Канализационни помпи с режеща система

Част II. Характеристики на центробежна или обемна помпа с режеща система

Центробежната (ЦП) и ексцентър-шнековата помпа (ЕШП) са типични представители на двете основни групи хидравлични машини - съответно турбомашини (наричани още лопатъчни или динамични) и обемни машини. Съществена и очевидна е разликата във вида на характеристиката им дебит Q/напор H, която е основна за всяка помпа.

На фиг. 1 са показани типични характеристики на помпи с режеща система от двата разглеждани вида. Впечатление правят редица факти. Например, при обемните помпи дебитът Q не зависи съществено от напора Н. Слабото намаляване на дебита, съпроводено с увеличаване на напора, се дължи на вътрешните обемни загуби в машината (утечки през хлабините, както и между области с високо и ниско налягане). При добро конструктивно и технологично изпълнение те могат да се сведат до пренебрежимо малки стойности. Затова, на практика често се приема, че при фиксирана честота на въртене, дебитът на обемната помпа е постоянен.
От гледна точка на работния процес, при обемните помпи не съществува теоретично ограничение по отношение на максималния напор, т. е. те могат да развиват произволно голям напор. Ограничението на максималната му стойност се диктува само от мощността на задвижващия двигател и якостта на конструкцията.
При турбопомпите (в частност и центробежните) изменението на напора е съпроводено със съществено изменение на дебита, като конкретният вид на тази зависимост се определя основно от геометрията на работното колело и най-вече от формата на лопатките. Най-често Q/H характеристиката на центробежните помпи е изцяло падаща, т. е. с увеличаване на дебита напорът намалява, като съответно е максимален при нулев дебит. Съществуват и помпи, при които напорът е максимален при дебит, различен от нула, т. е. кривата има максимум. В определени случаи, при използването на помпи с подобна характеристика е възможно възникване на неустойчива работа, става дума за т. нар. помпаж. Същественото в случая е, че при турбопомпите съществува един максимално възможен напор, а следователно и максимално възможно работно налягане в системата. Стойността на напора зависи от конструкцията на машината и честотата на въртене и по никакъв начин не може да бъде превишен в процеса на работа. Максималният напор, който може да се създаде от едностъпална центробежна помпа с нормална конструкция е до около 40 m. С помпи от вихров тип се достигат напори 50 - 60 m.

Все по-широко се използват ексцентър-шнековите помпи
Към настоящия момент, в практиката най-масово се използват центробежни помпи с режеща система. През последните години обаче, все по-силен е интересът към ексцентър-шнековите помпи. Производителите им привеждат различни аргументи в тяхна полза. Обикновено, като най-важно предимство се изтъква почти постоянният дебит, независим от работните условия, т. е. от налягането в системата. Предвидимият  сравнително точно дебит на помпата, е основа за правилно и рационално хидравлично оразмеряване на системата. Съществува възможност за минимизиране на диаметъра на тръбопровода и времето за престой на каналната вода в системата, за оптимизиране на работния цикъл на помпената станция (най-вече броя включвания и продължителността на работа на помпата), което намалява износването и разходите за електроенергия. При евентуално стесняване на сечението на тръбопровода от запушване или утаяване, тъй като дебитът остава непроменен, местната скорост в областта на стеснението нараства, което има самоочистващо действие.
От друга страна, обстоятелството, че този тип помпи могат да реализират произволно висок напор и съответно налягане в системата, може да доведе в определени случаи до неблагоприятни последствия. Например, ако в напорната канализационна система се включат едновременно твърде много помпи, поради нарастване на хидравличните загуби от по-големия протичащ дебит, системното налягане може да се повиши над допустимото. В екстремни ситуации е възможно да се стигне до разрушаване на тръбопровода или на помпата. При запазване на дебита, с повишаване на налягането нараства консумираната мощност и двигателят се претоварва (прегрява). В подобни случай се разчита само на надеждната работа на термичната му защита, но това не е приемливо като техническо решение, защото води до преждевременна амортизация на електродвигателя. Масово произвежданите помпи от дискутирания тип са с дебити в границите от 0.5 до 1.0 l/s и напори до 50 m. Възможно е да се резюмира, че ексцентър-шнековите помпи са подходящо решение в случаите, когато е нужен голям напор при относително малки дебити.

