Режим работы системы водоснабжения

Режим работы отдельных сооружений и их функциональная

Взаимная связь

 

Установив, расчетный график водопотребления, суточные расходы воды и взаимное расположение элементов систем водоснабжения, назначают режим работы отдельных ее сооружений. Он должен обеспечивать режим водопотребления.

Взаимосвязь режима работы системы водоснабжения (см. рис. 2, а), подающей воду в распределительную сеть с расчетным графиком водопотребления показана на рис. 2. В работе сооружений системы должна быть организована такая взаимосвязь, чтобы были обеспечены заданные требования в отношении водообеспечения потребителя. Водоприемные сооружения, насосная станция I подъема и очистные сооружения обеспечивают забор, подачу и очистку воды в объеме суточного водопотреб­ления. Режим работы этих сооружений для средних и крупных объектов, как правило, назначается равномерным.

При этом режиме (линия 1 на рис. 2) обеспечиваются наименьшие расчетные нагрузки указанных сооружений и их наименьшая строительная стоимость. В водопроводную сеть вода подается из резервуаров насосной станцией II подъема. При совпадении графика режима работы насосной станции II подъема (линия 3 на рис. 2) с графиком водопотребления водонапорная башня для целей регулирования в системе не требуется.

Рис. 2. Схема взаимосвязи режимов работы системы водоснабжения и водопотребителей.

1 и 2 - для насосных станций I и II подъема; 3 - режим водопотребления

 

Использование такого режима работы насосной станции при значительной неравномерности водопотребления усложняет и удорожает эксплуатацию и строительство системы.

Как правило, используется ступенчатый режим работы насосной станции II подъема (линия 2 на рис. 2). При этом режиме в часы максимального водопотребления насосная станция подает несколько меньшее количество воды по сравнению с требуемым. В часы минимального потребления воды подача насосов превышает потребление воды.

В первом случае недостаток воды компенсируется из водонапорной башни, во втором - избыток накапливается в резервуаре башни. Итак, в системе существуют регулирующие резервуары двух типов. К первому относится резервуар чистой воды, находящийся на границе двух зон системы. Режим работы насосной станции I подъема определяет работу сооружений первой зоны; работа сооружений второй зоны определяется режимом работы насосной станции II подъема.

Вторым типом регулирующих резервуаров (емкостей) является водонапорная башня, находящаяся на границе зон, работа сооружений которых определяется режимом подачи воды насосной станцией II подъема и графиком водопотребления. Объем регулирующей емкости будет тем меньше, чем ближе график работы насосной станции II подъема к графику водопотребления. Это достигается увеличением ступеней графика работы насосной станции и, следовательно, установкой большего числа насосов.

В любом случае объем регулирующих емкостей должен быть достаточным для обеспечения суточного водопотребления при их совместной работе с насосными станциями.

Режим работы трубопроводов, подающих воду от водозаборных сооружений на очистные сооружения и в резервуары чистой воды, определяется режимом, работы насосной станции I подъема, а режим работы водоводов, транспортирующих воду от резервуаров чистой воды до водонапорной башни, - насосной станции II подъема. На участке от водонапорной башни до города режим работы водоводов зависит от режима водопотребления. Условия работы водонапорной башни также зависят от графика водопотребления города, а ее объем определяется путем совмещения графиков водопотребления и работы насосной станции II подъема.

К системе водоснабжения предъявляются требования, касающиеся не только подачи воды потребителям в необходимых количествах, но и напоров, которые должны быть обеспечены в точках отбора.

Напор, развиваемый насосной станцией, и высота водонапорной башни должны быть достаточными для преодоления потерь напора при движении воды по трубопроводам, а также для подъема воды до наивысшей точки ее отбора и излива.

