водоснабжение. В связи с этим разработке проблем рационального, научно обоснованного, комплексного использования водных ресурсов и охране водных источников от загрязнений уделяется очень большое внимание
 Скачать 1.65 Mb.
|
|
3.3. Комплекс сооружений по очистке вод из природных источников Метод очистки воды и состав очистных сооружений зависят от качества воды в источнике водоснабжения, назначения водопроводов, производительности станции и местных условий. Наиболее распространенными методами очистки воды являются осветление и обеззараживание. Осветление – это процесс, с помощью которого из воды удаляются содержащиеся в ней взвешенные вещества. Осветление может осуществляться отстаиванием воды в отстойниках. Для улучшения этого процесса применяют коагуляцию, т. е. вводят в воду химические реагенты (сернокислый алюминий Al2(SO4)3, сернокислое железо FeSO4, хлорное железо FeCl2), которые способствуют укрупнению и более быстрому осаждению взвешенных веществ. Коагуляция в свободном объеме протекает в смесителях и камерах хлопьеобразования. В настоящее время широко применяется контактная коагуляция. При этом воду осветляют в осветлителях со взвешенным осадком. Процесс контактной коагуляции может протекать и в зернистой загрузке фильтров. После отстойников и осветлителей вода подвергается более глубокому осветлению – фильтрованию, в процессе которого она проходит через слой фильтрующего материала фильтров. Обеззараживание воды осуществляется с целью уничтожения бактерий, главным образом болезнетворных (патогенных). Наиболее распространенными способами обеззараживания воды являются хлорирование в хлораторных вакуумных или напорных, озонирование в озонаторных установках и бактерицидное облучение ртутно-кварцевыми лампами высокого и низкого давления. В ряде случаев применяется специальная обработка воды. Например, подземные воды иногда подвергаются обезжелезиванию в аэрационных установках.
Питательная вода котельных установок и ТЭЦ требует предварительного ее умягчения на реагентных и катионовых установках. Вода некоторых источников водоснабжения до подачи ее потребителям должна быть обессолена ионным обменом или электролизом, дистилляцией либо замораживанием. Для предотвращения коррозии трубопроводов и арматуры, а также выпадения в трубах солей осуществляют стабилизацию воды путем добавления в нее химических реагентов (подкисление, фосфотирование). Таким образом, очистные станции представляют собой комплекс сооружений, в которых вода подвергается очистке, приобретая качества и свойства, необходимые потребителю. Остановимся на более подробном изучении методов очистки воды для хозяйственно-питьевых нужд и примем в качестве источника водоснабжения города – реку. В хозяйственно-питьевых водопроводах, использующих речную воду, на очистные сооружения возложены задачи осветления, фильтрации и обеззараживания воды. Попутно решаются задачи устранения из воды неприятных запахов и привкусов, вопросы умягчения воды (если это необходимо), устранение ее цветности. Очистные сооружения являются одним из составных элементов системы водоснабжения города и тесно связаны с ее остальными элементами. На рис. 3.8 показан комплекс очистных сооружений на очистной станции, осуществляющий очистку воды для хозяйственно-питьевых целей по двухступенчатой технологической схеме.  Вода, подаваемая насосами насосной станции первого подъема, поступает в смеситель 3, куда вводится раствор реагентов, приготовляемых в реагентном хозяйстве 2, необходимых для проведения коагулирования, где и происходит их смешивание с водой. Из смесителя вода поступает в камеру хлопье- образования 4, где осуществляется укрупнение взвеси. Затем вода последовательно проходит отстой- ники 5, где происходит осаждение взвеси, а затем фильтры 6, в которых она проходит более глубокое осветление. В трубу, подающую воду из фильтров в резервуар чистой воды 8, вводится хлор из хлораторной 7. Необходимый для обеззараживания контакт воды с хлором происходит в резервуаре 8. В ряде случаев хлорирование воды осуществляется дважды – перед смесителем (первичное хлорирование) и после фильтров (вторичное