 |
Запасно-регулирующие емкости
|
|
|
|
Расположение регулирующих емкостей в системе распределения воды должно обеспечивать:
– более равномерную нагрузку водоводов и магистральных водопроводных сетей;
– равномерную работу насосных станций при оптимальных значениях коэффициента полезного действия (КПД) насосов;
– уменьшение диаметров водоводов и магистральных водопроводных сетей;
повышение надежности работы системы водоснабжения;
– снижение (при наличии башен) величины давления при возникновении гидравлического удара.
Требуемые параметры регулирующих емкостей следует определять анализируя работу системы подачи и распределения воды при различных режимах водопотребления и сравнивая техникоэкономические показатели различных вариантов.
Емкости в системах водоснабжения должны предназначаться для хранения запаса воды, регулирования подачи и расхода воды и обеспечения необходимого давления. В зависимости от расположения в схеме водоснабжения они могут выполнять одно или несколько назначений.
Выбор места расположения, типа и объема емкостей следует производить на основании расчетов совместной работы их с насосными станциями, водоводами и сетью, учитывая местные условия и технологические требования.
Регулирующий объем воды должен определяться по ступенчатым или интегральным графикам поступления и отбора воды, построенным по результатам расчетов совместной работы насосных станций, регулирующих емкостей, водоводов и сети в сутки максимального водопотребления.
К таким емкостям относятся резервуары чистой воды, водонапорные баки, контррезервуары, гидропневмобаки.
Резервуары чистой воды (РЧВ) предназначены для регулирования неравномерности работы насосных станций I и II подъема и хранения неприкосновенного запаса воды на противопожарные, хозяйственно-питьевые и производственные нужды на время тушения пожара (рисунок 2.12).
|
|
|
Рисунок 2.12 – Резервуар чистой воды
Объем, количество и расположение резервуаров определяется проектом в зависимости от совокупности диктующих условий. Во всех случаях должна быть обеспечена бесперебойная работа системы водоснабжения при выключении отдельных резервуаров.
Общий объем РЧВ в системах объединенного хозяйственно-противопожарного водоснабжения равен, м3:
, (2.13)
где 
– регулирующий объем;
– объем неприкосновенного запаса;
– объем воды на собственные нужды водоочистной станции;
– восстановительный объем, учитывающий равномерную часовую подачу насосной станции I подъема.
Объем воды в резервуаре на собственные нужды водоочистной станции Wс.н. включает в себя объем воды на промывку установленного оборудования (в основном фильтров и контактных осветлителей), запас чистой воды для растворения реагентов и других собственных нужд. Ориентировочно объем воды на собственные нужды водоочистной станции можно принять в пределах от 3-5 до 10-12 %.
Регулирующий объем резервуара Wрег можно найти:
– по совмещенному графику поступления воды в резервуар и забора воды насосами второго подъема для подачи в башню;
– по таблицам подачи воды очистными сооружениями водопровода и отбора воды насосами второго подъема (НС-Н) в течение суток.
Максимальный регулирующий объем РЧВ обычно составляет 12–24% максимального суточного расхода воды. Если графики поступления воды в резервуар и расхода воды из него совпадают, то Wрег = 0.
Объем неприкосновенного противопожарного запаса воды в РЧВ принимается из условия обеспечения:
– пожаротушения из гидрантов и внутренних пожарных кранов;
– специальных средств пожаротушения (спринклерных, дренчерных и других установок);
|
|
|
– максимальных хозяйственно-питьевых и производственных расходов на весь период пожаротушения.
Неприкосновенный противопожарный объем Wнз рассчитывается из условия тушения расчетного количества одновременных пожаров в течение всего нормативного времени t пож тушения пожара.
, (2.14)
где Wх-п – объем воды на хозяйственно-питьевые нужды;
Wпож – объем воды на тушение пожара;
Wпр – объем воды на производственные нужды.
; (2.15)
Объем воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды определяется по такой же формуле исходя из расхода, потребляемого за три смежных часа наибольшего водопотребления во время тушения пожаров.
Объем неприкосновенного запаса воды, как правило, определяется из расчета тушения пожара в течение 3 часов. В тех случаях, когда расчетный расход воды на тушение пожара устанавливают по зданиям I–IV степени огнестойкости (с несгораемым утеплителем покрытия, стен и перегородок) с производствами категории Г и Д расчетную продолжительность тушения пожара принимают 2 часа.
