Гусаковский_Езерский_Вуглинская_Романова_ Проектирование_водопроводной_сети_учеб_пособ_2014

Проектирование водопроводной сети

водительность одного насосасоставит 1042,2/ 4= 260,6м3/ч.Всоответствии с рабочей характеристикой при такой производительности насосы создают напор 54,0 м, что достаточно для тушения пожара. Следовательно, в насосной станции 2-го подъема устанавливаются 4 рабочих и 2 резервных насоса марки 1Д315-50, с оборудованием одного из насосов частотным регулированием.

Рис. 11.10. Характеристика насоса 1Д315-50 при n = 2900 об/мин

11.4.5. Определение объема резервуаров чистой воды

Емкость резервуаров чистой воды (РЧВ) W, расположенных на территорииводопроводныхочистныхсооружений,должнавключать

Глава 11. Пример проектирования водопроводной сети населенного пункта

регулирующий Wрег и пожарный объемы Wпож, а также дополнитель-

ный объем воды на промывку двух фильтров Wпром.

Регулирующий объем РЧВ определяется на основании сопоставления графика равномерного в течение суток поступления очищенной воды в РЧВ с графиком отбора воды насосной станцией 2-го подъема, который в СПРВ без башни совпадает с графиком водопотребления.

Количество воды, поступающей в РЧВ каждый час, составляет

16800 / 24 = 700 м3/ч.

Графики поступления воды в РЧВ и ее отбора приведены на рис. 11.2 и в табл. 11.9.

Анализируя графики, изображенные на рис. 11.2, можно предположить, что к 23 ч регулирующий объем РЧВ весь израсходуется, поэтому в графе 4 в час 22–23 ставится 0. Далее, сопоставляя значения граф 2 и 3, рассчитывают наличие воды в резервуаре. Максимальное значение объема воды в графе 4 – 844 м3 и является регулирующей емкостью РЧВ (Wрег = 844 м3).Если при заполнении графы4 появляются отрицательные числа, значит, следует искать другой час полного расходования регулирующего объема РЧВ.

ПожарныйзапасводывРЧВWпож определяетсяизусловияобеспечения:

пожаротушенияизнаружныхгидрантовивнутреннихпожарных кранов в течение 3 часов;

максимальных хозяйственно-питьевых и производственных нужд на весь период пожаротушения с учетом возможности пополнения этого объема в течение тушения пожара.

Wпож = qпож nпож 3 3,6+∑Qmax −3 Qср,

где qпож – суммарный расход воды на тушение одного пожара из наружных гидрантов и внутренних пожарных кранов, qпож = 30 л/с; nпож – число одновременных пожаров, nпож = 2; SQmax – сумма расходов воды за 3 часа максимального водопотребления, SQmax = 742,5 + + 776,6 + 826,2 = 2345,3 м3; Qср – средний часовой расход воды, поступающей в РЧВ из очистных сооружений, Qср = 700 м3/ч.

Wпож = 30 2 3 3,6 + 2345,3 – 3 700 = 893,3 м3.

Проектирование водопроводной сети

Запас воды на промывку фильтров и другие собственные нужды очистных сооружений Wпром может быть определен, если известны размеры и расчетные параметры работы отдельных элементов очистных сооружений. Для ориентировочных расчетов этот запас воды может быть принят равным 1 % от суточной производительности системы, т. е. Wпром = 168 м3.

Глава 11. Пример проектирования водопроводной сети населенного пункта

Соответственно, общий объем РЧВ:

W = Wрег + Wпож + Wпром = 844 + 893,3 + 168 = 1905,3 м3.

Кустановкепринимаютсядватиповыхпрямоугольныхжелезобетонных резервуара объемом 1000 м3 каждый.

11.4.6. Схема (деталировка) водопроводной сети

Для устройства магистральной водопроводной сети принимаются напорные трубы из высокопрочного чугуна с шаровидным гра-

фитом (ВЧШГ) класса ЛА по ТУ1461-37-025-4094–2008 [10] без цементного покрытия. Соединение труб осуществляется с помощью раструбов.Дляуплотнениясоединенийприменяютсярезиновыеманжеты. Глубина заложения труб, считая до низа, с учетом глубины промерзания в Тульскойобласти, равной 1,3 м, и требований п. 11.40 [1] принимается 1,8 м.

Оборудованиеиконструированиеводопроводнойсетирассмотрены на примере участка 4–7 (рис. 11.11).

Для обеспечения бесперебойной подачи воды потребителям, проведения плановых и аварийных ремонтов в соответствии с рекомендациями раздела 11 [1] на водопроводной сети предусматривается установка необходимого оборудования и сооружений.

Запорная арматура, в качестве которой используются поворотные затворы и задвижки, устанавливается в каждом узле для выделения ремонтных участков и на всех ответвлениях от водопроводной сети.

Клапаны для впуска и выпуска воздуха при опорожнении и заполнении трубопроводов монтируются в верхней точке каждого ремонтного участка.

Выпуски для сброса воды из трубопроводов при опорожнении устанавливаются в пониженной точке каждого ремонтного участка. Выпуски устраиваются в виде ответвления диаметром 100 мм с задвижкой и мокрого колодца диаметром 1000 мм, из которого вода откачивается передвижными насосами в канализацию.

Пожарные гидранты устанавливаются на водопроводных линиях на расстоянии друг от друга 120–130 м.

Проектирование водопроводной сети

Рис. 11.11. Схема участка 4–7 водопроводной сети (табл. 11.10)

84

Глава 11. Пример проектирования водопроводной сети населенного пункта

Таблица 11.10

Спецификацияучастка4–7водопроводнойсети

Проектирование водопроводной сети

Окончаниетабл. 11.10

Выбор типа и размеров водопроводной арматуры и оборудования осуществляется с использованием сведений, приведенных в [10–12, 14, 16] и другой справочной литературе.

Трубопроводная арматура располагается в железобетонных колодцах, размеры которых определяются в зависимости от диаметров трубопроводов, количества и размеров арматуры и фасонных частей в узле с учетом требований п. 11.61 [1]. В проекте использовались типовыекруглыеколодцыдиаметром1;1,5и2м. Возможнаустановка задвижек соответствующей конструкции без колодцев.

Монтаж узлов на водопроводной сети осуществляется при помощичугунных фасонныхчастей, изготавливаемых промышленностью серийно.

Глава 11. Пример проектирования водопроводной сети населенного пункта

11.5.Второй вариант – СПРВ с водонапорной башней

вконце сети (с «контррезервуаром»)

Главы 11.1–11.3, разработанные ранее, сохраняются без изменений и для второго варианта.

Всхеме с «контррезервуаром» в час максимального водопотребления подача воды в водопроводную сеть осуществляется с двух противоположных сторон.

Вузел 1 вода подается от насосной станции 2-го подъема в режиме расчетной производительности насосов этой станции. Режим работы насосов определяется по графику водопотребления с учетом регулирующей емкости водонапорной башни.

Вузел 9 вода подается от водонапорной башни с расходом, который определяется сопоставлением графика водопотребления и расчетной производительности насосов насосной станции 2-го подъема.

Поэтому в СПРВ с «контррезервуаром» перед расчетом водопроводнойсетинеобходимоопределитьрежимподачиводывсеть от каждого водопитателя.

Определение расчетной производительности насосов насосной станции 2-го подъема

Приопределениирасчетнойпроизводительностинасосовнасосной станции 2-го подъема следует стремиться к тому, чтобы подача воды от башни в час максимального водопотребления составляла не более 8–15 % часового расхода, а величина транзитной подачи воды в бак водонапорной башни не превышала 25–30 % от расхода в час максимального транзита. В результате сопоставления графиков водопотребления и работы насосов насосной станции 2-го подъема определяетсярегулирующаяемкостьбакаводонапорнойбашни.Общий объем бака, включая запас воды на тушение одного внутреннего и одного наружного пожара в течение 10 мин, не должен превышать 2–6 % расчетного суточного водопотребления.

С учетом изложенного максимальная расчетная производительности насосов насосной станции 2-го подъема принимается равной 750 м3/ч. В этом случае в час максимального водопотребления от водонапорной башни в водопроводную сеть будет посту-

Проектирование водопроводной сети

пать 826,2 – 750 = 76,2 м3 воды, что составляет 9,2 % часового водопотребления. Кроме того, в соответствии с графиком водопотребления (рис. 11.12) при такой подаче насосов в период с 6 до 24 ч вода попеременно будет поступать в башню и из башни, что обеспечивает снижение регулирующей емкости ее бака.

Рис. 11.12. График водопотребления и работы насосов насосной станции 2-го подъема

Далее устанавливается число рабочих насосов.

При двух рабочих насосах в случае выключения одного из насосов производительность оставшегося в работе насоса составит

750 1,11 / 2 = 416,2 м3/ч,

где 1,11 – коэффициент параллельности.

Из графика водопотребления видно, что производительность одного насоса значительно меньше водопотребления в ночное вре-

Глава 11. Пример проектирования водопроводной сети населенного пункта

мя. Недостающее количество воды в эти часы должно подаваться из водонапорной башни, что потребует большого ее объема.

При трехрабочих насосахв случае выключения одного из них производительность оставшихся в работе двух насосов составит

750 2 1,11 / 3 =555 м3/ч,

Вэтом случае линия работы двух насосов хорошо «вписывается» в ночные часы графика водопотребления (см. рис. 11.12), поэтому к установке принимаются три рабочих насоса, хотя могут быть рассмотрены и другие варианты.

Далее устанавливается время работы двух и трех насосов в течение суток с учетом того, что в сутки в город должно быть подано 16800 м3 воды. Для этого составляется уравнение

555 t + 750 (24 –t) = 16800 м3/сут,

где t – время работы двух насосов в течение суток, ч.

Из уравнения следует, что t = 6,15 ч, т. е. два насоса будут работать в сутки 6 ч 9 мин, соответственно три насоса – оставшиеся 17 ч 51 мин. С учетом проведенных расчетов на графике водопотребления строится график работы насосов насоснойстанции 2-го подъема (см. рис. 11.12) и заполняется графа 3 табл. 11.11. Работа двух насосов намечается с 0 ч до 6 ч 9 мин. Оставшееся время суток будут работать три насоса.

Определение объема и размеров бака водонапорной башни

Емкость бака водонапорной башни WВБ должна включать регулирующий Wрег и пожарный Wпож объемы воды;WВБ =Wрег + Wпож.

Регулирующий объем бака водонапорной башни определяется в результате сопоставления графиков водопотребления и работы насосов насосной станции 2-го подъема.

Расчеты по определению регулирующего объема бака водонапорной башни сведены в табл. 11.11, которая является дополнением к табл. 11.2.

Проектирование водопроводной сети

Таблица 11.11

В графу 2 табл. 11.11 вносятся данные из графы 15 табл. 11.2. Графа 3 табл. 11.11 заполняется в соответствии с намеченным ранее графиком работы насосов насосной станции 2-го подъема. Графы 4

Глава 11. Пример проектирования водопроводной сети населенного пункта

и 5 заполняются при сопоставлении данных граф 2 и 3. Расчеты наличия воды в баке водонапорной башни (графа 6) целесообразно начинать с часа, когда весь регулирующий объем бака израсходован. Анализ графика водопотребления позволяет предположить, что к 17 ч регулирующий объем бака будет израсходован, поэтому в графу 6

вчас 16–17 ставится 0. В следующий час (17–18) в бак поступит 73 м3 воды, и к 18 ч в баке будет находиться 73 м3. Далее в час 18–19

вбак поступит еще 47,6 м3 воды, соответственно к 19 ч в баке уже будет находиться 120,6 м3 воды, и т. д. Максимальный объем воды

вбаке,которыйравен328,2м3 инакапливаетсяк4ч,являетсярасчетнойрегулирующейемкостьюводонапорнойбашниWрег = 328,2 м3. Если

вграфе 6появляютсяотрицательныечисла, точасснулевымрегулирующим объемом выбран неверно.

ПожарныйобъемводыWпож вбакеводонапорнойбашнирассчитывается на десятиминутную продолжительность тушения одного наружного (25 л/с) и одного внутреннего (5 л/с) пожаров.

Wпож = (25 + 5) 10 60 / 1000 = 18 м3.

Тогда общий объем бака:

WВБ = 328,2 + 18,0 = 346,2 м3.

К установке принимается бак емкостью 400 м3. Ориентировочно высота бака Hбак и его диаметр Dбак при Hбак /

Dбак = 0,6 могут быть определены следующим расчетом:

Hбак = 0,77(Wбак )1/3 = 0,77 4001/3 =5,7 м.