хлорирование). Процесс обесцвечивания воды происходит одновременно с процессом коагулирования и осветления воды. Рассмотрим принципиальные схемы работы ряда сооружений, широко используемых в практике очистки воды для хозяйственно-питьевых целей. Реагентное хозяйства. Наибольшее распространение имеет мокрый способ дозирования реагентов (рис. 3.9, а). При этом способе комья коагулянта загружают в растворный бак 1 с водой, откуда после растворения коагулянт поступает в расходные баки 2, в которых приготавливается раствор определенной концентрации. Этот раствор направляется в дозировочный бачок 3, а из него подается в обрабатываемую воду. Обычно устанавливают два растворных бака, работающих попеременно. В растворный бак для лучшего растворения коагулянта подают сжатый воздух или пар. Иногда применяют механические мешалки.  Смеситель. Для равномерного перемешивания коагулянта со всей массой воды служат смесители. Наибольшее распространение получили перегородчатые, дырчатые и вихревые смесители. Конструкция перегородчатого смесителя представлена на рис. 3.9, б. Лоток с тремя вертикальными перегородками 4, в которых имеются проходы для воды. Перемешивание коагулянта с водой происходит в результате интенсивных завихрений потока. Камеры хлопьеобразования. В этих камерах происходит образование хлопьев в процессе плавного перемешивания воды с коагулянтом. Бывают лопастные, вихревые, перегородчатые и др. Перегородчатая камера хлопьеобразования (рис. 3.9, в) представляет собой железобетонный резервуар 1, разделенный продольными перегородками 2 на коридоры 3. Их число может меняться в зависимости от мутности воды. Вода проходит по ним со скоростью0,2 – 0,3 м/с, чтобы хлопья в коридорах не выпадали в осадок и не разбивались. Отстойники. Процесс отстаивания основан на том, что при малых скоростях движения воды взвешенные в ней частицы под действием силы тяжести осаждаются на дно со скоростью U. Скорость осаждения частиц зависит от их размеров, формы, удельного веса и температуры. Ориентировочно скорость осаждения взвеси для мутных вод, содержащих более 250 мг/л взвешенных веществ (с предварительной коагуляцией), составляет U= 0,5 – 0,6 мм/с. По направлению движения осветляемой в них воды они подразделяются на: горизонтальные, вертикальные, радиальные. В вертикальном отстойнике (рис. 3.9, г) вода движется вертикально снизу вверх. Отстойник представляет собой круглый (иногда квадратный) в плане резервуар 1 сцентральной цилиндрической трубой 2 и конической (или пирамидальной) нижней частью 3. В данном случае центральная труба 2 – это встроенная в отстойник камера хлопьеобразования водоворотного типа. Вода подается в нее по трубе 4, проходит камеру сверху вниз и через гаситель скорости 5 поступает в нижнюю часть отстойника. Далее вода движется вверх. Осаждение взвеси происходит во время восходящего движения воды в отстойнике. Обе скорости направлены вертикально, но в противоположные стороны. Осветленная вода через водослив или борт отстойника попадает (из верхней части отстойника) в сборный желоб 6 и посредством отводной трубы 7 направляется на фильтрацию. Осадок, скапливающийся в нижней части отстойника 3, периодически удаляется по трубе 8 (без выключения отстойника изработы). Количество взвешенных веществ в воде после прохождения ею осветления в отстойнике составляет примерно 10 – 12 мг/л. Фильтры. Фильтрование воды через зернистые материалы позволяет улучшить ее качества и довести их до требуемых стандартов, позволяющих использовать ее для питьевых целей. Слой фильтрующего мелкозернистого материала задерживает содержащиеся в воде частицы мелкой взвеси. В качестве фильтрующего материала применяют кварцевый песок, гравий, дробленый антрацит и другие материалы. Фильтры могут быть классифицированы по ряду основных признаков: по скорости фильтрования (медленные, скорые, сверхскоростные); по рабочему давлению (открытые, закрытые); по крупности материала (мелкозернистые, среднезернистые, крупнозернистые); по направлению фильтрующего потока (однопоточные, двухпоточные, многопоточные); по числу фильтрующих слоев (однослойные, двухслойные, многослойные). Рассмотрим