Przepompownie są nieodłącznym elementem systemów kanalizacyjnych. Należy je stosować tam gdzie spływ grawitacyjny, względnie rozwiązania zapewniające taki spływ są niemożliwe lub nieracjonal­ne. W wyniku pompowania można przetransportować ścieki, lub osady z niżej do wyżej usytuowanych obiektów. Pracujące w przepompowniach agregaty służą do wymuszania przepływu.

Zainstalowane pompy muszą zapewnić pokonanie geometrycz­nej różnicy wysokości oraz oporów przepływu w rurociągach współ­pracujących z tymi pompami.

Hydrauliczne parametry pracy przepompowni wyznacza tzw. punkt pracy, który jest miejscem przecięcia się charakterystyki pod­noszenia pompy i charakterystyki rurociągów z uwzględnieniem geometrycznej wysokości podnoszenia.

1. Charakterystyki agregatów pompowych.

Żadna, pompa nie posiada stałych parametrów pracy. Są one zmienne w czasie i przestrzeni. Zakres zmian parametrów pracy w przestrzeni obrazują charakterystyki pompy.

Dla pełnej oceny przydatności agregatu konieczna jest znajo­mość kilku wielkości charakterystycznych. Do najważniejszych należą:

• charakterystyka podnoszenia pompy - zwana krótko charaktery­styką pompy,

• krzywa sprawności pompy,

• krzywa poboru mocy na wale pompy,

• prędkość obrotowa wirnika, śruby lub częstotliwość i długość suwu tłoka,

Charakterystyka pompy jest to zależność między całkowitą wy­sokością podnoszenia pompy H_p = f(Q_P) a jej wydajnością Q_p. Krzywa sprawności jest to zależność między współczynnikiem sprawności pompy η_p a wydajnością Q_p —η_p = f(Q_p). Krzywa poboru mocy pompy jest to zależność między mocą na wale pompy N_p a wydajnością Q_p - N_p = f(Q_p). Charakterystyki agregatów pom­powych można wyznaczyć teoretycznie lub empirycznie. W praktyce należy posługiwać się zmierzonymi - rzeczywistymi charakterysty­kami.

Najczęściej charakterystyki pomp oraz krzywe sprawności i mocy przedstawione są w formie graficznej rys1.

Rysunek 1 Wykresy charakterystyki pompy, krzywej sprawności całkowitej i krzywej mocy na wale.

2. 
   Charakterystyka rurociągu.

W czasie przepływu cieczy w rurociągu występują opory przepływu, które spowodowane są :

• lepkością cieczy,

• chropowatością ścianek rurociągu,

• przeszkodami lokalnymi (np. kolana, łuki, trójniki, zawory)

Dla obliczeń przybliżonych (szacunkowych) opory przepływu w rurociągu można obliczyć:

ΔH
0,002
; m.

Gdzie:

ΔH -straty hydrauliczne spowodowane oporami przepływu;[m.]

l - długość rurociągu; [m.]

d - średnica rurociągu; [m.]

Krzywą opisującą zależność strat hydraulicznych nazywamy charakterystyką rurociągu. Graficzny obraz charakterystyki rurociągu przedstawia rys. 2.

Rysunek 2 Wykres charakterystyki rurociągu.

PRZYKŁAD

Sporządzić charakterystykę rurociągu:

• długości l = 200,00 m

• śred­nicy d = 0,25 m

• dla przepływów z prędkością nie przekraczającą v< 2,0 m/s.

Przepływ w rurociągu o średnicy d = 0,25 m z prędkością v = 2 m/s wynosi:

Q=A*v=
; m³/s (1)

Q=
=0,098; m³/s

Współrzędne krzywej ΔH =f(Q) obliczono ze wzoru (1) i zestawiono poniżej:

Q	M^3/s	0	0,02	0,04	0,06	0,08	0,098
AH	m	0	0,16	0,66	1,47	2,62	3,93

Na podstawie danych z tabeli można wykreślić w układzie współrzęd­nych Q, ΔH krzywą charakterystyki rurociągu.

Parametry współpracy pompy z rurociągiem odpowiadają punktowi (PR) przecięcia charakterystyki pompy (P) i charakterystyki rurociągu (R) przesuniętej wzdłuż osi rzędnych o geometryczną wysokość podnoszenia (H_g), co zilustrowano na rys. 3.

Rysunek 3 Wykres współpracy pompy z rurociągiem.

P- charakterystyka pompy,

R - charakterystyka rurociągu z uwzględnieniem geometrycznej wysokości podnoszenia.

3. Typy pomp do podnoszenia ścieków.

• Wyporowe,

• Wirowe,

• Specjalne.

