Сравнение двух типов устройства музыкального фонтана

Примерно 200 фонтанных насадок различного типа и размера.

Исходные данные

Ванна фонтана в форме трёх пересекающихря колец с общими габаритами 17х45 метров. Максимальная высота струй по центрам ограничивается шириной водоёма и составляет 8,5 метра. Подземные технические помещения находятся под дном ванны фонтана и имеют входной люк на поверхности прилегающего тротуара. Высокая плотность размещения фонтанных насадок и светильников по всей акватории не позволяет использовать водоем для нахождения в нем людей. Водоём используется исключительно для декоративных целей и для организации постоянного или периодического водного шоу с мая по сентябрь.

Имеретинская низменность это фактически пойма двух горных рек Мзымта и Псоу. Местность находится практически на уровне моря, что приводит к высокому уровню грунтовых вод. Грунты намывные, с низкой несущей способностью и с высокой подвижностью. Низменность подвержена частым подтоплениям и наводнениям в результате природных факторов, таких как резкое повышение уровня рек, вызванное таянием снегов и осадками в прилегающих горных массивах, а также морские шторма и морские нагонные волны. Для строительства в таких сложных гидрогеологических условиях требуются специальные меры, специализированные конструкции и технологии.

Для сооружения фонтана разработчиком была предложена морально устаревшая типологическая схема устройства на базе общепромышленных насосов, расположенных в подземном помещении под фонтаном. Такую типологическую схему применяли ещё при строительстве фонтана в Барселоне к Всемирной выставке 1929 года. Скоро этой конструкции исполнится уже 100 лет. За прошедшие 100 лет техника и технологии ушли далеко вперёд и появилось множество различных способов устройства и управления фонтанами. Задача данного исследования выявить в чем разница между двумя основными типами применяемых в настоящее время конструкций фонтанов, используя прямые сравнения по конкретным пунктам.

Тип 1. Фонтан на погружных насосах, установленных непосредственно в ванне фонтана. Подземные помещения и сооружения не требуются. Ванна фонтана на незаглублённом основании без разработки котлована. Далее используем термин «Погружные».

Тип 2. Фонтан на «сухих» насосах, установленных в подземном техническом помещении под фонтаном. Для устройства фонтана требуется разработка котлована глубиной 4,5 метра с удалением и замещением разработанного грунта.

Далее используем термин «Сухие».

Описание устройства

«Погружные». На базе безопасных профессиональных компактных фонтанных насосов с Безопасным Сверх-Низким Напряжением Питания 24 Вольта с бесступенчатым управлением высотой струи по протоколу DMX 512. Насосы установлены на дне ванны фонтана. Фонтанные насадки и подводные светильники установлены непосредственно на корпусе насоса и не требуют каких-либо дополнительных устройств для установки на дне водоема.

Питание насосов и светильников осуществляется через подводные кабели. Кабели укладываются в каналы на дне водоема и закрываются крышками на винтах. Каждый насос управляется по пуску и высоте струи индивидуально по программе. Каждый насос оснащён собственным защитным фильтром от мусора.

«Сухие». На базе общепромышленных насосов c напряжением питания 380 Вольт с возможностью бесступенчатого управления высотой струй, расположенных в специальном подземном техническом помещении под ванной фонтана, исполненном в соответствии СНиП для устройства подземных насосных станций. Фонтанные насадки и подводные светильники установлены в ванне фонтана на специальных подставках или кронштейнах из нержавеющей стали. Подающие трубопроводы проходят от насосов через дно фонтана к распределительным трубопроводам в ванне фонтана и к насадкам. Всасывающие трубопроводы проходят от защитных фильтров в ванне фонтана через дно ванны фонтана в подземную насосную станцию к насосам.

Питание насосов осуществляется кабелями, которые укладываются в кабельных лотках на потолке подземного технического помещения. Питание подводных светильников осуществляется через подводные кабели, которые укладываются в каналы на дне ванны фонтана и закрываются крышками на винтах. Каждый насос управляется по пуску и высоте струи индивидуально по программе. Каждый насос оснащён отдельным напорным трубопроводом для подачи воды к фонтанной насадке. Из-за высокой плотности размещения фонтанных насадок на акватории, трубопроводы в ванне фонтана имеют множественные многоуровневые пересечения, изменения векторов потока и значительную длину трубопроводов, что увеличивает гидравлические потери. Гидравлические потери приводят к необходимости применения насосов большей мощности (и стоимости), а множественные пересечения труб приводят к увеличению сроков и стоимости монтажных работ, а также к применению дорогостоящих фасонных трубных деталей. Все насосы должны быть оснащены защитными индивидуальными или групповыми защитными фильтрами от мусора на возвратном трубопроводе в ванне фонтана. Так называемые «фильтровальные корзины» сравнимы по цене с самим насосом. Для избежания «сухого хода» насосов обязательна установка специальных детекторов с автоматическим отключением насосов. Для избежания затопления подземной насосной станции требуется установка нескольких групп автоматических дренажных насосов со сбросом в ливневую канализацию. Большое количество насосов и трубопроводов в подземном помещении приводит к высокой вероятности утечек. Большое количество проходов труб через дно ванны фонтана непосредственно в помещение также увеличивает вероятность затопления помещений. Применяется большое количество дорогостоящей гидравлической запорной арматуры больших диаметров для обеспечения возможности демонтажа насоса в случае его выхода из строя.