принцип работы скорого однопоточного открытого фильтра(рис. 3.9, д). Вода поступает в фильтр через карман 3 и желоба 4, проходит через слой фильтрующей загрузки (кварцевый песок) 1 и поддерживающий слой гравия 2. Профильтрованная вода отводится через дренажные устройства 5, расположенные в нижней части фильтра. Расчетная скорость фильтрования, высота фильтрующей загрузки зависят от крупности зерен последней. Очистку скорых фильтров производят, исходя из опыта их эксплуатации, 1 – 2 раза в сутки (в паводки чаще). При этом промывку фильтрующего материала осуществляют обратным током чистой воды, подаваемой снизу через дренаж 5. При промывке фильтр выключается из работы. Промывка длится 5 – 7 мин. Скорость промывки фильтра в несколько раз больше скорости фильтрования. Вода взмучивает песок и интенсивно промывает его от поступивших в процессе фильтрования загрязнений. Промывная вода отводится через желоба 4. В результате отстаивания и фильтрования из воды удаляется до 95% бактерий. Для уничтожения оставшихся в воде болезнетворных бактерий воду обеззараживают. Наиболее распространенным методом обеззараживания воды перед ее подачей в хозяйственно-питьевые водопроводы является хлорирование. Для этого используются жидкий хлор и хлорная известь (для станций небольшой производительности). Воду хлорируют жидким или газообразным хлором, под действием которого большинство бактерий погибает, в результате окисления веществ, входящих в состав протоплазмы клеток. Правильное назначение дозы хлора является исключительно важным. Показателем достаточности принятой дозы хлора является наличие в воде остаточного хлора, концентрация которого для питьевой воды (как указывалось ранее) составляет 0,3 – 0,5 мг/л. Хлорирование уже осветленной воды производится перед ее поступлением в резервуар чистой воды, где она контактирует с ним 30 мин. Иногда применяют предварительное хлорирование, т.е. хлор добавляют в воду до смесителя. Это позволяет уменьшить дозу коагулянта и обеспечивает хорошее санитарное качество самих очистных сооружений. Вводя хлор до и после очистных сооружений, можно снизить общий расход хлора по сравнению с расходом его при предварительном хлорировании, сохраняя преимущества последнего. При использовании жидкого хлора процесс обеззараживания осуществляют с помощью хлораторов напорного или вакуумного типов. Недостатком напорных хлораторов является возможность утечки из них хлора. Эта опасность устранена в вакуумных хлораторах. Поэтому они наиболее часто используются в установках для обеззараживания воды. 3.4. Водоподъемные устройства Для подачи воды из источника водоснабжения в городскую сеть, к потребителю в системе водоснабжения предусматриваются насосные станции. По назначению и расположению в схеме водоснабжения насосные станции можно подразделить на станции I и II подъемов, повысительные и циркуляционные. Насосные станции I подъема забирают воду от водоприемных сооружений и подают ее на очистные сооружения (при необходимости ее очистки) либо потребителю (в случае соответствия качества воды предъявляемым требованиям). Насосные станции II подъема предназначены для подачи воды от очистных сооружений к потребителям. Повысительные насосные станции служат для повышения давления в отдельных возвышенных или удаленных районах. В системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий устраивают циркуляционные насосные станции, осуществляющие оборот воды. По расположению относительно поверхности земли станции бывают наземные и заглубленные. В зависимости от применяемого насосного оборудования устраивают станции с горизонтальными, вертикальными центробежными насосами и т.д. Насосы – одно из основных средств, используемых при напорном транспортировании воды. В настоящее время существует множество насосов, различающихся принципом действия, конструкцией и т.д. Работа каждого насоса характеризуется следующими техническими параметрами: подачей, напором, частотой вращения рабочего колеса, потребляемой мощностью, КПД и высотой всасывания. Подача насоса qn – объем (или масса) жидкой среды, подаваемой насосом в единицу времени. Напор Н – приращение удельной энергии потока среды при прохождении ее через рабочие органы насоса. Мощность насоса N, расходуемая для создания определенных qn и Н , подсчитывается по формуле
где р – плотность среды; g – ускорение свободного падения; η – КПД. Коэффициент полезного действия насоса η представляет собой отношение полезной мощности No = pgqnH к мощности насоса N:
Полезная мощность всегда меньше мощности насоса из-за потерь, возникающих в нем.  В централизованных системах водо- снабжения наиболее широко применяются центробежные насосы (рис.3.10). Передача энергии перекачиваемой жидкости в этих насосах происходит в результате взаимодействия лопаток рабочего колеса с потоком. Под действием центробежной силы жидкость отбрасывается от центра рабочего колеса (всасывающая полость) к его периферии (напорная полость). Рабочее колесо, расположенное в корпусе насоса, приводится во вращение электро- двигателем. С торцевой стороны к центру корпуса присоединен всасывающий патрубок, через который с помощью всасывающей трубы подводится перекачиваемая жидкость. От насоса жидкость отводится через напорный патрубок, к которому присоединен напорный трубопровод. Перед запуском насоса его корпус и всасывающий трубопровод заполняют водой.  Центробежные насосы классифицируются по напору, числу рабочих колес, расположению вала, виду перекачиваемой жидкости и другим признакам. Водо-воздушные подъемники (эрлифты). Для транспортирования и подъема жидкости используют также водо-воздушный подъемник (эрлифт) (рис. 3.11). Эрлифт состоит из вертикальной трубы 1, погруженной нижним концом под уровень воды источника. Внутри этой трубы проходит воздухопровод, по которому подается сжатый воздух, распыляемый через форсунку 2. Плотность образующейся смеси намного меньше плотности воды, поэтому водо-воздушная смесь поднимается по трубе над уровнем воды в резервуаре. Эрлифт удобен для забора воды из скважин малого диаметра. Он может работать и при наличии в воде взвешенных частиц.  Гидроэлеваторы (водоструйные насосы). Действие гидроэлеватора основано на принципе передачи кинетической энергии от одного потока жидкости другому, обладающему меньшей кинетической энергии. В гидроэлеваторе (рис. 3.12) вода под напором подается по трубе 1, проходит сужение 2 и поступает в смесительную камеру 3, в которой из-за большой скорости напора в сужении создается давление, меньшее атмосферного (вакуум). В результате вода из резервуара 4 под действием атмосферного давления на его поверхность поднимается по трубе 5 в камеру 3, откуда направляется в диффузор, где скорость потока уменьшается и увеличивается его статический напор, благодаря чему вода перемещается по напорному трубопроводу 6. Гидроэлеваторы применяют для откачки воды из колодцев, скважин, траншей, а также для транспорта неоднородных жидкостей в воде пульпы. 3.5. Водонапорные и регулирующие устройства Водонапорные башни Водонапорные башни необходимы для сглаживания режима работы насосной станции II подъема, определяемого режимом водопотребления. При значительной неравномерности водопотребления практически трудно либо невыгодно достичь совпадения потребления и подачи воды. Объем бака водонапорной башни определяется по формуле
где VР – регулирующий объем бака башни; VП – запас воды для тушения одного внутреннего и одного наружного пожара в течение 10 мин (хранится в баке башни постоянно).  Регулирующий объем бака в процентах от суточного расхода воды городом можно определять графическим путем по совмещенным ступенчатым или интегральным графикам водопот-ребления и водоподачи воды, приведенным на рис. 3.13. Графики построены исходя из предположения, что насосы в течение всего периода их работы подают в сеть постоянное количество воды, а сеть потребляет ее неравномерно по часам суток. По ступенчатому графику потребления и подачи воды (см.рис.3.13,а) регули- рующий объем бака башни равен площади заштрихованных фигур, а по интегральному графику (см. рис. 3.13, 6)он равен сумме абсолютных величин максимальной положительной и максимальной отрицательной разности ординат кривых подачи и потребления воды, например, (13,02 + 6,14 = 19,16%) среднесуточного расхода воды городом. Водонапорная башня состоит из резервуара или бака и поддерживающей конструкции (ствола). В районах с суровым климатом вокруг бака устраивают шатер для предохранения воды от замерзания. Существуют несколько схем подающих и отводящих труб водонапорной башни. Водонапорные башни оборудуются трубами и арматурой (рис.3.14). Представленная на рисунке схема оборудования водонапорной башни может быть применена при ее расположении в любой точке сети. В водонапорной башне устраивают одну общую подающее-разводящую трубу 1, подающую воду в бак башни 8. Эта труба заканчивается на уровне наибольшего наполнения бака. Конец ее оборудуется поплавковым клапаном 5, который автоматически закрывает подающую трубу при наполнении бака. Раздача воды из бака происходит по трубам 2 и 1. Конец трубы 2 оборудуют сеткой 4 и располагают у низа бака на высоте, предотвращающей засасывание в трубу ила, который может периодически скапливаться в нижних точках бака. На трубе 2 устанавливается обратный клапан 3, препятствующий поступлению воды в бак по этой трубе. Задвижка 13 служит для отключения водонапорной башни от сети. Для слива воды в случае переполнения бака служит переливная труба 11, заканчивающаяся в верхней части воронкой 7. К переливной трубе присоединена грязевая труба 9, оборудованная задвижкой 10. Для подачи воды в бак и разбора воды из него могут выполняться отдельные трубы.  Однако при такой схеме компоновки труб водонапорная башня может быть расположена только в начале сети. Кроме того, при такой схеме вся вода, подаваемая в сеть, проходит через бак, и насосы всегда работают с напором, соответствующим наивысшему положению уровня воды в баке, что приводит к увеличению напора насосов и перерасходу энергии на подачу воды. Поэтому для вновь сооружаемых башен такая схема оборудования не применяется. Водонапорные башни могут быть выполнены из железобетона, кирпича, металла и дерева. Деревянные водонапорные башни применяют, в основном, на временных водопроводах. Кирпичные водонапорные башни строят относительно небольшой высоты, когда их применение, исходя из местных условий, экономически целесообразно. Баки водонапорных башен выполняют из стали с плоским или сферическим днищем. Наиболее широко в нашей стране применяют железобетонные водонапорные башни, в основном, цилиндрической формы с плоским или сферическим днищем. Все более широкое распространение получает напряженный железобетон, повышающий водонепроницаемость баков. Башни оборудуют сигнализацией, передающей показания уровня воды на насосную станцию или диспетчерский пункт водопроводного хозяйства. Резервуары чистой воды Резервуары в системах водоснабжения используются как регулирующие емкости. Одновременно в них могут храниться противопожарные и аварийные запасы воды. Если рельеф местности позволяет располагать резервуары на достаточно высоких отметках, они могут служить напорными емкостями; если воду из резервуаров необходимо перекачивать к потребителю, то они называются безнапорными. Объем резервуаров зависит как от их назначения, так и от производительности системы водоснабжения. Объем резервуаров, устанавливаемых вместо башен, определяется по тем же принципам, что и регулирующие объемы водонапорных башен. Регулирующий объем Vp резервуаров чистой воды, находящихся на территории очистных сооружений, определяют по совмещенным графикам работы насосов насосных станций I и II подъемов. Этот объем необходим для согласования работы в равномерном режиме насосной станции I подъема и очистных сооружений с работой в неравномерном режиме насосной станции II подъема. В резервуаре чистой воды хранится также запас воды, необходимый для технологических нужд очистной станции Vф, и запас воды для целей пожаротушения Vn. Тогда суммарный объем резервуара чистой воды составит
Величина Vф, определяемая технологическими расчетами, обычно составляет 2–8 % суточной производительности. Противопожарный объем Vn назначают из условия длительности пожара в течение 3 ч. В этот период насосы будут забирать из резервуара пожарный расход qn и максимальный хозяйственно-питьевой расход qxn. Одновременно с этим в резервуар будет поступать вода от очистных сооружений в количестве q1, тогда противопожарный объем при трехчасовом запасе
