Гусаковский_Езерский_Вуглинская_Романова_ Проектирование_водопроводной_сети_учеб_пособ_2014

Проектирование водопроводной сети

УДК 628.1

Рецензенты: д-р техн. наук, профессор Н. А. Черников (Санкт-Петербургский университет путей сообщения); генеральный директор ООО «Аква-Норд» А. Ю. Лебедев (Санкт-Петербург)

Гусаковский, В. Б.

Проектирование водопроводной сети: учеб. пособие / В. Б. Гусаковский,А.И.Езерский,Е.Э.Вуглинская,Ю.В.Романова;СПбГАСУ.–

СПб., 2014. – 130 с.

ISBN 978-5-9227-0530-1

В соответствии с программой дисциплины «Водоснабжение» рассмотрены вопросы водопотребления в населенных пунктах, устройство и правила проектирования системы подачи и распределения воды (СПРВ), основным элементом которой является водопроводная сеть.

Представлена методика расчета водопотребления в населенном пункте, изложены основные принципы проектированияи расчета кольцевой водопроводной сети населенного пункта, приведен пример расчета с деталировкой участка водопроводной сети.

Предназначенодлястудентовнаправления270800–строительство,про- филь: водоснабжение и водоотведение – всех форм обучения.

Табл. 19. Ил. 25. Библиогр.: 17 назв.

Рекомендовано Редакционно-издательским советом СПбГАСУ в каче- ствеучебно-методическогопособия.

ISBN978-5-9227-0530-1

Коллектив авторов, 2014 Санкт-Петербургский государственный

архитектурно-строительный университет, 2014

Предисловие

Дисциплина «Водоснабжение» в соответствии с образовательным стандартом высшего профессионального образования изучается студентами направления подготовки 270800 – строительство, профиль: водоснабжение и водоотведение, всех форм обучения и предполагает получение знаний в области устройства и проектирования всех элементов систем водоснабжения населенных пунктов (коммунального водоснабжения).

Всоответствии с учебным планом и рабочими программами, действующими в СПбГАСУ, дисциплина «Водоснабжение» разделена на три части, каждая из которых изучается в отдельном семестре.

Программа второй части «Водоснабжение, ч. 2» включает изучение водопотребления в населенных пунктах, систем и схем коммунального водоснабжения (водопровода), устройства и правил проектированиясистемы подачии распределенияводы (СПРВ),основным элементом которой является водопроводная сеть.

Изучениеэтой дисциплиныбазируется назнаниях, полученных при изучении высшей математики, гидравлики, насосов и насосных станций и ряда других дисциплин.

Впроцессе изучения дисциплины «Водоснабжение, ч. 2» студенты выполняют курсовой проект по проектированию водопроводной сети населенного пункта. Настоящее учебное пособие предназначено для оказания практической помощи в изучении дисциплины

иправил проектирования водопроводной сети населенного пункта, в том числе и в разработке курсового проекта по дисциплине.

Учебное пособие разработано в соответствии со сложившейся практикой преподавания дисциплины на кафедре водоснабжения СПбГАСУ(ЛИСИ),сучетомтребованийдействующихнормативных документов и новых тенденций в области проектирования и строительства водопроводных сетей. Оно состоит из теоретической части, примера и приложений.

Втеоретической части даны теоретические основы и правила проектирования водопроводных сетей населенных мест.

Впримерепоказанпорядокиосновныеприемы проектирования

кольцевой магистральной водопроводной сети населенного пункта.

Проектирование водопроводной сети

Вприложенияхприведенытаблицыдлягидравлическогорасчета трубопроводов и другие справочные материалы, позволяющие самостоятельно выполнить курсовой проект, что особенно важно для студентов безотрывных форм обучения.

Введение

Водопроводные сети являются основным элементом системы подачиираспределения воды(СПРВ) водопровода населенного пункта, которая в классическом варианте, кроме водопроводных сетей, включаетвсвойсоставрезервуарычистойводы(РЧВ),насосныестанции 2-го и последующих подъемов, водоводы и напорные регулирующиеемкости(водонапорныебашниилирезервуары).Всеэлементы СПРВ взаимосвязаны, поэтому при проектировании водопроводных сетейнаселенногопунктанеобходимаразработкасхемыСПРВианализ работы всех ее элементов, как правило, с вариантной проработкой и технико-экономической оценкой вариантов.

Проектирование любой системы водоснабжения начинается с расчетов и анализа водопотребления.

