Проектирование КНС - это не подбор станции только по расходу и не выбор насосов по каталогу. Это инженерная задача, в которой необходимо увязать гидравлику, состав сточных вод, конструкцию станции, автоматику, условия монтажа и дальнейшую эксплуатацию. Только при согласованной проработке этих параметров КНС будет работать устойчиво, без частых аварийных срабатываний, избыточных пусков насосов и проблем при обслуживании.

Что такое КНС с инженерной точки зрения?

Канализационная насосная станция применяется там, где сточные воды уже нельзя отвести самотеком. Ее задача - принять стоки в приемный резервуар и затем перекачать их в коллектор, сеть или на очистные сооружения.

 
С инженерной точки зрения КНС должна не просто перемещать стоки из одной точки в другую, а обеспечивать устойчивую работу системы при переменном притоке, изменяющемся составе среды и разных режимах эксплуатации. Поэтому при проектировании станции важно учитывать не только расчетный расход, но и характер поступления стоков, глубину подводящего коллектора, потери напора, логику автоматики и условия обслуживания оборудования.

 
Какие типы КНС применяются чаще всего?

Если говорить без лишней теории, КНС обычно различают по трем основным признакам.
По назначению это могут быть локальные станции для отдельных зданий, площадок, кварталов и производственных объектов, а также главные станции для более крупных систем водоотведения.
По конструктивному исполнению применяются вертикальные, горизонтальные, модульные, комплектные станции заводской готовности и индивидуальные решения, разрабатываемые под конкретный объект.

По типу насосного оборудования КНС бывают с погружными насосами, с насосами сухой установки, а в отдельных случаях - с самовсасывающими решениями.

 
Основные этапы проектирования КНС

1. Анализ объекта и постановка задачи

На этом этапе определяют характеристики сточных вод, ограничения площадки, требования к надежности и условия дальнейшей эксплуатации. Уже здесь становится понятно, подойдет ли типовое решение или требуется индивидуальная проработка станции. 

Для примера рассмотрим КНС для перекачки технологических дренажных и ливневых стоков с небольшим содержанием ила и песка.

    

---

2. Гидравлический расчет

Это базовый этап, на котором определяют расчетный расход и требуемый напор станции.
При проектировании КНС важно учитывать не только средний расход, но и пиковый приток. Если ориентироваться только на средний режим, станция может работать неустойчиво: переполняться при максимальном притоке или переводить насосы в режим чрезмерно частых пусков. 

Для КНС, работающих с поверхностными и близкими к ним по составу производственными стоками, расчетные расходы и объемы приемных резервуаров определяют по требованиям СП 32.13330.2018. В данном материале ниже приведен упрощенный инженерный пример расчета для иллюстрации логики подбора станции. 

В рассматриваемом примере технологический дренажный приток принимается постоянным и составляет Qдр = 4,5 л/с. 

Средний дождевой приток принимается Qдожд,ср= 3 л/с, а пиковый дождевой приток - Qдожд,пик = 6,5 л/с.

 
Средний приток составит: Qср = Qдр + Qдожд,ср= 4,5 + 3 = 7,5 л/с или 27 м3/ч

 
Пиковый приток составит: Qпик =Qдр + Qдожд,пик= 4,5 +6 ,5 = 11 л/с или 39,6 м3/ч

Далее определяют общий требуемый напор Hобщ. Он складывается из геометрической высоты подъема Hгеом ​, потерь на трение hтр и местных потерь hм​:

Hобщ = Hгеом + hтр + h

В рассматриваемом примере принимаем геометрический перепад высот по ТЗ Hгеом= 8,5 м

Потери на трение определяем по формуле: hтр=  λ * Ld * v² 2g  

• λ - коэффициент гидравлического сопротивления
• L - длина трубопровода
• d - внутренний диаметр
• v - скорость потока
• g - ускорение свободного падения.

В расчетном примере принимается напорный трубопровод длиной 400 м из стальной трубы Ду 100. Для стального трубопровода в данном примере принимаем расчетное значение: λ= 0,03

Сначала определяем скорость потока: v= QF  =  0,0110,00785  =   1,4 м/с

• Q= 0,011 м3/с - пиковый приток, а площадь сечения трубопровода F= 0,00785 м

После этого определяем потери на трение:  hтр=  0,03 * 4000,10 * 1,40² 2*9,81  ≈12 м

Далее определяем местные потери внутри КНС. Для этого рассчитывают скоростной напор и суммарный коэффициент местных сопротивлений по типовым элементам обвязки: входу в напорный патрубок насоса, отводу 90°, обратному клапану, запорной арматуре, переходу Ду80 / Ду100 и врезке в общий напорный коллектор.

