Гусаковский_Езерский_Вуглинская_Романова_ Проектирование_водопроводной_сети_учеб_пособ_2014

Проектирование водопроводной сети

сосной станции 2-го подъема. В то же время на концевых участках сети для обеспечения пропуска транзитного расхода воды диаметры труб принимаются равными 200 мм, что больше, чем в первом варианте.

Диаметры двух водоводов, соединяющих насосную станцию 2-го подъема с узлом 1, в соответствии с рекомендуемыми скоростями назначаются равными 355 мм. Диаметры двух водоводов, соединяющих водонапорную башню с узлом 9, принимаются в соответствии с расчетным расходом по 200 мм.

11.5.2. Гидравлическая увязка водопроводной сети

Гидравлическая увязка водопроводной сети для всех расчетных периодов производится машинным счетом с использованием программ и вычислительной техники, имеющейся на кафедре.

Результаты выполненных расчетов наносятся на расчетные схемы (рис. 11.16–11.18) для проведения пьезометрического анализа.

11.5.3. Пьезометрический анализ СПРВ, построение графиков

пьезометрических линий и линий равных напоров

Наоснованиивыполненныхрасчетов(см.рис.11.16–11.18)про- изводится пьезометрический анализ СПРВ. Задачей пьезометрического анализа является определение пьезометрических и свободных напоров в узлах водопроводной сети.

На первом этапе определяются пьезометрические отметки в узлах сети, насосной станции 2-го подъема и у водонапорной башни. Дляпервогоивторогорасчетныхпериодовопределениепьезометрических отметок начинается с диктующей точки. В качестве диктующей точки назначается самый высокорасположенный и удаленный от насосной станции 2-го подъема узел, в котором наиболее сложно создать требуемый свободный напор. В проектируемой схеме водопроводной сети диктующая точка для обоих расчетных периодов работы сети будет в узле 9.

Пьезометрическая отметка в диктующей точке рассчитывается как сумма отметки земли и свободного потребного напора Нсв.тр, которыйопределяетсявсоответствиисрекомендациями[1].Вчасмак-

Глава 11. Пример проектирования водопроводной сети населенного пункта

102

Рис. 11.17. Расчетная схема водопроводной сети в час максимального водопотребления и пожаротушения (гидравлически увязанная сеть)

103

Рис. 11.18. Расчетная схема водопроводной сети в час максимального транзита воды в башню (гидравлически увязанная сеть)

сети водопроводной Проектирование

пункта населенного сети водопроводной проектирования Пример .11 Глава

Проектирование водопроводной сети

симальноговодопотребленияНсв.тр устанавливаетсявзависимостиот этажности застройки. В час пожаротушения Нсв.тр принимается 10 м.

Для населенного пункта с шестиэтажной застройкой в час максимального водопотребления:

Нсв.тр = 10 + 4 (6 – 1) = 30 м.

Соответственно пьезометрическая отметка:

Zп9 = Z9 + Нсв.тр = 23,1 + 30,0 = 53,1 м,

где Z9 – отметка земли в узле9.

Затем определяют пьезометрические отметки в остальных узлах, двигаясь по схеме последовательно от диктующей точки к соседним узлам и далее от узла к узлу. При этом пьезометрическая отметка в соседнем узле определяется как сумма (или разность – в зависимости от направления потока воды на участке) известной пьезометрической отметки и потерь напора на участке между узлами.

Zп6 = Zп9 + h6–9 = 53,10 + 0,04 = 53,14 м.

Zп8 = Zп9 + h8–9 = 53,10 – 0,28 = 52,82 м.

Zп5 = Zп8 + h5–8 = 52,82 + 0,68 = 53,50 м, и т. д.

Такимобразомопределяютсяпьезометрическиеотметкинетолько в узлах, но и в насосной станции и у водонапорной башни.

Потери напора в водоводах от насосной станции 2-го подъема

кузлу 1 при длине 0,7 км определяются с использованием прил. 1:

вчас максимального водопотребления и час максимального транзитаq =104,15л/с,1000i =2,9,соответственноh =2,9·0,7=2,03м;

вчас максимального водопотребления и пожаротушения q = 144,15 л/с, 1000i = 5,0, соответственно h = 5,0 · 0,7 = 3,50 м.

Потеринапоравводоводахотводонапорнойбашник узлу9 при длине 0,2 км определяются следующим расчетом:

вчасмаксимальноговодопотребленияq =10,6л/с,1000i = 0,9, соответственно h = 0,9 · 0,2 = 0,18 м;

вчасмаксимальноготранзитаводывбакводонапорнойбаш-

ни q = 14,9 л/с, 1000i = 1,4, соответственно h = 1,4 · 0,2 = 0,28 м.

104

Глава 11. Пример проектирования водопроводной сети населенного пункта

Пьезометрическая отметка дна бака водонапорной башни в час максимальноговодопотребленияопределятсякаксуммапьезометрической отметки в узле 9 и потерь напора в водоводах от водонапор-

ной башни к узлу 9, т. е. 53,10 + 0,18 = 53,28 м.

В час максимального транзита воды в бак водонапорной башни расчет пьезометрических отметок начинается с отметки верхнего уровня воды в баке водонапорной башни, которая определяется как сумма пьезометрической отметки дна бака и рабочей высоты бака Hбак = 5,1 м, т. е. 53,28 + 5,10 = 58,38 м. Пьезометрическая отметка в узле 9 в этот час определяется как сумма пьезометрической отметки верхнего уровня воды в баке водонапорной башни и потерь напора в водоводах от водонапорной башни к узлу 9, т. е.

Zп.тр.9 = Zп.тр.ВБ + hВБ9 = 58,38 + 0,28 = 58,66 м и т. д.

Расчеты пьезометрических отметок производятся для всех расчетных периодов работы СПРВ и сведены в табл. 11.14.

105

Проектирование водопроводной сети

Затем производятся расчеты свободных напоров в узлах. Величина напоров определяется как разность пьезометрической отметки и отметки земли. Анализ величины свободных напоров позволяет определить, действительно ли выбранная ранее диктующая точка являетсядиктующей. ЕслиузловсНсв меньшевеличиныНсв.тр вводопроводной сетине имеется, то диктующая точка выбрана правильно. ЕслипоявилисьузлысНсв меньшевеличиныНсв.тр, тодиктующаяточка напредварительныхрасчетахбылавыбрананеправильно.Вэтомслучае диктующая точка переносится в узел с наименьшим свободным напором.ВузлеустанавливаетсяНсв =Нсв.тр.Определяетсяноваяпьезометрическая отметка в узле. Затем изменяются пьезометрические отметки в остальных узлах добавлением той же величины напора, которая была добавлена в новой диктующей точке.

Впроектируемой схеме водопроводной сети диктующая точка

вузле 9 выбрана правильно, так как Нсв меньше Нсв.тр не имеется

(см. табл. 11.14).

Кроме того, анализ свободных напоров в узлах позволяет выявитьузлыснапорами,превышающимидопустимуювеличину(60м). Впроектируемойсхемеводопроводнойсетинапоров,превышающих допустимую величину, не имеется.

Построение графика пьезометрических линий

Наглядное представлениео напорахв СПРВ даетграфик пьезометрических линий, который строится на основанииполученных ранее величин пьезометрических отметок. На одном графике производится анализ напорных характеристик для всех расчетных периодов.

Для построения графика пьезометрических линий выбирается контур НС–1–2–3–6–9–ВБ, проходящий через обе точки предполагаемых пожаров. По принятому контуру на графике (рис. 11.19) строится профиль поверхности земли по геодезическим отметкам узлов.

На построенный профиль из табл. 11.14 наносятся пьезометри- ческиеотметкивузлах,НС2-гоподъемаиВБ.Точкипьезометричес- кихотметоксоединяютсяпрямымилиниями,получаетсяграфикпьезометрических линий (см. рис. 11.19).

Глава 11. Пример проектирования водопроводной сети населенного пункта

Рис. 11.19. График пьезометрических линий

Проектирование водопроводной сети

Построение линий равных свободных напоров

Важной напорной характеристикой водопроводной сети являются линии равных свободных напоров, которые строятся на схеме водопроводной сети. В соответствии с заданием построение линий равных напоров выполняется только для часа максимального водопотребления. Сначала на схеме водопроводной сети (рис. 11.20) наносятся свободные напоры в узлах. Затем на участках между узлами пропорциональнодлиненаносятсяточки,соответствующиенапорам, кратным единице. После этого точки с равными напорами соединяются плавными линиями, получается схема линий равных напоров. Линии равных напоров дают наглядную характеристику гидравлическойнагрузки отдельныхучастков сети. Большаяплотность линий равных напоров на единицудлины при спокойном рельефе местности говорит о большой гидравлической нагрузке на участке, и наоборот. Рассчитанная водопроводная сеть гидравлически нагружена относительно равномерно, так как увеличение плотности линий на отдельных участках связано в основном с изменением рельефа местности. Точек с напорами менее требуемых не наблюдается.

11.5.4. Подбор насосов насосной станции 2-го подъема

ПотребныйнапорнасосовH насоснойстанциивторогоподъема для всех расчетных периодов определяется с использованием построенных ранее графиков пьезометрических линий из выражения

H = Hп – ZРЧВ + hНС,

где Hп – пьезометрическая отметка (пьезометрический напор) в точке расположения насосной станции 2-го подъема, которая в час максимального водопотребления равна58,43 м, в часпожаротушения – 49,21 м, в час максимального транзита воды в башню– 69,90 м; ZРЧВ – минимальныйуровень водыврезервуаречистойводы(РЧВ),который

вчас максимального водопотребления и транзита составляет 12,5 м,

вчаспожаротушения–10,5м;hНС – потери напора в насосной станции, которые могут быть приняты в час максимального водопотребления и транзита равными 2,5 м, в час пожаротушения – 3 м.

Глава 11. Пример проектирования водопроводной сети населенного пункта

Рис. 11.20. Схема линий равных напоров

Проектирование водопроводной сети

Потребный напор насосов насосной станции второго подъема в час максимального водопотребления:

Hч max = 58,43 – 12,5 + 2,5 = 48,43 м,

соответственно в час пожаротушения:

Hч пож = 49,21 – 10,5 + 3 = 41,71 м,

в час максимального транзита воды в башню:

Hч тр. = 68,5 – 12,5 + 2,5 = 58,5 м.

Расчетнаямаксимальнаяпроизводительностьнасосовнасос-

ной станции 2-го подъема в час максимального водопотребления ичасмаксимальноготранзитасоставляет750м3/ч. В час максимального водопотребления и пожаротушения эта величина равна 1042,2 м3/ч.

Ранее было установлено, что в насосной станции 2-го подъема предусматривается установка трех рабочих насосов с общей производительностью 750 м3/ч, которые обеспечивают подачу требуемого количества воды в час максимального водопотребления и час максимального транзита воды в башню.

Соответственно производительность одного насоса составит

Qн = 750 / 3 = 250 м3/ч.

Вчасмаксимальноговодопотребленияэтинасосыдолжныобеспечить напор 48,43 м, в час максимального транзита воды в башню –

58,5 м.

По сводномуграфику полей Q – H насосов типа Д предположительно требуемым параметрам отвечает насос 1Д315-71а с частотой вращения вала 2900 об/мин. Анализ рабочей характеристики насоса подтверждает, что требуемые параметры производительности и напоров попадают в рабочее поле насоса. Однако для обеспечения оптимальных режимов работы насосов при столь значительном изменении потребных напоров необходимо оборудовать насосы частотным регулированием.

Глава 11. Пример проектирования водопроводной сети населенного пункта

Проверяется возможность подачи этими насосами пожарного расхода в час максимального водопотребления. Подача одного насоса в период пожаротушения должна быть 1042,2 / 3 = 347,3 м3/ч при напоре 41,71 м. Анализ рабочей характеристики насоса (рис. 11.21) подтверждает возможность подачи требуемого расхода воды при тушении пожара тремя насосами 1Д315-71а. Следовательно, в насосной станции 2-го подъема устанавливаются 3 рабочих и 2 резервных насоса марки 1Д315-71а с оборудованием насосов частотным регулированием.

Рис. 11.21. Характеристика насоса 1Д315-71 при n = 2900 об/мин

Проведенныйанализ показывает,чтовСПРВ с«контррезервуаром» максимальный потребный напор насосов насосной станции 2-го подъема диктуется часом максимального транзита воды в башню. В остальное время, которое составляет большую часть суток,

Проектирование водопроводной сети

потребныйнапорвсетизначительно ниже, чтоприводитк возникновениюизбыточногонапоравсетиибесполезномурасходованиюэлектроэнергии. Это обстоятельство является существенным недостатком СПРВ с «контррезервуаром».

Для улучшения ситуации и поддержания оптимальных напоров необходимо насосы оборудовать частотным регулированием.

11.5.5. Определение объема резервуаров чистой воды

Емкость резервуаров чистой воды W, расположенных на территорииводопроводных очистныхсооружений, должна включатьрегулирующий Wрег и пожарный объемы Wпож, а также дополнительный

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.

Количество воды, поступающей в РЧВ каждый час, составляет

16800 / 24 = 700 м3/ч.

ГрафикипоступленияводывРЧВиееотбораприведенынарис. 11.12 и табл. 11.11.

Анализируя графики, изображенные на рис. 11.12, совершенно очевидно, что накопление воды в РЧВ будет происходить с 0 ч до 6 ч 9 мин. К этому времени накопится 870 м3 воды. В оставшиеся часысуток водаиз РЧВ будет толькорасходоваться. Соответственно, регулирующая емкость РЧВ Wрег = 870 м3.

ПожарныйзапасводывРЧВWпож определяетсяизусловияобеспечения:

пожаротушенияизнаружныхгидрантовивнутреннихпожарных кранов в течение 3 ч;

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 −3Qср ,

где qпож – суммарный расход воды на тушение одного пожара из наружных гидрантов и внутренних пожарных кранов, qпож = 30 л/с;

Глава 11. Пример проектирования водопроводной сети населенного пункта

nпож –число одновременныхпожаров,nпож = 2; Qmax –суммарасхо- дов воды за 3 ч максимального водопотребления, Qmax 742,5

776,6826,2 2345,3м3, 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.

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 производительно-

сти системы, т. е. Wпром = 168 м3. Соответственно общий объем РЧВ:

W = Wрег + Wпож + Wпром = 870 + 893,3 + 168 = 1931,3 м3.

К установке принимаются два типовых прямоугольных железобетонных резервуара объемом 1000 м3 каждый.

11.5.6. Схема (деталировка) водопроводной сети

Для устройства магистральной водопроводной сети принимают- сянапорныеполиэтиленовыетрубыпоГОСТ18599–2001,изготовлен- ные из полиэтилена ПЭ100 или ПЭ80. Соединение труб осуществляется преимущественно сваркой встык. Кроме того, соединение полиэтиленовых труб может осуществляться с помощью муфт с закладными нагревательными элементами (электросварные муфты) [14, 16]. Для присоединения арматуры и другого оборудования применяются фланцевыеразъемныесоединенияполиэтиленовыхтруб.Фланцевоесоединение выполняется с помощью втулок под фланцы, привариваемых кторцамтрубы,инакидных(свободных)металлическихфланцев.Монтаж узлов на водопроводной сети осуществляется при помощи фасонных (соединительных) частей, выпускаемых ИКАПЛАСТ [14].

Глубина заложения труб, считая до низа, с учетом глубины промерзания в Тульской области, равной 1,3 м, и требований п. 8.42 [1], принимается 1,8 м.

Пример конструирования узла водопроводной сети из полиэтиленовых труб приведен на рис. 11.22.

Проектирование водопроводной сети

Рис. 11.22. Схема узла 7 водопроводной сети из полиэтиленовых труб (табл. 11.15)

Глава 11. Пример проектирования водопроводной сети населенного пункта

Таблица 11.15

Спецификацияузла 7водопроводнойсетиизполиэтиленовыхтруб

Проектирование водопроводной сети

Окончаниетабл. 11.15

116

Глава 12. ОФОРМЛЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект состоит из пояснительной записки и графической части, которые выполняются в соответствии с требованиями стандартов к выполнению проектной документации.

Впояснительной записке, по аналогии с изложенным в примере,приводятсяобоснованияпринятых решений, необходимыерасчеты и параметры запроектированного оборудования и сооружений. Пояснительная записка выполняется на листах формата А4.

Вграфической части проекта приводятся:

генеральный план населенного пункта с сетями и сооружениями водоснабжения;

графики водопотребления и работы насосов насосной станции 2-го подъема;

расчетные схемы водопроводной сети для всех расчетных периодов;

график пьезометрических линий; схема линий равных напоров; деталировка участка.

Графическаячастьпроектавыполняетсяналистахстандартных форматов (А1, А2 и А3), предпочтительно в АutoCAD.

117

Проектирование водопроводной сети

Заключение

Проектирование водопроводной сети, являющейся основным

инаиболеедорогостоящимэлементомсистемыподачиираспределе- нияводы(СПРВ)городскихводопроводов,–задачадостаточнослож- ная и ответственная. Решение этой задачи даже для сравнительно небольшого населенного пункта требует определенного навыка разработчиков и использования серьезного программного обеспечения.

Впособии приведен материал, имеющий исключительно учеб- но-методический характер, обеспечивающий оказание практической помощи студентам в изучении дисциплины и основных правил проектирования водопроводной сети населенного пункта, в том числе

ив разработке курсового проекта по дисциплине.

Обращено внимание на то, что все элементы СПРВ взаимосвязаны, поэтому при проектировании водопроводных сетей населенного пункта необходимы разработка схемы СПРВ и анализ работы всех ее элементов, как правило, с вариантной проработкой и техни- ко-экономической оценкой вариантов.

Основное внимание обращено на определение расчетных расходов в системе водоснабжения, анализ режима водопотребления и методику подготовки водопроводной сети к расчету. Показано на примере применение для увязки кольцевых сетей метода М. А. Андрияшева. Этот метод получил распространение в практике ручного счета и требует определенных навыков и интуиции расчетчика. Расчетпоэтомуметодупозволяетпонятьмеханизмгидравлическойувязки кольцевой водопроводной сети, поэтому студентам при выполнении курсового проекта рекомендуется использовать этот метод для одного из расчетов. Для остальных расчетных периодов увязка кольцевых сетей производится машинным счетом с применением имеющихся на кафедре программ.

Большое внимание в пособии уделено анализу результатов расчетаводопроводнойсети.Показанаметодикапьезометрическогоанализа СПРВ, построения графика пьезометрических линий и линий равных напоров.

Для оценки и сопоставления возможных решений конкретной СПРВ в примере рассмотрены два варианта:

Заключение

СПРВ без водонапорной башни (см. рис. 11.3); СПРВ с водонапорной башней в конце сети (с «контррезер-

вуаром» – см. рис. 11.4).

Проведенныйанализ показывает, чтовСПРВ с«контррезервуаром» максимальный потребный напор насосов насосной станции 2-го подъема диктуется часом максимального транзита воды в башню.Востальноевремя,котороесоставляетбольшуючасть суток,потребный напор в сети значительно ниже, что приводит к возникновению избыточного напора в сети и бесполезному расходованию электроэнергии.Этообстоятельствоявляетсясущественнымнедостатком СПРВ с «контррезервуаром».

Значительно лучше ситуация в варианте СПРВ без водонапорной башни. Нормальную работу системы с более низкими напорами обеспечивают менее мощные насосы с частотным регулированием их работы.

Врассмотренных вариантахпредпочтение следуетотдать варианту СПРВ без водонапорной башни.

Впособии приведены основные сведения по выполнению чертежей водопроводных сетей, что позволит студентам успешно выполнить и оформить курсовой проект.