Гидравлический расчет наружного объединенного водопровода населенного пункта и промышленного предприятия

Потери напора определяется по формуле:
,
где i – гидравлический уклон, т.е. потери напора на единицу длины трубопровода; l – длина трубопровода, м.
Гидравлический уклон рассчитывается по формуле:
,
где v – скорость воды в трубе, м/с; g – ускорение свободного падения, м/с2; dр – расчетный внутренний диаметр трубопровода, м; λ – коэффициент гидравлического сопротивления, рассчитываемый по формуле:

Коэффициенты приняты для чугунных трубопроводов.
Гидравлический уклон:
,
Потери напора:
.
Общий расход воды в одной линии водоводов в условиях пожаротушения:
.
Скорость воды водоводы определяется из выражения:

S – площадь живого сечения водовода.
Коэффициент гидравлического сопротивления, рассчитываемый по формуле:

Коэффициенты приняты для стальных трубопроводов с внутренним цементно-песчаным покрытием методом центрифугирования.
Гидравлический уклон:
,
Потери напора:
.
Потери напора в водоводах будут учтены при определении требуемого напора хозяйственных и пожарных насосов.
7. Расчет водонапорной башни
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:

где 1,1 — коэффициент, учитывающий потери напора на местных сопротивлениях (п. 4, приложение 10 [5]).
hс = 1,48 м — потери напора в водопроводной сети при работе ее в обычное время;
zдт, zвб — геодезические отметки диктующей точки и в месте установки ВБ;
Hсв — минимальный напор в диктующей точке сети при максимальном хозяйственно-питьевом водопотреблении на вводе в здание, согласно п. 5.11 [1] должен быть равен:
,
где n — число этажей.
Высота водонапорной башни:
.
Определим емкость водонапорной башни.
Емкость бака ВБ равна: (п. 12/1 [1])
Wб = Wрег + Wнз
где Wрег — регулирующая емкость бака;
Wнз — объем неприкосновенного запаса воды, величина которого определяется в соответствии с п. 9.5 [3] из выражения:

где — запас воды необходимый на 10-минутную продолжительность тушения одного наружного и одного внутреннего пожара;
— запас воды на 10 минут, определенный по максимальному расходу воды на хозяйственно-питьевые нужды.

Регулирующий объем воды в емкостях (резервуарах, баках) водонапорной башни должен определяться на основании графиков поступления и отбора воды.
Определен график водопотребления и предложен режим работы НС-II, для которого регулирующая емкость бака водонапорной башни составила К = 6,6 % от суточного расхода воды.

Объем башни:
Wб = 213,3 + 48,5 = 261,8 м3.
По приложению 3 принимаем типовую водонапорную башню с высотой 12 м с баком емкостью Wб = 300 м3.
Башня 901-5-24/70.
Зная емкость бака, определим его диаметр и высоту.

Нб = 8,3 / 1,5 = 5,53 м.
Принципиальная схема водонапорной башни и ее оборудования показана на рис.

Рисунок 7.1. Схема оборудования водонапорной башни
1 — бак; 2 — водонапорная опора; 3 — крыша бака; 4 — люк для осмотра; 5 — скобы льдоудержателя; 6 — лестница внутренняя; 7 — лестница наружная.

