Система водоснабжения
Полезная модель относится к системам водоснабжения технической водой комплекса административно-производственных зданий, преимущественно, к системам с автономной насосной станцией. Решаемой задачей является оптимизация энергетических затрат при изменении водопотребления и уменьшение объема потерь избыточной воды. Сущность полезной модели заключается в том, что система водоснабжения, содержащая насосную станцию с резервуаром, заполняемым водой из природного источника воды по самотечно-сифонному трубопроводу с вакуумной установкой, блок аварийной сигнализации, два погружных насоса, установленных в резервуаре и соединенных с напорным трубопроводом, на выходе которого из насосной станции установлен расходомер, датчик уровня воды, соединенный с первым входом блока сравнения, ко второму и третьему входам которого подключены соответствующие выходы задатчика верхнего и нижнего уровней воды в резервуаре, причем к напорному трубопроводу подключены подающие трубопроводы водопроводных сетей обслуживаемых зданий и трубопровод возвратной воды, оснащенный предохранительным клапаном и управляемой задвижкой, между которыми подключен отвод для слива воды в резервуар, первый выход блока сравнения соединен с управляющим входом управляемой задвижки, второй выход - с входом блока аварийной сигнализации и управляющим входом вакуумной установки, а выход возвратного трубопровода подведен к природному источнику воды, дополнительно содержит контроллер, вход которого соединен с выходом расходомера, а выход - с управляющим входом переключателя, первый и второй выходы которого соединены с входами питания первого и второго погружных насосов, а вход - с выходом источника питания погружных насосов, при этом производительность первого погружного насоса выбирается из условия обеспечения максимального водопотребления водопроводных сетей обслуживаемой зданий, производительность второго погружного насоса - в 4-6 раз меньше, чем производительность первого погружного насоса, а контроллер выполнен с возможностью формирования управляющего сигнала, обеспечивающего подачу напряжения питания на второй погружноной
насос при условии, что за период наблюдения значение расхода воды ни разу не превысит априорно заданного минимального значения расхода водопроводных сетей обслуживаемых зданий, и управляющего сигнала, обеспечивающего подачу напряжения питания на первый погружной насос при условии, что в последующий период наблюдения значение расхода воды хотя бы один раз превысит априорно заданное максимальное значение расхода воды водопроводных сетей обслуживаемых зданий.
Полезная модель относится к системам водоснабжения технической водой комплекса административно-производственных зданий, преимущественно, к системам с автономной насосной станцией.
Особенностью рассматриваемой системы является неравномерное потребление технической воды, зависящее от режима работы промышленного предприятия.
Так, например, если предприятие работает в одну смену, максимальное потребление воды происходит в дневное время и резко уменьшается в ночное время. Кроме этого потребление воды меняется в зависимости от времени года. Во время отопительного сезона требуется большое количество воды для снабжения котельной, отапливающей производственные здания. При этом потребление воды существенно возрастает в аварийных ситуациях, например, при разрыве трубопроводов или несанкционированных протечках горячей воды, которые должны быть незамедлительно восполнены во избежание остановки водогрейного котла.
Поэтому актуальной задачей для такой системы водоснабжения является обеспечение непрерывной подачи воды при колебании водопотребления в широком диапазоне.
Известна система автоматической подачи жидкости по патенту РФ №2059769, МПК Е 02 В 7/00, публикация 10.05.96 г., содержащая всасывающий трубопровод с установленными на нем вентилями, напорный трубопровод с установленными на нем вентилями, поперечные трубопроводы с установленными на них насосами, промежуточные трубопроводы, с установленными на них вентилями и систему управления, обеспечивающую регулировку производительности и напора на выходе напорного трубопровода путем включения-отключения соответствующих насосов и управления вентилями, установленными на поперечных и промежуточных трубопроводах.
Недостатком известной системы является отсутствие контроля за целостностью трубопроводов системы.
Известна система водоснабжения завода по производству медицинских препаратов, приведенная в кн. С.В.Яковлев и др. Очистка производственных сточных вод. - М.: Стройиздат. - 1979 г. - рис.1.5.
Известная система содержит насосную станцию с резервуарами, заполняемыми через камеру задвижек водой из природного источника, и напорный трубопровод, к которому подключены трубопроводы водопроводной сети обслуживаемых зданий, снабжающие поступающей водой производственные и бытовые помещения.
Недостатком системы является отсутствие автоматического контроля целостности сетей. В случае возникновения протечек их обнаружение производится визуально по мере пропитывания водой грунта вокруг поврежденного трубопровода. При несвоевременном обнаружении и ремонте неисправностей напорного водопровода снижение расхода воды может нанести значительный ущерб предприятиям, водоснабжение которых не предусматривает использования оборотной воды. Введение же в систему водоснабжения дополнительных средств для очистки отработанной воды с целью ее повторного использования в технологическом процессе требует больших капитальных затрат и экономически оправданно только на очень крупных промышленных предприятиях.