Качество динамического фонтанного шоу. Зрелищность.

Погружные. Каждая струя управляется по программе индивидуально, как по пуску, так и по высоте, причем бесступенчато, а так же допускаются режимы частого включения/выключения (старт-стоп) для имитации водных «выстрелов». Водяное охлаждение позволяет насосам работать на любых больших или малых оборотах без перегрева продолжительное время. Благодаря этому достигается максимальный зрелищный эффект, продолжительность и высокое качество водного шоу.

Сухие. Управление аналогично, но не допускаются продолжительные режимы работы на низких оборотах и режимы старт-стоп из-за плохого теплоотвода с корпуса «сухого» насоса при не вращающемся или медленно вращающемся вентиляторе на валу двигателя. Работа на частоте тока ниже 12 Герц недопустима. Частота пуска таких насосов не более чем 20 пусков в течение часа. Из-за этого недопустима продолжительная работа фонтана при низких струях и при частых пусках, что ухудшает зрелищные возможности и качество водного шоу.

Энергопотребление фонтана.

Погружные. Отсутствует необходимость прокачки значительных объёмов воды через гидравлическую систему подающих и возвратных трубопроводов, так как отсутствует гидравлическая система и гидравлические потери. Низкие механические потери в насосах из-за малого момента инерции при пусках. Низкое общее энергопотребление.

Сухие. Насосы удалены от насадок фонтана на несколько метров. Значительная мощность насосов используется на циркуляцию рабочего объёма воды по гидравлической системе фонтана, на преодоление сопротивления трубопроводов. Общая электрическая мощность примерно на 50% больше чем для «Погружных». Соответственно, стоимость самих насосов при прямом сравнении также выше.

Система управления фонтана.

Погружные. Шкаф управления по сути является блоком питания Безопасного Сверх-Низкого напряжения 24 Вольта. На таком напряжении работают все насосы и светильники. В фонтане полностью отсутствуют какие-либо устройства с высоким напряжением. Компактный и надёжный персональный компьютер в шкафу управления через компактный интерфейс DMX 512 управляет всеми насосами напрямую. Дополнительные промежуточные контроллеры, декодеры, пульты, реле и контакторы не требуются. При программировании работы фонтана не требуется учитывать какие-либо технические ограничения рабочих параметров. В каждом насосе уже встроены все необходимые защиты и ограничители.

Сухие. Шкаф управления в несколько раз больше по размерам и цене. Кроме компьютера и интерфейса в шкафу для каждого насоса должен быть установлен преобразователь частоты тока для управления высотой струй, декодер преобразования сигнала DMX 512 в сигнал 0…10 Вольт, реле защиты от «сухого хода», кавитации и перегрева двигателя. Эти устройства защиты и управления сопоставимы по цене с этим насосом. Кроме того, эти устройства требуют прокладки дополнительных низковольных кабелей между насосом и шкафом управления. При программировании работы фонтана необходимо учитывать технические ограничения по максимальной частоте пуска насоса, по минимальной скорости и продолжительности вращения вала электродвигателя, а также по скорости разгона и торможения двигателя. Несоблюдение этих ограничений приводит к повышенному износу насосов с быстрым выходом из строя или к существенному сокращению срока службы. Для программирования желательно присутствие инженера по насосному оборудованию.

Надёжность.

Погружные. Простота конструкции и системы управления обеспечивают самую высокую степень надёжности. Насосы защищены индивидуальными фильтрами от мусора. Подшипники и другие детали насоса охлаждаются перекачиваемой водой. Насос может пропускать через себя и выпускать со струёй механические частицы до 6 мм. Засорение защитного фильтра не приводит к выходу из строя. Нормативный срок службы насоса не менее 10 лет. Все детали не требуют замены на весь срок службы насоса. Время замены или очистки насоса занимает несколько минут. Для проверки технического состояния оборудования фонтана достаточно внешнего визуального осмотра высоты и наличия струй.

Сухие. Сложная и распределенная по всей площади гидравлическая система с большим количеством соединений и систем безопасности оборудования. Сложная разноуровневая система управления с высокой энергоёмкостью. Подземные помещения сами по себе уже сложный опасный технический объект: безопасный эвакуационный выход, влагозащищенные системы освещения, приточно-вытяжная вентиляция, аварийное водоудаления, защитное заземление. Подземные технические помещения такого рода подлежат учёту и контролю органами Ростехнадзора. Для настройки и последующей эксплуатации требуется постоянный специалист по насосному оборудованию. Критическими точками является загрязнение защитных фильтров с последующей кавитацией и разрушением насосов, защита от сухого хода насосов, неправильное программирование контроллера фонтана, неправильная уставка рабочих параметров на преобразователях частоты, высокая вероятность затопления подземных помещений. В случае подтопления территории вероятность затопления подземных технических помещений фонтана практически 100 %. Неправильная настройка, неправильное программирование, сильное засорение защитного фильтра и сухой ход приводят к серьезной поломке или утилизации насоса. Замена насоса массой более 100 кг занимает значительные трудовые ресурсы, а также несколько недель и миллионы рублей на покупку нового. Затопление помещений приводит к полной замене насосов, системы управления и оснащению подземных помещений. Требуется ежедневный внешний осмотр фонтана на предмет высоты и срабатывания струй. Требуется ежедневная проверка состояния защитных фильтров насосов. Требуется ежедневная (1 раз в сутки, предписано в СНиПе) ручная или автоматическая проверка работоспособности системы аварийного водоудаления из подземных технических помещений, даже осенью, зимой и весной.

Безопасность

Погружные. Насосы с Безопасным Сверх-Низким Напряжением Питания 24 Вольта постоянного тока полностью соответствуют действующему ГОСТ и абсолютно исключают риск поражения электрическим током людей, находящихся как у фонтана, так и непосредственно в фонтане. Примение оборудования с напряжением питания выше 30 Вольт постянного тока или выше 15 Вольт переменного тока в ваннах контактных фонтанов не допускается.

Сухие. Применяются насосы с напряжением 380 Вольт, что допускается для монтажа на расстоянии не менее 2 метров от ванны фонтана. Однако, требуется выполнить много различных мероприятий в соотвествие требованиям ГОСТ. В частности для исключения поражения током людей, находящихся рядом с фонтаном или в самом фонтане необходимо установить Устройство Защитного Отключения (УЗО) с током утечки не более 30 мА. Трубы, соединяющие насосы с ванной фонтана должны быть из электронепроводящих материалов. Все металлические части фонтана должны быть надежно подключены к контуру защитного заземления фонтана. Однако, указанные в ГОСТ меры недостаточны и не снимают полностью риск утечки тока в ванну фонтана. И такие случаи в России уже бывали. Трёхфазные электродвигатели 380 Вольт невозможно защитить от утечки тока при помощи УЗО, так как в цепи питания отсутствует рабочая нейтраль, а УЗО сработает исключительно при наличии в цепи рабочего нейтрального проводника. Даже если трубы изготовлены из полимеров и не проводят ток, то вода внутри этих труб успешно ток проводит. Если ток утечёт из обмотки двигателя насоса через корпус в воду, то ничто его не остановит. Для этого есть защитное заземление, которое как раз и предназначено для того, чтобы «разряжать» на себя все возможные утечки тока и накопленные заряды статического электричества. Но для этого необходимо, чтобы контур защитного заземления был выполнен правильно, чтобы был в рабочем состоянии и регулярно испытывался и проверялся. Необходимо чтобы обслуживающий персонал был квалифицирован и досконально соблюдал все нормы безопасного обращения с опасным оборудованием. Такого персонала обычно в распоряжении эксплуатирующей организации нет. Высокий уровень риска поражения электрическим током в фонтанах с «сухими» насосами как людей в фонтане, так и людей, работающих в подземных помещениях.

Обслуживание

Погружные. Обслуживание фонтана представляет из себя еженедельный визуальный внешний осмотр фонтана на предмет высоты струй.

Если струя стала ниже, требуется очистить фильтр насоса, это занимает несколько минут. Демонтаж и инструменты не требуются.

Сухие. Требуется ежедневный внешний осмотр фонтана на предмет высоты и срабатывания струй. Требуется ежедневная проверка состояния защитных фильтров насосов, а при наличии мусора, необходимо его сразу удалять. Требуется ежедневная (1 раз в сутки, так предписано в СНиПе) ручная или автоматическая проверка работоспособности системы аварийного водоудаления из подземных технических помещений. «Сухие» насосы требуют ежегодного контроля состояния торцевых уплотнений и замены смазки в подшипниках качения двигателя с демонтажом и частичной разборкой электродвигателя.

Срок службы насоса не менее 10 лет, но с регулярной смазкой и заменой подшипников и торцевого уплотнения.