Напор, необходимый в узлах сети для снабжения водой потребителей, называется требуемым «свободным напором». Его величина зависит от этажности зданий. Минимальный свободный напор в сети водопровода населенного пункта при максимальном хозяйственно-питьевом водопотреблении на вводе в здание (над поверхностью земли) при одноэтажной застройке принимается в соответствии со СНиП 2.04.02-84 не менее 10 м, при большей этажности на каждый этаж добавляется 4 м. В часы минимального водопотребления напор допускается принимать равным 3 м на каждый этаж, кроме первого.

Связь между напорами для схемы водоснабжения с башней в начале сети (см. рис. 1, а), на момент максимального водопотребления представлена на рис. 3. Она определяется положением пьезометрических линий, которые отражают падение напора в сети при движении воды от источника водоснабжения до точек сети, наиболее неблагоприятно расположенных в отношении обеспечения свободных напоров (линейная зависимость пьезометрической линии от расхода показана условна). Эти точки носят названия «диктующих» или «критических». Обычно диктующими точками являются наиболее удаленные от башни и точки отбора, имеющие наибольшие геодезические отметки земли. В них будут самые низкие пьезометрические напоры и самые малые свободные напоры.

Пьезометрический напор представляет собой сумму геодезической отметки рассматриваемой точки и свободного напора в ней. Если за критическую (среди удаленных от башни) принять точку а, имеющую наибольшую геодезическую отметку z, то требуемый пьезометрический напор в ней будет равен

z + Н_св,

где Н_св - требуемый свободный напор. Свободный напор в этой точке в любой момент времени должен быть не ниже требуемого. Пьезометрическая линия а₁б₁ характеризует падение напора в сети в момент максимального водопотребления. Высота водонапорной башни Н_б должна быть такой, чтобы в час максимального водопотребления в точке а обеспечивался напор Н_св.

 

Рис. 2.5 Схема взаимодействия между напорами в системе водоснабжения с башней в начале сети

 

Связь между напорами в точках б и а определяется уравнением

z_б + H_б= z+ H_св+Σh

где z₆ - отметка земли в месте расположения башни; Σh -потеря напора на участках сети от башни до критической точки а.

Пользуясь этим уравнением, можно определить высоту водонапорной башни

H_б= H_св+ Σh - (z_б-z).

 

Она будет тем меньше, чем большее значение имеет величина z_б. Поэтому расположение водонапорной башни на возвышенных отметках будет приводить к уменьшению ее строительной стоимости. Если в результате расчета Н_б ≤ 0, то это указывает на то, что устройство водонапорной башни не требуется. В этом случае вместо башни уста­навливается напорный резервуар, который может быть расположен на поверхности земли или быть заглубленным. Стоимость напорных резервуаров всегда меньше стоимости водонапорных башен того же объема.

Положение пьезометрической линии меняется с изменением водопотребления и степени заполнения бака.

По мере уменьшения водопотребления потери напора в линиях сети и водоводов также уменьшаются и, следовательно, пьезометрическая линия будет иметь меньший уклон. Она будет поворачиваться вокруг точек б₁ и б₂ или их промежуточных положений. Пьезометрическая линия займет горизонтальное положение в случае прекращения отбора воды из сети, когда потери напора в ее линиях равных нулю.

Максимально допустимый напор в сети СНиП ограничивают 60 м.

Требуемый напор у насосной станции II подъема определяется из условия возможности подачи воды на отметку максимального уровня воды в баке водонапорной башни

H_H = (z_б-z_н) + (H_б + H₀) + h_e,

где z_н - отметка уровня воды в резервуаре; Н_о - расчетная высота бака башни; h_e - потери напора в напорных и всасывающих трубопроводах станции, включая потери в коммуникациях.

С изменением уровня воды в баке башни рабочая точка на кривой Q-H насосов будет менять свое положение. Одновременно будет изменяться и подача воды насосной станцией. В результате принятый график работы насосной станции характеризует картину ее работы лишь с некоторым приближением. Реальную картину можно получить в результате гидравлических расчетов системы подачи и распределения воды в целом. Требуемый напор насосов станции I подъема определяется аналогичным образом. На практике возвышенные отметки снабжаемой водой территории могут находиться в противоположной от насосной станции стороне. Система водоснабжения с башней, установленной на этих отметках, называется системой с контррезервуаром (рис. 4).