1. Pompy wyporowe.

Pompami wyporowymi nazywamy pompy, w których do kadłuba jest szczelnie dopasowany element roboczy w nim się poruszający. Podczas ruchu powstaje różnica ciśnień między obszarami przed i za elementem roboczym, w wyniku czego ciecz zostaje zasysana i wytłaczana. Wyróżniamy typy pomp wyporowych:

• tłokowe z tłokami tarczowymi lub nurnikowymi (do pompowa­nia ścieków),

• obrotowe śrubowe (do pompowania ścieków),

• ślimakowe (do lokalnego podnoszenia - transportu ścieków lub osadów),

• dozujące (do proporcjonalnego dawkowania reagentów wyma­ganych w procesie technologicznym).

Odmianą pompy wyporowej jest pompa ślimakowa. Znajduje ona zastosowanie w przypadku konieczności lokalnego podnoszenia ścieków lub osadów ściekowych. Umożliwia przetłaczanie cieczy ze zbiornika dolnego do górnego bez układu rurociągów ssawnych i tłocznych.

Porównanie rozwiązania tłoczenia ścieków ze zbiornika dolnego do górnego z zastosowaniem pomp ślimakowej lub wirowej został przedstawiony na rysunku 4.

Rysunek 4Schemat przetłaczania ścieków z zastosowaniem pompy a) ślimakowej, b) wirowej.




1. Pompy wirowe.

Pompy wirowe są to pompy, w których elementem roboczym jest obracający się wirnik. Obroty wirnika powodują zwiększenie energii ruchu cieczy przepływającej przez pompę. W zależności od kierunku przepływu przez pompę można je podzielić na:

• odśrodkowe,

• helikoidalne,

• diagonalne,

• śmigłowe,

• o swobodnym przepływie.

Pompy wirowe wykonywane są w różnych wersjach konstruk­cyjnych w zależności od przeznaczenia.

Różnice rozwiązań dotyczą:

a) konstrukcji wirnika - stosowane są następujące wirniki:

• jednostrumieniowe,

• dwustrumieniowe,

• zamknięte,

• otwarte.

b) kształtu łopatek wirnika tj.:

• pojedynczej krzywiźnie,

• krzywiźnie przestrzennej,

• z wirnikiem kanałowym.

c) dławic,

d) łożysk,

e) wersji silnika:

• niezanurzalny (montaż na sucho),

• zanurzalny (montaż na mokro),

6. sposobu instalowania:

• stacjonarny:

• na sztywno

• na samozłącze

• przenośny.

Obecnie najszersze zastosowanie w przepompowniach ścieków mają pompy typu zanurzalnego. Istotą konstrukcji pompy tego typu jest zastosowanie:

• stopy sprzęgłowej pozwalającej na zdalny montaż i demontaż pompy,

• silnika elektrycznego w wodoszczelnej obudowie.

Pompy typu zanurzalnego mogą być instalowane na sucho lub mokro. Kryterium rozstrzygającym o zakwalifikowaniu do danej wersji jest sposób chłodzenia silnika. W wersji instalowania na sucho silnik chłodzony jest przez ciecz wtłaczaną do płaszcza chłodzącego. Takie pompy mogą być montowane w oddzielnym pomieszczeniu lub zbiorniku na ścieki rysunek 5.

Rysunek 5 Schemat instalacji pompy w wersji na sucho a) w zbiorniku na ścieki przy stałym poziomie ścieków poniżej silnika pompy; b) w suchej komorze.


W wersji instalowania pompy na mokro silnik chłodzony jest przez otaczającą go pompowaną cieczą rysunek 6.

Rysunek 6 Schemat instalacji pompy w wersji na mokro.


O przydatności pompy wirowej do tłoczenia ścieków lub osadów decyduje wirnik pompy. W zależności od rodzaju zanieczyszczeń zawartych w ściekach należy stosować różne rozwiązania wirników. O skuteczności pompy z danym wirnikiem decyduje:

• średnica umownego zanieczyszczenia stałego, które może prze­płynąć przez kanały międzyłopatkowe wirnika i korpus pompy,

• przystosowanie do pompowania ścieków z zawartością ciał

włóknistych.

1. Pompy specjalne.

Do pomp specjalnych można zaliczyć pompy:

• Pneumatyczne;

• Strumieniowe.

W pompach pneumatycznych czynnikiem wymuszającym przepływ ścieków w rurociągu tłocznym jest sprężone powietrze.

Działanie pomp strumieniowych polega na wykorzystaniu obniżenia ciśnienia w wyniku wzrostu prędkości przepływu w zwężce.

4. Infrastruktura przepompowni.

Dla zapewnienia właściwej pracy, warunków eksploatacji i moż­liwości sterowania przepompowni, wymagane jest odpowiednie jej wyposażenie.

