Назначение воздуходувных станций и определение их основных технических параметров

Назначение  воздуходувных станций и определение  их основных технических параметров

Воздуходувные станции входят в состав многих систем  водоснабжения и водоотведения. В настоящее время сжатый воздух  широко используется в технологических  процессах при добывании природных  и обработке сточных вод. В  перспективе при решении экологических  проблем объемы использования сжатого  воздуха будут значительно возрастать. Разрабатываются проекты замены воды как хладагента на воздух. Воздуходувные  станции по аналогии с насосными  представляют •собой комплекс основного  оборудования (компрессорно-воздуходувные  машины) и вспомогательных систем, обеспечивающих  нормальную, безотказную  работу главных агрегатов. Основные параметры воздуходувных станций  — подачу и  давление — определяют на основании гидравлического расчета  систем транспортирования воздуха  с учетом изменения его температуры  и сжимаемости. Подачу и давление для подбора компрессорно-воздуходувных  машин (нагнетателей) рассчитывают исходя из конкретного  назначения сжатого  воздуха. Например, расчетная суммарная  подача воздуходувной станции (Qp), обеспечивающей работу аэротенков станции аэрации  сточных вод, будет определяться объемом  кислорода подаваемого  воздуха для биологического окисления  органических загрязнений аэрируемых сточных вод и их расходом. Подача компрессорно-воздуходувной станции, обеспечивающей работу  эрлифтов, определяется расходом воздуха на подъем воды из  скважин. Этот параметр при проектировании воздуходувных станций является заданным. Если расчетный расход задается при  нормальных условиях (^ = 0 °С, р = 101,325 кПа), его следует пересчитать  на рабочие условия по формуле 

где Тнаг — температура перекачиваемого воздуха на выходе из  нагнетателя, К; Рн.у — давление воздуха при нормальных условиях, Па; р— расчетное давление нагнетателя, Па; m — содержание  водяных паров в воздухе: при нормальных условиях m = 0,804 кг/м3.

Плотность влажного воздуха (кг/м3) при рабочих условиях  подсчитывают по зависимости 

где— плотность воздуха при нормальных условиях: = 1,29 кг/м3.

Температура воздуха при адиабатическом сжатии

где Тн и — соответственно начальные температура (К) и  давление (Па) воздуха; — конечное давление воздуха в нагнетателе, Па.

Требуемое рабочее давление определяют по схеме  подачи  воздуха с учетом статического давления (противодавления), форм и  размеров всех элементов сети (рис. 4).

Рис. 4. Схема подачи воздуха в аэротенк: а — вертикальный разрез; б —план; /— воздуходувка; 2 — воздуховод;3 — аэротенк.

Если  к воздуховоду подключается несколько потребителей, выбирают наиболее удаленную от воздуходувной станции диктующую точку D. Расчетное давление нагнетателей определяется по зависимости

где — статическое давление, Па; — суммарные потери давления на всасывающей Линии, Па; — то же, на  нагнетательной линии, Па.

В выражении представляет собой статическое давление, определяемое сопротивлением подключаемых в точке D  аппаратов или сооружений. Так, в соответствии со СНиП 2.04.03—85 расчетные значения потерь давления в аэротенках составляют, кПа (мм вод. ст.): для мелкопузырчатых аэротенков не менее 7 (700); для среднепузырчатых, заглубленных свыше 3 м — 1,5 (150); при низконапорной аэрации — 0,15...0,5 (15...50).

Потери давления (Па) во всасывающем и нагнетательном  воздуховодах

где n— число расчетных участков.

Значения коэффициентов сопротивления подсчитывают по известным из гидравлики формулам. Скорости движения воздуха принимают, м/с: в камерах фильтров — до 4; в подводящих  каналах — до 6; в трубопроводах — до 40.

При расчете  воздуховодов широко используют графики  и  номограммы, которые имеются  в специальной литературе. В  номограмме А. В. Панченко для расчета воздуховодов из листовой оцинкованной стали с параметром абсолютной шероховатости . При использовании номограммы для расчета воздуховодов из других материалов значение к следует рассчитывать по соответствующим формулам. Для подбора нагнетателей рассчитанное по формуле (1)  давление необходимо привести в соответствие с условиями (плотности перемещаемой среды), при которых получены характеристики  нагнетателей. Приведенное давление нагнетателей

где р —  расчетное требуемое давление (по формуле (8.1)), Па; , -, — соответственно плотность (при нормальных  условиях), кг/м3, температура, К, давление (абсолютное) среды, Па, при которых получена характеристика нагнетателя; , , — соответственно плотность (при рабочих условиях), кг/м3,  температура, К, давление (абсолютное) в нагнетателе, Па,  перемещаемой среды.

244

8.2. Подбор  и компоновка основного и вспомогательного 

оборудования 

\

При подборе  числа рабочих компрессорно-воздуходувных  агрегатов пользуются теми же принципами, что и при подборе насосов. Чтобы обеспечить суммарные подачу и давление воздуходувной станции  при наиболее высоких экономических  показателях, следует выбирать как  можно меньшее число агрегатов  укрупненной  мощности. Воздуходувные  станции для аэрирования сточных  вод при подаче свыше 5000 м3/ч оборудуются  не менее чем двумя рабочими агрегатами, при меньшей подаче СНиП 2.04.02—85 допускается  установка одного рабочего агрегата. Число резервных агрегатов принимают  при числе рабочих до трех —  один, при четырех и более •*- два. Для получения более высоких  параметров Q и р воздуходувные  машины можно соединять как параллельно, так и  последовательно. Суммарные  их характеристики строятся аналогично  характеристикам центробежных насосов. При последовательном соединении машин  следует учитывать изменение  состояния воздуха после  первой воздуходувки. На рис. 8.2 показаны характеристики трех  турбовоздуходувок ТВ-80-1,6 при  совместной их параллельной работе на два воздуховода диаметром по 300 мм и длиной 500 м. Из анализа совместных характеристик следует, что у  одной  воздуходувки, работающей на два воздуховода, подача составляет 6500 м3/ч, у двух— 11 500 м3/ч, у трех— 14 800 м3/ч. С увеличением числа машин  при параллельной работе на общий  воздуховод их подача уменьшается по сравнению с подачей при самостоятельной  работе воздуходувок. Так, в рассматриваемом  примере подача каждой воздуходувки равна 4933 м3/ч.

Рис. 8.2. Совмещенные  характеристики Q—р воздуходувок и  воздуховодов

В машинных залах компрессорно-воздуходувные  машины 

располагаются в один ряд. Причем оси агрегатов  в зависимости от их

конструктивных  особенностей и мощности могут быть 

перпендикулярны или параллельны длинной оси  здания. Крупные агрегаты

устанавливаются вдоль длинной оси, а малые  и средние — 

перпендикулярно (рис. 8.3). Компрессорно-воздуходувные  агрегаты малой 

и средней  мощности устанавливаются на независимых 

фундаментах на уровне поверхности земли. Всасывающие  и нагнетательные

трубопроводы  размещаются в каналах, устроенных в полу. На

крупных станциях агрегаты (воздуходувка, редуктор, 

электродвигатель) помещают на железобетонные эстакады, а всасывающие,

йагнетательные  трубопроводы и вспомогательное  оборудование

(фильтры,  маслосистема, холодильники и др.) — под эстакадой на 

первом этаже (рис. 8.4). Охладители промежуточные  и концевые

размещаются на отдельных фундаментах на пружинных  опорах, а 

на воздуховодах между патрубками компрессоров и  охладителей 

\

Я

'£>jj« 

"Ю^ 

г

Рис. 8.3. Схемы  размещения воздуходувок:

а — перпендикулярно  к длинной оси зданий; б —  параллельно длинной оси здания; 1 — 

шахта для  забора воздуха; 2 — первичный фильтр; 3 — фильтр на всасывающем 

трубопроводе; 4 — дроссельные затворы; 5 — воздуховод к потребителю; 6 — сброс воздуха  в 

атмосферу; 7 — воздуходувка; 8 — глушитель  шума от стравливания с баком для  продувки

10 9 8

Рис. 8.4. Схема  размещения вспомогательного оборудования компрессорно-возду-

ходувной  станции:

/ — фильтр; 2 — колонка управления; 3 — камера  чистого воздуха; 4 — всасывающая  труба; 

5 — дроссельный  затвор; 6 — маслобак; 7 — маслонасос; 8 — охладитель масла; 9, 10 — 

холодильники  для воздуха (промежуточные); 11 —  концевой холодильник; 12 — воздуховод

246

необходимо  предусматривать линейные компенсаторы. Вес 

воздухопроводов не должен передаваться на фланцы машины, поэтому 

их необходимо закреплять на пружинных подвесках.