Определив общий объем резервуаров, принимается их количество и определяется объем каждого резервуара.
По определенному объему подбирается, как правило, типовой резервуар и выполняется его привязка к расчетным условиям (рисунок 2.13), т.е. определяются отметки расположения всех функциональных трубопроводов: переливного, противопожарного, для подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды и т.д. В случае проектирования резервуара индивидуального изготовления его размеры определяют исходя из условия, что отношение общей глубины воды в резервуаре Н к его диаметру (или характерному линейному размеру) D должно быть в пределах H / D = 0,5¸1.
Общее число резервуаров одного назначения в одном узле должно быть не менее двух. Во всех резервуарах наинизшие и наивысшие уровни противопожарных, аварийных и регулирующих объемов должны быть на одинаковых отметках. При выключении одного из них в остальных должно храниться не менее 50% пожарного и аварийного объемов воды.
Рисунок 2.13 – Схема привязки резервуара чистой воды
Резервуары выполняются из железобетона круглой (до 2000 м3) или прямоугольной формы. Они оборудуются подающими и всасывающими трубопроводами, переливной и грязевой трубами. На них устраивают также смотровые колодцы и вентиляционные трубы. Дно резервуара имеет некоторый уклон к приямку, в котором располагают концы приемных труб с таким расчетом, чтобы могла быть использована вся вместимость резервуара. Кроме того, через приямок может быть осуществлено удаление осадков, которые постепенно накапливаются в резервуаре.
|
|
|
Для сохранения неприкосновенного запаса воды РЧВ должны быть оборудованы автоматическими устройствами (реле уровня поплавкового или электродного типа), которые при достижении уровня неприкосновенного запаса отключают хозяйственные насосы и подают сигнал в диспетчерский пункт и на насосную станцию II подъема для включения дополнительного. Этот способ характерен для насосных станций низкого давления.
На насосных станциях высокого давления сохранение неприкосновенного противопожарного запаса воды обеспечивается за счет того, что при снижении уровня воды в резервуаре до уровня неприкосновенного запаса во всасывающую трубу хозяйственно-питьевого насоса через отверстие попадает воздух и произойдет срыв работы насоса. Другим способом может служить способ, когда всасывающая труба хозяйственно-питьевого насоса выведена на уровень неприкосновенного пожарного запаса, что исключает отбор этими насосами неприкосновенного запаса воды.
Максимальный срок восстановления неприкосновенного противопожарного запаса воды должен быть [40] не более:
24 ч – в населенных пунктах и на промышленных предприятиях со зданиями, отнесенными по пожарной опасности к категориям А. Б. В;
36 ч – на промышленных предприятиях с зданиями, отнесенными по пожарной опасности категориям Г и Д;
72 ч – в сельских населенных пунктах и на сельскохозяйственных предприятиях.
Для промышленных предприятий с расходом воды на наружное пожаротушение 20 л/с и менее допускается увеличивать время пополнения противопожарного запаса воды:
|
|
|
до 48 ч – для предприятий со зданиями категорий Г и Д;
до 36 ч – для предприятий со зданиями категории В.
Водонапорная башня (ВБ) предназначена для регулирования неравномерности водопотребления, хранения неприкосновенного запаса воды и создания требуемого напора в водопроводной сети (рисунок 2.14).
1 – водопроводная сеть; 1 – бак; 2 – основание башни; 3 – подающе-разводящий трубопровод; 4 – обратный клапан; 5 – электрозадвижки; 6 – колодец; 7 – вентиль; 8 – муфта; 9 – задвижка; 10 – грязевая труба; 11 – хозяйственно-питьевой трубопровод; 12 – переливная труба
Рисунок 2.14 – Водонапорная башня
Напорные сооружения имеют высоко расположенную емкость, благодаря которой создается необходимый напор в водопроводной сети. В гидропневматических установках, которые применяют вместо башен, заданный напор в сети поддерживается в результате давления сжатого воздуха на свободную поверхность воды в воздушно-водяном баке. Помимо регулирования, башни, имея свободный уровень воды, выравнивают напор в сети и изменения напора центробежных насосов не передаются в сеть.
Оборудование водонапорной башни должно обеспечивать сохранение неприкосновенного запаса при работе в обычное время и автоматическое отключение ее при включении пожарных насосов на насосной станции.