Режим работы этой системы имеет отличия от режима работы системы с башней в начале сети. При максимальном водопотреблении питание потребителей водой осуществляется с двух противоположных сторон: от насосной станции - Q_H и от водонапорной башни - Q_б.

Для системы водоснабжения с башней в начале сети оно осуществляется в начальной точке сети, т.е. Q = Q_H + Q_б.

Приближенно расходы Q_H и Q_б определяются по совмещенному графику режима работы насосной станции и режима водопотребления. В системе с контррезервуаром потоки воды от насосной станции и водонапорной башни будут направлены на встречу друг другу. Линия, проведенная через узлы, в которых произошла встреча потоков, называется границей зон питания (линия аа на рис. 4). Критической из расположенных на этой линии точек будет та, которая имеет наибольшую геодезическую отметку.

Рис. 4. Схема системы водоснабжения с контррезервуаром

1,2 - районы питания соответственно от насосов и башни 3

 

Такой точкой на рис. 5 является узел а₁ с геодезической отметкой z. Требуемый свободный напор в этой точке равен Н_св. Зная геодезические отметки расчетного уровня воды в резервуаре чистой воды z_{Н ,} земли в месте расположения башни z_б, а также потери напора Σh_н при движении воды от насосной станции до точки а₁ и потери напора Σh _б по пути от башни до этой точки, можно построить пьезометрические линии для часа, максимального водопотребления (линия 1 на рис. 5). Они будут иметь уклоны противоположных знаков и общую точку в узле а₁.

Рис. 5. Схема взаимосвязи между напорами в системе водоснабжения с башней в конце сети

 

Требуемая высота водонапорной башни Н_б и необходимый напор насосов Н_н определяются по выражениям:

Н_б=Н_св + Σh₆-(z₆-z);

Н_в = Н_б + (Σh_н + h_в - Σh₆) + (z_б - z_H),

где h_e - потери напора в водоводах, соединяющих насосную станцию с сетью.

В часы, когда подача насосов в максимальной степени превышает водопотребление, избыток воды транзитом проходит через всю систему трубопроводов и поступает в резервуар водонапорной башни. Этот момент называют моментом максимального транзита. В этом случае пьезометрическая линия приобретает уклон одного знака (линия 2 на рис. 5). Напор на насосной станции в этот момент больше напора в час мак­симального водопотребления. Это вызывается возрастанием потерь напора в сети из-за увеличения пути транспортирования воды, а также ее количества в районе границы зон питания.

Приведенные схемы водоснабжения не ограничивают их многообразия. Они определяются рядом факторов: числом источников питания, местом их расположения, конфигурацией территории, ее рельефом и т.д.

 

2. Работа систем водоснабжения при возникновении пожара

 

Для создания более жестких условий в отношении нагрузок на систему водоснабжения нормами проектирования предусматривается возможность возникновения пожара в часы максимального водопотребления.

В результате такого предположения отбираемые расходы воды из сети возрастают. Это приводит к росту потерь напора в линиях сети и расходов, подаваемых насосной станцией.

Число пожаров и объемы воды для пожаротушения определяются в соответствии с требованиями СНиПа. В качестве мест пожара выбираются узлы сети, наиболее удаленные от источника питания системы с максимальными геодезическими отметками. Если однозначно выбрать эти узлы нельзя, то проводят гидравлические расчеты с альтернативными вариантами. Анализ их результатов позволяет выбрать вариант, который является диктующим.

По способу тушения пожара системы разделяют на системы пожаротушения высокого и низкого давления.

В системах высокого давления водопровод в момент пожара должен обеспечивать подачу воды при давлениях, достаточных для создания струй непосредственно от гидрантов. Эти системы используются на промышленных предприятиях с высокой пожарной опасностью.