Наиболее близким аналогом предлагаемой системы является система водоснабжения по пат.№42238 РФ на полезную модель, МПК Е 03 В 7/04, Е 03 С 1/02, опубликованная 27.11.2004 г.
Система по прототипу содержит насосную станцию с резервуаром, заполняемым водой из природного источника. В резервуаре установлены два погружных насоса, производительность которых рассчитана на максимальный уровень потребления технической воды предприятием. Погружные насосы подают воду в напорный трубопровод, откуда она по питающим трубопроводам поступает в обслуживаемые производственные и административные здания и используется для производственных и бытовых нужд.
Преимуществом системы является возможность разгрузки напорного трубопровода при резком снижении потребления воды, приводящем к существенному увеличению давления воды в напорной трубопроводе, чреватом возможностью его разрыва. Для предотвращения аварийных ситуаций в системе предусмотрен возвратный трубопровод с предохранительным клапаном, после срабатывания которого избыточная вода сливается либо в резервуар, либо в водоем, в зависимости от уровня воды в резервуаре.
Недостатком системы по прототипу является значительный расход электроэнергии, необходимой для работы мощных погружных насосов, рассчитанных на максимальное водопотребление водопроводных сетей обслуживаемого комплекса зданий, и нерациональный возврат воды в водоем при заполненном резервуаре.
Решаемой задачей является оптимизация энергетических затрат при изменении водопотребления и уменьшение объема потерь избыточной воды.
Для решения поставленной задачи в предлагаемой системе водоснабжения используются погружные насосы различной производительности, мощность одного из которых в 4-5 раз меньше мощности другого. В нормальных условиях водопотребления работает более мощный погружной насос, а при уменьшении расхода воды в обслуживаемых водопроводных сетях до априорно заданного минимального подача воды в напорный трубопровод производится менее мощным насосом, благодаря чему снижается расход энергопотребления и существенно уменьшается объем возвратной воды.
Сущность полезной модели заключается в том, что система водоснабжения, содержащая насосную станцию с резервуаром, заполняемым водой из природного источника воды по самотечно-сифонному трубопроводу с вакуумной установкой, блок аварийной сигнализации, два погружных насоса, установленных в резервуаре и соединенных с напорным трубопроводом, на выходе которого из насосной станции установлен расходомер, датчик уровня воды, соединенный с первым входом блока сравнения, ко второму и третьему входам которого подключены соответствующие выходы задатчика верхнего и нижнего уровней воды в резервуаре, причем к напорному трубопроводу подключены подающие трубопроводы водопроводных сетей обслуживаемых зданий и трубопровод возвратной воды, оснащенный предохранительным
клапаном и управляемой задвижкой, между которыми подключен отвод для слива воды в резервуар, первый выход блока сравнения соединен с управляющим входом управляемой задвижки, второй выход - с входом блока аварийной сигнализации и управляющим входом вакуумной установки, а выход возвратного трубопровода подведен к природному источнику воды, дополнительно содержит контроллер, вход которого соединен с выходом расходомера, а выход - с управляющим входом переключателя, первый и второй выходы которого соединены с входами питания первого и второго погружных насосов, а вход - с выходом источника питания погружных насосов, при этом производительность первого погружного насоса выбирается из условия обеспечения максимального водопотребления водопроводных сетей обслуживаемой зданий, производительность второго погружного насоса - в 4-6 раз меньше, чем производительность первого погружного насоса, а контроллер выполнен с возможностью формирования управляющего сигнала, обеспечивающего подачу напряжения питания на второй погружноной насос при условии, что за период наблюдения значение расхода воды ни разу не превысит априорно заданного минимального значения расхода водопроводных сетей обслуживаемых зданий, и управляющего сигнала, обеспечивающего подачу напряжения питания на первый погружной насос при условии, что в последующий период наблюдения значение расхода воды хотя бы один раз превысит априорно заданное максимальное значение расхода воды водопроводных сетей обслуживаемых зданий.
Сущность полезной модели поясняется чертежом системы водоснабжения. Система водоснабжения содержит насосную станцию 1 с резервуаром 2, состоящим из двух камер, связанных между собой соединительным трубопроводом с задвижкой 3 и заполняемых водой из природного источника 4 воды посредством самотечно-сифонного трубопровода 5 с вакуумной установкой 6.
В камеры резервуара 2 помещены два погружных насоса 7, 8, соединенных с напорным трубопроводом 9. К напорному трубопроводу 9, на выходе которого из насосной станции установлены фильтр 10 и расходомер 11, подключены подающий трубопроводы 12 водопроводных сетей обслуживаемых зданий. Кроме этого, к напорному трубопроводу 9 подключен возвратный трубопровод 13, оснащенный
регулируемым клапаном 14 и управляемой задвижкой, между которыми подключен отвод 16 для слива воды в резервуар, а выход возвратного трубопровода 13 подведен к природному источнику 4 воды.
В резервуар 2 помещен датчик 17 уровня воды, выход которого соединен с первым входом блока 18 сравнения, второй и третий входы которого подключены к соответствующим выходам задатчика 19 верхнего и нижнего уровней воды. Первый выход блока 18 сравнения соединен с управляющим входом управляемой задвижки 15, а второй выход - с управляющими входами блока 20 аварийной сигнализации и вакуумной установки 6.
Сигнальный выход расходомера 11 соединен с входом контроллера 21, выход которого подключен к управляющему входу переключателя 22, вход которого соединен с выходом источника 23 питания погружных насосов, а первый и второй выходы - с входами питания соответственно первого и второго погружных насосов 7, 8.
Предлагаемая система водоснабжения работает следующим образом.
Вода из природного источника 4 воды по самотечно-сифонному трубопроводу 5, в котором с помощью вакуумной установки 6 создается разряжение от 0,4-0,6 кгс/см2, поступает в первую приемную камеру, а из нее через соединительный трубопровод с задвижкой 3 - во вторую приемную камеру резервуара 2 насосной станции 1. Резервуар 2 расположен на глубине 12-16 м.
Погружные насосы 7, 8, установленные в камерах резервуара 2, закачивают воду в напорный трубопровод 9, работая поочередно в зависимости от расхода воды в сетях обслуживаемых зданий.
Напряжение питания на насосы 7, 8 подается из источника 23 питания насосов через переключатель 22, выполненный в виде реле с нормально замкнутыми и нормально разомкнутыми контактами.
Мощность и производительность первого погружного насоса 7 выбирается из расчета максимального водопотребления водопроводных сетей обслуживаемых зданий.
Так, например, в системе водоснабжения технической водой административно-производственного комплекса зданий, расположенных на расстоянии 2-3 км
от насосной станции, и включающего котельную с максимальным потреблением воды 4 м3/час, лабораторно-производственный корпус с максимальным потреблением воды 2 м3 /час и административный корпус с максимальным потреблением воды 2 м3/час, используется погружной насос 7 с мощностью электродвигателя 22 кВт/час, обеспечивающий производительность 60 м3/час и высоту подъема воды 60-70 м. Выбор насоса, производительность которого многократно превышает максимальное водопотребление, обусловлен возможностью аварий в сетях, потери воды при которых могут достигать 20 м 3/час, и возможностью возникновения пожаров, для тушения которых использование воды составляет до 50 м 3/час.
Параметры второго погружного насоса 8 выбираются из условия обеспечения среднего расхода воды, составляющего зимой 4 м3/чac, а летом - 2 м 3/час, т.е. для удовлетворения потребности воды достаточно насоса, производительность которого в 4-6 раз меньше, первого. В рассматриваемом примере используется погружной насос 8 с мощностью электродвигателя 5,5 кВт/час и производительностью 10 м 3/час.
В условиях максимального водопотребления (отопительный сезон, дневная смена работы, полная загрузка промышленных установок) используют первый погружной насос 7. При этом вода, поступающая в напорный трубопровод 9 с помощью работающего погружного насоса 7, через фильтр, 10, осветляющий воду, и расходомер 11, установленные на выходе напорного трубопровода из насосной станции 1, поступает в подающие трубопроводы 12 водопроводных сетей обслуживаемых зданий.
Потребителями технической воды являются промышленные установки, водогрейный котел автономной котельной, противопожарные установки или трубопроводы, санузлы и пр.
При аварийном или кратковременном плановом снижении расхода воды потребителями одновременно резко возрастает напор воды в напорном трубопроводе 9 и в начальном участке возвратного трубопровода 13. Этот напор воздействует на регулируемый клапан 14, представляющий собой запорное устройство, в котором мембрана удерживается в заданном положении с помощью пружины. Клапан 14
срабатывает, и часть воды из напорного трубопровода 9 сливается по возвратному трубопроводу 13 через открытую задвижку 15 в природный водоем 4.