Подача воды из водопроводной сети в бак и поступление воды из него осуществляется по подающе-разводящему трубопроводу. Причем по этому трубопроводу подается только регулирующий запас. Для забора неприкосновенного запаса воды используется трубопровод с электрозадвижкой, которая открывается одновременно с пуском пожарного насоса. Водонапорный бак оборудуется грязевой и переливной трубами, которые соединяются с канализационным колодцем. Отключение водонапорной башни при пожаре осуществляется с помощью обратного клапана и электрозадвижки, которая в обычное время открыта, а при получении сигнала о пожаре – закрывается. Забор воды передвижными пожарными насосами производится из канализационного колодца. Сохранение неприкосновенного запаса производится за счет различия расположения уровней приемных патрубков пожарного трубопровода и хозяйственно-питьевого. Иногда для этой цели водонапорные баки оборудуют автоматическими устройствами (например, электродное реле уровня), передающими показания об уровне воды в баке на насосную станцию или в диспетчерский пункт.
Объем бака водонапорной башни равен:
(2.16)
где Wрег – регулирующий объем;
Wнз – объем неприкосновенного запаса на тушение пожара.
Объем неприкосновенного (пожарного) запаса воды определяется по формуле:
|
|
|
(2.17)
где Wх-п – объем воды на хозяйственно-питьевые нужды;
Wпож – объем воды на тушение пожара;
; 
; (2.18)
Запас воды для целей пожаротушения в баках водонапорных башен должен рассчитываться на тушение одного наружного и одного внутреннего пожаров здания (сооружения) продолжительностью 10 мин, для которого требуется наибольший расчетный расход воды на внутреннее и наружное пожаротушение при одновременном наибольшем расходе воды на другие нужды. Такое время, необходимо для запуска пожарных насосов и поступления воды на тушение пожара в сеть. В том случае, если забор воды на наружное пожаротушение осуществляется из водоемов, а в здании требуется устройство объединенного пожарного водопровода, объем воды для неприкосновенного запаса определяется из условия работы при обычных расходах воды на хозяйственно-питьевые и при необходимости на производственные нужды.
Регулирующий объем воды в баке определяется с учетом графика водопотребления населенного пункта и графика работы насосов второго подъема по часам суток. При этом необходимо пользоваться следующими рекомендациями:
– в час максимального водопотребления подача воды из бака рекомендуется в количествах не более 10-15% от суммарного расхода воды по объекту водоснабжения в этот час;
– поступление в бак при транзите в него воды рекомендуется в количествах не более 20-25% от расхода воды в сети в часы транзита;
– регулирующий объем бака водонапорной башни не должен быть более 2-5% от суточного расхода.
Если насосами подается воды больше, чем забирается водопроводной сетью, излишек воды поступит на пополнение водонапорного бака. В часы, когда потребляется воды больше, чем обеспечивают насосы, недостающее количество воды будет поступать за счет запаса в баке. График работы насосов предпочтительнее выбирать ступенчатый. Этот график дает меньшие отклонения от графика водопотребления, чем равномерный, а следовательно, объем и стоимость башни уменьшаются.
В течение суток вода в системе водоснабжения потребляется неравномерно. Существуют понятия – часы максимального и минимального водопотребления. Расчеты параметров сооружений проводятся по данным в часы максимального водопотребления. Режим водопотребления зависит от коэффициента часовой неравномерности.
По полученному суммарному значению объема воды можно подобрать типовой бак или установить диаметр и высоту бака, исходя из отношения высоты к диаметру H/D = 0,5¸1,0. Предпочтительно, чтобы отношение высоты бака к его диаметру было небольшим. В этом случае исключаются значительные колебания напоров в сети и обеспечиваются более благоприятные условия работы насосов.
При проектировании водопровода необходимо иметь график суммарного водопотребления на хозяйственно-питьевые, производственные, противопожарные и другие нужды.
Высота водонапорной башни от поверхности земли до дна бака определяется по формуле:
, (2.19)
где 1,05 – коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях;
hс – потери напора в сети в обычное время (без учета пожара) от водонапорной башни до диктующей точки в период наибольшего водопотребления;
Zд.т. – отметка в диктующей точке водопроводной сети;
ZВБ – отметка установки водонапорной башни;
Нсв – свободный напор в диктующей точке.
