Гидравлический расчет наружного объединенного водопровода населенного пункта и промышленного предприятия

Вода забирается из артезианской скважины, окружённой санитарной зоной. Далее поток движется к камере переключения, которая распределяет его на 2 резервуара чистой воды. Резервуары чистой воды (РВЧ) выполняют роль регулирующих и запасных емкостей между насосными станциями первого и второго подъемов. Из РВЧ вода, через камеру переключения, поступает на станцию второго подъема (НС-II). На НС-II установлены хозяйственные и пожарные насосы, которые перекачивают воду по двум водоводам в водонапорную башню. Водонапорная башня расположена между НС-II и сетью и служит для: регулирования неравномерности водопотребления, хранения неприкосновенного противопожарного запаса воды, создания требуемого напора в водопроводной сети. Далее вода поступает в сеть, откуда производится разбор на хозяйственно-питьевые и производственные нужды. В случае пожара сеть работает как объединенный пожарный трубопровод. 2. Определение водопотребителей и расчет требуемого расхода воды на хозяйственно-питьевые, производственные и пожарные нужды поселка и предприятия.

2.1 Определение водопотребителей При проектировании водопроводов в первую очередь следует определить то количество воды, которое водопровод должен подать. Подача объединенного водопровода должна обеспечить: хозяйственно-питьевые нужды в жилых зданиях; водопотребление в общественных зданиях; расход воды на поливку улиц и зеленых насаждений, на работу фонтанов и т.п., хозяйственно-питьевое потребление на предприятиях; водопотребление на промышленные нужды предприятий; расход воды на цели пожаротушения в поселке и на промышленном предприятии. 2.2 Расчет требуемого расхода воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды Расчетный (средний за год) среднесуточный расход воды Q сут.ж, м3/сут, на хозяйственно-питьевые нужды населения определяется по формуле Q_(сут.ж.)=(q_ж N_ж)/1000, где qж – удельное водопотребление на одного жителя, л/сут; Nж – расчетное число жителей. Населенный пункт. Принимаем qж = 160 л/сут. СП 31.13130.2016 [4]. Q_(сут.ж.)=(160∙6000)/1000=960 м^3/сут. Количество воды на нужды промышленности, обеспечивающей население продуктами, и неучтенные расходы при соответствующем обосновании допускается принимать дополнительно в размере 10-15 % суммарного расхода на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта Q_(сут.т.)=(1,1÷1,15) Q_(сут.ж); Q_(сут.т.)=1,15∙960=1104 м^3/сут;

Населенный пункт. Так как водопровод в поселении проектируется объединенным, то согласно СП 8.13130.2020, при количестве жителей 6000 человек и двухэтажной застройке принимаем один пожар в поселении (п. 5.1, табл. 1 [3]) с расходом воды 10 л/с на один пожар: Qпоспож.нар = 1·10 = 10 л/с. Расход воды на внутреннее пожаротушение в поселении, при наличии больницы, здание объемом 38000 м3, согласно [4], табл. 7.1 принимаем из расчета 2 струи производительностью 2,5 л/с: Qоб.зд1.пож.вн = 2∙2,5=5 л/с. Расход воды на внутреннее пожаротушение в поселении, при наличии дошкольного образовательного учреждения, здание объемом 8200 м3, согласно [4], табл. 7.1. принимаем одну струю производительностью 2,5 л/с: Qоб.зд2.пож.вн = 1·2,5 = 2,5 л/с. Qпоспож.вн, = 5+2,5 = 7,5 л/с. Промышленное предприятие. Согласно п. 5.3, табл. 3 СП 8.13130.2020[3], при ширине зданий менее 60 м, категории Б, I степени огнестойкости расчетный расход воды для здания объемом 90 тыс. м3 Qпрпож.нар1 = 30 л/с, для здания объемом 256 тыс. м3 Qпрпож.нар2 = 35 л/с, для здания объемом 190 тыс. м3 Qпрпож.нар3 = 30 л/с. Так как площадь территории предприятия менее 150 га, то в соответствии с п.5.16 [3] принимаем один пожар, Qпрпож.нар = 35 л/с. Согласно [4], табл. 7.2 расчетный расход воды на внутреннее пожаротушение в производственных зданиях предприятия принимаем из расчета трех струй производительностью 2,5 л/с каждая для здания объемом 256 тыс. м3, тогда: Qпрпож.вн2 = 3∙2,5 = 7,5 л/с; Qпрпож.вн = Qпрпож.вн2 = 7,5 л/с. Таким образом, Qпоспож = Qпоспож.нар + Qпоспож.вн, Qпоспож = 10+ 7,5 = 17,5 л/с. Qпрпож = Qпрпож.нар + Qпрпож.вн, Qпрпож = 35 + 7,5 = 42,5 л/с. Qпоспож < Qпрпож. Согласно СП 8.13130.2020, п. 5.16, при площади территории промышленного предприятия менее 150 га и при числе жителей в поселении до 10 тыс. чел. - один пожар (один на территории предприятия или один в поселении по наибольшему расходу). Qпож = Qпрпож = 42,5 л/с.

Цель гидравлического расчета – определить потери напора в сети в двух случаях: при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении (в обычное время) и при пожаре. Равномерно распределенный расход равен расходу собственно населенному пункту Qпосрасп = Qпос = 21,93 л/с. Удельный расход воды q_уд=(Q_рас^пос)/(∑_(j=1)^(j=m)▒l_j ), где l_j- длина участка; m – количество участков; j – номер участка. ∑_(j=1)^(j=m)▒l_j = l1-2 + l2-3 + l3-4 + l4-5 + l5-6 + l6-7 + l7-8 + l8-9 +l9-10 +l10-1 + l4-9 ∑_(j=1)^(j=m)▒l_j = 300 + 300 + 300 + 300 + 300 + 300 + 300 + 300 + 300 + 300+ 670 = 3670 м. q_уд=21,93/3670=59,75∙〖10〗^(-4) л/(с·м). Путевые отборы определяются по формуле Qпут j = ljqуд.

Выбор режима работы насосной станции второго подъема определяется графиком водопотребления. В те часы, когда подача НС – II , больше водопотребления поселка, избыток воды поступает в бак водонапорной башни, а в те часы, когда подача НС – II меньше водопотребления поселка, недостаток воды восполняется за счет воды из бака водонапорной башни. Обычно принимают двух или трехступенчатый режим работы НС-II. При любом режиме работы НС-II подача насосов должна обеспечивать полностью (100%) потребление воды поселком. Примем двухступенчатый режим НС-II. Рассмотрим два варианта. Первый - c подачей каждым насосом 2,5% в час от суточного водопотребления. Тогда один насос за сутки подаст 2,5·24 = 60% суточного водопотребления. Второй насос должен подать 100-60 = 40% суточного расхода воды и надо его включать на 40/2,5 = 16 ч. Второй - c подачей каждым насосом 3,0% в час от суточного водопотребления. Тогда один насос за сутки подаст 3,0·24 = 72% суточного водопотребления. Второй насос должен подать 100-72 = 28% суточного расхода воды и надо его включать на 28/3 = 9,33 ч. Регулирующая емкость бака будет равна сумме абсолютных значений наибольшей положительной и наименьшей отрицательной величины остатка в баке. Для первого варианта: КI = 0 + |-6,09| = 6,09 %. Для второго варианта: КII = 3,2 + |-5,69| = 8,89%. Т.к. при первом варианте регулирующая емкость бака меньше, то принимаем вариант I.

Цель расчета – определить потери напора при пропуске расчетных расходов воды. Длину водоводов принимаем равной lвод = 800 м. Максимальная часовая подача насосов Р = 5% от суточного водопотребления. Расход воды, который пройдет по водоводам в это время, будет равен Q’вод = ΣQобсутР100 = (2270,6 ∙5)/100=113,53 м3/ч = 31,54 л/с. При прокладке водоводов в две линии расход воды по одному водоводу равен Qвод = Q’вод2 = 31,54/2= 15,77 л/с. При значении Э = 0,75 из приложения 5 определяем расчетный диаметр водоводов dвод = 0,141 м. Скорость течения воды по водоводам V = 4 Qвод·10-3πd2 = = 0,78 м/с. Потери напора определяются по формуле h =ilвод = Кqn dplвод∙10-6. Для стальных труб с внутренним цементно-песчаным покрытием, нанесенным методом центрифугирования, принимаем: К =1,486∙10-3, n = 1,85; p = 4,89. hвод = ·800 ∙10-6= 1,52 м. Общий расход воды при пожаре равен Q”пос.пр = 73,92 л/с. Расход воды через один водовод при пожаре Qвод.пож. = Q”пос.пр2 = = 36,96 л/с. Скорость движения воды при пожаре будет равна V = = 1,89 м/с. Потери напора при пожаре будут равны hвод.пож = ·800 ∙10-6 = 7,83 м.