Проектирование

Погружные. Фонтан на безопасных погружных насосах классифицируется как Малая Архитектурная Форма (МАФ). Проект по ГОСТ не требуется. Отсутствует необходимость гидравлических и электротехнических расчётов, так как отсутствует гидравлическая система, а все технические параметры оборудования уже известны и открыты к применению. В фонтане отсутствуют несущие конструкции, помещенияи опасное электрическое оборудование. Глубина разработки грунтов мала и не требует проектно-изыскательских работ. Применяется хорошо отработанная конструкция ванны фонтана, не требующая каких-либо расчётов и исследований.

Сухие. Такой фонтан уже не МАФ, а сложное опасное подземное гидротехническое сооружение. Требуется полный проект по ГОСТ из 6 частей с предварительными проектно-изыскательскими работами по гидрогеологической обстановке места и по качеству несущих грунтов и оснований. При проектировании подземных сооружений необходимо применять соответствующие СниП, нормативы для опасных объектов Ростехнадзора, нормативы по Охране труда. В случае, если проектировщик посчитает необходимым применить сисмемы очистки воды для плавательных бассейнов, то проект должен будет также учитывать нормы СанПиН и требования Росприроднадзора. Неисполнение государственных правил и нормативов ведет к административной отвественности, а в случае тяжёлых последствий, к уголовной ответственности, всех лиц, участвовавших в проекте. От проектировщика и руководителя до монтажника и эксплуатационщика.

Строительство

Погружные. Минимальные объемы земляных работ и железо-бетона. Ванна фонтана устраивается на незаглублённом основании. Все работы общестроительные, без специальной квалификации и без применения каких-либо узко-специальных способов строительства, материалов, инструментов и техники. Срок строительства ванны фонтана обычно от 1 до 3 месяцев в зависимости от размера.

Сухие. Большие объёмы земляных работ с удалением разработанного грунта с последующим замещением. Сложное устройство откосов строительного котлована с постоянной откачкой грунтовых вод. Очень сложное устройство подземного технического помещения с применением всех способов обеспечения надёжной гидроизоляции и конструкционной устойчивости и целостности помещения в неустойчивых и влаго-насыщенных грунтах. Общестроительные объемы в 5 раз больше. Сложные работы по постоянному водоотведению в процессе строительства. Сложные и объёмные узкоспециализированные работы по устройству системы трубопроводов. Сложные и ответственные работы с устройством десятков герметичных трубных проходов через дно ванны в помещение насосной. Сложные и объёмные работы по монтажу десятков насосов в подземных условиях. Устройство приточно-вытяжной вентиляции. Устройство безопасного освещения, защитного заземления и кабельной распределительной сети в подземных условиях. Устройство безопасных лестниц в соотвествие требованиям СниП и Охраны труда. Устройство герметичных дверей между отсеками в подземном помещении.

Устройство герметичного входного люка и люка для погрузки оборудования. Срок строительства фонтана от 5 до 12 месяцев.

Результаты сравнения

Погружные. Выигрывают по всем параметрам. Однако, стоит заметить, что речь идет исключительно о современных профессиональных фонтанных насосах с БСННП 24 Вольта с управлением DMX 512. Другие погружные насосы для применения в контактных фонтанах не рассматриваются.

Сухие. Морально устаревшая схема. Сложная и капризная в реализации. Чрезмерно дорогая при проектировании и строительстве. Слишком много потребляет электроэнергии. Слишком дорого и трудоёмко при обслуживании. Ограниченный срок службы насосов из-за постоянных перегрузок. Высокий риск затопления с полной потерей дорогостоящего оборудования. Время технического обслуживания и ремонта тратится гораздо больше. Фонтану требуется постоянный работник. Для выявления и устранения какой-либо мелкой неисправности системы управления потребуется выезд инженера.

Заключение

Возникает законный вопрос: Если фонтан на погружных насосах по всем параметрам лучше и дешевле, то почему большинство фонтано-строителей предпочитают морально и физически устаревшую схему с «сухими» насосами и подземельями.

Самый простой ответ: Старую собаку новым трюкам не научишь.

Действительно, многие фонтано-строители научились делать фонтаны по старым схемам в старых проектах и в иностранных каталогах 50-летней давности. У них нет достаточной квалификации для того, чтобы разобраться в современной технике и научится правильно её применять. У большинства нет даже знакомых инженеров, которые бы помогли в этом. Действующие инженеры нынче в дефиците.

Но есть и другие фонтано-строители, для которых слово «дешевле» это красный флаг. Если фонтан получается дешевле, то и они зарабатают на этом фонтане меньше. Весь бизнес этих ребят расчитан на строительство одного-двух дорогих фонтанов в год с последующим заключением договора на многолетнее обслуживание. А чем фонтан дороже, сложнее и капризнее, то и оплата за обслуживание тоже весьма солидная.


Материал подготовил:

Кнороз Михаил Анатольевич

Дипломированный инженер

+79257715880