Все мы знаем из учебников и нормативной литературы, что фактическое давление в системе — это сумма давления, которое создаёт насос, и давления перед ним. Что касается давления насоса, то здесь все ясно, его рассчитывает проектировщик. А вот откуда берутся данные по давлению перед ним, и насколько эти данные верны?
Казалось бы, все очевидно, это гарантируемый напор минус потери на участке от точки подключения до насосного агрегата.
«гарантированный напор: Давление воды в точке подключения к коммунальным сетям водопровода, обеспечиваемое организацией водопроводно-канализационного хозяйства в период максимального водоразбора.» СП 30.13330.2020 п. 3.1.8
А откуда берут эти данные «организации водопроводно-канализационного хозяйства»?
В идеале — это должны быть конкретные замеры за какой-то промежуток времени на определённых участках. Или второй вариант – должна быть гидравлическая схема сетей с расчетом давления на участках, с учетом меняющегося количества потребителей, по которой и должны выдаваться эти данные.
По факту все совсем не так. Как правило, ресурсоснабжающие организации указывают значение, которое может быть постоянным в целом районе или даже городе, независимо от удаленности точки подключения, высоты расположения и так далее.
Откуда они берут эту цифру?!
Про все организации не скажу, но там, где я ранее работал, поступили просто. Согласно СП 8 (п.8.11 в редакции 2009 года и п.4.4 в актуальной): «Минимальный свободный напор в сети противопожарного водопровода низкого давления (на уровне поверхности земли) при пожаротушении должен быть не менее 10 м» + 10 м на потери «с запасом» = постоянное значение 20 м. То есть, цифра, указанная в условиях на подключение как «гарантированный напор», не имеет ничего общего с фактическими параметрами давления в указанной точке, никак не зависит от «максимального расхода» и никак не привязана к реальности.
Давление в точки подключения может отличаться от «гарантированного», причем как в большую, так и в меньшую сторону. Чаще всего давление в точке подключения всё-таки выше гарантированного.
Но давайте подробнее рассмотрим, что будет, если давление во всасывающем трубопроводе насоса будет выше расчетного.
В общем случае требуемый напор насосных агрегатов выглядит следующим образом:
Nнасоса = Nтребуемое – Nвходящее, где
Nтребуемое – напор, который необходимо обеспечить в контрольной точке
Nвходящее – напор в точке подключения (тот самый гарантируемый напор).
Исходя из этих данных, строится график работы сети и подбирается насосное оборудование. Далее всё зависит от выбранного оборудования и типа системы.
Как мы знаем из п.13.13 СП30.13330: насосное оборудование в «местной повысительной установке» систем хозяйственно-питьевого водоснабжения всегда оснащается частотно-регулируемым электроприводом.
Однако есть 2 варианта его применения – один частотный преобразователь на всю насосную группу и отдельный частотный преобразователь на каждый насос.
Рассмотрим первый вариант.
Установка одного частотного преобразователя на всю насосную группу позволяет сэкономить. Т.к. частотный преобразователь в таком варианте только один, то изменяться частота вращения может только у одного насосного агрегата, а, следовательно, рабочая область установки будет выглядеть как на рисунке 1.
При использовании частотных преобразователей на каждый насос, область работы для той же установки будет значительно шире и соответствовать рисунку 2.
Что касается систем пожаротушения, то здесь насосные агрегаты, как правило, используются без частотных преобразователей, а пуск всех рабочих насосов происходит одновременно по сигналу «пожар», либо при падении давления. Значит, фактическая рабочая точка будет определяться как точка пересечения графика сети и напорно-расходной характеристики агрегатов.
Рассмотрим пример.
Дано:
Максимальный секундный расход согласно проекту – 10,2 л/с или 36,72 м3/ч;
Требуемый напор – 37 м.
Подбираем насосные агрегаты.
Нам отлично подходит установка повышения давления с 2-мя рабочими насосными агрегатами и 1-м резервным. На рисунке 4 «рабочая точка» для данной сети указана как «р.т.1».
Однако, предположим, что фактический напор в точке подключения превышает гарантированный…, например, на 10 м (в условиях указано 20 м, а по факту приходит 30 м).
Теперь рассмотрим работу системы для каждой из описанных выше схем.
Рабочая точка опустилась существенно ниже.
1. В случае, если речь идет об установке для системы хозяйственно-питьевого водоснабжения с 1-м частотным преобразователем, такие изменения привели к существенным проблемам. Рабочая точка сместилась вниз (см. р.т.2) и перестала попадать в область работы насосных агрегатов, располагаясь справа и ниже от нее. Продолжительная работа насоса в таком режиме приведет к перегреву обмотки двигателя, и выходу агрегата из строя.
2. Во втором случае, когда частота вращения каждого насосного агрегата регулируется, ничего принципиально не изменилось. Рабочая точка по-прежнему находится в области допустимой работы насосов, и они работают в нормальном для себя режиме.
3. В третьем случае фактическая рабочая точка переместилась на край напорно-расходной характеристики второго насоса, однако находится в ее пределах. Это означает, что установка может нормально работать в данном режиме.
Но если разница в расчетных и фактических показателях будет еще немного больше, то и в этом случае работа насосов не допустима.
Что же делать?
Для систем хозяйственно-питьевого водоснабжения ответ очевиден – применение насосного оборудования с частотными преобразователями на каждый насос существенно снизит риски.
Что касается систем пожаротушения, то применение частотных преобразователей весьма затруднительно, т.к. необходимо оборудование со специальным пожарным режимом работы и сертификатом, а оно стоит существенно дороже. И предложение такого оборудования на нашем рынке сейчас крайне ограничено. Однако, если при выполнении гидравлических расчетов не закладывать мифические «запасы», а при выборе насосного оборудования для систем пожаротушения стараться «попасть» фактической рабочей точкой в середину графика, то все риски будут сведены к минимуму, а работе системы пожаротушения ничего не будет угрожать, как в нашем примере.
Подобное «смещение» рабочей точки также происходит, когда при выполнении гидравлических расчетов инженеры закладывают «запасы», не требуемые в нормативной документации.
Но большинство производителей давно применяют в своих установках, подающих воду на хозяйственно-питьевые нужды, схему работы с частотным преобразователем на каждый насос. Это существенно снижает риски.
Все что требуется от вас — сделать правильный выбор!
Евгений Волчков,
руководитель направления «Водоснабжение и канализация»,
компания «Элита»