В системах водоснабжения городов и населенных пунктов, как правило, применяются системы пожаротушения низкого давления. При их устройстве требуется, чтобы в момент пожара свободные напоры во всех узлах сети были не ниже 10 м.

Известны различные схемы хранения противопожарного запаса воды. При хранении воды в резервуарах чистой воды насосная станция II подъема должна обеспечивать подачу, равную сумме хозяйственно-питьевой и противопожарной потребности. Если схемой водоснабжения предусмотрено устройство напорных регулирующих резервуаров, противопожарный запас может храниться в них. Тогда противопожарный расход подается из напорных резервуаров, а на хозяйственно-питьевые нужды вода поступает от насосной станции II подъема. Возможна схема, при которой часть противопожарного запаса хранится в резервуарах чистой воды вблизи насосной станции II подъема, а часть - в напорно-регулирующих емкостях.

Рассмотрим режимы пожарной работы водопровода (рис. 6) в системах высокого и низкого давлений.

Предположим, что сеть должна быть рассчитана на пожар при наличии системы высокого давления. Пожар происходит в наиболее возвышенной из удаленных точек сети N в момент максимального хозяйственно-питьевого водоразбора. При этом в узле N должен быть обеспечен свободный напор Н^п.всв который превышает свободный напор при режиме хозяйственно-питьевого водоснабжения Н^х.всв. Потери напора в сети h^п.в с и в водоводах h^п.в в в момент пожара при тех же диаметрах труб будут больше потерь напора h^х.вс и h^х.в в при хозяйственно-питьевом режиме работы. Следовательно, пьезометрическая линия, 1, соответствующая моменту пожара, будет прохо­дить выше линии 2 момента хозяйственно-питьевого водопотребления. Поэтому требуемый напор на насосной станции при пожаре Н^п.вн больше напора Н^х.пн.

Рис. 6. Схема взаимосвязи между напорами при пожаре в системе водоснабжения высокого и низкого давлений

 

Обычно при системе высокого давления напор, получающийся в этом случае у башни, превосходит ее высоту, и башня на время пожара должна быть выключена. Иначе невозможно будет поднять давление в сети за башней до необходимой при пожаре величины. В самой башне, если она не выключена, при увеличении напора у насосов будет наблюдаться усиленное поступление воды в бак, которое может повлечь переполнение бака.

В системе низкого давления при пожаре в узле N устанавливается свободный напор Н^п.всв = 10 м, который ниже Н^х.псв или равен ему. В результате возросших расходов воды при пожаре по сравнению с режимом нормального хозяйственно-питьевого водопотребления потери напора в водоводах h^п.в_н > h^с-п_н и h^п.в_с > h^с-п_с и, следовательно, уклон пьезометрической линии (3 и 3') при пожаре больше уклона пьезометрической линии 2. Соотношение между указанными потерями напора, а также между Н^п.в _се и Н^с-п _св влияет на положение пьезометрической линии (3 и 3') относительно бака башни.

Если она пройдет выше башни, то требуемый свободный напор (Н^п.в _се =10 м) в узле будет обеспечен, когда башня отключена от водоводов.

В противном случае, как и при системе высокого давления, в узле N невозможно обеспечить требуемый свободный напор. Если пьезометрическая линия пройдет ниже бака башни, то последняя может продолжать работать.

Отличие расчета пожара при схеме с контррезервуаром от рассматриваемой выше будет заключаться в том, что отметка контррезервуара, определенная в результате хозяйственно-питьевого расчета сети, обычно будет превышать напор около башни, полученный при пожарной работе.

В силу этого в указанных схемах башня большей частью может во время пожара не выключаться. Однако поскольку в городских водопроводах запас воды на тушение пожара обычно хранят не в башне, а в резервуарах чистой воды у насосной станции II подъема, в этом случае работа сети при пожаре не отражается на высоте башни. Требуемый напор противопожарных насосов определяется по ранее приведенным формулам.

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: