КНС — это комплексное сооружение для автоматического сбора и перекачки сточных вод, которое обеспечивает надежное водоотведение там, где канализация самотеком невозможна. Аббревиатура КНС расшифровывается как канализационная насосная станция и прямо указывает на назначение сооружения — перекачку сточных вод в составе инженерных систем канализации.
Как устроена КНС, какое назначение имеет это оборудование, его принцип работы и какие особенности конструкции учитываются при выборе модели — в этой статье.
Применение КНС
- Канализационные насосные станции применяются в системах бытовой, ливневых и промышленных канализаций при строительстве новых объектов и реконструкции существующих сетей, когда очистные сооружения (ОС) или коллекторы располагаются выше уровня выпуска стоков.
- КНС могут устанавливаться в жилом секторе, на коммерческих объектах, промышленных предприятиях и в системах ЖКХ, обеспечивая эффективный отвод сточных вод и выполнение санитарных требований при любой конфигурации рельефа местности.
При проектировании и выборе конкретной модели учитывают тип канализации, назначение объекта, расчетные объемы сточных вод, напор, высоту подъема, параметры грунта и требования по надежности и автоматизации.
Функции станции
- Сбор и накопление сточных вод в приемной емкости, когда их нельзя отвести самотеком по рельефу местности.
- Перекачка сточных вод в напорный трубопровод или более высокий коллектор для последующей подачи на очистные сооружения.
- Выравнивание нагрузки на сооружения очистки сточных вод за счет работы как буферного резервуара в периоды пиковых притоков (ливни, массовые сбросы). Накопительный бак КНС выступает в роли коллектора большого объема.
- Защита оборудования системы канализации: задержание крупного мусора решетками, предотвращение обратного течения стоков и переполнения за счет автоматического управления по уровню.
Преимущества установки КНС
Наиболее ярко преимущество оборудования проявляется в ливневых системах. В случае выпадения большого объема осадков КНС выравнивает поток, предотвращая перегрузку очистных сооружений, сохраняя эффективность их работы.
Еще одно преимущество установки такого оборудования — независимость работы канализационной системы от рельефа местности. Сточные воды перекачиваются принудительным способом, с помощью насосов. Поэтому сооружения очистки сточных вод могут устанавливаться на одном уровне с оборудованием для сбора стоков и даже располагаться выше их.
В системе может быть установлено несколько таких сооружений. Наиболее крупная — это главная канализационная станция, которая предназначена для сбора стоков от менее крупных узловых или районных насосных станций, собирающих стоки непосредственно от промышленного, коммунального или бытового объекта.
Ключевая особенность главной КНС — объем стоков, который она может пропускать в единицу времени, исчисляется тысячами куб. метрами в час. Справиться с таким объемом могут только высокопроизводительные насосы большой мощности. Нередко на ГНС в качестве приводов насосов используются высоковольтные электродвигатели с рабочим напряжением свыше 6000 В. Это позволяет увеличивать производительность очистки водных масс за счет параллельной работы нескольких ОС. Такая распределенная схема помогает распределять нагрузку и перенаправлять ее для обеспечения большей надежности системы.
Устройство КНС: из чего состоит станция
- Типовая КНС для канализации представляет собой вертикальный резервуар-накопитель (стальной, полиэтиленовый или из стеклопластика) с горловиной и герметичной крышкой. В нем размещаются погружные насосы, приемные коллекторы, напорные трубопроводы с обратными клапанами и запорной арматурой.
- В накопительный бак сточные воды поступают самотеком через входную трубу, защищенную решеткой от крупного мусора и твердых частиц, а отвод в напорную линию осуществляется насосами по внутреннему трубопроводу с запорными устройствами.
- Для эксплуатации и обслуживания в корпусе предусматривают лестницу, рабочую площадку, вентиляционный стояк, шкаф управления, а также датчики уровня (поплавковые выключатели) и элементы автоматического управления.
Основные элементы станции
- Накопительный резервуар (накопительный бак, емкость).
- Один или несколько погружных фекальных насосов требуемой мощности.
- Напорные и приемные трубопроводы, задвижки, обратные клапаны, стояк и арматура.
- Система автоматического управления и защиты с датчиком уровня, поплавками, шкафом управления и, при необходимости, модулем удаленного контроля (GSM‑модем).
Особенности конструкции и монтажа — на примере станции производства завода Взлет
Устройство и принцип работы канализационной фекальной насосной системы (КНС) удобно продемонстрировать на примере распространенной типовой схемы с двумя погружными насосами, разработанной заводом «Взлет».
