniu krętu lub krążenia cieczy przepływającej
wewnątrz obracającego się wirnika. Unieruchomienie
pompy nie wstrzymuje przepływu cieczy przez nią.
Tego typu pompy stosowane są do dużych wydajności
przy ograniczonych wartościach ciśnieniach (max do
50 MPa).

Dominującą grupę pomp wirowych stanowią pompy
wirowe krętne, potocznie nazywane pompami
wirowymi.

Znacznie mniej liczną grupę stanowią natomiast
pompy wirowe krążeniowe, nazywane zwykle
pompami samozasysającymi.

W zależności od kierunku przepływu wody przez
wirnik (przestrzenie międzyłopatkowe) rozróżnia się:

•pompy odśrodkowe - o przepływie odśrodkowym w
płaszczyźnie prostopadłej do osi wirnika (lub zbliżonej
do prostopadłej),

•pompy helikoidalne - o przepływie ukośnym i
obwodowym kanale zbiorczym pompowanej wody,

•pompy diagonalne - także o ukośnym przepływie w
obrębie wirnika, lecz po wypływie z niego dalszy
przepływ wody jest zgodny z kierunkiem osiowym,

•pompy śmigłowe (osiowe) — o przepływie osiowym
przez wirnik.

Schematy pomp wirowych: a) pompa odśrodkowa, b)
pompa diagonalna,
c) pompa śmigłowa

D — dyfuzor, K — kadłub, Ł

k

— łopatka kierownicy, Ł

w

— łopatka

wirnika, R

s

— rura ssawną, R

t

— rura tłoczna, W — wirnik

Pompy strumieniowe

Działanie pompy strumieniowej, nazywanej potocznie
strumienicą lub ejektorem, opiera się na przenoszeniu
energii kinetycznej związanej z przepływem roboczym
wprowadzonym w strumień podnoszonej cieczy.

Pompy powietrzne

Podnośniki powietrzne (pompy „Mamut") do
niedawna były szeroko rozpowszechnione.

Obecnie wyparły je pompy odśrodkowe głębinowe.

Niekiedy stosowane są jeszcze przy pompowaniu
wody ze studni, na przykład gdy poziom wody w niej
znajduje się na dużej głębokości, gdy pompowana
woda zanieczyszczona jest piaskiem lub gdy zachodzi
potrzeba usuwania gazów wydzielających się z wody.

ZASADY PRACY POMPY

Wysokość ssania

Przy projektowaniu stacji pomp rzędną posadowienia
pomp ustala się zależnie od wysokości ssania (pompa
odśrodkowa) lub napływu (pompa diagonalna).

Geometryczna wysokość ssania pompy odśrodkowej -
H

g

jest różnicą rzędnych osi pompy i swobodnego

zwierciadła wody w zbiorniku lub na ujęciu.

Ssanie

występuje

wskutek

nadwyżki

ciśnienia

atmosferycznego

działającego

na

swobodne

zwierciadło wody p

a

/ w stosunku do ciśnienia

absolutnego na wlocie do wirnika p

1

/ , które jest

mniejsze od ciśnienia atmosferycznego.

Wysokość ssania H wynosi:



1

p

p

H

a





,

m

p

a

, p

1

- ciśnienie,

 - ciężar objętościowy cieczy

Wysokość ssania jest różna dla poszczególnych
rodzajów pomp, a także dla różnych warunków pracy
tej samej pompy (rodzaj cieczy, temperatura,
przepływ).

Zależność między wysokością ssania a geometryczną
wysokością ssania jest następująca:

H = H

s

+

h

s

h

s

- strata ciśnienia w przewodzie ssawnym, m.

Wyróżnik szybkobieżności

Wyróżnik szybkobieżności n

s

jest wielkością wiążącą

parametry pracy pompy Q, H, n.

Na podstawie jego wartości obliczane są parametry
konstrukcyjne pompy, jej budowa i charakterystyka.

Jest on stały dla całej serii pomp różnej wielkości, lecz
geometrycznie do siebie podobnych.

Wysokość podnoszenia, wydajność i moc pompy

Całkowita wysokość podnoszenia H, czyli robocze
ciśnienie pompy wynosi:

H = H

gs

+ H

gt

+ h

ss

+ h

st

H

gs

, H

gt

- geometryczna wysokość ssania i tłoczenia, m,

h

ss

, h

st

- straty ciśnienia w przewodzie ssawnym i

tłocznym, m.

Rzeczywista wydajność pompy jest to objętość cieczy
Q wypływająca z króćca tłocznego pompy w jednostce
czasu.

Moc użyteczna N

u

jest to moc przekazana przez wirnik

przepływającej cieczy.

Charakterystyka i punkt pracy pompy

Charakterystyką pompy nazywamy zespół krzywych
przedstawiających graficznie funkcjonalną zależność
miedzy poszczególnymi parametrami pracy pompy.

Charakterystyka pracy pompy

A, B - punkty robocze pompy, C—E - krzywa charakterystyki
przewodu,
H - krzywa charakterystyki przepływu pompy,  - krzywa

charakterystyki sprawności pompy, a, b — punkty na krzywej
sprawności pompy odpowiadające punktom roboczym pompy A i B,
h

s

, h

s

‘ - strata ciśnienia w przewodzie ssącym i tłocznym

odpowiadająca przepływowi Q

A

i Q

B

, h

s

’’ - dodatkowa strata

ciśnienia,
H

g

- geometryczna wysokość podnoszenia wody

Równoległa i szeregowa współpraca pomp

W praktyce często stosuje się pracę kilku pomp na
wspólnym rurociągu tłocznym.

Współpraca pomp może być równoległa, tzn. króćce
tłoczne obu pomp podłączone są do wspólnego
przewodu tłocznego oraz szeregowa, czyli króciec
tłoczny jednej pompy połączony jest z króćcem
ssawnym drugiej pompy, której króciec tłoczny
połączony jest z kolei z przewodem tłocznym.

Dobór pomp

Pompy dobiera się w oparciu o ich charakterystykę z
uwzględnieniem

współpracy

pomp

i

sieci

wodociągowej.

Przy doborze pompy należy brać pod uwagę:

• wykres dobowego rozbioru wody,
• zbiorniki wodociągowe i ich wielkość,
• warunki wodnej ochrony przeciwpożarowej,
• celowość zastosowania jednego rodzaju pomp,
• dopuszczalne zmniejszenie wydajności pompowni w
okresie likwidacji uszkodzeń,

• klasę pompowni, liczbę pracujących pomp, pompy
rezerwowe, ogólną zainstalowaną moc w pompowni
oraz koszt pompowni (budynku, osprzętu pomp itp.),

• ekonomikę pompowanej wody w związku ze
sprawnością pompy.