Хидрофорни системи

Видове, монтажни специфики и критерии за избор на бустер помпи

В цивилизования свят днес населените места са със силно развити водоснабдителни мрежи. Независимо от начина, по който те са организирани (гравитачно или с помпени станции), основната им задача е да осигурят необходимото количество вода до всяка точка на населеното място. Въпреки това, много често някои специфични като местоположение места или по-високи сгради остават без необходимия напор.

В такива случаи се налага използването на помпа или група от помпи с цел повишаване на напора. Тема на статията са конструктивните и приложни специфики на т. нар. хидрофорни системи.

Познати са под различни наименования
Тези машини са познати под различни наименования, включително хидрофорна система, устройство за повишаване на напора (УПН) или бустер. Независимо от конкретния използван термин, функцията на всяка подобна система е да осигури необходимите водни количества в една инсталация, поддържайки предварително зададено налягане.
В най-общи линии, бустерът представлява съвкупност от една или повече помпи, монтирани на обща рама, които се управляват от общ контролер. Също така те са екипирани с датчик за налягане, спирателно-възвратно клапани и разширителен съд. Типична схема на хидрофорна система би могла да се види на фиг. 1.
Използваните помпени агрегати могат да бъдат различни видове - хоризонтални (едно или многостъпални), вертикални многостъпални и др. В зависимост от вида на контролера, датчика за налягане е пресостат или сензор за налягане. В допълнение, помпа или помпи от бустер системата често се оборудват с честотен регулатор на скоростта.

Хидрофорните системи са три вида
В зависимост от приложението си, бустер системите се разделят на три вида:
бустерни системи за водоснабдителни инсталации;
бустерни системи за противопожарни инсталации;
бустерни системи за промишлено приложение.
Хидрофорните системи, предназначени за различно приложение, се отличават с някои съществени различия в конструкцията си. Причината е, че трябва да отговорят на различни нужди и изисквания.

Бустерни системи за водоснабдителни инсталации
Основна специфика на водоснабдителните инсталации са големите промени във водната консумация. Значителните изменения в потреблението на вода е характерно особено силно за по-големите инсталации. Например, нека разгледаме профила на потреблението (фиг. 2a и 2б) на един хотел. Видно е, че максимално оразмереното потребление е не повече от един, два часа в денонощието (сутрин и следобед). За останалото време е характерно средно и минимално потребление на вода. Тази непостоянност в потреблението води до необходимост използваните бустерни системи да бъдат оборудвани с повече като брой помпи. Целта е чрез каскадно включване на помпите да се осигури адекватен отговор на промените в потреблението. Също така за по-ефективна работа на бустера често се използват помпи с честотно регулиране на скоростта
Благодарение на него, помпите поддържат различен дебит, като същевременно поддържат точно зададеното налягане. Резултат от използването на честотни регулатори е постигане на по-ефективна работа и по-малък разход на електроенергия.
В някои държави съществуват изисквания всички части на бустерите за питейно-битово водоснабдяване, които са в пряк контакт с водата, да бъдат изработени от неръждаема стомана. Използваните помпи при този вид бустери най-често са вертикални многостъпални, с оглед постигане на компактност на системата. Контролер управлява работата на помпите, включително каскадно включване, включване на различна помпа при всеки старт, управление работна резервна помпи и др. Наред с това, контролерът поддържа функции, осигуряващи защита на помпените агрегати - както на помпената част (срещу суха работа), така и на ел. двигателите.

Бустерни системи за противопожарни инсталации
Добре известно е, че огънят е една от най-опасните и трудни за овладяване стихии, която води след себе си огромни материални и нематериални щети. Противопожарните инсталации са сред най-отговорните инсталации в една сграда. Като основен елемент от инсталацията, помпените групи трябва да осигурят максимална надеждност и безотказност на работа. Това е причината към противопожарните инсталации, особено към спринклерните системи, да са в сила стандарти, които са изключително строги по отношение на помпените групи.
Например, в сила е европейска норма, която е хармонизирана като българския държавен стандарт, отнасяща се до спринклерните инсталации. Сред залегналите в нея изисквания са:
Наличие на работна и резервна помпи;
Пресостатно управление, без възможност за изключване на помпите. Пресостатите пускат помпите, изключването се реализира ръчно, от таблото за управление;
Използване на пилотна помпа. Предназначена е да допълва противопожарната инсталация в случай на малък теч, както и да се включва при незначителна консумация (при малък брой отворени спринклерни глави). Управлението на пилотната помпа също е пресостатно, но с възможност и за изключване на помпите;
Всяка помпа следва да има отделно табло за управление, а също така е задължително да се осигури и независимо електрозахранване - от два източника. По тази причина се използват няколко типа системи. Сред тях са: с електрически помпи с независимо електрозахранване, комбинирани електрическа помпа и помпа с двигател с вътрешно горене, както и системи само с помпи с дизелови двигатели;
 Не е разрешено използването на каквато й да било защита на помпите. Задачата им е да осигурят необходимото водно количество за пожарогасене. Те следва да изпълнят предназначението си дори с риск от повреда на помпените агрегати. Единствената допустима защита е срещу суха работа;
 Всяка помпа следва да е оборудвана с отделен смукателен колектор. За разлика от водоснабителните бустери, при хидрофорните системи за противопожарни инсталации не се разрешава използването на общ колектор. Целта е в случай на запушване, поне една от помпите да не остане на сухо.
Други стандарти, например VDS - немските застрахователи, имат дори по-строги изисквания, регламентиращи задължителни клаузи и по отношение на конструкцията на самата помпа и нейните характеристики.

Бустерни системи за индустриално приложение
Водата е основен елемент в производствения цикъл на почти всяко едно предприятие, независимо в коя сфера на промишлеността осъществява дейността си. По-специално внимание на спецификите на хидрофорни системи за индустриално приложение ще обърнем в сп. Инженеринг ревю.

Възможности за присъединяване на смукателния колектор
Съществуват няколко основни начина на монтаж на бустерна система, независимо от конкретното й предназначение. По отношение на смукателния колектор, съществуват две възможности - директно свързване към водопровода на ВиК мрежата или към междинен резервоар.
Директното включване (фиг. 3) към водоснабдителната мрежа е често практикуван метод. Той е по-евтин и лесен за реализация, в сравнение с използването на междинен резервоар. Големият недостатък на метода е зависимостта му от колебанията в налягането на захранващата мрежа. Ако противопожарна система е свързана директно към водопровод, съществува изискване тя бъде захранена с два независими клона на мрежата.
Използването на междинен резервоар (фиг. 4) отстранява негативния ефект от непостоянството на налягането в мрежата. За сметка на това изисква по-голямо пространство, необходимо за изграждането на съоръжението. По отношение на водоснабдителните инсталации има изисквания към вместимостта на резервоара, с цел незадържане на вода и гарантиране на определено количество постъпваща свежа вода. При противопожарните инсталации изискването е за минимален обем водосъдържание. Логично, и двете изисквания са пряко свързани с големината на инсталацията след бустера.

За напорния колектор се използват три основни варианта
По отношение на напорния колектор също съществуват няколко варианта на изпълнение. Добре е да се има предвид, че те се изпълняват основно при водоснабдителни инсталации.
При първия вариант (фиг. 5) - бустерът качва вода на най-високо ниво, след което водата се доставя в сградата по гравитачен път. Това е сравнително стара схема, която почти не се прилага в днешни дни. Предимства й са: относително рядко включване на помпите и постоянна работна точка. Недостатък е фактът, че най-горните нива на сградата нямат достатъчно налягане. Конструктивен проблем е голямото тегло на най-горно ниво на инсталацията.
Характерно за втория вариант е използването на две бустерни групи - една в основата на сградата и втора на междинно ниво. Този вариант се практикува основно при много високи сгради, където монтирането на всички помпи в основата на сградата би довело до необходимост от използване на изключително скъпа арматура. Недостатък на решението е, че обикновено цял етаж се оставя за сервизни помещения.
При вариант три - фиг. 6, сградата се разделя на зони (ниска, средна, висока ) и налягането в тях се осигурява чрез отделни бустерни групи. Много често ниската зона се захранва от ВиК мрежата. Възможни са, също така, и различни комбинации на вече описаните варианти.

Базови критерии за избор на бустер
Както при всяко техническо решение, така и по отношение на една бустерна система, изборът е критично важен за нейната дълговременна и ефективна работа. Най-важните критерии, които следва да се съблюдават при избора на хидрофорна система, са:
Приложение. Основен критерий, свързан с първоначалния избор на система, в зависимост от инсталацията, за която е необходим бустер, типа на приложението и т.н.
Работна точка. Неправилно изчислената работна точка, както и неправилно подбраната система по дадена работна точка, могат да доведат както до нискоефективна работа, така и до пълен отказ на системата след кратък срок на експлоатация. Това е причината, работната точка да е сред най-важните критерии за избор на хидрофорна система.
Габаритни размери. На пръв поглед маловажен критерий, който обаче веднъж подценен, би могъл да доведе, при иначе правилен избор на система, до невъзможност да бъде използвана. Например помпеното помещение вече е изградено и бустерът не би могъл да бъде инсталиран в него.
Инвестиция - един от най-важните фактори за много от потребителите е първоначалната инвестиция. Критерият играе първостепенна роля при избора на бустерна система, но не винаги е най-добрият съветник.

Ефективността на системата
e най-важният критерий при избора на хидрофорна система. Той представлява съвкупност от много решения, включително: тип на помпата в зависимост от максималния й коефициент на полезно действие, ефективността й в работната точка, използването на честотен инвертор за регулиране на скоростта с оглед постигане на по-висок КПД при променяща се работна точка.
Ефективността на системата включва и възможността на контролера да управлява помпите, така че непрекъснато да държи системата в най-добър общ коефициент на полезно действие. Добре известно е, че колкото по-добра е ефективността на една бустерна система, толкова по-малки са разходите за използваната от нея електроенергия. Малко известен е фактът, че първоначалното капиталовложение формира само около 5% от разходите, за 10 годишен период на експлоатация на една бустерна система.
Според направени анализи - 10 - 15% са разходите за поддръжка и сервиз в рамките на този период, а останалите 80 - 85% са разходи за електроенергия. Това е и главната причина ефективността на системата да е един от най-важните критерии за избора й.