где qxn– суммарный расход в период наибольшего водопотребления в течение 3 ч (в соответствии с графиком водопотребления). В настоящее время наибольшее распространение получили железобетонные резервуары различных форм, конструкций и методов изготовления. При больших объемах применяют резервуары прямоугольной формы с плоскими балочными или безбалочными перекрытиями. В настоящее время при строительстве резервуаров широко используется предварительно напряженный железобетон, что обеспечивает их повышенную прочность и герметичность. 3.6. Устройство наружной водопроводной сети города Водопроводная сеть является одним из основных элементов системы водоснабжения и неразрывно связана с работой водоводов, насосными станциями, подающими воду в сеть, а также с регулирующими емкостями (водонапорными башнями и резервуарами). Наружная водопроводная сеть в отличие от водоводов не только транспортирует воду, но и распределяет ее потребителям. До 60% стоимости сооружения систем водоснабжения городов приходится на долю устройства наружной водопроводной сети. Наружная водопроводная сеть состоит из: • системы магистральных линий, идущих в направлении движения основных масс воды, транспортирующих воду в районы и кварталы города (диаметры линий рассчитываются); • распределительной сети труб, подающих воду к отдельным домовым ответвлениям и пожарным гидрантам (диаметры труб принимаются по величине пропускаемого пожарного расхода).  В практике водоснабжения используют два основных вида сетей: разветвленные (тупиковые) (рис. 3.15, а)и кольцевые (рис. 3.15, б). Последние представляют собой систему замкнутых контуров или колец. Тупиковые сети не обеспечивают бесперебойности водоснабжения, поэтому они могут быть применены в тех случаях, когда по условиям потребления воды возможны перерывы в ее подаче на время, необходимое для ликвидации аварии, или когда существуют запасы воды для снабжения объекта на время восстановления трубопровода. При кольцевых сетях, благодаря наличию параллельно работающих линий, авария на любом участке не приводит к прекращению подачи воды потребителям, кроме питающихся непосредственно от поврежденного участка. Для городских и производственных водопроводов, как правило, устраивают кольцевые сети. При проектировании и гидравлическом расчете все линии сети обозначаются цифрами (см. рис. 3.16, б) и условно разделяются на магистральные и распределительные. При трассировке (расположении) магистралей стремятся к тому, чтобы подача воды в отдельные районы города и к отдельным крупным потребителям происходила кратчайшим путем. Трассировку трубопроводов начинают только после того, как определено место расположения напорно-регулирующих емкостей. Известное влияние на выбор трассы магистралей оказывает рельеф местности. Магистральные линии, по возможности, прокладывают по наиболее возвышенным точкам рельефа, что позволяет обеспечить меньшее давление в трубах. Их прокладывают в две параллельные нитки на расстоянии 400 – 800 м друг от друга. Магистральные линии соединены между собой так называемыми перемычками, которые служат для передачи воды из одной магистрали (при аварии) в другую. Они расположены через каждые 600 – 1200 м. При нормальной работе сети они загружены слабо. Для строительства напорных водоводов и сетей применяют стальные, чугунные, асбестоцементные, пластмассовые, железобетонные и другие трубы. Для безнапорных водоводов используют бетонные трубы, а также открытые каналы из бетона, железобетона или земляные с одеждой дна и откосов различного типа. В некоторых случаях для транспортирования воды можно применять стеклянные и фанерные трубы, выпускаемые промышленностью. Анализ достоинств и недостатков труб различных типов позволяет правильно производить их выбор для применения в конкретныx условиях. Для обеспечения нормальной эксплуатации водопроводная сеть должна быть оборудована арматурой. Для возможности выключения ремонтных участков водоводов применяют