Определение суточных, часовых и расчетных расходов воды

 

Рис.2. Графики водопотребления  населенного пункта и подачи воды насосными станциями: 1 — график водопотребления; 2 — график подачи воды насосной станцией первого подъема; 3 — график подачи воды насосной станцией второго подъема.

 

3. Определение режима работы насосных  станций.

 

Для насосной станции первого подъема (НС I) режим работы в течение суток назначаем равномерным.

Q^нс1_ч.= Q^нп_{сут.макс.}/ 24 = 2211,59 / 24 = 92,15 м³/ч,                       (8)

где Q^нп_{сут.макс} — максимальный суточный расход населенного пункта.

Для насосной станции второго  подъема (НС II) график подачи воды, по возможности, должен совпадать с графиком водопотребления населенного пункта. Анализируя график водопотребления примем три расчетных режима работы НС II. Первый режим — минимальная подача воды в период с 0 до 7 часов. Второй режим — средняя подача воды в периоды с 0 до 7, с 13 до 18 и с 20 до 24 часов. Третий режим — максимальная подача воды в периоды с 7 до 13 и с 18 до 20 часов. Соотношение между подачами примем:

Q ^нсII ч .макс / Q ^нсII ч .мин = 3

Q ^нсII ч .ср / Q ^нсII ч .мин = 2

Подачу одного насоса определим  по формуле:

Qч.нас = Q ^нпсут.макс / å (n i ´ ti) ,                                    (9)

где  n _i— количество работающих насосов; t _i– время работы данного количества насосов в часах суток.

В первом приближении будем  считать, что минимальную подачу осуществляет один насос, тогда при  средней подаче необходимо два насоса, а при максимальной — три.

Qч.нас = 2211,59 / (1´7+2´6+3´11) = 42,5 м³/ч.

Принятые графики подачи насосных станций приведены на рис.2.

 

4. Определение вместимости резервуаров  чистой воды и объема бака  водонапорной башни.

 

4.1. Определение вместимости  резервуаров чистой воды.

Вместимость резервуаров  чистой воды (РЧВ) найдем, как сумму  трех объемов воды: регулирующего  объема, запасного объема на собственные  нужды очистных сооружений и неприкосновенного  запасного объема на противопожарные  нужды.

Регулирующий объем определяем, сопоставляя приток воды в РЧВ (подача НС I) и отбор воды из РЧВ (подача НС II). Расчет проводим табличным способом (табл.4). Заносим в графу 3 в интегральном (суммарном) виде подачу НС I, а в графу 4 — НС II. Разница между ними дает нам текущее значение объема воды аккумулированного в резервуарах чистой воды. Искомый регулирующий объем получим, как сумму максимального положительного и максимального отрицательного (по абсолютной величине) значений текущего объема воды в резервуарах.

W^рчв_рег.= 347,3 м³.

Запасной объем воды на собственные нужды очистных сооружений ориентировочно примем равным 7% от суточного  потребления воды:

W^рчв_о.с.= 0,07 ´ 2211,59 = 154,81 м³.

Неприкосновенный запас воды на противопожарные нужды найдем по формуле:

W^рчв_пож.= SW + 3(3,6 ´ n_пож ´q_пож – Q^нс1_ч),                        (10)

где SW — максимальная сумма потребления воды за три часа подряд (по графику водопотребления это период с 9 до 12 часов); n_пож — расчетное количество одновременных пожаров; q_пож — расчетный расход воды на наружное пожаротушение в л/с; Q^нс1_ч — подача насосной станции первого подъема в м³/ч.

W^рчв_пож.= (152,08+143,41+128,87) + 3(3,6 ´ 2 ´ 15 – 92,15) = 427,37 м³.

W^рчв = W^рчв_рег. + W^рчв_о.с. + W^рчв_пож. =427,37 + 154,81 + 347,3 = 929,48 м³.

 

 

Таблица 4. Определение  регулирующих объемов резервуаров  чистой воды и

бака водонапорной башни

 

Часы суток	Объем потребления	Объем подачи НС I	Объем подачи НС II	Изменение объема воды в  РЧВ	Изменение объема воды в  ВБ
Час	м3	м3	м3	м3	м3
1	2	3	4	5	6
0-1	42,0	92,15	42,5	49,6	0,5
1-2	89,1	184,30	85,1	99,2	-4,0
2-3	117,6	276,45	127,6	148,9	10,0
3-4	144,1	368,60	170,1	198,5	26,1
4-5	172,3	460,75	212,7	248,1	40,3
5-6	202,3	552,90	255,2	297,7	52,9
6-7	258,0	645,05	297,7	347,3	39,7
7-8	351,7	737,20	425,3	311,9	73,6
8-9	476,0	829,35	552,9	276,5	76,8
9-10	628,1	921,50	680,5	241,0	52,4
10-11	771,5	1013,65	808,1	205,6	36,5
11-12	900,4	1105,80	935,7	170,1	35,3
12-13	1019,8	1197,95	1063,3	134,7	43,5
13-14	1121,9	1290,10	1148,3	141,8	26,4
14-15	1199,2	1382,25	1233,4	148,9	34,2
15-16	1274,7	1474,40	1318,4	156,0	43,7
16-17	1363,8	1566,55	1403,5	163,1	39,7
17-18	1468,5	1658,70	1488,6	170,1	20,1
18-19	1563,0	1750,85	1573,6	177,2	10,6
19-20	1668,6	1843,00	1701,2	141,8	32,6
20-21	1794,2	1935,15	1828,8	106,4	34,6
21-22	1929,4	2027,30	1956,4	70,9	27,0
22-23	2081,6	2119,45	2084,0	35,5	2,4
23-24	2211,6	2211,60	2211,6	0,0	0,0
Регулирующий объем				308,84	34,6

 

4.2. Определение числа  и размеров резервуаров чистой  воды.

Число резервуаров должно быть, по возможности, наименьшим, но не менее двух. По приложению 10 подбираем  количество и размеры подходящих по объему типовых резервуаров для  воды. Выбираем два круглых резервуара из монолитного железобетона вместимостью по 500 м³ каждый. Диаметр резервуаров 12 м, высота 4,8 м. Резервуары делают полузаглубленными с защитной насыпью сверху. В соответствии с расчетной схемой резервуара (рис.3) определим максимально возможную глубину воды в нем и проведем высотную привязку.

 

Рис.3. Расчетная схема  резервуара чистой воды.

 

Максимальная глубина воды в  резервуаре:

h = 4W^рчв / npD² = 4 ´ 929,48 / 2 ´ 3,14 ´ 12² = 4,85 м.

Отметка поверхности земли в  месте расположения резервуаров, согласно плану населенного пункта, составляет 43,5 м. Отметка дна резервуара будет равна:

Ñ_{дна РЧВ} = Ñ_{пов. земли} – H/2 = 43,5 – 4,85 / 2 = 32,15 м.

Отметка максимального уровня воды:

Ñ_{воды макс} = Ñ_{дна РЧВ} + h = 32,15 + 2,97 = 41,075 м.

 

 

4.3. Определение вместимости  бака водонапорной башни.

Вместимость бака водонапорной башни (ВБ) определяем, как сумму регулирующего  объема и запасного объема воды на пожаротушение.

Регулирующий объем определим, сопоставляя приток воды в ВБ (подача НС II) и отбор воды из ВБ (потребление воды населенным пунктом).

Расчет проводим табличным способом (табл.4). Заносим в графу 2 в интегральном виде потребление воды населенным пунктом (переписываем столбец 19 табл.2). Подача НС II у нас уже есть в графе 4. Разница между ними дает нам текущее значение объема воды, который должен быть в баке водонапорной башни. Искомый регулирующий объем получим, как сумму максимального положительного и максимального отрицательного (по абсолютной величине) значений текущего объема воды в баке.

W^вб_рег. = 76,8+4=77,8м³.

Объем воды на пожаротушение, запасаемый в баке водонапорной башни, должен обеспечивать десятиминутное тушение одного наружного  и одного внутреннего пожара при  одновременном наибольшем расходе  воды на другие нужды населенного  пункта:

W^вб_пож.= 0,6 ( q_пож + q^вн_пож + q_нп ),                               (11)

где - q_пож. – расчетный расход воды на наружное пожаротушение, принимаемый согласно приложению 11 (в нашем случае q_пож. = 15 л/с); q^вн_пож. - расчетный расход воды на внутреннее пожаротушение (согласно СНиП q^вн_пож. 2,5 л/с);

q_нп – максимальный расход населенного пункта, равный 42,29 л/с.

W^вб_пож.= 0,6 ( 15 + 2,5 + 42,29) = 35,9 м³.

W^вб = W^вб_рег. + W^вб_пож. = 77,8 + 35,9 = 113,7 м³.

 

4.4. Определение размеров  бака водонапорной башни.

Резервуар или бак водонапорной башни обычно делают цилиндрическим. Максимальную глубину воды в баке определяют по зависимости:

h = 4W^рчв / pD².

Отношение наибольшей глубины воды в баке к диаметру бака лежит в  пределах от 0,8 до 1,2. В первом приближении  примем это соотношение равным 1. Тогда h =D и формула примет вид:

D = 4W^вб / pD²;

D³ = 4W^вб / p = 4 ´ 113,7 / 3,14 = 144,8 м³;

D = 5,25 м.

Округлим диаметр до полуметра  в ближайшую сторону. D = 5,5 м.

h = 4W^рчв / pD² = 4 ´ 113,7 / 3,14 ´ 5,5 ² = 4,8 м;

h / D = 4,8 / 6 = 0 ,87.

