Дренажные насосные станции (ДНС) — комплекс инженерного оборудования, обеспечивающий принудительную откачку грунтовых, дренажных и ливневых вод из колодцев и резервуаров, когда самотёчный отвод невозможен. Согласно СП 32.13330.2018 (п. 5.7.7), насосные станции обязательны при пересечении коллектором водораздела (когда точка сброса выше начальной точки сети), при глубине заложения коллектора более 6 м (экономически эффективнее поднять сток насосами, чем копать траншею глубиной 8-10 м), и для отвода воды из подземных сооружений (паркинги, подвалы, тоннели), расположенных ниже уровня приёмника стока. В статье рассмотрен полный цикл проектирования ДНС: от расчёта притока и подбора насосов до конструирования приёмного резервуара и организации электроснабжения по 1-й категории надёжности.
1. Классификация дренажных насосных станций
| Тип ДНС | Производительность, л/с | Напор, м | Конструкция | Применение | Стоимость «под ключ», млн ₽ |
|---|---|---|---|---|---|
| Мини-ДНС (колодец + погружной насос) | 0,5-10 | 5-20 | Колодец d=1,0-1,5 м, насос на цепи/тросе, напорный трубопровод d=25-50 мм, поплавковый выключатель | Коттедж, подвал частного дома. Один насос — без резерва (критичность низкая) | 0,05-0,15 |
| КНС малая (комплектная, стеклопластик/полиэтилен) | 10-100 | 10-30 | Цилиндрический резервуар V=2-10 м³, 2 насоса (рабочий + резервный), трубопроводная обвязка, АСУ. Поставляется в заводской готовности | Коттеджный посёлок (до 50 домов), парковка ТЦ, малый промобъект | 0,5-2,0 |
| КНС средняя (ж/б подземная камера) | 100-1000 | 15-50 | Ж/б камера V=20-200 м³, 3-4 насосных агрегата, грузоподъёмное оборудование (тельфер 1-2 т), АСУ с диспетчеризацией, дизель-генератор | Жилой микрорайон (1000-5000 жит.), логистический комплекс, автомагистраль | 5-20 |
| КНС большая (станция перекачки городской ливневой сети) | >1000 | 20-80 | Заглублённое здание с машинным залом, 4-6 насосов, грузоподъёмные краны, щиты управления, системы вентиляции и газоанализа, дизель-генератор с АВР | Городская ливневая сеть, промзона-гигант, аэропорт | 50-300 |
2. Расчёт насосного оборудования ДНС
Определение расчётной производительности
Qн = Qr × kнер × kзап, где:
Qr — расчётный приток (л/с) — сумма притока со всех подключённых водосборов; kнер = 1,2-1,5 — коэффициент неравномерности (отношение максимального часового притока к среднесуточному — по табл. 2 СП 32.13330.2018); kзап = 1,1-1,2 — коэффициент запаса на непредвиденный приток (инфильтрация, аварийные сбросы).
Пример: микрорайон, F=20 га, ψ=0,55, Москва. Qr = 80×0,55×20 = 880 л/с. kнер=1,3; kзап=1,15. Qн = 880×1,3×1,15 = 1 316 л/с ≈ 1,32 м³/с. Принимаем 4 насоса по 450 л/с (3 рабочих + 1 резервный).
Расчёт требуемого напора
H = Hг + Σhтр + hизл, где:
Hг — геометрическая высота подъёма (разность отметок минимального уровня воды в резервуаре и точки сброса), м; Σhтр — суммарные потери напора в напорном трубопроводе (по длине + местные), м. Потери по длине — по формуле Дарси-Вейсбаха: hдл = λ × (L/d) × (V²/2g), где λ = 0,02-0,03 — коэффициент гидравлического трения для пластиковых труб. Местные потери — 10-15% от потерь по длине. hизл — потери на излив (свободный выход струи), принимается 2-3 м.
Пример: Hг=15 м (перепад между приёмным резервуаром на глубине 5 м и точкой сброса на уровне +10 м). Напорный трубопровод ПНД: L=800 м, d=500 мм, Q=450 л/с (один насос). V = Q/S = 0,45/(3,14×0,5²/4) = 2,29 м/с. hдл = 0,022×(800/0,5)×(2,29²/19,62) = 9,4 м. hмест=1,2 м. hизл=2 м. H = 15+9,4+1,2+2 = 27,6 м. Принимаем насос с Q=450 л/с, H=28 м. Мощность электродвигателя: N = Q×H×ρ×g/(1000×η) = 0,45×28×1000×9,81/(1000×0,78) = 158 кВт. Ближайший типоразмер — 160 кВт.
Проверка на кавитацию
Кавитационный запас насоса NPSHr (по каталогу производителя) должен быть меньше допустимого кавитационного запаса установки NPSHa: NPSHa = (Pатм − Pнас.пар)/(ρg) − hвс − Σhвс, где hвс — высота всасывания (для погружного насоса hвс=0). При температуре воды +20 °C: Pнас.пар = 2,34 кПа. Pатм = 101,3 кПа. NPSHa = (101,3−2,34)×1000/(1000×9,81) − 0 = 10,1 м. Типовой NPSHr для насоса Q=450 л/с — 5-7 м. 10,1 > 7 — кавитации нет.
3. Проектирование приёмного резервуара
Требуемый объём резервуара
V = Qmax.ч × tрег / 60, где:
Qmax.ч — максимальный часовой приток (м³/ч); tрег — время регулирования (мин) — допустимое время накопления стока до включения насоса. Согласно СП 32.13330.2018, tрег = 5-10 мин для КНС малой и средней производительности; 15-30 мин — для больших (плавное регулирование частотным приводом).
Пример: Qmax.ч = 1 316 л/с = 4 738 м³/ч. tрег = 10 мин (средняя КНС, частотный привод). V = 4 738 × 10 / 60 = 790 м³. С запасом 20%: V = 950 м³. Габариты резервуара: 20×10×5 м (h). Принимаем: 2 секции по 10×10×5 м = 500 м³ каждая (для возможности ремонта одной секции без остановки КНС).
Зоны уровней воды в резервуаре
- Аварийный уровень (АУ): +4,8 м от дна. Достижение АУ — включение сирены + SMS-оповещение диспетчера + автоматическое включение резервного насоса (если не был включён). Перелив на АУ — недопустим (затопление машинного зала)
- Максимальный рабочий уровень (МРУ): +4,2 м. Включение 3-го рабочего насоса (при 2 уже работающих). Достигается при интенсивности дождя >80% от расчётной
- Рабочий диапазон (РД): +1,5…+3,5 м. Штатная работа: включение/отключение насосов по мере наполнения/опорожнения
- Минимальный рабочий уровень (МиРУ): +1,0 м. Отключение последнего работающего насоса (защита от сухого хода). Запас над всасывающим патрубком — 0,5 м
4. Электроснабжение ДНС: 1-я категория надёжности
Согласно СП 32.13330.2018 (п. 5.7.8) и ПУЭ (гл. 1.2), насосные станции, перерыв в работе которых приводит к подтоплению территории, должны быть запитаны по 1-й категории надёжности: два независимых источника (два ввода от разных секций ТП или ввод + дизель-генератор). Время переключения (АВР) — не более 10 с для насосов с частотным приводом (самозапуск после кратковременного перерыва).
Расчёт мощности дизель-генератора: PДГ = (ΣPнасосов + Pвспом) × kзап / cosφ, где Pвспом — вспомогательное оборудование (освещение, вентиляция, АСУ, обогрев — 5-7% от мощности насосов); kзап=1,2-1,3 (запас на пусковые токи); cosφ=0,85-0,90. Для ДНС с 4 насосами по 160 кВт: PДГ = (640+45)×1,25/0,87 ≈ 985 кВт. Принимаем ДГУ-1000 (дизель-генератор 1000 кВт, контейнерного исполнения, с АВР). Стоимость: 6-8 млн ₽.
Нормативная база
- СП 32.13330.2018 «Канализация. Наружные сети» (п. 5.7 — насосные станции)
- ПУЭ (7-е издание), гл. 1.2 — Категории надёжности электроснабжения
- СП 30.13330.2020 «Внутренний водопровод и канализация» — подбор насосов
- ГОСТ 32601-2014 «Насосы центробежные для перекачки сточных вод»