Режим подачи воды и работы водопроводных сооружений

Вся библиотека >>>

Содержание книги >>>

Книги по строительству и ремонту

Водоснабжение

Быт. Хозяйство. Строительство.Техника

§ 11. Режим подачи воды и работы водопроводныхсооружений

а. Связь отдельных элементов системы водоснабжения вотношении расходов

После того как будет принят (или задан) режимводопотребления, может быть установлен режим подачи воды и режим работыотдельных сооружений системы водоснабжения.

Все эти сооружения должны быть рассчитаны, в частности, наработу в сутки максимального водопотребления (т. е при 5маКс)-

Насосные станции должны подавать за сутки полный суточныйрасход воды объектами.

Рассмотрим связь между режимом работы отдельных элементовводопровода на примере простейшей схемы городского водопровода, приведеннойна II. 1 Здесь вода подается от одной насосной станции второго подъема. Башнярасположена в начальной точке сети. Предположим, что рассматриваемая сеть неимеет других источников питания. Пусть режим расходования воды городом втечение суток яадан графиком водопотребления /, приведенным на II.4, а.

Водопроводная сеть подает воду непосредственно кводоразборным устройствам, через которые население получает воду.Следовательно, режим работы сети в целом определяется режимом водоразбора иможет характеризоваться тем же графиком водопотребления.

График работы насосной станции второго подъема долженназначаться в зависимости от принятого графика водопотребления. Однако это незначит, что график подачи воды может или должен в точности совпадать сграфиком ее расходования. При подаче воды насосами определеннойпроизводительности в отдельные часы суток количество поданной воды не будетсовпадать с количеством израсходованной.

Предположим, что в рассматриваемом случае на насоснойстанции второго подъема установлены два насосных агрегата (не считаязапасных), из которых первый работает один в период с 0 до 4 ч, подавая зачас 2,5% суточного расхода (максимального); второй вступает в работу в 4 ч иработает (вместе с первым) до 24 ч; оба агрегата вместе подают за час 4,5%суточного расхода. График работы насосной станции (график подачи) представленна II.4, а пунктирной линией 2. Для выяснения режима работы отдельныхэлементов водопровода удобно совместить на одном чертеже график подачи 2 играфик потребления 1. Линия 3 обозначает здесь среднечасовой расход за сутки.Из графика видно, что за сутки насосы подают такое же количество воды, какоерасходуется городом: (2,5-4)+ (4,5-20) = %. Однако в отдельные часы сутокколичество подаваемой воды не равно количеству расходуемой воды (больше илименьше его). При рассмотрении совмещенных графиков подачи и потребления водылегко уяснить роль водонапорной башни. В часы, когда подача воды насосамипревышает потребление ее городом (например, от 4 до 6 ч), избыток водыподается в башню.

Если насосы подают количество воды, равное QEI, а городпотребляет количество воды, равное Q, то разность QH—Q поступает в это времяв башню (II.5, а). В часы, когда потребление превышает годачу (например, от 7до 12 ч), недостающее количество воды, равное Q—QH, подается из башни (115,б).

Таким образом, водонапорная башня компенсируетнесовпадение режимов подачи и потребления воды в отдельные часы суток, аккумулируяизбыток подаваемой воды в одни часы и восполняя недостачу воды в другие часы.

В § 15 дается способ вычисления требуемой регулирующейемкости бака водонапорной башни (или напорно-регулирующего резервуара) припомощи совмещения графиков подачи и потребления. Ясно, что чем ближе криваяподачи будет совпадать с крч^сй потребления, тем меньше будет требуемаярегулирующая емкость бака и, следовательно, тем меньше будет стоимость башни.Практически для1 приближения кривой подачи к кривой потребления можноувеличить число ступеней графика подачи, но это вызовет увеличение числаагрегатов насосной станции.

В современных водопроводах, имеющих обычно водонапорныебашни, число ступеней графика работы насосных станций второго подъема (т. е.число его различных расчетных ординат) обычно колеблется в пределах от одной(для малых водопроводов) до трех (для больших водопроводов).

В некоторых производственных водопроводах потребление водыв течение суток происходит настолько равномерно, что устройство напорно-регулирующихемкостей вообще не требуется.

При использовании центробежных насосов при любом графикеводопотребления насос может подавать воду в сеть, не имеющую аккумулирующихемкостей (башен или резервуаров).