Централизованнаясистемаводоснабжениянаселенныхпунктов должна обеспечивать:

хозяйственно-питьевое водопотребление в жилых и общественных зданиях, нужды коммунально-бытовых предприятий и поливку территории;

хозяйственно-питьевое водопотребление на предприятиях; производственные нужды промышленных и сельскохозяй-

ственных предприятий, где требуется вода питьевого качества; тушение пожаров; собственные нужды станций водоподготовки, промывку во-

допроводных и канализационных сетей и т. п.

Всоответствиисзаданиемвкурсовомпроектедолжнабытьзапроектирована кольцевая водопроводная сеть населенного пункта,

атакже определены регулирующий и полный объемы резервуаров чистой воды и бака водонапорной башни (если она предусмотрена), ее высота и подобраны насосы насосной станции 2-го подъема.

Всостав проекта входят расчетно-пояснительная записка и графическая часть, выполненная на листах стандартных форматов.

Выполнение проекта рекомендуется производить в следующей последовательности:

1. Производится расчет водопотребления, составление таблицы

и графика почасового водопотребления в населенном пункте.

Проектирование водопроводной сети

Глава 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ РАСХОДОВ ВОДЫ

Централизованнаясистемаводоснабжениянаселенныхпунктов должна обеспечивать:

хозяйственно-питьевое водопотребление в жилых и общественных зданиях, нужды коммунально-бытовых предприятий и поливку территории;

хозяйственно-питьевое водопотребление на предприятиях; производственные нужды промышленных и сельскохозяй-

ственных предприятий, где требуется вода питьевого качества; тушение пожаров; собственные нужды станций водоподготовки, промывку во-

допроводных и канализационных сетей и т. п.

1.1. Население и местная промышленность

Определение суточного водопотребления на хозяйственнопитьевыенуждынаселениявжилых иобщественныхзданияхпроиз- водитсявсоответствиисудельнымхозяйственно-питьевымводопот-

реблением qж , принимаемым в зависимости от климатических усло-

вий, степени благоустройства и этажности застройки по данным табл. 1 [1].

Расчетный средний за год суточный расход воды на хозяйствен- но-питьевые нужды населения, м3/сут, определяется из выражения

Qсутнас.ср 0,001 Nж qж,

где Nж – расчетное число жителей в населенном пункте.

Количество воды на нужды местной промышленности, обеспечивающей население продуктами, и неучтенные расходы допускается принимать дополнительно в размере 10–20 % суммарного расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта. С учетом этого расчетный расход воды, потребляемый населением и местной промышленностью, может быть определен из выражения

Глава 1. Определение расчетных расходов воды

Qсут.ср = (1,1...1,2)Qсутнас.ср .

Расчетные расходы воды в сутки наибольшего и наименьшего водопотребления, м3/сут, определяются по формулам:

Qсут max = Ксут max Qсут.ср ,

Qсут min = Ксут min Qсут.ср ,

где Ксут max и Ксут min – максимальный и минимальный коэффициенты суточной неравномерности водопотребления, учитывающие уклад жизни населения, режим работы предприятий, степень благоустройствазданий,измененияводопотребленияпосезонамгодаидням недели, которые принимаются:

Ксут max =1,1...1,3; Ксут min = 0,7...0,9.

Расчетные часовые расходы воды q, м3/ч, определяются по формулам:

qч max = Кч max Qсут max /24, qч min = Кч min Qсут min /24 ,

где Кч max и Кч min – максимальный и минимальный коэффициенты

часовой неравномерности водопотребления, определяемые из выражений:

Кч max = αmax βmax ,

Кч min = αmin βmin ,

где αmax и αmin – коэффициенты, учитывающие степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные усло-

вия, αmax =1,2...1,4 ; αmin =0,4...0,6; βmax и βmin – коэффициенты, учитывающиеколичествожителейвнаселенномпунктеипринимае-

мые по данным табл. 2 [1].

Определение минимальных расходов воды рекомендуется производить для выявления излишних напоров в сети в периоды мини-

Проектирование водопроводной сети

мального водопотребления. Результаты расчета работы водопроводнойсетивпериодыминимальноговодопотребленияпозволяютуточнить экономически наивыгоднейшие диаметры участков сети.

Распределение расходов воды по часам суток в жилых и общественных зданиях населенных пунктов следует принимать на основании расчетных графиков водопотребления, которые могут быть составлены с помощью табл. 1.1 в зависимости от величины Кч max .

Таблица 1.1

Глава 1. Определение расчетных расходов воды

Распределение расходов по часам суток производится в соответствии с табличным коэффициентом, который наиболее близок к вычисленному коэффициенту (см. табл. 1.1).

При наличии в населенном месте районов с различными этажностью и степенью благоустройства зданий, обусловливающих применение отличных друг от друга норм водопотребления и коэффициентов неравномерности, определение суточного водопотребления и его распределение по часам суток следует производить отдельно для каждого района.

1.2. Поливка территории

Расход воды на поливку улиц и зеленых насаждений Qсутпол при-

нимается дополнительно к расходу населенного пункта по данным п.5.3 [1].Приотсутствиивзаданииконкретныхсведенийовеличине ихарактереплощадейполивкисуммарныйрасходнаполивкувпересчете на одного жителя может быть принят в зависимости от местных условий в пределах 50–90 л/сут.

Qсутпол = (50...90) 0,001 Nж .

Расчетные часовые расходы на поливку зависят от способа отбора воды из сети. При непосредственном отборе воды из сети

qчпол Qсутпол /t ,

где t – время полива в сутки, ч.

Если отбор воды из сети на полив не регулируется службами водопровода, то t = 24 ч. Однако желательно, чтобы отбор воды из сети на полив не осуществлялся в часы максимального водопотребления на хозяйственно-питьевые нужды. Поэтому часто составляются специальные графики расходования воды на полив. Например, поливка производится поливочными автомашинами в течение 20 ч в сутки равномерно, за исключением4 часов с7 до 11 ч, соответствующих максимальному водопотреблению (t = 20 ч).

11

Проектирование водопроводной сети

При непосредственном отборе воды из сети для поливкиулиц и зеленыхнасажденийполивочныерасходыследуетклассифицировать как равномерно распределенные по длине сети.

1.3. Промышленные предприятия

Расходы воды на хозяйственно-питьевые, душевые и производственные нужды предприятий являются дополнительным сосредоточенным расходом.

Нормарасходаводынахозяйственно-питьевыенуждыпредпри- ятия (см. прил. А, табл. А3 [2]) принимается: для цехов с тепловыделениямисвыше 84 кДж на 1 м3/ч – 45 л на 1 чел. в сменупри коэффициентечасовойнеравномерностиК=2,5; дляостальныхцехов–25 л на 1 чел в смену при коэффициенте часовой неравномерности К = 3,0.

Расходы воды на хозяйственно-питьевые нужды на предприятии в смену, м3/см, определяется из выражения

Qiхсм.-п. = 0,001 qi Ni ,

где qi – норма хозяйственно-питьевого водопотребления на одного рабочего соответствующего цеха; Ni – количество работников в цехе.

Рекомендуемое распределение водопотребления на хозяйствен- но-питьевые нужды на предприятии приведено в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Расход воды на пользование душами определяется количеством душевых сеток, устанавливаемых в зависимости от санитарной характеристики производственных процессов [6], приведен в табл. 1.3.

Расход воды через одну душевую сетку (см. прил. А, табл. А3 [2])составляет500лвсмену(0,5м3).Исходяизэтого,сменныйрасход на промпредприятии в душевых, м3/см., может быть определен из выражения

Глава 1. Определение расчетных расходов воды

Qсмдуш 0,5 Ni /ni ,

где Ni – количество работников в цехах с i-й санитарной характеристикой технологического процесса; ni – расчетное количество человек наоднудушевуюсеткувцехахсi-йсанитарнойхарактеристикойтех- нологического процесса.

Таблица 1.3

1Процессы, вызывающие загрязнение веществами 3-го и 4-го классов опасности:

2Процессы, протекающие при избытках явного тепла и неблагоприятных метеорологических условиях:

3Процессы, вызывающие загрязнение веществами 1-го и 2-го классов опасности, а также веществами, обладающими стойким запахом:

Душпринимаютработникивтечениечасапослеокончаниясмены. В случае приготовления горячей воды в скоростных водонагревателях расчетный часовой расход воды на душ, м3/ч, будет равен

сменному расходу qчдушmax = Qсмдуш . При приготовлении горячей воды

Проектирование водопроводной сети

в емкостных водонагревателях расчетный часовой расход, м3/ч, может быть определен из выражения

qчдушmax = 0,46Qсмдуш +0,54Qсмдуш /t1 ,

где t1 – время, в течение которого осуществляется нагрев воды, принимается t1 = 4…6 ч.

Суточный расход воды питьевого качества на производственные нужды Qпр и режим ее потребления определяются технологом предприятия и приводятся в исходных данных на проектирование.

Общий суточный расход воды питьевого качества на промышленном предприятии, м3/сут, определяется суммированием всех расходов:

Qпр.сут = ∑Qiхсм.-п. +∑Qiдушсм +Qпр .