Do infrastruktury przepompowni zalicza się:

• urządzenia zabezpieczające pompy przed dopływem dużych zanieczyszczeń stałych,

• rurociągi z armaturą,

• urządzenia sterujące i pomiarowe,

• urządzenia do tłumienia uderzeń hydraulicznych,

• urządzenia do montażu i demontażu pomp,

• wyposażenie zabezpieczająco - ochronne zgodne z wymagania­mi BHP.

1. Urządzenia zabezpieczające pompy przed dopływem zanieczysz­czeń stałych.

Urządzeniami zabezpieczającymi pompy przed zanieczyszcze­niami stałymi są kraty, sita, rozdrabniarki.

2. Rurociągi z armaturą.

Pompy w przepompowniach, w zależności od typu, konstrukcji i sposobu zainstalowania mogą posiadać rurociąg ssawny i tłoczny lub tylko rurociąg tłoczny. Żadnego rurociągu dla podnoszenia cieczy nie wymagają pompy ślimakowe.

Rurociąg ssawny powinien być wyposażony w:

• kosz i lej ssawny na wylocie,

• zawór stopowy.

Kosz ssawny chroni pompę przed zanieczyszczeniami stałymi. Lej ssawny zmniejsza opory dopływu do rurociągu ssawnego. Zawór stopowy służy do zatrzymywania cieczy w rurociągu ssawnym i w pompie podczas jej postoju.

Zapewnienie cieczy w korpusie pompy jest konieczne dla jej pierwszego i kolejnych uruchomień.

Na rurociągu ssawnym nie należy montować zasuw, zaworów odcinających i przepustnic. Wyjątek stanowi sytuacja, gdy pompa pracuje z napływem, wtedy jest to konieczne dla umożliwienia wymiany pompy.

Rurociąg tłoczny wyposażony jest w:

• zawór, klapę zwrotną,

• zasuwę, zawór lub przepustnicę,

• lej odpływowy.

Zawór lub klapa zwrotna chroni przed cofnięciem się strumienia cieczy z rurociągu tłocznego przez pompę.

Zasuwa, zawór odcinający lub przepustnica służą do:

• umożliwienia wymiany pompy lub zaworu zwrotnego (klapy zwrotnej),

• sterowania pracą pompy.

Na wypływie cieczy z rurociągu tłocznego w celu zmniejszenia prędkości wypływu należy stosować poszerzenie zwane lejem od­pływowym.

1. Prowadzenie przewodów ssaawnych.

Rurociągi ssawne przeznaczone są do doprowadzania ścieków (lub osadów) ze zbiorników czerpalnych do pomp. W miarę możliwości powinny być projektowane jako krótkie i proste odcinki przewodów odrębne dla każdej pompy. Przewody ssawne powinny być ułożone tak, by było zapewnione stałe ich wznoszenie się ku pompie (pochylenie rury powinno być większe od 0,5%). Rurociągi pomp rozpoczynających pracę przy napływie, jak również przewody wspólne dla dwu lub więcej zespołów wyposaża się w zasuwy odcinające. Prędkość w rurociągu ssawnym powinna wynosić 1,0 - 1,5 m/s. Dla krótkich odcinków przewodów dopuszcza się prędkość 2,0m/s. Przejścia rurociągów przez ściany wymagają zapewnienia szczelności, zwłaszcza w warunkach stałego naporu wód gruntowych lub ścieków gromadzonych w zbiorniku czerpalnym.

2. Prowadzenie przewodów tłocznych.

Rurociągi tłoczne w obrębie pompowni projektuje się tak, by ich układ był przejrzysty i zapewniał łatwość demontażu. W rozwiązaniach przewidujących umieszczenie rurociągów tłocznych w kanałach przyjmuje się takie wymiary kanałów, aby zapewnić łatwy dostęp przy montażu i naprawie przewodów. Ogólne zasady wymiarowania kanałów przedstawiono na rys.7

Rysunek 7Zasady wymiarowania kanałów dla rurociągów a) układ symetryczny, b) układ niesymetryczny.


Przewody wyprowadza się z pompowni na głębokości poniżej strefy przemarzania gruntu. Na załamaniach tras rurociągów tłocznych w miarę potrzeby wykonuje się bloki oporowe. Prędkość przepływu w rurociągu tłocznym powinna wynosić w granicach 1,0-3,0m/s.

1. Urządzenia sterujące i pomiarowe

Nie można poprawnie eksploatować przepompowni bez od­powiednich urządzeń pomiarowych i sterujących. Pomiar i sterowa­nie pracą przepompowni ma na celu zapewnienie:

• właściwych warunków pracy samej pompy, zgodnych z zalece­niami producenta,

• wymaganych technologią parametrów przepływowych.

