3.7 Расчет производительности водопитателей

В соответствии с заданием на курсовую работу насосная станция подаёт: из подземного источника - 80% расчётного расхода, из поверхностного - 20% расчётного расхода.

Cсуммарная подача Н.С. II на второй ступени согласно расчету на ЭВМ составит:

Тогда подача Н.С. II №1 из подземного источника составит:

q_{н. с.} = 0,4 ?Qн. с. II = 0,4* 65.73 = 26.29 л/с

Подача Н.С. II №2:

q_{н. с.} = 0,6 ?Qн. с. II=0,6* 65.73 = 39.44 л/с

Расход воды из башни:

Q_б = q_{ч. мах} - ?Qн. с. II, л/с

q_{ч. мах}= 296.84 м³/ч = 82.46 л/с

Q_б = 82.46 - 65.73 =16.73 л/с

3.8 Предварительное потокораспределение

После вычисления узловых расходов и определения подачи водопитателей осуществляется предварительное потокораспределение, цель которого назначение направлений движения воды в линиях сети и определение линейных расходов. Количество воды, подаваемое в водопроводную сеть водопитателями, должно быть равно количеству воды, отбираемой потребителями.

Требуется, чтобы для каждого узла было справедливо тождество:

q_i =0;

где q_i - сумма поступающих в i-тый узел и уходящих из него расходов воды.

Поступающие в узел расходы принимаются со знаком "+”, уходящие со знаком "-”. Данные предварительного потокораспределения приведены на рисунке 3.1.

3.9 Подбор материала и диаметров труб

В пределах населенного пункта принимаются чугунные напорные трубы по ГОСТ 9583-75, для водоводов 2-го подъема - стальные, по ГОСТ 10704-76.

3.10 Увязка водопроводной сети

Гидравлическая увязка водопроводной сети выполняется с помощью ЭВМ. Расчет осуществляется по программе "WODSFF. BAS”, в QBASIC.

Исходные данные по описанию участков приведены в таблице 3.4.

Результаты гидравлического расчета для случая максимального водопотребления приведены в таблице 3.5 и на рис.3.5.

Таблица 3.4 Исходные данные для гидравлического расчета на случай максимального водопотребления

Таблица 3.5 Результаты гидравлического расчета на случай максимального водопотребления

3.11 Расчет пьезометрических отметок и свободных напоров. Построение карт пьезолиний и карт свободных напоров

В результате гидравлического расчета водопроводной сети определяются потери напора на участках. Водопровод должен подавать воду не только в нужном количестве, но и под необходимым напором, поэтому выполняется расчет свободных напоров во всех узлах распределительной сети. Для всех узлов должно соблюдаться условие:

Н_св. ? Н_тр.

Для вычисления свободных напоров, предварительно определяются пьезометрические отметки в узлах. Вычисления начинаются с диктующей точки, для которой:

Z_{п. л. (д. т.)} = Z_{з. д. т} + Н_тр, м

где Z_{д. т. -} пьезометрическая отметка в диктующей точке, м; Z_{з. д. т -} отметка земли в диктующей точке, определяется по генплану интерполяцией, м.; Н_{. тр -} требуемый напор в диктующей точке:

Н_{. тр}=10+4 (n-1), м

n - расчетная этажность застройки, для первого района n = 4 этажей, откуда требуемый напор составят 26 м.

Отметки пьезолиний прочих узлов вычисляются при обходе сети по формуле:

Z_{п. л. (i+1)} = Z_{п. л. (i)} ± h _{[ (i+1) - i)]}

где Z_{п. л. (i+1) -} пьезометрическая отметка последующегоузла водопроводной сети, м.; Z_{п. л. (i) -} пьезометрическая отметка предыдущего узла сети, м.; h _{[ (i+1) - i)] -} потери напора на участке между (i+1) и i-ым узлами.

Свободный напор в i-ом узле вычисляется по формуле:

Нсв. (i) = Z_{п. л. (i) -} Zз (i)

Zз (i) - отметка земли в узле, определяется по генплану интерполяцией.

Результаты расчета пьезометрических отметок и свободных напоров для случая максимального водопотребления приведены на рис.3.2.

Для построения карт пьезолиний и свободных напоров в масштабе вычерчивается схема водопроводной сети, затем интерполяцией определяются точки с одинаковыми значениями отметок, соединяя эти точки, получается карта пьезолиний. Аналогично строится карта свободных напоров. Карта пьезолиний приведена на рис.3.3, а свободных напоров - на рис.3.4.

3.12 Проектирование водонапорной баши

Бак водонапорной башни хозяйственно-противопожарного водопровода должен содержать объем воды для регулирования неравномерности водопотребления и неприкосновенный противопожарный запас: для населенных мест на 10-минутную продолжительность тушения одного внутреннего и одного наружного пожаров при одновременном наибольшем расходе воды на другие нужды.

Полный объем водонапорной башни определяется по формуле:

W_{п (б)} = W_{рег (б).} + W_пп, м³

где W_{пож -} неприкосновенный противопожарный запас воды в баке башни:

W_пп = 0,6· (Q_{р. с.} + Q_п), м³

где Q_{р. с -} расчетный расход воды из водопроводной сети в час максимального водопотребления (Q_{р. с} = 511,78 м³/ч = 142,16 л/с); Q_п - расход воды на 10-ти минутную продолжительность одного внутреннего и одного наружного пожара.

Откуда:

_п = 2*2,5 +45=50 л/с, W_пп = 0,6• (82 +50) =79,2 м³

Регулирующий объем бака принимается из табл.3.3, W_рег =137,54м³

С учетом способности центробежных насосов к саморегулированию (увеличение подачи при снижении напора и наоборот), регулирующая емкость бака может быть уменьшена по сравнению с расчетным значением для системы водоснабжения с контррезервуаром на 30.40%:

W_{п (б)} = 137,54_. +79,2 = 216,74 м³

Для дальнейших расчетов принимается типовая водонапорная башня вместимостью 500 м³

Высота противопожарной призмы:

Высота ствола водонапорной башни:

Н_ствола = Н_{св (Вб) -} h_{п. п.} = 26-0,27 = 25,73 м

ПринимаемН_ствола =26м, по приложению 6 [5]

где Н_{св (Вб) -} свободный напор в узле, в котором расположена водонапорная башня, м.

3.13 Определение размеров резервуара чистой воды (РЧВ)

Резервуары предназначены для хранения хозяйственных, противопожарных, технологических и аварийных запасов воды.

Резервуары должны быть надежны в работе, экономичны и удобны в эксплуатации; материал, из которого они выполнены, не должен ухудшать качество воды.

Для обеспечения надежности водоснабжения в системах крупных водопроводов устроим по 2 резервуара на каждой насосной станции, дающих в сумме расчетную емкость. Это позволяет выключать на ремонт или промывку один из резервуаров.

Объем РЧВ определяется по формуле:

W_{полн (РЧВ)} = W_{рег (РЧВ)} + W_в/с + W_пп, м³

где W_{рег (РЧВ) -} регулирующая емкость, м³; W_{пп -} неприкосновенный противопожарный запас воды, м³; W_в/с - объем воды на нужды водоочистной станции, м³.

W_{рег (РЧВ)} = 428,74 м³ (см. табл.3.3)

W_пп=_пож+ W_{х-п -} 3Q_нс1, м³

где _{пож -} расход воды на тушение расчетного количества одновременных пожаров, л/с;

Q_пож = 30+0,5*15=37,5 л/с

W_{х-п -} объем воды, использующейся на хозяйственно-питьевые нужды в течение 3-х смежных часов с максимальным водопотреблением. (См. сводную таблицу почасового водопотребления, табл.2.3.)

W_х-п = 296,84 +265,53 +254,80 = 817,17 м³

Q_нс1 - подача насосной станции 1-го подъема, м3/ч;

Q_нс1= q_%*Q_{сут. мах}/100=203,7 м³/ч

W_пп=+817,17 - 3•203,7 =611,07 м³

W_в/с - расход воды на собственные нужды водоочистной станции:

W_в/с = (0,01…0,015) •Q_{сут. макс}, м³

W_в/с = 0,01 • 4889,38 = 48,89 м³

W_{полн (РЧВ)} = 428,74 + 48,89 +611,07 = 1088,7 м³

Ёмкость резервуаров принимается пропорциональной подаче насосных станций.

Объем одного РЧВ (на каждой насосной станции II подъема принимается по два РЧВ):

При объеме РЧВ до 2000 м³ принимаем круглый в плане резервуар высотой Н=3,5 м. При объеме больше 2000 м³ - прямоугольный.

Рисунок 3.5 Расчетная схема РЧВ

3.14 Определение напора насосной станции II подъема

Система водоснабжения должна обеспечивать требуемые напоры в сети. Напоры насосных станций определяем по формуле:

Н_нс = Z_{пл. н. с -} Z_{вод. РЧВ} + h_к, м

где Z_{пл. н. с} - отметка пьезометрической линии насосной станции II подъема, м (см. п.2.11);

h_к - потери во всасывающих линиях, коммуникациях и измерительном устройстве насосной станции

Принимаем h_к=3,5 м

Z_{водаРЧВ -} отметка уровня воды в РЧВ, соответствующая противопожарному объему, м

h_{п. п} - высота противопожарного объема, м

Z_{водаРЧВ} = Z_{з. н. с. -} 0,5 + h_{п. п.,} м

Z_{з. н. с. -} отметка земли возле насосной станции, м;

0,5 - заглубление дна РЧВ на площадке водоочистной станции, м.

Напор Н.С. II №1 подземной:

Z_{водаРЧВ} = 104,5 - 0,5 + 1,1 = 105,10м

Н_нс№1 = 137,71 - 105,1+ 3,5 =36,11 м

Напор Н.С. II №2 поверхностной:

Z_{водаРЧВ} =95,0 - 0,5 + 1,92 = 96,42 м

Н_нс№2 = 137,24 - 96,42+ 3,5 = 44,32 м

4. Гидравлический расчет водопроводной сети на случай максимального водопотребления с учетом пожара

4.1 Определение количества одновременных пожаров и расчетных расходов воды на тушение пожаров

Для населенного пункта расчетный расход воды на наружное пожаротушение принимается в зависимости от общего количества жителей и расчетной этажности жилой застройки.

Общее количество жителей в городе: N₁ = 17000 чел.

Большая этажность застройки по районам n = 5 этажа.

Для объединенного хозяйственно-противопожарного водопровода при количестве жителей в городе менее 25 тыс. человек к расчету принимается расход воды на пожаротушение как сумма максимального расхода (для города или промпредприятий) и половины минимального расхода (для города или промпредприятий).

Q_пож = 15 л/с, количество одновременных пожаров - 2.

Принимаем:

для предприятия № 1 - при объеме здания 174 тыс. м³, степени огнестойкости II и категории Б-Q_пож. ^п/п1 = 30 л/с

Для объединенного водопровода, обслуживающего промышленное предприятие и город, принимается к расчету 2 одновременных пожара.

Общий расход воды на пожаротушение: Q_пож. = 15 + 30 =45 л/с

4.2 Предварительное потокораспределение на случай пожара

На генплане намечаются узлы предположительного возникновения пожара. К узловым расходам в этих точках прибавляются расходы на пожаротушение.

Противопожарный расход добавляется к подаче насосных станций 2-го подъема. Подача насосных станций при пожаре составит:

= q_{н. с. №1} + 0,4?q_пож. =44,29 л/с

= q_{н. с. №2} + 0,6?q_пож. = 6,44 л/с

4.3 Увязка водопроводной сети на случай пожара

Выполняется предварительное потокораспределение с учетом новых значений узловых расходов, см. рис. 4.1., и осуществляется гидравлическая увязка сети при новых значениях линейных расходов. По результатам гидравлического расчета вычисляются пьезометрические отметки и свободные напоры, строятся карты пьезолиний и карты свободных напоров. Требуемые напоры во всех узлах водопроводной сети при возникновении пожара принимаются равными 10 м, независимо от расчетной этажности застройки.

Исходные данные по описанию участков приведены в таблице 4.1.

Результаты гидравлического расчета представлены в таблице 4.2 и на рис.4.5.

Таблица 4.1 Исходные данные для гидравлического расчета на случай макс. водопотребления с учетом пожара

Таблица 4.2 Результаты гидравлического расчета

4.4 Расчет пьезометрических отметок. Построение карт пьезолиний и карт свободных напоров при пожаре

Расчет пьезометрических отметок и свободных напоров выполняется аналогично расчету при максимальном водопотреблении с разницей в том, что свободный напор в диктующей точке принимается равным 10 м. Результаты расчета пьезометрических отметок и свободных напоров для случая "максимального водопотребления + пожар" приведены на рис.4.2.

Карты пьезолиний и свободных напоров приведены на рис.4.3 и рис.4.4 соответственно.

4.5 Определение напоров насосных станций второго подъема при пожаре

Требуемый напор насосных станций 2-го подъема на случай "максимального водопотребления + пожар" рассчитываем аналогично п.3.14.:

Система водоснабжения должна обеспечивать требуемые напоры (10 м.) во всех узлах сети. Напоры насосных станций при пожаре:

Н_нс = Z_{пл. н. с. пож. -} Z_{дна. РЧВ} + h_к, м

гдеZ_{пл. н. с. пож. -} отметка пьезометрической линии насосной станции II подъема, при пожаре, м. h_{к -} потери во всасывающих линиях и коммуникациях Н. С. Принимаем h_к=3,5 м

Z_{днаРЧВ -} отметка уровня воды в РЧВ, соответствующая противопожарному объему, м

h_{п. п} - высота противопожарной призмы, м

Z_{дна. РЧВ} = Z_{з. н. с. -} 0,5_., м

Напор Н.С. II №1 подземной:

Z_{дна. РЧВ1} = 104,5 - 0,5 = 104,0 м

Н_нс№1 =125,96-104,0 + 3,5 = 25,46 м

Напор Н.С. II №2 поверхностной:

Z_{дна. РЧВ2} =95,0 - 0,5 = 94,5 м

Н_нс№2 = 124,82-94,5+3,5 = 33,82м

5. Гидравлический расчет водопроводной сети на случай максимального транзита воды в водонапорную башню

5.1 Определение удельных расходов воды

Для гидравлического расчета водопроводной сети на случай транзита за расчетный принимается час, в который в водонапорную башню поступает максимальный расход, т.е. разница между подачей насосной станции и водопотреблением в этот час максимальная. Согласно таблице 3.3, в 20 час в водонапорную башню поступает наибольший расход воды - 17,48 л/с. Удельный расход воды (расход, отбираемый на единицу длины сети) определяется для каждой зоны застройки отдельно по формуле:

, л/с^. м

Удельный расход воды: для 1-ого района:

q_уд1 =56,57/ (3,6*3500) = 0,00449л/с* м

5.2 Определение расходов воды, отбираемых на участках магистральных трубопроводов (путевых расходов)

Расходы воды, отбираемые на участках магистральных трубопроводов (путевые расходы), определяются из выражения:

q_{пут. i} = q_уд^•L_i, л/с

Результаты расчетов путевых расходов сведены в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 Результаты расчета путевых расходов

5.3 Вычисление узловых расходов воды

Узловые расходы условно принимаются фиксированными, не зависящими от напора в водопроводной сети и определяются по формуле:

q_{уз. к} = 0,5 q_пут + Q_{кр. п. к.;} л/с

В час максимального транзита в башню сосредоточенные расходы составляют:

промышленное предприятие № 1 - Q_п/п = 17,88 л/с

Расчет узловых расходов воды сведен в таблицу 5.2.

водопроводная сеть насосная станция

Таблица 5.2 Результаты расчета узловых расходов