задвижки и поворотные затворы. Задвижки по конструкции запорного органа подразделяются на параллельные и клиновые. Обратные клапаны применяются для того, чтобы воспрепятствовать обратному току воды, протекающему по трубопроводу. Их можно использовать в устройствах по борьбе с гидравлическими ударами. Клапан открывается в результате поворота диска при подаче воды под давлением, после чего диск удерживается в открытом положении подъемной силой, возникающей от скоростного напора потока. Обратные клапаны выпускаются различных конструкций диаметром 50 – 1000 мм на давление 0,25 – 4 МПа. Предохранительные клапаны и устройства, предназначенные для борьбы с гидравлическим ударом в трубопроводах, разделяются на две основные группы: пружинные предохранительные клапаны, применяемые при ударах, начинающихся с волны повышения давления, и гасители удара, применяемые при ударах, начинающихся с волны понижения давления. Пружинные предохранительные клапаны и гасители имеют достаточно сложную конструкцию. Их устанавливают в местах, где существует опасность повышения давления. Для создания нормальных условий работы трубопроводов их оборудуют аэрационными устройствами, которые необходимы для впуска воздуха в случае опорожнения отдельных участков трубопроводов и выпуска воздуха при заполнении их водой. Клапаны для впуска воздуха устанавливают в повышенных точках профиля с целью исключения образования в трубопроводе вакуума, превышающего расчетный для принятого типа труб. Клапаны для выпуска воздуха устанавливают также в повышенных точках профиля. Работа клапанов может быть как автоматическая, так и с ручным приводом. Выпуски служат для сброса воды. Их устанавливают в пониженных точках каждого ремонтного участка трубопровода, а также в местах, принятых для промывки трубопроводов перед сдачей в эксплуатацию по окончании строительства или после ремонта. Если здания в населенном пункте не оборудованы внутренним водопроводом, то забор воды из сети осуществляется через водоразборные колонки. Их утанавливают на прочном основании с обязательной отмосткой для отвода воды. Давление в сети должно быть не менее 0,1 МПа. Для забора воды из сети с целью пожаротушения применяют гидранты, устанавливаемые в смотровых колодцах через 150 м. Основные сведения по расчету водопроводных сетей и сооружений Гидравлический расчет водопроводных сетей выполняют с целью определения потерь напора в них и диаметров труб участков сети. Потери напора необходимо знать для определения высоты водонапорной башни и напора насосов. Водопроводная сеть должна быть рассчитана на случаи наибольшего водопотребления и момента пожара, совпадающего по времени с часом максимального водопотребления. Кроме того, СНиП 2.04.02–84 предусматриваются и другие расчетные случаи. При определении диаметров труб линий сети необходимо вычислить расчетные расходы воды для этих линий, т.е. количество воды, которое будет протекать по ним в расчетные периоды работы системы. В городских водопроводных сетях принимается схема равномерного распределения отбора воды на хозяйственно-питьевые нужды населения. Расходы воды крупных предприятий рассматриваются как сосредоточенные в определенных узлах. Расход, приходящийся на 1 м длины сети, называется удельным:
где qmax – максимальный расчетный расход, поступающий в сеть; qcocp– сумма сосредоточенных расходов промышленных предприятии; L – суммарная протяженность рассчитываемой сети. Принимается, что расход воды на каждом участке магистральной сети пропорционален его длине. Этот расход, называемый путевым, определяют по формуле
гдеl – длина рассматриваемого участка сети, м. Каждый участок сети (кроме концевых), помимо путевого расхода qnym, пропускает транзитный расход qT, необходимый для питания последующих участков. Тогда расчетный расход определяют по формуле
где α = 0,5 – коэффициент эквивалентности. Вычисленные по расчетному расходу потери напора в линиях сети равны действительным потерям напора в них при равномерной раздаче воды по длине. Для простоты расчетов путевые расходы приводят к сосредоточенным в узлах сети. Тогда узловой расход определяют по формуле
где ∑qпут – сумма путевых расходов, протекающих в линиях сети, примыкающих к данному узлу. Диаметры труб линий сети определяют как
где q – расчетный расход; υ – скорость движения воды в трубопроводе. Как видно из формулы (3.10), диаметр трубы зависит как от расхода, так и от скорости. Скорость движения воды зависит от целого ряда показателей: стоимости электроэнергии, стоимости труб и их укладки, гидравлических параметров труб и др. Ориентировочно диаметр труб иногда выбирают по экономичным скоростям, составляющим 0,5 – 2 м/с. Меньшие значения скоростей принимаются для труб малого диаметра, а большие – для труб большего диаметра. Потери напора в трубах определяют по формуле
где i – удельные потери напора; l– длина линии сети; q – расход воды, протекающей по трубопроводу; s – сопротивление линии; A0 – удельное сопротивление. Гидравлический расчет разветвленных сетей выполняется достаточно просто, если известны расходы воды в узлах сети, поступающие к отдельным потребителям. В этом случае вначале вычисляют расчетные расходы; затем, пользуясь приведенными выше рекомендациями, назначают диаметры линий сети, после чего могут быть найдены потери напора в каждом участке. Общая потеря напора по рассматриваемому направлению может быть определена как сумма потерь напора в последовательно соединенных участках трубопроводов:
При расчете кольцевых сетей как диаметры, так и расходы в линиях сети, в общем случае, являются неизвестными, что приводит к значительным трудностям расчета. Распределение расходов воды по линиям кольцевой сети происходит в соответствии со следующими законами. 1. Сумма расходов воды, поступающих в рассматриваемый узел, равна сумме узлового отбора в данном узле и расходов, вытекающих из него. Если расходы, поступающие в узел, принять со знаком плюс, а узловой и вытекающие расходы – со знаком минус, то алгебраическая сумма расходов будет равна нулю, т.е. ∑q = 0. 2. В каждом замкнутом кольце сети, образованном линиями сети, сумма потерь напора на участках, в которых вода движется по часовой стрелке (условно принимаемая положительной), равна сумме потерь напора на участках, в которых вода движется против часовой стрелки (условно принимаемой отрицательной), т.е. алгебраическая сумма потерь напора в кольце равна нулю, ∑h= 0. Для определения расходов воды в сети, удовлетворяющих этим законам, необходимо знать диаметры линий. Для нахождения диаметров, в первую очередь, нужно задаться предварительным распределением расходов с соблюдением их баланса в узлах, т.е. ∑q = 0. По этим расходам выбирают диаметры линий, после чего появляется возможность определения потерь напора в линиях. Если алгебраическая сумма потерь напора в кольцах не равна нулю, т.е. ∑h≠ 0, то это указывает на необходимость проведения перераспределения расходов по линиям сети. Многократная корректировка расходов позволяет добиться такого положения, когда будут соблюдены оба требования: ∑q = 0 и ∑h= 0. Существует много методов расчета кольцевых сетей. Проведение таких расчетов – задача очень трудоемкая, и при значительном числе колец ее решение с достаточной точностью можно осуществить с применением электронных вычислительных машин (ЭВМ) и аналоговых устройств. Используя результаты расчетов для различных режимов водопотребления, можно определить параметры водонапорной башни и насосных агрегатов, обеспечивающие работоспособность системы водоснабжения. Для схемы водоснабжения, приведенной на рис. 3.16, высоту водонапорной башни определяют по формуле
 где Нсв – свободный напор в диктующей точке; ∑hc– сумма потерь напора в сети от диктующей точки до водонапорной башни; zб– отметка поверхности земли в месте расположения башни; zд – отметка поверхности земли в диктующей точке. За диктующую принимают точку, в которой для обеспечения свободного напора требуется наибольшая высота водонапорной башни. Напор насосов определяют по формуле
где Нб – высота бака башни; ∑hв – сумма потерь напора в водоводе; hвc – сумма потерь напора во всасывающем трубопроводе насоса; z0 – отметка уровня воды в резервуаре чистой воды. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