Для уменьшения высоты водонапорной башни ее располагают обычно в наиболее возвышенной точке местности. Работа водонапорной башни во время пожара зависит от величины напора, требуемого в точке пожара. Если его величина больше высоты водонапорной башни, то башня на время пожара должна быть отключена, так как иначе она не даст возможности насосам повысить напор в сети до требуемой величины, так как, в точке присоединения башни к сети максимально возможный напор будет определяться уровнем воды в баке.
В некоторых системах водоснабжения вместо водонапорных башен используются гидроколонны и пневматические установки.
Гидроколонна представляет собой цилиндрическую емкость, ствол которой полностью заполнен водой. Таким образом, при одинаковой высоте с водонапорной башней объем воды в гидроколонне значительно больше. Однако при работе гидроколонны в обычное время используется только верхняя часть объема, т.е. объем, расположенный выше соответствующей величины свободного напора в сети в месте расположения гидроколонны. Рядом с гидроколонной может устраиваться колодец, из которого можно производить отбор воды для подачи к месту пожара стационарными или передвижными насосами.
Насосные станции (НС) предназначены для подачи воды потребителю с необходимым расходом и под требуемым напором. Насосные станции классифицируются по двум признакам:
– по надежности;
– по назначению.
По надежности насосные станции подразделяются на три категории:
– I категория – не допускается перерыв в подаче воды (НС противопожарных и объединенных с противопожарным водопроводом);
– II категория – когда допускается кратковременный перерыв в работе насосов на время, необходимое для включения резервных агрегатов;
– III категория – когда допускается перерыв в подаче воды потребителям на время ликвидации аварии, но не дольше 1 суток.
По назначению различают насосные станции I подъема, насосные станции II подъема и повысительные насосные станции.
Повысительные насосные станции предназначены для повышения напора в водопроводной сети или в водопроводе. Вода забирается из одной сети (участка) и под увеличенным напором подается в другую сеть или в последующий участок.
Насосные станции I подъема (НС-I) предназначены для подачи воды от источника водоснабжения на станции водоподготовки или, если очистка не требуется, непосредственно в резервуары чистой воды, водонапорную башню, распределительную сеть или другие сооружения. При отсутствии пожара НС-I должна обеспечивать подачу максимального суточного расхода на хозяйственно-питьевые и производственные цели, а также на собственные нужды сооружений водопровода. При пожаре станция должна обеспечивать восстановление неприкосновенного противопожарного запаса воды в резервуарах чистой воды.
Для обеспечения оптимального режима работы очистных сооружений водопровода подачу насосной станции I подъема в течение суток назначают равномерной, и поэтому средняя часовая подача определяется по формуле:
, (2.20)
где Qсут.мах – максимальный суточный расход, м3/ч;
a – коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды насосной и очистной станций и зависящий от качества воды в источнике водоснабжения, конструкции фильтров, интенсивности промывки и схемы повторного использования промывной воды, принимается равным 1,04-1,1 при подаче воды на очистные сооружения или 1,01-1,02 при подаче воды без очистки в резервуары;
t – продолжительность работы насосной станции, обычно принимается равной 24 ч.
Требуемый напор насосов станции I подъема при подаче воды на очистные сооружения определяется по формуле:
(2.21)
где Нг – геометрическая высота подъема воды, то есть разность отметок уровней воды в смесителе очистных сооружений и в мокром колодце, м;
hв.в – потери напора во всасывающем трубопроводе (на насосных станциях совмещенного типа эти потерн не выделяются, а учитываются в hн.с .), м;
hн.с . – потери напора внутри станции (предварительно принимаются равными 2-3,0 м);
hвод – потери напора на водомере (предварительно принимаются равными 0,5-1,5 м), м;
hн.в. – гидравлические потерн в напорном трубопроводе, м;
hиз – запас напора на излив (принимается 0,5 м).
Потерн напора во всасывающем трубопроводе
, (2.22)
где i – потери напора на единицу длины трубопровода для расчетной подачи (на одни трубопровод); заданного диаметра и материала;
Lв.в – длина всасывающего водовода, м;
åz – сумма коэффициентов местных сопротивлений;
v – скорость во всасывающем водоводе, м/с.
Потери напора в напорном трубопроводе
(2.23)
где I – потери напора на единицу длины напорного трубопровода;
Lн.в. – длина трубопровода, м.
Насосные станции II подъема (НС-II) забирают воду из запасных резервуаров и подают ее в водопроводную сеть или в водонапорную башню. Режим работы насосной станции II подъема определяется в зависимости от режима водопотребления объекта. Насосное оборудование подбирается на подачу расчетного расхода в час максимального водопотребления и проверяется на подачу пожарного расхода, расчетного расхода при аварии на одной из ниток водоводов. НС-II бывают двух типов: низкого и высокого давления.