Соответственно диаметр бака составит Dбак = 5,7 / 0,6 = 9,5 м и принимается равным 10 м. При этом расчетная высота бака:

Hбак = 400 / 78,5 = 5,1 м.

Высота водонапорной башни определяется пьезометрическим расчетом.

Проектирование водопроводной сети

11.5.1. Подготовка водопроводной сети к гидравлическому расчету

Определениерасчетных расходов воды

СПРВ с водонапорной башней в конце сети рассчитываются на следующие периоды работы системы в сутки максимального водопотребления:

час максимального водопотребления; час максимального водопотребления и пожаротушения;

часмаксимальноготранзитаводывбашню(вчасмаксимальной подачи насосов 2-го подъема).

Расчетные расходы для каждого характерного периода работы системы определяются по графику водопотребления или из табл. 11.2.

Час максимального водопотребления

Всоответствии с табл. 11.2 и 11.11часмаксимальноговодопотребления наблюдается с 16 до 17 ч и составляет 826,2 м3/ч, или 229,5 л/с.

Этотрасходсостоитиз равномернораспределенного(путевого) расхода (606,8 м3/ч, или 168,6 л/с) и сосредоточенного (промышленное предприятие) расхода (219,4 м3/ч, или 60,9 л/с).

Вэтот час вода подается в водопроводную сеть от двух источ- никовпитания.Отнасоснойстанции2-гоподъемавузел1поступает 750 м3/ч, или 208,3 л/с, в узел 9 от водонапорной башни – 76,2 м3/ч,

или 21,2 л/с.

Подготовкаводопроводнойсетикрасчетупроизводитсявтом же порядке, что и в первом варианте. Причем п. 1, 2 и 3 сохраняются без изменений и здесь не приводятся (см. гл. 11.4.1).

Далее составляется (п. 4) расчетная схема водопроводной сети (рис.11.13),накоторойнаносятсяполученныезначенияузловыхрасходов. Затем по аналогии с первым вариантом примера намечается первоначальное распределение потоков воды по всем участкам сети

иопределяются предварительные расчетные расходы на участках

(см. рис. 11.13).

Глава 11. Пример проектирования водопроводной сети населенного пункта

Проектирование водопроводной сети

Час максимального водопотребления и пожаротушения

В этот период работы СПРВ к максимальному часовому расходу 229,5 л/с добавляется расход на тушение двух пожаров 30 + 30 = = 60 л/с. Соответственно суммарный расход составит 289,5 л/с. Расходы воды на тушение пожаров являются сосредоточенными и добавляютсякузловымрасходамузлов,вкоторыхнамечаютсявозможные пожары. В рассматриваемой схеме места пожаров намечаются

вузлах 6 и 9, как самых высоких и наиболее удаленных от насосной станции. Расходы в этих узлах увеличиваются по сравнению с рассмотренными ранее расходами на 30 л/с.

Путевые расходы в час максимального водопотребления и пожаротушения сохраняются такими же, как и в предыдущем случае, поэтому расчетов по определению путевых и узловых расходов дополнительно производить не требуется.

Затем составляется расчетная схема водопроводной сети для этогопериодаработысистемы(рис.11.14),накоторойнаносятсязначения узловых расходов и обозначаются места возникновения пожаров.Послеэтого,какивпредыдущемслучае,производитсяпервоначальное распределение потоков воды по всем участкам сети и определяютсяпредварительныерасчетныерасходыводынаучасткахсети (см. рис. 11.14). При этом весь расчетный расход (289,5 л/с) подается

вводопроводную сеть от насосной станции 2-го подъема.

Час максимального транзита воды в башню

Всоответствиистабл.11.11максимальныйтранзитводывбаш- нювчасмаксимальнойподачинасосовнасоснойстанции2-гоподъе- ма составляет107,1 м3/ч(29,8 л/с)инаблюдаетсяс 7до 8 ч. Насосная станция 2-го подъема подает в водопроводную сеть в этот час 750,0 м3/ч (208,3 л/с). Общегородской расход в час максимального транзита воды в башню составляет 642,9 м3/ч (178,6 л/с) исостоит из равномерно распределенного (путевого) расхода (557,6 м3/ч, или 154,9 л/с) исосредоточенного (промышленное предприятие) расхода

(85,3 м3/ч, или 23,7 л/с).