 

Рис.4. Расчетная схема  бака водонапорной башни.

 

5. Трассирование  магистральной водопроводной сети. Определение местоположения водопроводных  сооружений.

 

Магистральную водопроводную  сеть проектируем кольцевой так, чтобы она равномерно охватывала районы жилой застройки населенного  пункта.

Магистральную сеть прокладываем по кратчайшему направлению вблизи автодорог и проездов, прямолинейно, параллельно линиям застройки. Пересечение  проездов выполняем под прямым углом.

Местоположение водозаборных сооружений (артезианская скважина) задано. Насосную станцию первого подъема совмещаем со скважиной. Очистные сооружения, резервуары чистой воды и насосную станцию второго подъема располагаем в непосредственной близости от насосной станции первого подъема. Водонапорную башню устанавливаем в начале магистральной водопроводной сети, желательно на высоких отметках местности.

На план населенного пункта наносим  трассу магистральной сети и обозначаем местоположение водопроводных сооружений (рис.5).

Сосредоточенные отборы воды из магистральной сети на нужды общественных зданий и промышленного предприятия  намечаем на перекрестках улиц в непосредственной близости от них.

Магистральное кольцо разбиваем  на расчетные участки, узловые точки  которых устанавливаем в местах сосредоточенного отбора воды из сети и на перекрестках улиц, но не более  чем через 400…600 метров. Узловые точки  нумеруем по часовой стрелке, начиная  с водонапорной башни.

Намечаем направление  движения воды в магистральной сети и назначаем точку встречи  потоков (диктующую точку). Как правило, это будет узловая точка наиболее отдаленная от начала сети. В нашем  случае такой точкой будет узел 5.

Рис.5. Размещение на плане трассы магистральной  водопроводной сети.

1-очистные сооружения; 2-насосная  станция первого подъема; 3-насосная  станция второго подъема; 4-резервуары  чистой воды; 5-водонапорная башня.

6.Расчет водоводов

Сооружения для транспортирования  воды от источника к объекту водоснабжения  называют водоводами.

Количество линий водоводов  принимаемс учетом категории системы водоснабжения и очередности строительства. Принимаем для второй категории надежности две линии водоводов.

Водоводы, рассчитывают на средний часовой расход в сутки максимального водопотребления. В нашем случае этот расход равен:

Q_ч.ср. = Q^нп_{сут.макс.}/ 24 = 2211,59 / 24 = 92,15 м³/ч,

q_ср. = 92,15 / 3,6 = 25,6 л/с

Так как водоводов два, то расчетный  расход каждого водовода составит 12,8 л/с. Водоводы выполним из стальных труб. Выберем среднее значение экономического фактора Э в зависимости от географического положения населенного пункта. Ленинградская область находится на западе Европейской части России, следовательно, Э = 0,75. В соответствии с приложением 13 (стальные трубы) условный диаметр водоводов принимаем равным 125 мм.

Определим потери напора в водоводах  при различных режимах водопотребления.

При максимальном водопотреблении  населенного пункта от насосной станции  второго подъема в водоводы поступает 127,6 м³/ч (см. рис.2), что соответствует 35,44 л/с или 17,72 л/с на каждый водовод.

Потери напора определяем по формуле 12.

h = K ´ A ´ q² ´ L,                                     (12)

где:  K — поправочный коэффициент, зависящий от скорости движения воды в трубопроводе и материала трубопровода; A — удельное сопротивление трубопровода; q — расход воды в трубопроводе; L — длина трубопровода.

Величину скорости найдем из выражения n= q ´ m, где m = 4/pd².

Значения A и m принимаем по приложению 15. Для стальных труб диаметром 125 мм: m = 0,072; A = 76,36 ´ 10^-6.

n = 17,72 ´ 0,072 = 1,28 м/с

Значение коэффициента К найдем из приложения 16. К = 1,0.

h₁ = 1,0 ´ 76,36 ´ 10^-6 ´ 17,72² ´ 285 = 6,8 м

При пожаротушении расход воды в  водоводах необходимо увеличить  на величину противопожарного расхода, принимаемого по приложению 11 (в нашем случае возможно два одновременных пожара с расходом воды на каждый пожар q_пож. = 15 л/с). Расход воды в одном водоводе при тушении пожаров составит 17,72 + 15 = 32,72 л/с.

n = 32,72 ´ 0,072 = 2,35 м/с

К = 1,0

h₂ = 1,0 ´ 76,36 ´ 10^-6 ´ 32,72² ´ 285 = 23,3 м

При прокладке водоводов в две  или более линий и общих  водозаборных сооружениях, между водоводами устраивают переключения, при этом в случае аварии на одном из водоводов подачу воды на хозяйственно-питьевые нужды снижаем на 30 % расчетного расхода, а на производственные нужды — по аварийному графику, на 30%.

q_ав. = 0,7 q_х.п. + 0,7 q_пр.