Для внутренней обвязки Ду80 принимаем: v=  0,0110,00503   = 2,19 м/с

Скоростной напор: v²2g =    2,19²2*9,8   = 0,245 м 

Суммарный коэффициент местных сопротивлений из типовых значений для элементов обвязки принимаем:

 Σξ= 0,5 + 0,9 + 2,0 + 0,3 + 0,4 + 1,5 = 5,6

Тогда местные потери: hм= Σξ *  v²2g = 5,6 * 0,245 ≈ 1,4 м

Итоговый требуемый напор станции: Hобщ= 8,5 + 12 + 1,4 = 21,9 м

---

3. Подбор насосного оборудования

Насосы для КНС подбирают не только по расходу и напору, но и по составу стоков, так как волокнистые включения, песок, осадок и жир напрямую влияют на выбор гидравлической части и устойчивость к засорению. Важно, чтобы насос работал вблизи оптимальной рабочей точки и был рассчитан именно под реальные условия объекта.  
Для рассматриваемой задачи одним из рациональных решений является применение насоса с вихревым рабочим колесом. Такой тип рабочего колеса обеспечивает увеличенный свободный проход для включений и снижает риск засорения проточной части при перекачивании загрязненной жидкости. Кроме того, при вихревом принципе перемещения среды контакт твердых частиц с рабочими органами менее интенсивен, чем у насосов с более жесткой схемой протока, что позволяет снизить абразивный износ и повысить эксплуатационную надежность оборудования.  
Для расчетной рабочей точки Q= 39,6 м3/ч, H= 21,9 м подходит насос ZUMFA CU80.7.5-2(166)-51. Выбор выполнен по рабочей точке с небольшим запасом по напору, что обеспечивает устойчивую работу станции в пиковом режиме и допускает эксплуатационный резерв на местные потери, износ и возможное изменение фактической гидравлики системы.  

---

4. Расчет рабочего объема приемного резервуара

Объем приемного резервуара определяет частоту включения насосов и режим работы станции, поэтому его рассчитывают с учетом притока, производительности насосов и допустимого числа включений в час.

 
В рассматриваемом примере принимаем 10 пусков в час как рекомендуемое эксплуатационное значение, позволяющее ограничить число пусков электродвигателя, снизить износ пусковой аппаратуры и при этом не завышать объем приемного резервуара.

 
Для предварительного расчета регулирующего объема используем упрощенную формулу: 

Vр=  Q4 * z =  39,64 * 10 ≈ 1,0 м3

• Q= 39,6 м3/ч - максимальный расчетный приток

•  z= 10 - число пусков в час

---

5. Выбор конструктивного исполнения станции и расчет габаритов

По результатам расчетов определяют конструкцию КНС: исполнение корпуса, тип установки насосов и основные эксплуатационные узлы.

 
Для данного случая рационально применять вертикальную КНС, поскольку при сравнительно небольшом регулирующем объеме она позволяет получить требуемую рабочую высоту и разместить насосное оборудование, поплавки и арматуру без увеличения пятна застройки.
Для комплектной подземной КНС рационально применять стеклопластиковый корпус, так как он герметичен, не требует дополнительной антикоррозионной защиты и имеет меньшую массу по сравнению с железобетоном или металлом, что упрощает транспортировку и монтаж. СП 32.13330.2018 допускает применение насосных станций в стеклокомпозитных и полимерных корпусах полной заводской готовности для подземной установки.

 
Диаметр резервуара можно оценить по формуле: Dрез= 4 * Dнасоса
При диаметре улитки насоса Dнасоса= 0,26 м получаем: Dрез= 4 * 0,26 = 1,04 м
Это расчетный минимум, но в реальной КНС одного только геометрического минимума недостаточно. Нужно оставить место под направляющие, автоматические трубные муфты, поплавки, внутреннюю арматуру и монтажный запас.

Поэтому с учетом стандартного типоразмера, монтажного запаса и размещения двух насосов по схеме 1+1 на автоматических трубных муфтах и направляющих принимаем: Dрез= 1,2 м
После диаметра определяют высоту подземной части КНС. Здесь уже важно не просто уместить оборудование, а правильно увязать между собой рабочий объем, уровни поплавков и отметки трубопроводов.

 
Низ подводящего патрубка в расчетном примере принимаем на отметке: 

• Hподв= 2,1 м
• ось отводящего патрубка - на отметке: Hотв= 1,3 м

Далее нужно определить эффективную высоту резервуара (Hэф). Именно она показывает, какой рабочий перепад уровней даст нам требуемый регулирующий объем.

Hэф=  VэфS =  11,13 = 0,88 м

• Vэф= 1м3
• площадь сечения корпуса при диаметре 1,2 м составляет: S= 1,13 м2

Теперь можно перейти к уровням поплавков. Именно здесь становится понятно, насколько логично работает станция в реальном режиме: когда насос отключается, когда запускается рабочий насос, в какой момент подключается резерв и когда формируется аварийный сигнал.

