НАСОСНАЯ УСТАНОВКА ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОГО И ПРОТИВОПОЖАРНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Область техники
Полезная модель относится к системам хозяйственно-питьевого водоснабжения и внутреннего пожаротушения зданий и может быть применена при модернизации действующих систем и в новом строительстве.
Уровень техники
Системы, объединяющие функции хозяйственно-питьевого водоснабжения и внутреннего пожаротушения зданий известны и широко используются в соответствии со строительными нормами и правилами (см., например, СНиП 2.04.01-85. Внутренний водопровод и канализация зданий).
Такие системы содержат насосную установку с хозяйственно-питьевым насосом и пожарным насосом. Хозяйственно-питьевой насос предназначен для повышения напора, имеющегося в городском водопроводе, до напора, требуемого для комфортного водоснабжения в диктующей точке здания, а пожарный насос - для обеспечения более высокого напора при пожаротушении. Насосы подключены выходными патрубками к объединенному трубопроводу хозяйственно-питьевого водоснабжения и внутреннего пожаротушения зданий. В зависимости от этажности здания (до 12-ти этажей включительно или более 12-ти этажей) объединенный трубопровод может быть одномагистральным или двухмагистральным (в последнем случае хозяйственно-питьевая и противопожарная магистрали объединяются кольцующими перемычками на теплых чердаках). При этом в системе предусматривается включение пожарных насосов, например, от датчиков пожарной сигнализации или от кнопок, установленных вблизи пожарных кранов на этажах.
Однако системы, выполненные в соответствии с указанными СНиП и широко используемые в настоящее время, недостаточно надежны из-за того, что пожарный насос большую часть времени выведен из работы (т.е. находится в режиме «холодного резерва») и должен запускаться из нерабочего состояния (в некоторых случаях с предварительным открытием задвижки) при возникновении пожара. Организационные меры (в том числе периодическое опробование пожарных насосов) усложняют эксплуатацию, но не устраняют кардинально этот недостаток и зачастую не выполняются обслуживающим персоналом.
Известно техническое решение, направленное на устранение вышеуказанного недостатка действующих систем водоснабжения зданий, которое выбрано в качестве прототипа [патент RU2106165]. Прототип представляет собой систему хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения, выполненную с использованием ранее установленных (согласно указанным выше СНиП) хозяйственно-питьевых и пожарных насосов, которые предлагается снабдить регулируемыми приводами, управляемыми датчиками обратной связи, контролирующими давление (напор) в трубопроводе, и использовать совместно как для хозяйственно-питьевого, так и для пожарного водоснабжения.
В системе-прототипе насосы, обеспечивающие подачу воды на пожаротушение, постоянно находятся в совместной работе с хозяйственно-питьевыми насосами и, следовательно, нет необходимости запускать их при возникновении пожара.
Однако, прототип обладает недостатками, состоящими в том, что:
- оснащение как пожарных, так и хозяйственно-питьевых насосов регулируемым приводом требует значительных капитальных затрат;
- для выполнения норматива СНиП 2.04.02-84, требующего, чтобы в процессе пожаротушения обеспечивался напор на крыше здания не менее 10 м.в.ст., в трубопроводе водоснабжения должно постоянно поддерживаться избыточное давление;
- большую часть времени все насосы (и в особенности более мощный пожарный насос) работают в режиме пониженного расхода (относительно номинального значения) и, следовательно, с низким КПД.
Указанные недостатки, устранение которых является задачей полезной модели, приводят к повышенным капитальным затратам, снижению надежности водоснабжения из-за избыточного давления, поддерживаемого в трубопроводе, и к непроизводительным потерям электроэнергии на привод насосов.
Сущность полезной модели
Технический результат полезной модели - повышение надежности системы, экономия капитальных и эксплуатационных расходов без потери комфортности водоснабжения и с обеспечением нормативных напоров во всех режимах эксплуатации.
Предметом полезной модели является насосная установка хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения, содержащая, по меньшей мере, один насос с регулируемым электроприводом, подключенный выходом к трубопроводу водоснабжения, в котором установлен датчик напора, и блок управления, первый вход которого подключен к датчику напора, а второй предназначен для подключения к источникам команды на перевод установки в режим пожаротушения, при этом блок управления подключен выходом к регулируемому электроприводу и выполнен с возможностью регулирования частоты вращения насоса на поддержание напора и с возможностью увеличения поддерживаемого напора при переводе установки в режим пожаротушения.
Развитие полезной модели предусматривает использование дополнительного насоса, нерегулируемый электропривод которого подключен к дополнительному выходу блока управления, при этом блок управления выполнен с возможностью включения дополнительного насоса, если напор, измеряемый датчиком, не достигает заданного напора. Это позволяет обеспечить заданный напор при повышенном расходе воды.
Краткое описание фигур
На фиг.1 приведена блок-схема, иллюстрирующая пример осуществления предлагаемой полезной модели с учетом ее развития.
1
2
Блок-схема установки содержит насос 1 с регулируемым электроприводом, состоящим из электродвигателя 2 переменного тока и преобразователя 3 частоты. Насос 1 подключен выходом к трубопроводу 4 водоснабжения, в котором установлен датчик 5 напора. В установке имеется блок 6 управления, к первому входу 7 которого подключен датчик 5. Второй вход 8 блока 6 предназначен для подключения к внешним источникам команды на перевод установки в режим пожаротушения, например, датчику пожарной сигнализации, кнопкам пожаротушения, размещаемым вблизи пожарных кранов (ПК). Блок 6 подключен выходом 9 к преобразователю 3 и выполнен с возможностью регулирования частоты вращения насоса 1 на поддержание в трубопроводе 4 напора H, заданного по входу 10 блока 6, и с возможностью увеличения напора до значения Н, заданного по входу 11 при переводе установки в режим пожаротушения по команде, поступившей на вход 8 блока 6.
На фиг.1 также показан дополнительный насос 12, нерегулируемый электропривод 13 которого подключен к дополнительному выходу 14 блока 6. Насос 12, как и насос 1 подключен выходом (через обратный клапан) к трубопроводу 4. Кроме того, на фиг.1 показаны тупиковые стояки 15 с водоразборными приборами и пожарными кранами на этажах здания, снабжаемые водой по трубопроводу 4. На фиг.1 показана одномагистральная схема водоснабжения здания, применяемая для зданий до 12 этажей, но предлагаемое решение может эффективно применяться и в случае более высоких зданий с двухмагистральной схемой хозяйственно-питьевого и пожарного водоснабжения.
Устройство работает следующим образом.
1
Вода из городского водопровода поступает по подающему трубопроводу 16 на всасывающие патрубки насосов 1 и 12. В отсутствие команды на пожаротушение блок 6, воздействуя по выходу 9 на преобразователь 3, регулирует частоту вращения насоса 1 для поддержания измеряемого датчиком 5 напора в трубопроводе 4, на уровне, требуемом СНиП 2.04.01-85, при изменении давления в городском водопроводе и при всех возможных колебаниях водоразбора на хозяйственно-питьевые нужды. При этом требуемая величина напора (например, в случае 12-ти этажного здания она составляет 46 м.в.ст.) задается в виде уставки H по входу 10 блока 6, который, управляя преобразователем 3, соответственно регулирует частоту вращения электродвигателя 2 и насоса 1.
2
2
2
После поступления на вход 8 блока 6 команды на перевод системы в режим пожаротушения блок 6 переходит к регулированию частоты вращения двигателя 2 на поддержание напора, измеряемого датчиком 5, на уровне, задаваемом по входу 11 блока 6 уставкой H. Значение уставки Н выбирается так, чтобы обеспечить напор не менее 10 м.в. ст. на крыше здания, требуемый СНиП 2.04.02-84 (например, в случае 12 этажного здания уставка Н составляет 56-60 м.в.ст.).
Произведенные расчеты показали, что хозяйственно-питьевые насосные агрегаты, установленные в большинстве действующих в настоящее время систем водоснабжения, способны без замены и без превышения номинальных параметров насосов обеспечить поддержание требуемых напоров в обоих режимах, если регулирование выходной частоты преобразователя 3 осуществлять в пределах от нуля до 60 Гц. При этом некоторое снижение надежности из-за кратковременного (только в режиме пожаротушения) питания электродвигателя напряжением с частотой 60 Гц (вместо номинальных для электродвигателя 50 Гц) с избытком компенсируется повышением надежности за счет использования для пожаротушения непрерывно функционирующего и, следовательно, находящегося в постоянной готовности насосного оборудования.
2
В тех частных случаях, когда мощности основного хозяйственно-питьевого насоса недостаточно для создания заданного напора, может использоваться дополнительный насос 12 (как правило, имеющийся в действующих системах водоснабжения), без необходимости оснащать его регулируемым приводам. Блок 6 включает насос 12 по выходу 4, если напор, измеряемый датчиком 5, не достигает уставки Н в течение некоторого времени.
Сравнение описанного решения с прототипом показывает следующее.
В прототипе общая функция хозяйственно-питьевого и пожарного водоснабжения возлагается на пожарный и хозяйственно-питьевой насосы совместно, каждый из которых должен быть снабжен регулируемым электроприводом, автоматически поддерживающим фиксированный напор на входе в объединенный трубопровод хозяйственно-питьевого и пожарного водоснабжения независимо от величины водоразбора (в том числе независимо от отбора воды для пожаротушения). Поскольку фиксированный напор должен быть достаточным для пожаротушения, в трубопроводе 4 постоянно поддерживается давление, избыточное для хозяйственно-питьевого водоснабжения и ухудшающее его надежность и комфортность.
Номинальный расход установленного в действующей системе пожарного насоса и мощность его электродвигателя, как правило, превышают соответствующие параметры установленного в той же системе хозяйственно-питьевого насоса и также являются избыточными для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Тем более избыточным для этой функции является совместное использование пожарного и хозяйственно-питьевого насосов, оснащение которых регулируемыми приводами увеличивает капитальные затраты.
Предлагаемое решение позволяет использовать один насос в качестве хозяйственно-питьевого и пожарного, снабдив его регулируемым электроприводом, причем при модернизации действующих систем по предлагаемому техническому решению появляется возможность использовать в качестве такого насоса, совмещающего две функции, имеющийся в действующей системе хозяйственно-питьевой (а не пожарный) насос. При этом в отличие от прототипа насос эксплуатируется в проектном режиме по расходу и мощности, что обеспечивает предлагаемой установке более высокий среднесуточный КПД и соответствующую экономию электроэнергии.
Изложенное подтверждает получение технического результата в виде повышения надежности, экономии капитальных и эксплуатационных расходов без потери комфортности водоснабжения и возможность обеспечения действующих нормативов на давление в трубопроводе системы водоснабжения при всех режимах эксплуатации.