Станция низкого давления проектируется, если Нпож – Нх-п < 10 м или Нпож. £ Нх-п. На такой станции устанавливаются насосы одной марки. В обычное время работают основные хозяйственные насосы, а при пожаре включаются дополнительные насосы (подача равна расходу на пожаротушение).
Если Нпож – Нх-п > 10 м, то устанавливается насосная станция высокого давления. Режим работы следующий. В обычное время работают хозяйственные насосы. При пожаре включается пожарный насос и так как напор, создаваемый пожарным насосом больше напора хозяйственных насосов, обратные клапаны на напорных линиях хозяйственных насосов закрываются и насосы отключаются. Пожарный насос должен обеспечить подачу расхода воды на все нужды.
На насосных станциях высокого давления пожарные и хозяйственные насосы должны иметь отдельные всасывающие линии.
Напор хозяйственных насосов определяется следующим образом:
Hхоз = 1,05 × hвод + Hбака + HВБ + (ZВБ – Zнс), (2.24)
где hвод – максимальные потери напора в водоводе;
Hбака – высота бака водонапорной башни;
HВБ – высота водонапорной башни;
ZВБ – геодезическая отметка в месте установки башни;
Zнс – геодезическая отметка оси насоса.
Напор пожарных насосов определяется по формуле:
Hпож = 1,05(hвс + hвод + hс)пож +Hсв + (Zд.т. – Zн), (2.25)
где hвс,hвод,hс – потери напора соответственно во всасывающих трубопроводах, водоводах и в сети при пожаре;
Hсв – свободный напор при пожаре в диктующей точке сети;
Zд.т. и Zн – соответственно геодезические отметки диктующей точки и оси насоса.
Выбор основного насосного оборудования производят в следующем порядке: выбирают схему подключении насосов, принимают тип и количество рабочих агрегатов, выбирают марку насоса, определяют допустимую высоту всасывания и отметку оси насоса.
При выборе типа насосов и числа рабочих агрегатов необходимо учитывать следующие условия:
– число рабочих агрегатов одной группы должно быть не менее двух;
– необходимо устанавливать как можно меньше рабочих насосов;
– насосы должны работать в области наивысших КПД;
– целесообразно устанавливать насосы одного типоразмера;
– подача насосов должна быть достаточной для обеспечения максимального расхода.
В насосных станциях устанавливают насосы со всасывающими, напорными трубопроводами и арматурой. Насосы и трубопроводы размещаются таким образом, чтобы обеспечивалась надежность их действия, удобство и безопасность обслуживания, минимальная протяженность трубопровода и простота узлов коммуникаций.
Насосные станции оборудуют:
– задвижками, позволяющими отключать насосы для ремонта и подавать воду от того или иного насоса;
– обратными клапанами (на нагнетательных линиях) для предотвращения выхода из строя насоса при возникновении гидравлического удара;
– манометрами на нагнетательной линии для наблюдения за создаваемым насосами давлением;
– мановакууметрами или вакууметрами для наблюдения за работой всасывающих линий и водомерами для учета проходящего количества воды. Водомеры на трубопроводах пожарных насосов могут не устанавливаться.
Всасывающий трубопровод должен быть герметичен и должен иметь непрерывный подъем к насосу (i ³ 0,005). Количество всасывающих и напорных линий – не менее двух. При выключении одной из них для насосной станции I и II категории каждая должна пропускать не менее 100% требуемого расхода, для насосной станции III категории – 70% требуемого расхода.
Для бесперебойной подачи воды при тушении пожара в насосной станции II подъема, кроме основных насосов, устанавливаются резервные, имеющие подачу и напор не меньшие, чем наибольший из основных насосов. Число резервных насосов обусловлено категорией надежности. Для упрощения ремонта и эксплуатации рекомендуется устанавливать по возможности однотипные насосы с одинаковой характеристикой. Насосы устанавливаются на виброзащищенном основании под залив (ниже уровня воды в РЧВ), либо имеют дополнительные устройства для залива перед включением. Количество независимых источников электроэнергии – не менее двух.
Помещения насосных станций должны быть оборудованы первичными средствами пожаротушения: огнетушителями или пожарными кранами.
|
|
|