Воздух, забираемый компрессорно-воздуходувными машинами,

предварительно  должен быть очищен от твердых частиц и 

примесей, которые  могут вызвать эрозионное и коррозионно-механичес-

кое изнашивание  рабочих колес и тем самым  дисбаланс ротора.

Масса твердых  частиц.не должна превышать 10 мг на 1 м3 воздуха.

Рис. 8.5. Самоочищающийся  масляный фильтр типа КдМ:

/ — редуктор; 2 — электродвигатель; 3 — верхний  вал; 4 — подвижная сетка, 5 — рама;

6 — масляная  ванна; 7 — нижний вал 

Для забора воздуха на станциях предусматриваются  воздухо-

заборные  сооружения, представляющие собой ряд  камер, 

оборудованных фильтрами. Камеры фильтров штукатурят и все 

поверхности покрывают масляной краской или  металлическими листами.

Камеру разделяют  на два отделения — воздухозабора  и чистого 

воздуха; двери  делают герметичными. Воздух в воздухозаборную 

камеру поступает  через трубу или шахту, выведенную над 

поверхностью  земли не менее чем на 3 м. В  стене, разделяющей отделение 

воздухозабора и камеру чистого воздуха, устанавливают 

коробчатые  фильтры. Они представляют собой  металлические рамки 

размером 600X600X100 мм, обтянутые с двух сторон сеткой и 

заполненные металлической стружкой или обрезками  труб диаметром и 

длиной не более 10 мм. Перед установкой кассеты  фильтра смачи-

вают висциновым маслом (смесь цилиндрового или 

индустриального масла с дизельным топливом в  соотношении 3:2). 

Периодически  засоренные кассеты очищаются с  помощью обдувки, 

встряхивания  и промывки в содовом растворе (0,5 кг кальцинированной

соды на 10 л воды с подогревом до 80 °С). В  отдельных случаях 

воздухозаборные камеры оборудуют сетчатыми подвижными с 

механическим  приводом фильтрами. Сетка обильно  смачивается 

висциновым  маслом, что способствует лучшей очистке  воздуха.

Корпуса фильтров должны плотно прилегать к проемам 

конструкций. Для уплотнения используют резиновые  прокладки. 

Требуемую площадь  фильтров определяют из расчета 0,6... 1 м2 

поверхности фильтра на 10 000 м3/ч всасываемого воздуха.

На средних  и крупных компрессорио-воздуходувных  станциях

фильтрами дополнительно  оборудуют всасывающие трубы 

каждого агрегата.

Для оборудования воздуходувных станций широкое  применение

находят масляные самоочищающиеся фильтры типа КдМ (рис. 8.5).

Их основные технические характеристики и габаритные размеры 

приведены соответственно в табл. 8.1 и 8.2.

Здания компрессорио-воздуходувных  станций чаще всего 

бывают наземного  типа или с небольшим заглублением для 

размещения  вспомогательного оборудования. Часто  здания малых и средних 

воздуходувных станций совмещают с насосными, крупные всегда

строят отдельно.

Размеры зданий станций определяют по той же методике, что 

и для водопроводных  станций. При этом руководствуются  СНиП

2.04.02—84, а  при проектировании воздухозаборных  устройств — 

СНиП И-33-75.

248

Ф200

Ф100

4 5

ш

1600

то 

Ось

MQHO-

рельса]/

<P5Q0

S

Подача Воздуха 

S аэротеши  и 

диокоагуляторы 

ПоЭача активного  ила аз вторичных отстойников (фзоо)

Рис. 8.6. Воздуходувная  станция, оборудованная воздуходувками марки ТВ-80-1,6:

/ — турбовоздуходувка; 2 — насос для перекачки ила; 3 — насос для гидрозлеваторов; 4 — камера неочищенного воздуха; 5

фильтр 

8.3. Примеры  компрессорно-воздуходувных станций 

На рис. 8.6 приведена воздуходувная станция  небольшой 

мощности, совмещенная  с насосной станцией для перекачки  ила и с 

насосными установками, обеспечивающими работу 

гидроэлеваторов. Станция оборудована тремя воздуходувками марки ТВ-80-1,6

(две рабочие,  одна резервная). Такие станции  входят в состав 

очистных  сооружений для аэрирования сточных  вод в аэротенках. 

Забор воздуха  осуществляется через жалюзийные решетки. Для его 

очистки предусмотрены  плоские масляные коробчатые фильтры.

В здании имеются  встроенная трансформаторная подстанция и 

распределительное устройство.

Рис. 8.7. Воздуходувная  станция, оборудованная нагнетателями  марки 750-23-4с: