Насосные станции для мелиорации

Мелиоративные насосные станции созданы специально для машинного полива полей, различных гидромелиоративных мероприятий и гидромеханизации. Такие комплексы получили повсеместное распространение в сельскохозяйственной отрасли.

Состав мелиоративных насосных станций

Мелиоративная насосная станция состоит из следующих блоков:

1. Модуль приема воды;
2. Всасывающие трубы насосных механизмов;
3. Насосный агрегат;
4. Электродвигатель;
5. Напорный трубопровод, выполняющий функцию передачи жидкости от насосного агрегата в модуль выпуска воды.

Указанные блоки обеспечивают функционирование всей станции. Все оборудование монтируется в помещении станции. Работа оборудования сопровождается функционированием дополнительных систем. К ним относятся распределительные модули и пусковые блоки, комплекс автоматизации и понижающая электроподстанция. Кроме того, помещение насосной станции должно быть оборудовано гидроподъемниками, вспомогательными системами, блоками контроля и индикации. В помещении должна находиться в исправном состоянии система отопления и поддержания микроклимата, а также все пневматические устройства.

Последовательность подключения оборудования мелиоративных насосных станций

Оборудование и отдельные элементы системы подъема воды для орошения монтируются в следующей последовательности:

1. Устройство забора воды, предназначенное для первичной закачки жидкости из источника.
2. Открытый канал либо водопровод, необходимый для подачи жидкости от водозаборника до насосного комплекса.
3. Аванкамеры. Используются при варианте подвода воды к станции по открытому каналу и выполняются в виде расширения основного канала.
4. Помещение насосного комплекса.
5. Напорный трубопровод.
6. Напорный бассейн.

В случае подачи воды из открытого источника, например, водохранилища, помещение насосной станции может быть возведено как перед, так и после плотины. Кроме того, возможна постройка здания в нижнем бьефе.

Типы насосных станций и особенности конструкции

Размер орошаемых угодий и объем полива имеют решающее значение при проектировании мелиоративной насосной станции. Кроме того, на мощность и производительность системы влияют высота поднятия воды и тип орошаемых насаждений.
По объему подачи воды мелиоративные насосные станции разделяются на три типа. Насосная станция большого объема перекачивает до 600 кубических метров в секунду, средняя подача выдает до 10 кубометров в секунду, а малая подача не более 1 кубометра.

Все гидрооборудование и силовые установки монтируются в помещениях насосных станций. Здания проектируются исходя из рельефа местности и особенностей климата. Кроме основных, резервных и вспомогательных агрегатов, в здании размещаются трубопроводы и сопутствующие коммуникации.

Основное влияние на конструкцию здания мелиоративной насосной станции оказывает методика коммутации машинного зала с приемником воды. Как правило, вариантов размещения водозаборника и насосного комплекса всего два: раздельное и совместное. Дополнительно, на конструкцию здания влияют конструктивные особенности насосных агрегатов, график работы источника воды, характеристика почвы и глубина протекания грунтовых вод. Тип здания зависит и от используемых стройматериалов.

Основные варианты используемых насосных комплексов следующие:

1. Станция блочного типа;
2. Станция камерного типа;
3. Незаглубленная насосная станция.

В качестве комплексов для орошения обширное распространение приобрели плавучие насосные станции. При таком варианте насосное оборудование располагается в трюме комплекса. Кроме того, там же монтируется силовая установка и трубопроводы.
Еще один вариант мелиоративных насосных станций – подвижные установки. В таком случае все оборудование монтируется на тракторе либо имеет самоходную основу.

Применение мелиоративных насосных станций

В сельском хозяйстве оросительные комплексы широко применяются для пополнения хранилищ воды и ее подъема на требуемую величину, достаточную для мелиорации полей. Кроме того, подобные комплексы дают возможность осушать и перекачивать грунтовые воды, а также понижать их уровень.

Автоматизация мелиоративных насосных станций позволила значительно повысить их эффективность и экономическую целесообразность. При использовании средств автоматического контроля и регулирования насосы работают более эффективно, при этом надежность работы всего комплекса в целом повышается, а число внештатных ситуаций минимизируется. При этом срок от одного до трех лет достаточен для полной окупаемости вложенных средств.

Энергоснабжение мелиоративных насосных станций

Как правило, объем воды в комплексах орошения достаточно велик и нередко достигает сотен тысяч кубометров в секунду. Величина потребления при этом достигает тысячи киловатт. Поэтому энергоснабжение подобных станций обеспечивается асинхронными двигателями, выдающими до 300 киловатт мощности, и работающими от трехфазной сети.

При большей мощности потребления применяются синхронные электрические двигатели. При этом установленная автоматика позволяет по заложенной программе запускать и останавливать силовой агрегат. Кроме того, автоматика управляет заливкой насосов, регулировкой задвижек, защитой системы от гидравлических ударов, а также уведомляет о внештатных ситуациях. Установка автоматики дает возможность контролировать потребление, напор и уровень жидкости в системе.

Автоматизация мелиоративных насосных станций

Для исключения пуска насосного оборудования без воды, насосные комплексы оснащаются баками-накопителями и вакуум-насосами, которые заполняются жидкостью до пуска агрегатов. Возможен и второй вариант. В этом случае насосное оборудование устанавливается ниже уреза воды, причем всасывающая труба располагается выше агрегата.
Запуск насоса происходит при закрытой задвижке. При этом сопротивление жидкости незначительно. Когда механизм выходит в рабочий диапазон, задвижка открывается и обеспечивает необходимый уровень подачи воды. Отключение насоса влечет за собой закрытие задвижки.

В качестве примера стоит рассмотреть вариант насосного комплекса, регулировка которого осуществляется в зависимости от уровня воды в приемнике, а запуск агрегата происходит после его заполнения водой. Работа подобного комплекса может осуществляться в ручном варианте при помощи управляющих кнопок. В автоматическом варианте активация системы происходит при понижении уровня жидкости приемнике до минимального уровня. Электромагнитный клапан заливной линии срабатывает, и агрегат заполняется водой. После этого запускается электродвигатель, создающий давление в напорном патрубке. Благодаря созданному давлению открываются задвижки напорного трубопровода, приводимые в движение другим электродвигателем. Как только задвижки открыты, двигатель останавливается.

Основной агрегат продолжает работать и прогонять жидкость по системе. Если уровень воды в приемнике достиг верхнего предела, насос отключается, и давление в напорном трубопроводе уменьшается до уровня давления столба воды. Запускается второй двигатель и закрывает задвижку напорного трубопровода. Как только задвижка вернулась в исходное состояние, переключатели занимают первоначальное положение. Система готова к запуску при следующем снижении уровня жидкости.

Мелиоративная насосная станция

Мелиоративные насосные станции могут иметь различные подачи и мощность в зависимости от размеров мелиорируемой площади, состава сельскохозяйственных культур и высоты подъема воды. Различают следующие виды мелиоративных насосных станций: большой подачи — от 10 до 600 м3 / с; средней подачи — от 1 до 10 м3 / с и малой подачи — не более 1 м3 / с. [1]

Мелиоративные насосные станции подразделяются на станции орошения и осушительных систем. Насосные станции орошения в свою очередь делятся на головные, промежуточные перекачивающие и дождевальные. [2]

В мелиоративных насосных станциях применяют в основном открытые и защищенные электродвигатели. Важное значение при выборе типа и мощности двигателя имеют развиваемые ими моменты в отдельные этапы работы: при пуске, нормальной работе и остановке, а также и в моменты возможных перегрузок. При этом совершенно очевидно, что моменты двигателя при пуске, нормальной работе и перегрузках всегда должны быть больше соответственных моментов рабочей машины-насоса, в противном случае агрегат или не будет пущен, или не сможет работать. Моменты двигателей принято называть вращающими, а моменты рабочей машины — моментами сопротивлений. [3]

В мелиоративных насосных станциях в настоящее время применяют в основном водокольцевые вакуум-насосы. Они изготовляются двух типов ( см. ГОСТ 10889 — 64, переиздание 1970 г.) — простого действия ВВН и двойного действия ДВВН. При вакууме 60 — 70 % подача первых вакуум-насосов ( семь типоразмеров) от 0 75 до 50 м3 / мин, а вторых ( два типоразмера) — 100 и 150 м3 / мин. Выпускают вакуум-насосы и прежних марок РМК ( четыре типоразмера) производительностью от 0 15 до 5 м3 / мин. Обычно устанавливают не менее двух вакуум-насосов — рабочий и резервный. [5]

В мелиоративных насосных станциях переключений ( перемычек) по трассе напорных трубопроводов не устраивают, необходимость их установки подлежит обоснованию; такие переключения надо предусматривать только на насосных станциях для водоснабжения. [6]