Водонапорная башня предназначена для регулирования неравномерности водопотребления, хранения неприкосновенного противопожарного запаса воды и создания требуемого напора в водопроводной сети. Высота водонапорной башни определяется по формуле Нв.б. = 1,1hc + Нсв + zд.т. – zв.б. где 1,1 – коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях; hс – потери напора в водопроводной сети при работе ее в обычное время, м; zд.т.,zв.б. – геодезические отметки соответственно в диктующей точке и месте установки башни, м; Нсв – свободный напор, м. Нсв = 10 + 4(n - 1) Нсв = 10 + 4(2 - 1) = 14 м. В нашем случае: hс = 0,44 м; zд.т. – zв.б. = 0 м. Нв.б. = 1,1·0,44 + 14 = 14,48 м. Емкость бака водонапорной башни должна быть равна Wб = Wрег + Wн.э. где Wрег – регулирующий объем бака, м3; Wн.з. – объем неприкосновенного запаса воды, м3; Wн.з = Wн.з.пож10мин + Wн.з.х-п10мин. где Wн.з.пож10мин – запас воды, необходимый на 10-минутную продолжительность тушения одного наружного и одного внутреннего пожара; Wн.з.х-п10мин – запас воды на 10 мин, определяемый по максимальному расходу воды на хозяйственно питьевые и производственные нужды. Регулирующий объем бака Wрег = К ΣQобсут100 = = 133,66 м3. Так как наибольший расчетный расход воды требуется на тушение пожара на предприятии. то Wн.з.пож10мин = Qпрпож·10·601000 = = 21 м3. Wн.з.х-п10мин. = Qпос.пр1060 = = 26,12 м3. Wн.з = 21 + 26,12 = 47,12 м3.

Резервуары чистой воды предназначены для регулирования неравномерности работы насосных станций I и II подъемов и хранения неприкосновенного запаса воды на весь период пожаротушения: Wр.ч.в = Wрег + Wн.з. Режим работы НС-I принимаем равномерным. Часовая подача воды НС-I составит 100/24 = 4,167% от суточного расхода воды в поселке. Совмести графики работы НС-I и НС-II. Определим регулирующий объем резервуара графоаналитическим способом, как площадь, ограниченную режимами работы Wрег = (5 - 4,167)16 = 13,33 %. Wрег = = 292,55 м3.

Из расчета следует, что НС-II работает в неравномерном режиме с установкой в ней двух основных хозяйственных насосов, подача которых будет равна Qхоз.нас = = 54,87 м3/ч = 15,24 л/с. Необходимый напор хозяйственных насосов определяем по формуле Hхоз.нас. = 1,1hвод + Нв.б. + Нб + (zв.б. – zн.с.) где 1,1 – коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях; hвод – потери напора в водоводах, м; Нв.б. – высота водонапорной башни, м; Нб. – высота бака водонапорной башни. zв.б., zн.с. – геодезические отметки расположения насосной станции и водонапорной башни. Hхоз.нас. = 1,1·1,52 + 15 + 4,83 = 21,5 м. Напор насосов при пожаре определяется по формулам Нпож.нас. = 1,1(hвод.пож. + hс.пож.) + Нсв. + (zд.т. – zн.с.) где hвод.пож и hс.пож. – соответственно потери напора в водоводах и водопроводной сети при пожаре. Нсв. – свободный напор у гидранта, расположенного в диктующей точке, м. Нпож.нас. = 1,1(7,83 + 0,73) + 10 = 19,42 м

В курсовом проекте произведен расчет объединенного трубопровода. Среднесуточный расход воды по поселку – 1189,7 л/сут, Среднесуточный расход по общественным зданиям- 51,2 л/сут, среднесуточный расход воды по предприятию – 1005 л/сут, Общий суммарный расход по поселку и предприятию составил 2194,7 л/сут. Произведен гидравлический расчет водопроводной сети при максимальном хозяйственно-производственном режиме и при пожаре. В результате гидравлического расчета определены диаметры участков трубопровода. На основе расчетов водопотребления подобраны элементы хозяйственно-противопожарного трубопровода. Выбрана водонапорная башня и ее параметры. Определен резервуар чистой воды, подобраны насосы для насосной станции второго подъема, которая работает в двухступенчатом режиме.

1. Подмарков В. В., Филановский А. М., Сытдыков М. Р. Гидравлика и противопожарное водоснабжение. Учебно-методические указания по выполнению курсового проекта. – Санкт-Петербург, 2020. – 50 с. 2. СП 30.13330.2020 «Внутренний водопровод и канализация зданий. Актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85*». (с Поправкой, с Изменением N 1). 3. СП 31.13330.2021 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84». 4. СП 08.13130.2020 «Системы противопожарной защиты. Источники наружного противопожарного водоснабжения. Требования пожарной безопасности». 5. СП 10.13130.2020 «Системы противопожарной защиты. Внутренний противопожарный водопровод. Требования пожарной безопасности». 6. ГОСТ 16953-78. Трубы железобетонные напорные центрифугированнные. – М.: Изд-во стандартов, 1979. 7. ГОСТ 12586.0-83 Трубы железобетонные напорные виброгидропрессованные. 8. Дикаревский В.С. Водоснабжение и водоотведение на железнодорожном транспорте. Учеб. для вузов / В.С. Дикаревский, П.П. Якубчик, В.Г. Иванов, Е.Г. Петров // Изд-во «Вариант». Москва, 1999. – 440 с.