Подготовкаводопроводнойсетикрасчетупроизводитсявтом же порядке, как это изложено в первом варианте для часа макси-

Глава 11. Пример проектирования водопроводной сети населенного пункта

Проектирование водопроводной сети

мального водопотребления. Ввиду того что в час максимального транзита водыв башнюобщегородскойрасходотличается от общегородского расхода в часмаксимального водопотребления, необходимо произвестирасчетыдляопределенияновыхпутевыхиузловыхрасходов.Расчеты приводятся в сокращенном варианте (подробнее см. разд. 11.4.1).

1. Определяется удельный путевой расход qуд,л/(с км),путем деления общего путевого расхода qп на сумму условных длин всех участков Slусл.уч:

qуд = qп∑lусл.уч =154,9 / 7,56=20,5.

2. Определяется величина путевых расходов, л/с, всех участков умножением удельного расхода на условную длину участка:

qп.уч = qуд lусл.уч .

Результаты вычислений заносятся в графу 3 табл. 11.12.

Глава 11. Пример проектирования водопроводной сети населенного пункта

3. Вычисляются узловые расходы, л/с, как сумма сосредоточенного расхода Sqсоср.узл и полусумма путевых расходов участков, примыкающих к узлу, qп.уч.узл:

qузл = ∑qсоср.узл +0,5∑qп.уч.узл .

Сумма всех узловых расходов должна быть равна величине максимального(расчетного)часовогорасходаводывнаселенномпункте.

Сосредоточенный расход промышленного предприятия привязывается к узлу 4 сети:

qузл.1 = (11,1 + 15,8) / 2 = 13,5 л/с qузл.2 = (11,1 + 11,1 + 7,8) / 2 = 15,2 л/с qузл.3 = (11,6 + 15,8) / 2 = 13,7 л/с

qузл.4 = (15,8 + 11,1 + 15,8) / 2 + 23,7= 45,0 л/с qузл.5 = (7,9 + 11,1 + 15,8 + 11,6) / 2 = 23,2 л/с qузл.6 = (15,8 + 11,6 + 15,8) / 2 = 21,6 л/с

qузл.7 = (15,8 + 11,1) / 2 = 13,5 л/с

qузл.8 = (15,8 + 11,1 + 11,6) / 2 = 19,2 л/с qузл.9 = (15,8 + 11,6) / 2 = 13,7 л/с

__________________

Итого: 178,6 л/с.

4.Составляетсярасчетнаясхемаводопроводнойсети(рис.11.15), на которой наносятся полученные значения узловых расходов. Затем намечаетсяпервоначальноераспределениепотоковводыповсемучасткам сети и определяются предварительные расчетные расходы на участках. При этом алгебраическая сумма расходов в каждом узле должна быть равна нулю.

Назначение диаметров трубопроводов на участках водопроводной сети

Дляустройствамагистральнойводопроводнойсетипринимаются напорныеполиэтиленовыетрубыизПЭ100надавление1,0МПа(PN10) по ГОСТ18599–2001 [13]. При определениидиаметровучастков сети используется таблица, приведенная в прил. 1.

Проектирование водопроводной сети

Глава 11. Пример проектирования водопроводной сети населенного пункта

Диаметры всех участков водопроводной сети и водоводов назначаютсянаоснованиипредварительныхрасчетныхрасходов, установленных при первоначальном распределении потоков, исходя из наиболее экономичных скоростей потока. Одновременно рассматриваютсярасчетныесхемыводопроводнойсети,разработанныедлявсех расчетных периодов работы сети (рис. 11.13–11.15). Это позволяет при подборе диаметров водопроводных линий производить анализ скоростей движения воды в трубах во все расчетные периоды.

При подборе диаметров кроме экономических факторов необходимо учитывать обеспечение взаимозаменяемости участков сети при авариях.

Для удобства анализа при выборе диаметров участков с учетом их работы в различные расчетные периоды составляется табл. 11.13.

Таблица 11.13

С учетом рассуждений, приведенных при рассмотрении этого раздела в первом варианте примера, на участках принимаются диаметры труб, указанные в табл. 11.13. Сопоставляя принятые диаметры участков с диаметрами в первом варианте, можно отметить, что диаметры начальных участков1–2 и 1–4 вовтором варианте меньше, чем в первом, что обусловлено меньшей производительностью на-