Подача воды в бак из водопроводной сети и поступление регулирующего запаса воды из бака в сеть осуществляется по подающе-разводящему трубопроводу с электрозадвижкой, которая открывается при пуске пожарного насоса. С помощью обратного клапана и электрозадвижки, которая в обычное время открыта, происходит отключение ВБ от сети. В противном случае часть воды пожарного насоса будет поступать в бак, в результате чего расход воды в водопроводной сети при пожаре может оказаться меньше расчетного.
Водонапорная башня оборудуется переливными и грязевыми трубопроводами. Для подачи воды к месту пожара передвижным пожарным насосом из колодца открывают задвижку с помощью вентиля и муфты.
Расположение приемных патрубков хозяйственных и пожарных трубопроводов на различных уровнях позволяет сохранять неприкосновенный запас воды.
8. Расчет резервуаров чистой воды
Резервуар чистой воды предназначен для регулирования неравномерности работы насосных станций I и II подъемов и хранения неприкосновенного запаса воды на весь период пожаротушения:
Wрч = Wрег + Wнз
Регулирующая емкость резервуара чистой воды (РЧВ) может быть определена на основе анализа работы насосных станций I и II подъемов.
Режим работы НС-I обычно принимается равномерным, т.к. такой режим наиболее благоприятен для оборудования НС-I и сооружений для очистки воды. При этом НС-I, также как НС-II, должна подавать 100% суточного расхода воды в поселке, следовательно, часовая подача воды НС-I составит 100/24 = 4,167 % от суточного расхода воды в поселке. Режим работы НС-II приведен в разделе 5.
Для определения Wрег воспользуемся графическим способом. Для этого совместим графики работы НС-I и НС-II на одном графике.

Рисунок 8.1. Совмещенный график работы НС-I и НС-II
Регулирующий объем в процентах от суточного расхода воды равен площади “а” или равновеликой ей сумме площадей “б”.
Wрег = (5 - 4,167 ) • 17 = 14,16%
Суточный расход воды 3232 м3, регулирующий объем резервуара будет равен:
Wрег = 3232 • 14,16 / 100 = 458 м3
Неприкосновенный запас воды Wнз в соответствии с п. 9.4 СНиП 2.04.02-84 определяется из условия обеспечения пожаротушения из наружных гидрантов и внутренних пожарных кранов (п.п. 5.1 – 5.9, 5.12 – 5.15, 6.1 – 6.3 [3] и 4.1.1 – 4.1.2 [4]), а также специальных средств пожаротушения (спринклеров, дренчеров и других не имеющих собственных резервуаров) согласно п.п. 5.10 и 5.11 [3] и обеспечения максимальных хозяйственно-питьевых и производственных нужд на весь период пожаротушения с учетом требований п. 5.13 [3].
Wнз = Wнз.пож + Wнз.х-п
При определении объема неприкосновенного запаса воды в резервуарах допускается учитывать пополнение их водой во время тушения пожара, если подача воды в резервуары осуществляется системами водоснабжения I и II категорий по степени обеспеченности подачи воды, т.е.
Wнз = ( Wнз.пож + Wнз.х-п ) - Wнс-I

где τт = 3 ч — расчетная продолжительность тушения пожара.

Во время тушения пожара НС-I работают и подают в час 4,167 % суточного расхода, а за время τт будет подано:

Таким образом, объем неприкосновенного запаса воды будет равен:
Wнз = (1728+1918) – 1287 = 2359 м3
Полный объем резервуаров чистой воды:
Wрчв = 458 + 2359 = 2817 м3
Согласно п. 9.7 [3] общее количество резервуаров должно быть не менее двух, причем уровни НЗ должны быть на одинаковых отметках, при выключении одного резервуара в оставшемся должно храниться не менее 50% НЗ, а оборудование резервуаров должно обеспечить возможность независимого включения и опорожнения каждого резервуара.
Принимаем два типовых резервуара объемом 1600 м3 (901-4-66/83) каждый, длина резервуаров 18 м, ширина 18 м, глубина 4,72 м.

9. Подбор насосов для насосной станции второго подъема

Из расчета следует, что НС-II работает в неравномерном режиме с установкой в ней двух основных хозяйственных насосов, подача которых равна:

Необходимый напор хозяйственных насосов определяем по формуле:
Hхоз.нас = 1,1 hвод + HВБ + НБ + ( zВБ - zНС )
где hвод — потери напора в водоводах, м;
HВБ — высота водонапорной башни, м;
НБ — высота бака ВБ, м;
zВБ и zНС — геодезические отметки места установки ВБ и НС-II, м;
1,1 — коэффициент, учитывающий потери напора на местных сопротивлениях.
Hхоз.нас = 1,1 • 1,48 + 12 + 5,53 + (99 – 96) = 22,2 м
Напор насосов при работе во время пожара определяется по формуле:
Hпож.нас = 1,1 ( hвод.пож + hс.пож ) + Hсв
где hвод.пож и hс.пож — потери напора в водоводах и водопроводной сети соответственно, при пожаротушении, м;
Hсв — свободный напор у гидранта, расположенного в диктующей точке, м. Для водопроводов низкого давления Hсв = 10 м;
zДТ — геодезические отметки диктующей точки), м.
Hпож.нас = 1,1 (4,5 + 13,15) + 10 = 29,4 м
Выбор типа НС-II (низкого или высокого давления, зависит от соотношения требуемых напоров при работе водопровода в обычное время и на пожаре.
В нашем случае |Hпож.нас - Hхоз.нас| ≤ 10 м, насосную станцию строим по принципу низкого давления. В обычное время работает один или группа хозяйственных насосов. При пожаре включается в работу дополнительный насос с таким же напором, что и хозяйственные насосы, обеспечивающим подачу расхода воды на пожаротушение. От типа насосной станции зависит устройство камер переключения.
Выбор марок насосов выполнен по сводному графику полей Q - H (приложение VI и VII. Предложенные насосные агрегаты обеспечивают минимальную величину избыточных напоров, развиваемых насосами при всех режимах работы, за счет использования регулирующих емкостей, регулирования числа оборотов, изменением числа и типа насосов, обрезки и замены рабочих колес в соответствии с изменением условий их работы в течение расчетного срока.
При определении количества резервных агрегатов надо учитывать, что количество рабочих агрегатов включаются пожарные насосы. В насосных станциях высокого давления при установке специальных пожарных насосов следует предусматривать один резервный пожарный агрегат.
Расчетные значения подачи и напора, принятые марки и количество насосов, категория насосной станции приведены в таблице 9.1.
Qпож.рас. = 160 л/с. При использовании 2-х насосов расход составит 80 каждый.
Таблица 9.1 Характеристики насосов
Тип насоса Расчетные характеристики насоса Рабочие характеристики насоса Марка
насоса Категория
Кол-во насосов Q, м3/ч Н, м Q, м3/ч Н, м НС-II раб рез Хозяйственный 257 28,3 260 30 К 290/30 НС-2 подает воду непосредственно в сеть
объединенного противопожарного водопровода 2 1 Пожарный (добавочн.) 45 14,6 50 15 К 45/30 2 1 Заключение
В данной работе рассмотрена система водоснабжения поселка и предприятия, определены основные водопотребители, рассчитаны:
расход воды на хозяйственно - питьевые, производственные нужды,
расход воды на пожаротушение в случае возникновения пожара;
гидравлический расчет водопроводной сети выполнен с увязкой сети при максимальном водопотреблении в нормальных условиях и при пожаре.
Определен режим работы насосной станции второго подъема, при работе НС-I в постоянном режиме.
Произведен расчет водоводов водонапорной башни, резервуаров чистой воды, подобраны насосы для насосной станции второго подъема в соответствии со схемой задания.
Приложение 1
Генплан водопроводной сети


Приложение 2
Схема резервуара чистой воды



Приложение 3
Схема оборудования водонапорной башни

1 — бак; 2 — водонапорная опора; 3 — крыша бака; 4 — люк для осмотра; 5 — скобы льдоудержиателя; 6 — лестница внутренняя; 7 — лестница наружная.
Список литературы
СП 31.13330.2012 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84».
СП 30.13330.2012 «Внутренний водопровод и канализация зданий. Актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85*».
СП 08.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Источники наружного противопожарного водоснабжения. Требования пожарной безопасности».
СП 10.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Внутренний противопожарный водопровод. Требования пожарной безопасности».
ГОСТ 12586.0-83 Трубы железобетонные напорные виброгидропрессованные
ГОСТ 16953-78. Трубы железобетонные напорные центрифугированнные. – М.: Изд-во стандартов, 1979.












16