В мелиоративных насосных станциях большой мощности ( при мощности электродвигателя более 200 — 300 кВт) в настоящее время применяют, как правило, синхронные электродвигатели с асинхронным запуском. [7]

Вторая особенность мелиоративных насосных станций заключается в том, что для них допускается временное уменьшение подачи воды, а в аварийных условиях — и полная остановка на короткое время. Это позволяет отказаться от установки резервных агрегатов или уменьшить их число, а также значительно упрощает внутристанционные коммуникации. [9]

Мелиоративные системы и мелиоративные насосные станции работают в большинстве случаев сезонно, поэтому ежегодные эксплуатационные расходы и количество поднимаемой воды определяют для них за год. [10]

В практике проектирования мелиоративных насосных станций придерживаются примерно следующих условий при выборе типа двигателя для главных насосов. Но могут быть и отклонения от указанных условий. [11]

Небольшая длина напорных трубопроводов мелиоративных насосных станций обусловливает небольшие объемы вытекающей из трубопровода воды при остановках насоса. Громоздкие, с высокой стоимостью обратные клапаны, вызывающие большие гидравлические сопротивления, в крупных и средних насосных станциях применять не следует, если это не вызвано особыми условиями. Конструкция обычных быстро закрывающихся обратных клапанов неудовлетворительна, и быстрое их закрытие при внезапной остановке насоса вызывает гидравлический удар. Трубопровод от насосз следует изолировзть особым, постепенно зэкрывающимся затвором ( дроссель, коническая задвижка, обратный клапзн с медленной посадкой или противовесом и пр. Иногда по условиям гидравлического удара и переходных процессов в насосах при значительной длине и скорости течения воды в трубопроводе, сложном профиле трассы его и др. на насосных станциях устраивают обратные клапаны не только у насосов, но и по трассе трубопровода, устанзвли-вая около них и предохранительные клапаны. [12]

Тип и конструкция здания стационарной мелиоративной насосной станции в основном зависят от способа соединения здания насосной станции с водозаборным сооружением ( два раздельных сооружения или одно — совмещенное), типа и конструкции насоса, режима водоисточника, характера грунтов и условий залегания грунтовой воды в месте расположения насосной станции и вида строительных материалов для здания станции. [13]

Предварительно напряженные железобетонные трубы для условий мелиоративных насосных станций практически могут охватить все необходимые напоры. [15]

В мелиоративном хозяйстве насосные станции при орошении служат для заполнения водохранилищ, подъема воды на командные отметки орошаемых полей, отвода сбросных оросительных и перекачки грунтовых вод, а при осушении — для перекачки сточных вод из каналов и коллекторов, а также для понижения уровня грунтовых вод.

Широкий опыт автоматизации насосных станций в мелиорации показал высокую ее эффективность. Она обеспечивает оптимальный режим работы электронасосов, учет количества подаваемой воды, сокращает число аварий и повышает надежность работы. Срок окупаемости средств на автоматизацию не превышает 1.3 лет.

Насосные станции в мелиорации характеризуются высокой подачей (до сотен тысяч кубометров в секунду) и большой мощностью (до тысяч киловатт). Для них обычно используют асинхронные короткозамкнутые электродвигатели мощностью до 300 кВт, рассчитанные на напряжение 380 В и 6,3 кВ (при мощности свыше 100 кВт). Если потребная мощность превышает 300 кВт, то рекомендуется применять синхронные двигатели напряжением 6,3 или 10 кВ.

Схемы автоматизации насосных станций обеспечивают пуск и остановку электродвигателей, заливку насосов, управление запорными задвижками, предохранение напорных трубопроводов от гидравлических ударов, защиту оборудования при авариях, сигнализацию о нормальных и ненормальных режимах работы оборудования, контроль и измерение расхода, напора, горизонтов воды и т.п.

Насосные станции в мелиорации снабжают специальными баками-аккумуляторами и вакуум-насосами для предварительной заливки основного насоса водой. При их отсутствии насосы ставят в заглубленных камерах ниже уровня водохранилища, а колено всасывающей трубы располагают выше уровня установки насоса.

Для облегчения пуска электродвигателя на напорных трубопроводах ставят электрифицированные задвижки. Насос пускают при закрытой задвижке, тогда момент сопротивления воды минимальный. Задвижка открывается автоматически после разгона агрегата и установления заданного давления и также автоматически закрывается при отключении электронасоса.