Задвижка 15 остается открытой до тех пор, пока показания датчика 17 уровня воды не достигнут величины верхнего допустимого значения уровня воды, установленного в задатчике 19 верхнего и нижнего уровня воды в резервуаре. При этом на первом выходе блока сравнения 18 формируется управляющий сигнал, по которому задвижка закрывается, и вода, протекающая по возвратному трубопроводу 13, поступает в отвод 16 для слива воды в резервуар.
Если же уровень воды в резервуаре по показаниям датчика 17 достигает нижнего допустимого значения, установленного в задатчике 19, то на втором выходе блока 18 сравнения формируется управляющий сигнал, обеспечивающий переключение вакуумной установки 7 в режим требуемого разряжения, при котором вода из природного источника 4 начинает пополнять резервуар 2.
Одновременно управляющий сигнал со второго выхода блока 18 сравнения поступает в блок 20 аварийной сигнализации, вырабатывающий звуковой сигнал (звонок, сирена), по которому дежурный оператор насосной станции принимает срочные меры, исключающие прекращение подачи воды в напорный трубопровод 9.
Если в течение заданного периода наблюдения, составляющего 1-3 часа, значение расхода воды, измеряемое расходомером 11 и поступающее в контроллер 21, ни разу не превысило априорно заданного минимального расхода воды, например, 4-5 м 3/час, контроллер вырабатывает управляющий сигнал, по которому посредством переключателя 22 размыкается цепь питания первого погружного насоса 7 и включается цепь питания второго погружного насоса 8. При этом обеспечивается снижение расхода электроэнергии и предотвращается сброс воды в водоем.
После включения второго погружного насоса 8 контроллер 21 в течение заданного периода наблюдения сравнивает текущее значение расхода воды с максимальным значением расхода (обеспечиваемым первым насосом 7), и в случае превышения его хотя бы один раз за период наблюдения снимает с выхода управляющий сигнал, в результате чего питание второго погружного насоса отключается и включается питание первого, мощного, погружного насоса 7.
Таким образом, введение контролера, обеспечивающего постоянное наблюдение за расходом воды в системе водоснабжения и обеспечивающего в зависимости от ситуации включение погружного насоса большей или меньшей производительности, позволяет оптимизировать энергозатраты и предотвратить неоправданные потери воды, сливаемой в водоем.
Использование в системе средств контроля за уровнем воды в резервуаре позволяет своевременно пополнять его водой во избежание сбоев водоснабжения, а наличие возвратного трубопровода с регулируемым клапаном и управляемой задвижкой позволяет избежать разрыва напорного трубопровода в аварийных ситуациях.
Промышленная применимость полезной модели определяется возможностью изготовления предлагаемой системы согласно приведенному описанию и чертежу из известных материалов и комплектующих изделий и возможностью использования в качестве системы водоснабжения комплекса административно-производственных зданий.
Система водоснабжения, содержащая насосную станцию с резервуаром, заполняемым водой из природного источника воды по самотечно-сифонному трубопроводу с вакуумной установкой, блок аварийной сигнализации, два погружных насоса, установленных в резервуаре и соединенных с напорным трубопроводом, на выходе которого из насосной станции установлен расходомер, датчик уровня воды, соединенный с первым входом блока сравнения, ко второму и третьему входам которого подключены соответствующие выходы задатчика верхнего и нижнего уровней воды в резервуаре, причем к напорному трубопроводу подключены подающие трубопроводы водопроводных сетей обслуживаемых зданий и трубопровод возвратной воды, оснащенный предохранительным клапаном и управляемой задвижкой, между которыми подключен отвод для слива воды в резервуар, первый выход блока сравнения соединен с управляющим входом управляемой задвижки, второй выход - с входом блока аварийной сигнализации и управляющим входом вакуумной установки, а выход возвратного трубопровода подведен к природному источнику воды, отличающаяся тем, что в нее введен контроллер, вход которого соединен с выходом расходомера, а выход - с управляющим входом переключателя, первый и второй выходы которого соединены с входами питания первого и второго погружных насосов, а вход - с выходом источника питания погружных насосов, при этом производительность первого погружного насоса выбирается из условия обеспечения максимального водопотребления водопроводных сетей обслуживаемых зданий, производительность второго погружного насоса - в 4-6 раз меньше, чем производительность первого погружного насоса, а контроллер выполнен с возможностью формирования управляющего сигнала, обеспечивающего подачу напряжения питания на второй погружноной насос при условии, что за период наблюдения значение расхода воды ни разу не превысит априорно заданного минимального значения расхода водопроводных сетей обслуживаемых зданий, и управляющего сигнала, обеспечивающего подачу напряжения питания на первый погружной насос при условии, что в последующий период наблюдения значение расхода воды хотя бы один раз превысит априорно заданное максимальное значение расхода воды водопроводных сетей обслуживаемых зданий.