Podstawowymi parametrami, które należy mierzyć dla oceny pracy pompy są:

• ciśnienie w rurociągu ssawnym i tłocznym,

• natężenie przepływu (w przepompowniach centralnych),

• czas pracy agregatu pompowego,

• po stronie elektrycznej napięcie i natężenie prądu w układzie silnika.

Pomiaru ciśnień w przepompowniach dokonuje się za pomocą manometrów. Do pomiaru natężenia przepływu stosowane są wodomierze, kryzy pomiarowe, zwężki, sondy ultra­dźwiękowe. Przyrządy te mogą współpracować z urządzeniami samorejestrującymi. Każda pompa musi posiadać licznik czasu pracy. Czas pracy pompy jest wyznacznikiem wymaganych zabiegów pielęgna­cyjnych pompy. Do pomiaru napięcia i natężenia prądu stosuje się woltomierze i amperomierze.

W przypadku braku przepływomierzy w przepompowni, do określenia wydajności przepompowni mogą być wykorzystane (przy znanej charakterystyce pompy): pomiar ciśnienia na króćcach ssaw­nym i tłocznym pompy lub pomiar czasu cyklu pracy pompy (za pomocą rejestratora).

1. Uderzenie hydrauliczne.

Uderzenie hydrauliczne powstaje w wyniku nagłego zatrzymania pompy lub zamknięcia przepływu w rurociągu tłocznym. Zjawisko to ma przebieg falowy o charakterze zanikającym. Miarą uderzenia hydraulicznego są chwilowe wzrosty i spadki ciśnienia przemieszczające się wzdłuż rurociągu tłocznego. Na maksymalną wartość chwilowego wzrostu ciśnienia duży wpływ ma materiał, z jakiego został wykonany rurociąg tłoczny.

Do tłumienia uderzeń hydraulicznych stosuje się::

• Zbiorniki wodno-powietrzne,

• Zawory upustowe, sprężynowe.

5. Przepisy BHP w przepompowniach.

Pomieszczenia pomp i armatury powinny mieć zapewnione wygodne i bezpieczne do nich dojścia, o szerokości co najmniej 0,6 m, jeżeli względy technologiczne nie stawiają ostrzejszych wyma­gań. Nie dotyczy to przepompowni z pompami zatapialnymi.

Jeżeli do pomieszczeń pomp nie przewidziano schodów, to należy zapewnić otwory ewakuacyjne. Otworami takimi mogą być otwory montażowe, jeżeli znajdujące się pod nimi urządzenia nie będą stanowiły przeszkody w ewakuacji pracownika.

Pomieszczenia technologiczne przepompowni, w których cza­sowo mogą przebywać ludzie, powinny posiadać skuteczną wenty­lację grawitacyjną i mechaniczną oraz temperaturę co najmniej +5°C. Zbiorniki czerpalne w przepompowniach ścieków, zlokalizowa­ne poza budynkiem pomp, powinny posiadać dwa rodzaje włazów: kanalizacyjne oraz montażowe dostosowane do potrzeb ewakua­cyjnych.

Zejścia na dno zbiorników czerpalnych, których głębokość nie przekracza 6 m, powinny być wyposażone w klamry złazowe.

Zejścia i wyjścia ze zbiorników mogą również odbywać się za pomocą drabin opuszczonych.

W zbiornikach czerpalnych o głębokości ponad 6 m należy stosować pomosty dodatkowe (stropy pośrednie, galerie, spoczniki). Wejście pracownika do zbiornika czerpalnego powinno być poprzedzone badaniami czystości powietrza.

Zbiorniki czerpalne w przepompowniach powinny posiadać wentylację grawitacyjną zapewniającą co najmniej dwie wymiany powietrza w czasie godziny oraz możliwość zainstalowania wenty­lacji na co najmniej 10 wymian w czasie godziny.

Jeżeli przepompownia nie jest połączona obudowanymi przej­ściami z innymi obiektami, w których znajdują się pomieszczenia socjalno-bytowe oraz higieniczno-sanitarne, w obiekcie przepom­powni należy urządzić co najmniej:

1) ustęp z umywalką,

2) stanowisko śniadaniowe z możliwością podgrzania posiłku,

3) szafkę na odzież własną i roboczą.

W przypadku dokonywania przeglądu, konserwacji lub remontu pomp, przenośników ślimakowych i podnośników kubełkowych, urządzenia napędowe powinny być wyłączone i skutecznie zabez­pieczone przed przypadkowym włączeniem.

SPIS TREŚCI

3

Pompy do ścieków

---