Правильная последовательность уровней для схемы с 4 поплавками принимается следующей:

 
1-й уровень - отключение насоса, он же защита от сухого хода:
Hоткл= Hмин= 0,595 м

 
2-й поплавок - включение рабочего насоса:
Hвкл раб= Hоткл + Hэф= 0,595 + 0,88= 1,475 м

 
3-й поплавок - включение резервного насоса:
Hвкл рез= Hвкл раб + 0,20= 1,675 м

 
4-й поплавок - аварийная сигнализация:
Hавар= Hвкл рез + 0,20= 1,875м

В качестве оптимального запаса между аварийным поплавком и подводящим патрубком принимаем 0,20 м. Такое значение соответствует распространенной практике компоновки КНС: аварийный уровень располагают ниже отметки подводящего трубопровода, чтобы исключить его подтопление.

 
Теперь определяем высоту корпуса относительно подводящего патрубка. Здесь уже формируется итоговый габарит станции, который пойдет в чертеж, спецификацию и компоновочное решение 
Для определения подземной высоты станции складываем:

• глубину подводящего патрубка hподв;
• высоту рабочей зоны с уровнями поплавков Hраб;
• конструктивный запас hзап​.

Hподз=hподв + hзап + Hподв=2,10 + 0,2 + 1,875 = 4,175 м

Конструктивно принимаем: Hподз= 4,2 м

Крышка КНС выступает над уровнем земли на 200 мм, то общая высота КНС составит: Hобщ= 4,2 + 0,2 = 4,4 м

Таким образом, после увязки диаметра, эффективного объема, уровней автоматики и отметок трубопроводов получаем полные размеры КНС: 

D= 1,2 м
Hполн= 4,4 м

 
Именно в таком виде расчет уже становится не абстрактным, а проектным: по нему можно проверять компоновку, выпускать чертеж и подбирать комплект станции под конкретный объект.

---

6. Автоматика, управление и защита

Для КНС важно заранее определить алгоритм работы по уровням, чередование насосов, порядок включения резерва и выдачу аварийных сигналов во внешнюю систему диспетчеризации. Эти функции реализуются комплектным шкафом управления ZUMFA для подобранного насоса и являются обязательной частью надежной работы станции.

    

Ранее в расчете была проверена корректность уровней поплавков: 

обеспечена логичная последовательность работы (отключение по сухому ходу → включение рабочего насоса → включение резервного насоса → аварийная сигнализация), а также достаточный запас до подводящего патрубка

Это гарантирует устойчивую работу станции без переливов и ложных срабатываний.

---

7. Выпуск проектной документации и инженерная поддержка

На финальном этапе подготавливают схемы, расчеты, спецификации и компоновочные решения, по которым можно реализовывать объект. Важно, чтобы все решения были согласованы между собой и соответствовали реальной логике работы станции, принятой в гидравлическом и конструктивном расчете.

 
На практике именно на этом этапе чаще всего возникают ошибки: несоответствие рабочей точки насоса фактической гидравлике, некорректная логика уровней, завышенный или заниженный объем резервуара, отсутствие увязки автоматики с режимом работы станции.

В таких задачах мы подключаемся к работе проектировщика и помогаем довести решение до корректного и реализуемого варианта. В рамках инженерной поддержки мы:

• проверяем исходные данные и корректность расчетной схемы;
• пересчитываем гидравлику и рабочую точку при необходимости;
• подбираем насосное оборудование под реальные условия эксплуатации;
• проверяем и оптимизируем объем приемного резервуара;
• выстраиваем корректную логику работы по уровням (включение, резерв, авария);
• подбираем шкаф управления с учетом всех защит и сценариев работы;
• формируем компоновку КНС (диаметр, высота, размещение оборудования);
• подготавливаем спецификации и технические решения, которые можно сразу закладывать в проект.

В результате проектировщик получает не просто набор оборудования, а полностью проработанное инженерное решение, которое можно без доработок реализовать на объекте и которое будет стабильно работать в эксплуатации.

 

---

 
Вывод

КНС кажется простым узлом только на первый взгляд. На практике ее надежность определяется не одним параметром, а тем, насколько точно между собой увязаны приток, напор, насос, объем резервуара, уровни автоматики и конструкция самой станции. Ошибка даже в одном из этих элементов может привести к нестабильной работе, лишним пускам, аварийным срабатываниям или необходимости переделывать уже готовое решение.

 
Поэтому в задачах, связанных с расчетом КНС, подбором насосного оборудования и проверкой компоновки станции, инженерная поддержка особенно важна: она помогает быстрее проверить расчеты, уточнить техническое решение и довести проект до рабочего варианта.

 
Мы помогаем проектировщикам как раз в таких задачах: разбираем исходные данные, проверяем расчеты и предлагаем решение, которое можно уверенно закладывать в проект. Если у вас есть объект с КНС, можно обратиться к нам за расчетом и подбором - это обычно позволяет сэкономить и время, и количество правок на следующих стадиях.