Основные элементы сооружения:
Накопительная емкость (1). Это полый цилиндр из листовой стали (трубы), стеклопластика или полиэтилена. Диаметр может достигать 4 метра. Требуемый объем устанавливается расчетным путем с учетом пиковой нагрузки.
Установка накопителя выполняется в грунт. Для этого готовится колодец, на дно которого укладывается бетонная плита — фундамент сооружения. На ней устанавливается накопитель и закрепляется анкерными болтами. Устойчивость обеспечивается за счет собственной массы конструкции и собранных в емкости сточных вод. Установка в грунт позволяет обеспечить незамерзание сточных масс в холодное время года.
Стоит отметить, что это сооружение рассчитано на срок службы до 50 лет и более. Поэтому при использовании стали для изготовления корпуса она покрывается защитным антикоррозийным покрытием, до пяти слоев. Дно цистерны выполняется из более толстой стали толщиной 20 мм и более. Стенки могут быть тоньше — 10-16 мм, так как несут меньшую нагрузку.
Сточные воды поступают в корпус через входную трубу самотеком. Стальная решетка-сетка (6) устанавливается для отфильтровывания крупного мусора, который мог бы повредить насосные агрегаты. Для обслуживания и опорожнения этого элемента рабочий может поднять сетку с помощью цепи.
Насосные агрегаты (2) в этой модели КНС — погружного типа. Для их подключения предусмотрен электрощит (3). Для удобства обслуживания можно дополнительно установить клеммный блок (19). Это заметно упрощает подключение и отключение насосов при необходимости. Кроме того, клеммный ящик позволяет повысить электрическую безопасность конструкции. Провода к нему можно провести под землей.
С помощью внутреннего трубопровода (4) выходные патрубки насосов соединены с исходящей трубой корпуса станции. Обратный ток жидкости предотвращает установленный на нем предохранительный клапан (9). Для полного перекрытия трубопровода используются затворы (10, 11).
Доступ обслуживающего персонала к ним возможен с предусмотренной в корпусе станции рабочей площадки (14). Спуститься на нее можно через верхний люк по металлической лестнице (13). Рабочая площадка находится выше штатного уровня сточных вод. Для предотвращения скапливания в емкости токсичных газов и обеспечения естественной циркуляции воздуха имеется вентиляционный стояк (17).
Насосы спускаются и поднимаются для обслуживания по направляющим (5). Для этого также используются цепи. Они изготовлены из нержавеющей стали. Это позволяет обеспечить долгий срок службы цепей в агрессивной и влажной среде. Для тяжелых промышленных агрегатов может дополнительно использовать таль с балкой (15).
Для защиты КНС от осадков может быть предусмотрен павильон или здание. При эксплуатации комплекса на промышленных очистных сооружениях для повышения надежности может быть установлен щит автоматического переключения на резервный источник электроснабжения (20).
Принцип работы КНС
Как ясно из названия, главным рабочим элементом сооружения являются насосы. Погружные агрегаты охлаждаются за счет жидкости, которую перекачивают через свой корпус. В конструкции сооружения устанавливается группа насосов, чтобы:
- Иметь резервный агрегат на случай выхода из строя одного из них. Сооружение продолжает работать, хотя и с меньшей производительностью.
- Иметь запас производительности на случай повышенной пиковой нагрузки. Как будет показано далее, алгоритм работы комплекса предусматривает одновременное включение агрегатов.
Алгоритм действия сооружения с двумя насосами использует четыре выключателя, снабженных поплавками. Разберем их назначение, начиная с самого нижнего:
- Поплавок нижнего уровня полностью отключает питание от двигателей обоих агрегатов при снижении уровня сточных вод в накопительной емкости. Это позволяет избежать эксплуатации моторов вхолостую и предотвращает перегрев обмотки электродвигателей.
- При подъеме уровня жидкости до второго поплавка автоматически включается один из агрегатов. Для большей долговечности сооружения в нем может быть предусмотрен блок автоматики, следящий за равномерным распределением ресурса работы между насосами. Так, при первом срабатывании контроллер включит первый агрегат. При втором подъеме воды – второй, и так далее.
- В моменты пиковой нагрузки, например, во время ливня или большого сброса жидких отходов из промышленного оборудования уровень стоков в коллекторе растет быстрее, чем происходит их откачка. В этом случае срабатывает третий поплавковый выключатель. Он подключает к сети второй агрегат, и оба насоса работают синхронно.
- Четвертый поплавок выполняет функцию аварийной сигнализации, посылая сигнал диспетчеру о переполнении емкости и необходимости принять меры к устранению аварии.
Использование поплавковых выключателей позволяет обеспечить высокую надежность и автономность работы сооружения. Эта схема эффективна для большинства канализационных и ливневых канализаций. Она позволяет экономить электроэнергию и бережно расходовать ресурс установленных в сооружении агрегатов.
В некоторых проектах требуется использование более сложной автоматики. В том числе с возможностью подключения к компьютерным программам для диспетчеризации оборудования. Это позволяет равномерно распределять нагрузку между несколькими перекачивающими канализационными насосными станциями, каскадами очистных сооружений. И обеспечивать оперативный контроль за состоянием агрегатов и уровнем жидкости в емкостях.
Стоит отметить, что описание схемы работы КНС, приведенное выше, является типовым. Некоторые моменты в нем могут отличаться — в зависимости от особенностей конструкции и назначения станции. Так, количество насосов может варьироваться, лестница с площадкой могут быть выполнены в стационарном или разборном исполнении.
Канализационная насосная станция — устройство
В зависимости от назначения КНС она может иметь особенности конструкции и оснащаться дополнительным оборудованием. Для перекачки производственных стоков можно предусмотреть установку взмучивания осадка, которая работает с помощью погружных мешалок, например «Иртыш ПМ». Это позволяет снизить вероятность накопления плотных масс на дне корпуса и уменьшить стоимость его обслуживания.
Для уменьшения количества твердых частиц могут устанавливаться дробилки, дополнительные механические решетки и другие приспособления. А также насосы во взрывозащищенном исполнении для перекачки стоков, содержащих легковоспламеняющиеся примеси.
В списке опционально устанавливаемого оборудования находится GSM-модем. Он организует связь для удаленного контроля состояния оборудования, установленного на большом расстоянии от диспетчерской.
Виды корпуса
В качестве материала изготовления корпуса применяются сталь, полиэтилен и стеклопластик.
Сталь
Несмотря на постоянное появление новых материалов, сталь довольно часто используется. Из нее могут изготавливаться прочные насосные станции для перекачки сточных вод и промышленных стоков.
К преимуществам стального корпуса относят высокую прочность. Сталь устойчива к механическим напряжениям и внутреннему давлению, создаваемому накопившимися в емкости стоками. Верхняя крышка выполняется герметичной. Она оснащается резиновым уплотнителем.
Полиэтилен
Невосприимчивый к влаге и сравнительно недорогой материал. Технология изготовления бака предполагает сварку экструдером полых полиэтиленовых профилей с прямоугольным сечением на круглом барабане. Это позволяет сделать бак прочным благодаря большому числу ребер жесткости.
Практическая эксплуатация выполненных по этой технологии полиэтиленовых накопителей показывает их способность эффективно противостоять нагрузке, возникающей со стороны грунта и грунтовых вод.
Полиэтилен используется при изготовлении баков диаметром от 0,6 до 2,2 метров. Поэтому часто применяется в бюджетных КНС с малой расчетной нагрузкой.
Стеклопластик
Этот современный материал позволяет выполнить бак прочным, как стальной, и невосприимчивым к влаге, как полиэтиленовый. Высокое качество изготовления и соответствие заявленным геометрическим размерам обеспечиваются максимальной автоматизацией процесса производства.
На современном оборудовании, установленном на заводе «Взлет», такие емкости выполняются путем спиральной намотки стекловолокна на цилиндрическую оправку. Дополнительную прочность придают использованные в процессе производства полиэфирные смолы. Участие оператора ограничивается указанием исходных данных: диаметр, угол намотки, длина изделия. Далее процессом управляет автоматика, что исключает влияние человеческого фактора на качество.
Для лучшего противостояния возникающим при помещении в грунт нагрузкам толщина стенок уменьшается от верхней крышки ко дну. Так, в верхней части она составляет около 10 мм, а в нижней – до 25 мм. Одновременно такой способ намотки позволяет уменьшить расход материала и снизить стоимость изделия.
При изготовлении стеклопластиковых баков большой длины создают ребра жесткости. Они реализуются за счет утолщения стенки на определенных участках до 100 мм. Главное преимущество стекловолокна перед пластиком — низкий вес, что важно при монтаже сооружения. И высокая устойчивость материала к агрессивным средам.
Автор статьи: Александр Шихов
Видео — работа КНС