Насосы-измельчители и эволюция канализационных систем под давлением

Sep 23, 2023

Самотечные канализационные системы являются основным методом, используемым муниципалитетами для транспортировки бытовых сточных вод в пункты сбора или очистки. Гравитационная канализация использует силу гравитации для проталкивания жидкости через сети больших наклонных труб в канализационную магистраль. Для всех канализационных технологий жидкости требуют минимальной скорости потока, чтобы твердые частицы оставались во взвешенном состоянии. Когда твердые частицы оседают в системе сточных вод, происходят плохие вещи, такие как засоры или проблемы с запахом.

Штаты и муниципалитеты публикуют критерии проектирования, которые определяют стандарты требуемого минимального расхода, а также минимальные диаметры труб и минимальные уклоны для достижения этих потоков. Для подрядчиков это означает, что канализационная магистраль должна быть проложена глубже, чем сливные линии от каждого подключенного к ней источника. Подъемные станции могут использоваться для перекачки жидкости на большую высоту, что позволяет расположить канализационную магистраль ближе к поверхности; однако строительство подъемных станций может быть дорогостоящим и более дорогим в обслуживании. В целом, строительство канализационной инфраструктуры требует рытья обширных траншей, что является дорогостоящим и оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Эти проблемы более сложны в районах, где уровень грунтовых вод высок или ландшафт холмистый, скалистый или равнинный.

Напорные канализационные системы были разработаны в начале 1970-х годов как альтернатива для тех случаев, когда самотечные канализационные системы были менее осуществимы или экономичны. Это дало возможность бороться с труднопроходимой местностью и снизить первоначальные затраты на проекты медленного строительства или разработки. Основные различия между обычными самотечными канализационными системами и напорными канализационными системами заключаются в трубопроводной сети и уменьшении размера твердых частиц в сточных водах в каждом доме. В напорных канализационных системах используется сеть измельчающих насосов для транспортировки сточных вод по трубам малого диаметра непосредственно в канализационную магистраль, подъемную станцию ​​или систему очистки. Насос-измельчитель представляет собой погружной насос, предназначенный для измельчения твердых частиц в потоке отходов до мелкодисперсной суспензии с помощью механизма измельчения. Для преодоления сложной местности трубы прокладывают чуть ниже линии промерзания и повторяют природный ландшафт. Насосы должны работать с высоким давлением и ограниченным потоком по сравнению с гравитационной системой.

Существует две основные формы измельчительных насосов, которые можно использовать в напорной канализации: шнековые и центробежные. В шлифовальных машинах с прогрессивной полостью накачка осуществляется ротором из нержавеющей стали специальной формы, который вращается внутри многолопастного резинового статора. Трение, возникающее между двумя компонентами, создает давление, используемое для транспортировки жидкости. Центробежные насосы для измельчения используют вихревое рабочее колесо для создания давления и потока. Когда рабочее колесо вращается, оно создает в корпусе насоса завихрение, которое выносит суспензию наружу из спиральной камеры в систему трубопроводов.

Первоначально винтовые дробилки были предпочтительным насосом для напорной канализации из-за их способности перекачивать воду с узким диапазоном расхода (от 10 до 15 галлонов в минуту [галлонов в минуту]) при высоком напоре (до 150 футов). Винтовые насосы не являются саморегулирующимися по давлению; по мере увеличения объема системы растет и давление. Если давление в системе превышает давление напора отключения насоса, насос будет продолжать попытки преодолеть противодавление, пока что-нибудь не выйдет из строя. Поломка может быть простой, например, сработавший термодатчик, или серьезной, например, обрыв линии или повреждение насоса. Как минимум повышенное давление приводит к повышенному износу. Поскольку эти насосы работают за счет трения, компоненты насоса постоянно изнашиваются.

Износ ускоряется при высоком давлении, большом расходе, длительном времени работы или добавлении в поток отходов зернистых частиц, таких как песок и грязь. Статор насоса винтового шлифовального станка является одновременно наиболее изнашиваемым элементом и одним из наиболее дорогостоящих компонентов, требующих замены, что делает ремонт или преждевременный выход из строя дорогостоящим.

В течение долгого времени производители центробежных насосов-измельчителей предлагали стандартные одноступенчатые измельчители для напорной канализации. Эти насосы могли использоваться в некоторых приложениях и могли обеспечивать больший поток, чем винтовая дробилка (55-60 галлонов в минуту против 15 галлонов в минуту соответственно), но их напор был ограничен примерно 100 футами (против 150 футов). Преимущество центробежного насоса заключалось в том, что он работал по кривой насоса. Насос может безопасно работать на холостом ходу при напоре отключения, не вызывая каких-либо повреждений. В отличие от винтового насоса, центробежный насос просто дождется стабилизации давления в системе и вернется к перекачиванию в обычном режиме.