Однако использование безбашенных систем оказываетсяэкономичным только при относительно небольших значениях коэффициента часовойнеравномерности расхода воды. В противном случае в безбашенных системахвозрастает стоимость энергии в связи с необходимостью подавать воду призавышенных по сравнению    с требуемым    напорах.

После того как будет принят график водопотребления и всоответствии с ним намечен график работы насосной станции второго подъема, определяетсярежим работы всех элементов водопровода, непосредственно связанных с насоснойстанцией. Так, для рассматриваемой системы (см. II.1) режим работы сетиопределяется полностью заданным режимом водоразбора; режим работы водоводасовпадает с режимом работы насосной станции второго подъема; режим работыбашни и емкость ее бака определяются совместным влиянием режимов подачи водынасосами второго подъема и потребления воды городом.

Насосная станция первого подъема в своей работе связана сводоприемными и очистными сооружениями. Размеры этих сооружений зависят отколичества воды, проходящей через них в единицу времени. Это количество будеттем меньше, чем больше часов в сутки они будут работать. Поэтому дляуменьшения стоимости водоприемных и очистных сооружений насосная станцияпервого подъема должна работать возможно большее число часов в сутки. Настанциях средних и крупных водопроводов практически всегда имеет местокруглосуточная и равномерная работа насосов первого подъема, а следовательно,и водоприем-пых и очистных сооружений.

Резервуар чистой воды разграничивает две группы элементовсистемы водоснабжения, режим работы одной из них определяется режимом работынасосной станции первого подъема, а режим работы другой— режимом работынасосной станции второго подъема. Поступление воды в резервуар с очистныхсооружений соответствует режиму работы насосов первого подъема, а забор водыиз него производится в соответствии с режимом работы насосов второго подъема.Очевидно, что резервуар чистой воды должен иметь некоторую регулирующуюемкость, которая может быть легко определена путем совмещения графиков (II.6)подачи воды насосами первого подъема (линия /) и забора Воды насосами второгоподъема (линия //).

б. Связь отдельных элементов системы водоснабжения вотношении создаваемых и требуемых напоров

Для полного понимания работы системы водоснабжениянеобходимо уяснить связь между ее отдельными элементами не только в отношениирасходов, но и в отношении напоров.

Насосные станции должны подавать воду потребителю втребуемом количестве и под требуемым напором.

Разбор воды большинством потребителей происходит нанекоторой высоте над поверхностью земли, поэтому в водопроводной сети должно бытьобеспечено давление, необходимое для подъема воды на указанную высоту.Например, для подачи воды в верхние этажи здания (II.7) в городскойводопроводной сети необходимо иметь внутреннее давление р (измеряемое дляпростоты у поверхности земли), достаточное для подъема воды до наивысшейводоразборной точки и ее излива, а также для преодоления всех сопротивленийна ее пути от городской сети до точки излива.

При помощи гидравлического расчета могут быть полученывеличины h и Яи и, следовательно, может быть найдена величина свободногонапора //св, требуемого в данной точке сети наружного водопровода.

При расчете городского водопровода расчетную величину ЯСБпринимают различной для отдельных районов в зависимости от расчетнойэтажности их застройки.

Строительные нормы и правила дают следующие величинытребуемого свободного напора Нсв в сети водопровода населенных мест: приодноэтажной застройке #СБ=Ю м; при двухэтажной застройке #св = = 12 м и прибольшей этажности плюс 4 м на каждый следующий этаж.

Во всех точках водопроводной сети при работе водопровода вобычное время (при отсутствии пожара) должен быть обеспечен напор не меньшеуказанных значений НСв-

На II.8 изображен вертикальный продольный разрезрассмотренной выше системы водоснабжения (см. II.1), на котором схематическипоказано положение пьезометрических линий для момента максимального водоразбора.Рисунок позволяет установить связь между элемента-ми системы водоснабжения вотношении напоров. Наиболее неблагоприятно расположенными в отношении напораоказываются точки, дальше всего отстоящие от башни и имеющие наибольшиегеодезические отметки. В этих точках будут самые низкие пьезометрическиеотметки (вследствие падения напора в сети от источника питания до этихконечных точек) и самые малые величины располагаемого-свободного напора.

Для определения величины расчетного напора, который необходимо-создатьв начале сети, следует выбрать «критическую» точку сети, наиболеенеблагоприятную как в отношении ее геодезической отметки, так и в отношенииудаленности от источника питания. Пусть на II.8 такой критической точкойбудет точка а (с отметкой z), наиболее возвышенная из конечных точек сети.Отложив в этой точке величину требуемого (в зависимости от этажности)свободного напора ЯСБ, получим расчетную пьезометрическую отметку длякритической точки сети г-\\-Нсв. Требуемая величина Нсв должна быть обеспеченав точке а в любой момент работы сети, включая, как указано, моментмаксимального водоразбора, при котором потери напора Xh на всех участках отбашни до критической точки сети будут иметь максимальную величину.Пьезометрическая линия, характеризующая падение напора в сети в часымаксимального водоразбора, показана схематически на II.8 в виде линии бха\\.

В точке б должен быть создан такой напор #б, чтобы примаксимальном уклоне пьезометрической линии напор в точке а не падал нижезаданной величины Нсв. Напор HQ обеспечивается расположением дна бакаводонапорной башни на соответствующей высоте.

По схеме II.8 легко установить связь между напорами вотдельных характерных точках системы.

Очевидно, что

2б + Яб = г + Ясв -f 2/1.

Отсюда может быть определена расчетная высота башни, т. е.высота расположения дна бака башни над поверхностью земли:

Яб = Ясв + 2А — (гб — г).

Расположив башню на возможно более высокой отметке ZQ,получим при имеющихся отметках снабжаемой водой территории наибольшуювеличину 2б—z, а следовательно, минимальную величину HQ, Т. е. наименьшуювысоту (и наименьшую стоимость) башни. Поэтому водонапорную башню следуе1стремиться располагать на высоких отметках. В частности, если в результатерасчета будет получена величина //б^О, то вместо башни устраивают напорныйрезервуар, расположенный на поверхности земли (или частично заглубленный вземлю). Такие резервуары всегда будут значительно дешевле, чем башня с той жеемкостью бака.

На II.9 схематически показано изменение расположенияпьезометрической линии при изменении уровня воды в баке башни и изменениивеличины водоразбора. При минимальном наполнении бака и максимальной потеренапора в сети, соответствующей моменту наибольшего водоразбора,пьезометрическая линия займет положение б\\п\\.

Если к моменту максимального водоразбора бак полон,пьезометрическая линия будет занимать положение б’а!’.

При изменении величины водоразбора и, следовательно,величины 2/г пьезометрическая линия будет поворачиваться вокруг точки б\\ или6′ (или вокруг промежуточных точек в зависимости от уровня воды в баке) изанимать различное положение вплоть до горизонтального, которое наступит припрекращении водоразбора Все новые положения пьезометрической линии,показанные на II.9, дают большие величины свободного напора в конечной точке,чем    расчетное    положение, принятое на II.8.

Необходимо иметь в виду, что максимальные величины свободныхкапоров в сети не должны превосходить определенных пределов. Ониустанавливаются в зависимости от материала и типа труб и условий эксплуатациисети. В соответствии с указаниями СНиП свободный напор в сетяххозяйственно-питьевых водопроводов не должен превосходить 60 м.

На II.8 схематически показана также пьезометрическая линиядля водовода, подающего воду от насосной станции второго подъема до башни.При этом расчетным положением пьезометрической линии, диктующим величинунапора насосов, будет такое, при котором конечная точка пьезометрическойлинии располагается на высоте максимального уровня воды в баке башни, авеличина потерь напора в водоводе hB соответствует максимальному количествуводы, подаваемой насосами по графику работы насосной станции.

Напор, создаваемый насосами (показываемый манометром нанапорном патрубке насоса), будет1:

Ян = (г6 — 2„) + (Яб + Но) + А»,

где   гн— отметка оси насоса;

Но— расчетная высота бака башни.

Следует отметить, что насосы, выбранные для подачи расходаQu ка высоту #н (т. е. при наивысшем уровне воды в баке башни), при болеенизких уровнях будут работать под меньшими напорами и подавать большиеколичества воды. Следовательно, действительный график подачи воды будетнесколько отличаться от запланированного (при условии постоянного расчетногонапора).

Можно также установить зависимость между напором //н-г,создаваемым насосами станции первого подъема, и свободным напором, которыйнеобходимо обеспечить у очистных сооружений (см. II.8) с учетом отметокместности и потерь напора в трубах.

Установленная таким образом связь между отдельнымиэлементами системы водоснабжения, представленной на II. 1, полностьюхарактеризует режим ее работы при изменении водоразбора в случае нормальноговодопотребления. При пожарах условия работы водопровода значительно меняются(см. § 13).