Предимства на центробежните помпи
Центробежните помпи се отличават с редица важни експлоатационни предимства, които се диктуват от формата на работната им характеристика. При претоварване на системата (налице е при голям брой едновременно работещи помпи), при повреда или нерегламентирано задействане на спирателната и регулиращата арматура, както и при запушване на тръбопровода, центробежната помпа може да работи продължително време без вредни последствия с малък или нулев дебит. Съответства му един максимален, конструктивно фиксиран напор (shut off head), което определя и едно максимално възможно системно налягане. Консумираната мощност в този режим е около една четвърт от характерната при нормалния (разчетния) дебит. Когато работните условия в системата започнат да се подобряват, центробежната помпа самостоятелно започва да увеличава дебита си, като работната точка се движи по кривата  Q - H до достигане на установен режим, в случай че условията престанат да се променят във времето.
Масово произвежданите центробежни помпи с режеща система покриват дебити до около 5 l/s и напори до 30 - 35 m. Произвеждат се и модели с дебити, достигащи до около 10 l/s. Предлагат се и помпи от вихров тип, при които напорът достига до 60 m. На фиг. 2 и 3 са показани производствените програми на две водещи в областта фирми, което дава представа за диапазоните по дебит и напор на съвременните центробежни помпи с режеща система.

Компактни помпени станции
Немалко производители предлагат и комплексно решение на канализационна помпена станция с режеща система, във вид на компактен агрегат, съдържащ всички необходими елементи, напълно готов за незабавно вграждане и свързване - фиг. 4 и фиг. 5. Подобни помпени станции са особено подходящи за еднофамилни жилища и ваканционни селища, например. Съществено тяхно предимство е, че всичките компоненти са подбрани и оптимизирани от производителя, което дава възможност за постигането на атрактивна цена.
Резервоарът най-често е от полиетилен с висока плътност (PE-HD) и лесно се транспортира. Отличава се с  много добра устойчивост към химически агенти и изключително ниска грапавост на повърхността, което възпрепятства образуването на отлагания. Общото тегло, включително помпата и капака обикновено е от порядъка на 80 - 250 kg, в зависимост от производителността и варианта на изпълнение. Разбира се, предлагат се и компактни помпени станции, които са с габарити и тегло, различни от посочения диапазон. За по-голяма сигурност се изработват и резервоари с двойни стени. Предлагат се и конструкции с гофрирана горна част, която се разтяга до нужния размер при вкопаване. Често резервоарите са с полукръгла форма, което елиминира задържането на утайки.

Управлението на помпата
(включване и изключване) се осъществява по ниво, чрез използването на различни видове сензори. Класическото решение е система от поплавъци - фиг. 6. Всеки поплавък е разположен на определено ниво, в зависимост от дължината на кабела. При превишаване на нивото той се обръща и задейства вграден прекъсвач. Отпадните води са взривоопасна среда, затова се използват релета, понижаващи протичащия ток с цел предотвратяване на искрообразуването. Недостатък на решението е, че съществува риск от заплитане на сензорите. Затова, при повишени изисквания към надеждността, този тип нивомери се използват като контролни (дублиращи). За да се предотврати заплитането на няколко поплавъка при силна турбулентност в шахтата е възможно да се монтират защитни тръби за фиксиране на кабелите. Поплавъците са неприложими в шахти или резервоари с малък диаметър.
Друго решение включва използването на пневматичен сензор за налягане с измервателна камбана - фиг. 7. Кухо тяло с формата на камбана е обърнато с отвора надолу към водата, а горният му край е свързан чрез въздушна тръба със сензор за налягане, който е монтиран извън работната среда. При промяна на нивото на течността се изменя и налягането на въздуха в камбаната, което се регистрира от сензора. Той формира сигнал към системата за управление, която непрекъснато следи нивото на течността. Камбаната е от чугун, затова остава в потопено състояние, независимо от плътността на работната среда. Възможно е да се получат неточни резултати при отсъствие на херметичност на въздухопровода, температурни промени или промяна на количеството въздух в камбаната.
Нивото би могло да се измери безконтактно с ултразвукови нивомери, но при силно замърсени води съществува вероятност от получаването на грешен сигнал.
Най-надеждни и точни са електронните сензори за ниво - фиг. 8, които са разработени на основата на преобразуватели за налягане, вградени непосредствено в сензора, т. е. сигналът се преобразува директно в аналогов електрически сигнал (4-20 mA).
Помпената станция се оборудва със спирателна арматура и възвратна клапа за предотвратяване на обратното протичане от напорната канализационна система. Таблото за управление се разполага на подходящо място, близо до помпената станция. Управлението се осъществява от програмируем контролер, което осигурява редица полезни възможности наред с автоматичното управление на помпата, а именно брояч на работните часове и брой включвания, следене на електрическите параметри на двигателя, информация за нивото и др. Гъвкавото управление и непрекъснатият мониторинг ограничават общите разходи и улесняват поддръжката на системите за отпадни води.