При непосредственной подаче воды потребителям промышленного предприятия из водопроводной сети населенного пункта расчетный часовой расход системы водоснабжения населенного пункта определяетсясучетомрежимаводопотреблениянапредприятии.Для этого составляется график водопотребления на предприятии, по которому и определяется максимальный часовой расход на нем. Если максимальный часовой расход на промышленном предприятии составляет значительную долю общего расхода и совпадает с часом максимального водопотребления в населенном пункте, бывает целесообразно организовать равномерный в течение суток отбор воды из сетинаселенногопунктавсистемуводоснабженияпредприятия.При таком решении на промышленном предприятии предусматриваются регулирующиерезервуары,собственнаянасоснаястанцияиводопроводная сеть. Это позволяет существенно снизить гидравлическую нагрузку на водопроводную сеть населенного пункта, уменьшить ее диаметры и мощность насосов насосной станции 2-го подъема.

1.4. Тушение пожаров

Расход воды на наружное пожаротушение и расчетное количество одновременных пожаров в населенном пункте и промышлен-

Глава 1. Определение расчетных расходов воды

ном предприятии надлежит принимать согласно разделам 5 и 6 [3]. В расчетное количество одновременных пожаров в населенном пунктевключеныпожарынапромышленныхпредприятиях,расположенных в пределах населенного пункта. Расход воды на тушение пожара внутри зданий, оборудованных пожарными кранами, следует учитывать дополнительно к расходам на наружное пожаротушение. Данные по расходу воды на внутреннее пожаротушение содержатся в табл. 1 [4]. Применительно к курсовому проекту можно принимать две струи по 2,5 л/с, т. е. 5 л/с.

1.5. Общий расход воды городом и режим водопотребления

Общий расход воды, поступающей в водопроводную сеть населенногопункта(подаваемойпотребителям),м3/сут,определяетсясуммированием расходов воды на нужды населения и местной промышленности, поливку улиц и зеленых насаждений и нужды промышленныхпредприятий.Вычисляютсярасходызасуткимаксимального, среднего и минимального водопотребления.

При определении производительности головных сооружений системы водоснабжения населенного пункта (водозабора и водопроводных очистных сооружений) к расходу воды, подаваемой потребителям, необходимо добавить расход на собственные нужды водопроводных очистных сооружений (п. 9.6 [1]).

Длярасчетаводопроводнойсети, насосныхстанций, подающих воду в сеть, регулирующих и запасных емкостей необходимо знать водопотребление в населенном пункте по часам суток. Расчетный (сводный) график водопотребления в населенном пункте строится с учетом режима водопотребления отдельных потребителей. Методикапостроениярасчетного(сводного)графикаводопотребленияприведена в примере пособия (гл. 11).

Проектирование водопроводной сети

Глава 2. ТРАССИРОВКА ВОДОПРОВОДНОЙ СЕТИ

Водопроводная сеть водопровода населенного пункта предназначена дляраспределения подаваемой воды по его территории, обеспечения возможности отбора в заданных точках территории требуемых количеств воды при соответствующих потребных свободных напорах. Кроме того, сеть должна обладать определеннойнадежностью, т. е. сохранять заданный уровень обеспечения водой потребителей, не снижая его ниже допустимых пределов, при любых возможных авариях ее линий. Выполнение этих функций и требований должно осуществляться с наименьшими затратами на строительство и эксплуатацию всей системы подачи и распределения воды.

Для обеспечения требований надежности сети водопроводов устраиваются кольцевыми.

Водопроводныесетиследуетпрокладывать подземлейирасполагать вдоль проездов прямолинейно, параллельно линиям застройки, по возможности вне бетонных и асфальтовых покрытий. Трубопроводы и проезды должны пересекаться под прямым углом.

По характеру своей работы водопроводные линии подразделяютсянамагистральныеираспределительные.Магистральныелинии предназначенывосновномдлятранзитноготранспортированияводы, распределительные – в основном для раздачи воды потребителям через домовые вводы. Гидравлический расчет с увязкой кольцевых сетей осуществляется только для магистральных линий. Диаметры трубопроводов распределительной сети назначаются в зависимости от расходов воды на пожаротушение и принимаются одинаковыми для всей распределительной сети, но не менее 150 мм.

Конфигурация сети, расположение и направление основных магистралей зависят от формы территории населенного пункта, его планировки, системы улиц и проездов, мест подачи воды, расположения отдельных крупных предприятий, а также от наличия есте- ственныхиискусственныхпрепятствий–рек,оврагов,рельефамест- ности и т. д.

Трассымагистральныхводопроводныхлинийнамечаютсясучетом следующих положений:

Глава 2. Трассировка водопроводной сети

основные магистрали должны охватывать всю территорию населенного пункта и обеспечивать подачу воды в его удаленные районы;

направлениемагистралейдолжносоответствоватьнаправлению основных потоков воды (в соответствии с расположением основных потребителей воды);

магистральные линии должны проходить в основном массиве населенного пункта, при этом линии наружного контура должны обеспечить двухстороннее питание потребителей;

магистральные линии следует, по возможности, прокладывать по наиболее возвышенным местам территории, чтобы обеспечить достаточные свободные напоры в сети;

при трассировке магистральных линий необходимо учитывать расположениеузла подачиводы вводопроводную сетьот насосной станции 2-го подъема и расположение водонапорной башни или напорного резервуара;

водопроводные магистрали, транспортирующие воду в одном направлении, для обеспечения взаимозаменяемости при аварии должны быть по возможности равной пропускной способности.

Основные магистральные линии соединяются между собой перемычками,располагающимисяпримерноперпендикулярнокосновному направлению движения воды, образуя тем самым замкнутые контуры (кольца). Места пересечения магистралей и перемычек являютсяобычно расчетнымиузлами.Принормальной(безаварийной) работе системы перемычки гидравлически нагружены слабо. При аварии на каком-либо участке магистрали поврежденный участок выключается на ремонт, а вода по перемычкам перебрасывается на параллельные магистрали. Этим и обеспечивается достаточная надежность кольцевых водопроводных сетей.

Кольцам, образуемым магистральными линиями, целесообразно придавать удлиненную форму, вытянутую в направлении основного потока воды. Это дает возможность сократить длину перемычек, мало участвующих в транспортировании воды при безаварийной работе сети, и тем самым уменьшить общую протяженность водопроводной сети.

При трассировке сети целесообразно учитывать требования п. 11.10 [1], в соответствии с которыми разделение водопроводной

Проектирование водопроводной сети

сети на ремонтные участки должно обеспечивать при выключении одного из участков отключение не более пяти пожарных гидрантов и подачу воды потребителям, не допускающим перерыва в подаче воды. Расстояние между пожарными гидрантами не должно быть более 120–150 м. Соответственно, длину магистральных участков в кольце рекомендуется принимать не более 600–800 м, перемычек – 400–600 м. В этом случае участок трубопровода между узлами будет соответствовать требованиям, предъявляемым к длине ремонтных участков. При большей длине участков сети между узлами придется выделять арматурой и другим оборудованием несколько ремонтных участков.

Глава 3. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ СПРВ

Водопроводные сети являются основным элементом системы подачиираспределенияводы(СПРВ)водопровода населенногопункта, которая в классическом варианте кроме водопроводных сетей включаетвсвойсоставрезервуарычистойводы(РЧВ),насосныестанции 2-го и последующих подъемов, водоводы и напорные регулирующиеемкости(водонапорныебашниилирезервуары).Всеэлементы СПРВ взаимосвязаны, поэтому при проектировании водопроводных сетейнаселенногопунктанеобходимаразработкасхемыСПРВианализ работы всех ее элементов, как правило, с вариантной проработкой и технико-экономической оценкой вариантов.

Резервуары чистой воды предназначены для регулирования несоответствиямеждуравномернымвтечениесутокпоступлениемводы из очистных сооружений и неравномерным отбором воды насосной станцией 2-го подъема (регулирующий объем). Кроме того, в РЧВ должны храниться пожарный и аварийный объемы воды, а также объем воды на собственные нужды водопроводных сооружений. Регулирующий объем РЧВ тем больше, чем больше неравномерность работынасоснойстанции2-гоподъема,котораявсвоюочередьзави- сит от режима водопотребления и наличия и величины объема водонапорной башни.

В зависимости от топографических условий, производительности водопровода и других факторов СПРВ с подачей воды от одной насосной станции могут иметь следующие схемы:

без напорной регулирующей емкости (водонапорной башни или напорного резервуара);

сводонапорной башней или напорным резервуаром, расположенным в начале сети по ходу движения воды;

сводонапорной башней или напорным резервуаром, расположеннымвпротивоположнойчастинаселенногопунктапоотношению к месту подачи воды в сеть (схема с «контррезервуаром»).

При отсутствии в СПРВ водонапорной башни (рис. 3.1) насосы 2-го подъема, водоводы и водопроводные сети работают в режиме водопотребления, что соответствует максимальным гидравлическим