Схема объединенного хозяйственно-питьевого и противопожарного водопровода поселка и промышленного предприятия. Определение расчетных расходов воды. Гидравлический расчет водопроводной сети. Выбор режима работы насосной станции. Расчет водонапорной башни.
При низкой оригинальности работы "Расчет и проектирование наружного и внутреннего противопожарного водопровода населенного пункта и промышленного предприятия", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
В данной работе рассматривается система водоснабжения поселка и предприятия, определяются основные водопотребители, рассчитываются: расход воды на хозяйственно - питьевые, производственные нужды, расход воды на пожаротушение в случае возникновения пожара; гидравлический расчет водопроводной сети производится с увязкой сети при максимальном водопотреблении в нормальных условиях и при пожаре. Так как населенный пункт населенностью 28 тыс. чел., вероятнее всего имеет место значительная неравномерность потребления воды по часам суток и подачи ее насосами НС-II, следовательно необходимо устройство водонапорной башни или других напорно-регулирующих сооружений. Когда насосы подают воды больше, чем расходуется, излишек воды поступает в водонапорную башню; когда же расход больше, чем подача насосов, вода напротив, идет из башни. Водоводы прокладывают между насосными станциями и водопроводной сетью и предназначаются для подачи в нее воды. Следует иметь в виду, что обычно рекомендуют определять диаметры по предварительно распределенным расходам без учета расхода воды на пожаротушение, а затем проверять водопроводную сеть с найденными таким образом диаметрами на возможность пропуска расходов воды при пожаре.
Введение
История водоснабжения насчитывает несколько тысячелетий. Еще в древнем Египте для получения подземных вод строили весьма глубокие колодцы, оборудованные простейшими механизмами для подъема воды.
В конце XI - начале XII веков в Новгороде действовал водопровод из деревянных труб. В 1804 году было закончено строительство первого Московского (Мытищинского) водопровода, а в 1861 году был построен Петербургский водопровод.
До революции централизованное водоснабжение в России было только в 215 городах. За годы советской власти оно получило огромное развитие и превратилось в крупную отрасль народного хозяйства.
Одновременно с развитием водоснабжения населенных мест и промышленных предприятий происходит улучшение их противопожарного водоснабжения. Жилые, административные, общественные и производственные здания оборудуются объединенным хозяйственно-пожарным водопроводом.
В зданиях повышенной этажности, театрах, производственных зданиях большой высоты и площади устраиваются специальные противопожарные водопроводы.
Системой водоснабжения называют комплекс инженерных сооружений, предназначенных для забора воды из природных источников, подъема воды на высоту, очистки ее (в случае необходимости), хранения и подачи ее к местам потребления.
В данной работе рассматривается система водоснабжения поселка и предприятия, определяются основные водопотребители, рассчитываются: расход воды на хозяйственно - питьевые, производственные нужды, расход воды на пожаротушение в случае возникновения пожара; гидравлический расчет водопроводной сети производится с увязкой сети при максимальном водопотреблении в нормальных условиях и при пожаре. Определяется режим работы насосной станции второго подъема, при работе НС-I в постоянном режиме. Производится расчет водоводов водонапорной башни, резервуаров чистой воды, подбираются насосы для насосной станции второго подъема в соответствии со схемой задания.
ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЯТОЙ СХЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
При проектировании водоснабжения поселка и предприятия принята схема объединенного хозяйственно-питьевого, производственного и противопожарного водопровода низкого давления с забором воды из подземного водоисточника (артезианской скважины).
Предполагается, что качество воды таково, что необходимости в постройке очистных сооружений нет. Системы с подземными водоисточниками более надежны в эксплуатации, дешевле по капитальным и эксплуатационным затратам, легко автоматизируются; при коротких водоводах общий расход труб в системе ниже.
Насосная станция I подъема (НС-I) забирает воду из водоисточника и подает ее в резервуары. НС-I может быть совмещена с водоприемными сооружениями или располагаться в отдельном здании. Часто НС-I выполняют заглубленными в грунт, чтобы не превысить допустимую высоту всасывания насосов. На НС-I целесообразно устанавливать не менее двух рабочих насосов ввиду изменения летнего и зимнего режимов работы, а также на случай возникновения непредвиденного увеличения подачи станции. Число резервных насосов определяется степенью надежности насосной станции.
Насосная станция II подъема (НС-II) предназначена для подачи воды в водопроводную сеть на хозяйственно-питьевые и производственные нужды, а в случае возникновения пожара - и для целей пожаротушения. По степени надежности НС-II относится к I категории (перерыв в работе не допускается), т. к. НС-II подает воду непосредственно в сеть объединенного противопожарного водопровода.
В объединенных водопроводах низкого давления устанавливают группу насосов, обеспечивающих все нужды, в том числе и пожарные. Однако если они не обеспечивают необходимой расчетной подачи, то на станции дополнительно устанавливают пожарные насосы.
Количество всасывающих линий на насосных станциях I категории должно быть не менее двух. При отключении одной из линий оставшиеся должны пропускать полный расчетный расход. Насосы, как правило, устанавливают под залив.
Если в насосной станции установлена группа пожарных насосов, то необходимо постоянно следить за быстротой их включения и надежностью работы. Для чего необходимо, чтобы насосы постоянно находились ниже уровня воды в резервуарах: это значительно упрощает автоматизацию пуска насосных агрегатов. Управляют пожарными насосами дистанционно, при этом одновременно с подачей команды на включение пожарного насоса должна автоматически сниматься блокировка, запрещающая расход пожарного запаса воды в резервуарах. Число резервных насосов, обусловлено категорией надежности насосной станции.
Так как населенный пункт населенностью 28 тыс. чел., вероятнее всего имеет место значительная неравномерность потребления воды по часам суток и подачи ее насосами НС-II, следовательно необходимо устройство водонапорной башни или других напорно-регулирующих сооружений. На схеме рис.1 водонапорная башня установлена в начале водопроводной сети на естественной возвышенности (отметка 100). Когда насосы подают воды больше, чем расходуется, излишек воды поступает в водонапорную башню; когда же расход больше, чем подача насосов, вода напротив, идет из башни. Кроме того водонапорная башня предназначена для хранения неприкосновенного запаса воды на период пожаротушения.
Вода из водоисточника подается равномерно насосами НС-I, в то же время режим работы НС-II строится с учетом водопотребления, которое не является постоянным. Для регулирования неравномерности работы насосных станций I и II подъема и сохранения воды на противопожарные нужды на время тушения пожара служат резервуары чистой воды (РЧВ).
Регулирующие емкости позволяют обеспечить равномерную работу насосных станций, т.к. отпадает необходимость в подаче максимальных расходов воды в часы наибольшего водопотребления, а также уменьшить диаметр труб, что снижает капитальные затраты.
Водоводы прокладывают между насосными станциями и водопроводной сетью и предназначаются для подачи в нее воды. Трассу прокладки водоводов следует выбирать в зависимости от рельефа местности, вблизи существующих дорог, учитывая при этом технико-экономические показатели.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОПОТРЕБИТЕЛЕЙ И РАСЧЕТ ПОТРЕБНОГО РАСХОДА ВОДЫ НА ХОЗЯЙСТВЕННО - ПИТЬЕВЫЕ, ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ И ПОЖАРНЫЕ НУЖДЫ ПОСЕЛКА И ПРЕДПРИЯТИЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Объединенный хозяйственно-питьевой, производственный и противопожарный водопровод должен обеспечить расход воды на хозяйственно-питьевые нужды поселка, хозяйственно-питьевые нужды предприятия, хозяйственно-бытовые нужды общественного здания, производственные нужды предприятия, тушение возможных пожаров в поселке и на промышленном предприятии.
РАСЧЕТ ТРЕБУЕМОГО РАСХОДА ВОДЫ НА ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВЫЕ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ НУЖДЫ
Определение водопотребления начинаем с поселка, поскольку он является основным потребителем.
Определение водопотребления предприятия
В соответствии с п. 2.1. табл. 1. норму водопотребления на одного человека принимаем 200 л/сут.
Расчетный (средний за год) суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды определяется по формуле: Q сут.max. = (qж • Nж) / 1000 [м3/сут] (п. 2.2 (1) [1]) где qж - удельное водопотребление, принимаемое на одного жителя по п. 2.1. табл. 1. [1]
Nж - расчетное число жителей.
Q сут.max. =195•13000/ 1000 = 2535м3/сут
Суточный расход с учетом водопотребления на нужды промышленности, обеспечивающей население продуктами и неучтенные расходы согласно п. 4. Примечания 1. П. 2.1 [5].
Q сут.max. = 1,15•Qcyt.m
Q сут.max. = 1,15• 2535 2915,25 м3/сут
Расчетный расход воды в сутки наибольшего водопотребления.
Q сут.max. = К сут.max. • Q сут.max. [м3/сут] (п. 2.2 (2) [1]) где Ксут max - коэффициент суточной неравномерности, определяется по п. 2.2
Принимаем по п. 2.2 и табл. 2 max. = 1,2 - зависит от степени благоустройства;
max. =1,2 - зависит от числа жителей в населенном пункте.
K ч.max. = 1,2 • 1,2 = 1,44 K ч.max. =1,44 q ч.max.= (1,70 • 3498,30)/24 = 247,80м3/ч
Расход воды на хозяйственно-питьевые нужды в общественных зданиях зависит от назначения здания и определяется по формуле: Qпрач = (q сух.б. • Ncyx.б.) /1000 [м3/сут] где q сух.б. - норма расхода воды потребителями в сутки
Qпрач.. = (2000• 16) /1000 = 32 л.
Общий расход воды по поселку
Qпоссут = Qcyt.max. Q об.зд. [м3/сут]
Qпоссут = 3498,30 32 = 3530,30 м3/сут
Определение водопотребления предприятия
Расчетные величины хозяйственно-питьевого водопотребления в производственных и вспомогательных зданиях промышленного предприятия. Водопотребление в смену: Qпрсм.х-п = (q’н х-п • Ncm) / 1000 [м3/см]
где q’н х-п - норма водопотребления на одного человека в смену, принимается согласно п. 2.4 [1], приложения 3 [2] при тепловыделении менее 25 КДЖ на 1м3/ч
Qпрсм.х-п = ( 75 • 700 ) / 1000 = 52,5 м3/см
Суточное водопотребление
Qпрсут.х-п = Qпрсм.х-п • ncm [м3/сут.] где ncm - количество смен
Qпрсут.х-п = 52,5 • 3 = 157,5 м3/сут.
Расход воды на душевые в смену
Qдушсм = 0,5 Nc
Где = 1 ч. - продолжительность действия душа после смены ( приложение 3); 0,5 м3/ч - норма расхода воды через одну душевую сетку (приложение 3); Nc - количество душевых сеток, шт.
Nc = N’cm / 5 , где N’cm - количество работающих, принимающих душ после смены. Под одной душевой сеткой в течении часа, исходя из санитарных норм, моется 5 человек;
Nc = 700/5 =140 шт.
Qдушсм = 0,5 • 1 • 140 = 70 м3/см
Суточное водопотребление на душ: Qдушсут. = Qдушсм • ncm
Qдушсут. = 70 • 3 =90 м3/сут
Расход воды на производственные нужды предприятия Qпрсм = 800 м3/см (по заданию) равномерно распределяется по часам смены (семичасовая смена с перерывом на обед один час, в течение которого производство не останавливается). Принимается работа семичасовых смен: 1-я смена с 8 до 16 ч.; 2-я смена с 16 до 24 ч.;.
Суммарный расход воды по предприятию за сутки: Qпрсут. = Qпрсм.х-п Qдушсут. Qпрсут. [м3/сут.]
Qпрсут. = 157,5 210 2400 =2767,5 м3/сут
Суммарный расход воды за сутки по поселку и предприятию: Qобщсут. = Qпоссут. Qпрсут. [м3/сут.]
Qобщсут. = 10716 2767 = 13483,5 м3/сут
Для определения режима работы насосных станций, емкости баков водонапорных башен и резервуаров чистой воды составляется таблица почасового суточного водопотребления и строится график водопотребления по часам суток.
Пояснение к таблице 3.1. В графе 2 - расход воды поселком по часам суток в процентах от суточного водопотребления согласно таблице 3.1. при Кч.max = 1,45
В графе 4 - расход воды на хозяйственно-питьевые нужды общественного здания по часам суток в процентах от суточного расхода. Распределение расходов по часам суток принято по приложению 1 при Кч.max = 1
В графе 6 - расход воды на хозяйственно-питьевые нужды предприятия по часам смены в процентах от сменного расхода. Распределение расходов по часам смены принято по приложению 1 при Кч.max = 3.
Таблица 1.3 Водопотребление по часам суток в поселке и на промышленном предприятии
Часы суток Поселок Предприятие Всего за сутки
На хозяйственно-питьевое водопотребление Общественное здание На хозяйственно-питьевое водопотребление ДУШQЧ ,м3/ч Пр Qч , м3/ч Общ Qч ,м3/ч % от сут. водопотребления
% от Qcyt.макспри Кч = 1,4 Qч пос м3/ч % от Qоб.здпри Кч = 1 Qч, м3/ч % от Qcm х-n Кч = 3 Qч, м3/ч
Из таблицы 1.3 видно, что по поселку и предприятию наибольшее водопотребление происходит с 9 до 10 часов, в это время на все нужды расходуется 483,319 м3/ч. или Qпос.пр. = 798,46 • 1000 / 3600 = 221,79 л/с
По предприятию расчетный расход: Q пр. = (6,5 70 ) • 1000 / 3600 = 49,04л/с
Расчетный расход общественного здания: Q об.зд. = (5,625 • 1000 ) / 3600 = 1,56 л/с
По данным графы 11 табл. 1.3 строим график водопотребления объединенного водопровода по часам (рис 1).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ РАСХОДОВ ВОДЫ НА ПОЖАРОТУШЕНИЕ
Населенный пункт: так как водопровод в поселке проектируется объединенным, то при количестве жителей 28000 человек принимаем два одновременных пожара при трех этажной застройки с расходом воды 25 л/с на один пожар
Qпоспож.нар. = 2•25=50 л/с
Расчет воды на внутреннее пожаротушение в поселке при наличии прачечной, здание трех этажное с объемом 10000 м3 принимаем равным 5 л/с (2 струи производительностью 2,5 л/с каждая).
Qобщ.зд.пож.вн. = 1•2,5=2,5 л/с
Промышленное предприятие: Согласно СНИП 2.04.02 -84, п. 2.22 на предприятии принимаем два одновременных пожара, так как площадь предприятия свыше 150 га.
Vзд.1 = 200 тыс. м3 Qпр.пож.нар1 = 40 л/с
Vзд.2 = 300 тыс. м3 Qпр.пож.нар2 = 50 л/с
Qпр.пож.нар = 40 50 = 90 л/с
Расчетный расход воды на внутреннее пожаротушение в производственных зданиях предприятия принимаем из расчета две струи производительностью 5 л/с и три струи по 5 л/с: Qпр.пож.вн. = 2•5 3•5 = 10 15 = 25 л/с
Таким образом: Qпос.пож = Qпос.пож.нар Qпос.пож.вн. = 50 2,5 = 52,5 л/с
Общий расход воды в час максимального водопотребления составляет 221,79 л/с, в том числе сосредоточенный расход предприятия равен 49,04л/с, а сосредоточенный расход общественного здания 1,56 л/с.
Добавим к узловым расходам сосредоточенные расходы.
К узловому расходу в точке 5 добавляем сосредоточенный расход предприятия, а в точке 3 - сосредоточенный расход общественного здания.
Тогда q5 =25,678 49,04=74,718 л/с, q3 = 21,398 1,56 =22,958л/с.
Рис.2. Расчетная схема водопроводной сети с узловыми расходами
Выполним предварительное распределение расходов по участкам сети. Сделаем это сначала для водопроводной сети при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении (без пожара).
Выберем диктующую точку, т.е. конечную точку подачи воды. В данном примере за диктующую точку примем точку 5. предварительно наметим направления движения воды от точки 1 к точке 5 ( направления показаны на рис 4.2.) потоки воды могут подойти к точке 5 по трем направлением: первое - 1-2-3-4-5, второе -1-7-4-5, третье - 1-7-6-5.
Для узла 1 должно выполняться соотношение q1 q1-2 q1-7 = Qпос.пр.
Величины q1 = 17,119л/с и Qпос.пр. = 221,1 л/с известны, а q1-2 и q1-7 неизвестны. Задаемся произвольно одной из этих величин. Возьмем, например, q1-2 = 100 л/с. Тогда q1-7 = Qпос.пр. - (q1 q1-2) =221,1 - (17,119 100)= 103,9 л/с. водопровод гидравлический расход насосная водонапорная
Для точки 7 должно соблюдаться следующее соотношение q1-7 = q7 q7-4 q7-6
Значения q1-7 = 103,9 л/с и q7 = 29,958 л/с известны, а q7-4 и q7-6 неизвестны. Задаемся произвольно одной из этих величин и принимаем, например, q7-4 = 30 л/с. Тогда: q7-6 = q1-7 - (q7 q7-4) =103,981 - (29,9 30) = 44,023 л/с
Расходы воды по другим участкам сети можно определить из следующих соотношений: q2-3 = q1-2 - q2 q3-4 = q2-3 - q3 q4-5 = q7-4 q3-4 - q4 q6-5 = q7-6 - q6
В результате получится: q2-3 =78,602 л/с q3-4 =57,204 л/с q4-5 = 48,1 л/с q6-5 = 26,9 л/с
Проверка q5 = q4-5 q6-5 = 48,1 26,9 = 75,5 л/с.
Можно начинать предварительно распределять расходы не с узла 1, а с узла 5. Расходы воды будут уточняться в дальнейшем при выполнении увязки водопроводной сети. Схема водопроводной сети с предварительно распределенными расходами в обычное время показана на рис. 3.
Рис 3. Расчетная схема водопроводной сети с предварительно распределенными расходами при хозяйственно-производственном водопотреблении
Расчетная схема водопроводной сети с узловыми и предварительно распределенными расходами при пожаре показана на рис. 4.
Рис. 4. Расчетная схема водопроводной сети с предварительно распределенными расходами при пожаре.
Определим диаметры труб участков сети. Для стальных труб по экономическому фактору Э =0,5
По экономическому фактору и предварительно распределенным расходам воды по участкам сети при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении ( при пожаре) по приложению II определяем диаметры труб участков водопроводной сети. d1-2 =0,3 м d2-3 =0,250 м d3-4 =0,250 м d4-5 =0,3м d5-6 =0,3 м d6-7 =0,35м d4-7 =0,30 м d1-7 =0,450 м
Следует иметь в виду, что обычно рекомендуют определять диаметры по предварительно распределенным расходам без учета расхода воды на пожаротушение, а затем проверять водопроводную сеть с найденными таким образом диаметрами на возможность пропуска расходов воды при пожаре. При этом в соответствии с п. 2.30. максимальный свободный напор в сети объединенного водопровода не должен превышать 60м.
Увязка водопроводной сети при максимальном хозяйственно производственном водопотреблении.
Увязка сети продолжается до тех пор, пока величина невязки в каждом кольце не будет менее 1м.
Увязка удобно выполнять в виде таблицы (табл.4.).
При увязке потери напора в асбестоцементных трубах следует определять по формуле: h = 10-3[(1 3,51/v)0,19 • 0,706v2/dp1,19] l
Таблица 4
Номер кольца Участок сети Расход воды q, л/с Расчетный внутренний диаметр dp,м Длина l, м Скорость V, м/с
Гидравлический уклон
1 2 3 4 5 6 7 8 9
I 1-2 100 0,30 1000 1,415 1,424 0,239 5,97
2-3 78,60 0,25 1500 1,602 1,795 0,192 9,34
3-4 57,00 0,25 1000 1,162 0,986 0,192 5,13
4-7 30 0,30 2000 0,425 0,154 0,239 0,65
7-1 103,90 0,45 1000 0,654 0,341 0,387 0,88
II 4-5 49,00 0,30 1500 0,694 0,380 0,239 1,59
5-6 26,00 0,30 1500 0,368 0,119 0,239 0,50
7-6 44,00 0,35 500 0,458 0,177 0,287 0,62
7-4 30 0,30 2000 0,425 0,154 0,239 0,65
Рассчитаем первое исправление
Потери напора h, м h/q, (мс)/л ?q/,л/с q/=q ?q/, л/с V,м/с h, м
Рассчитаем второе исправление h/q, (мс)/л ?q/,л/с q/=q ?q/, л/с V,м/с h, м
2 11 12 13 14 15 16 17
1-2 0,044 -9,30 60,48 0,856 0,560 2,35 2,348
2-3 0,117 -9,30 39,08 0,797 0,491 2,55 3,830
3-4 0,048 -9,30 17,48 0,356 0,112 0,58 0,583
4-7 0,066 -0,59 49,33 0,698 0,385 1,61 -3,224
7-1 0,011 9,30 143,42 0,902 0,617 1,60 -1,597
?h=5,311; ; л/с; ?h=1,941
4-5 0,040 -9,90 28,81 0,408 0,143 0,60 0,901
5-6 0,038 9,90 46,19 0,654 0,341 1,43 -2,142
7-6 0,008 9,90 64,19 0,668 0,354 1,24 -0,618
7-4 0,066 -0,59 49,33 0,698 0,385 1,61 3,224
?h=3,015; ; л/с; ?h=1,365
Рассчитаем третье исправление h/q, (мс)/л ?q/,л/с q/=q ?q/, л/с V,м/с h, м
2 11 12 13 14 15 16 17
1-2 2,348 0,039 -3,93 56,55 0,800 0,495 2,07
2-3 3,830 0,098 -3,93 35,15 0,716 0,403 2,10
3-4 0,583 0,033 -3,93 13,55 0,276 0,070 0,37
4-7 -3,224 0,065 -0,54 48,79 0,691 0,377 1,58
7-1 -1,597 0,011 3,93 147,35 0,927 0,649 1,68
?h=1,941; ; л/с; ?h=0,752
4-5 0,901 0,031 -4,47 24,34 0,345 0,105 0,44
5-6 -2,142 0,046 4,47 50,66 0,717 0,404 1,69
7-6 -0,618 0,010 4,47 68,66 0,714 0,401 1,40
7-4 3,224 0,065 -0,54 48,79 0,691 0,377 1,58
?h=1,365; ; л/с; ?h=0,583
Следует иметь в виду, что для участка 4-7, который является общим для обоих колец, вводятся две поправки - из первого кольца и из второго. Знак поправочного расхода при переносе из одного кольца в другое следует сохранять.
Потоки воды от точки 1 к точке 5 (диктующей точке) как видно по направлениям стрелок на рис.4.5., могут пойти по трем направлениям: первое - 1-2-3-4-5; второе 1-7-4-5; третье 1-7-6-5.
Средние потери напора в сети определяются по формуле: hc = (h1 h2 h3) / 3 где: h1 =h1-2 h2-3 h3-4 h4-5 h2 =h1-7 h7-4 h4-5 h3 =h1-7 h7-6 h6-5.
Потери напора в сети при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении с учетом пожара: h1 = 1,162 1,072 0,715 0,375=3,324 м h2 =1,116 1,631 0,375=3,122 м h3 =1,116 1,054 0,620=2,79м. hc =(3,324 3,122 2,79) / 3 =3,078 м.
Расчетная схема водопроводной сети с окончательно распределенными расходами при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении показана на рис. 5.
Рис.5. Расчетная схема водопроводной сети с окончательно распределенными расходами при макси максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении
Увязка водопроводной сети при пожаре
Увязка сети продолжается до тех пор, пока величина невязки в каждом кольце не будет менее 1м. Увязка удобно выполнять в виде таблицы (табл.5.). При увязке потери напора в стальных трубах следует определять по формуле: h = 10-3[(1 3,51/v)0,19 • 0,706v2/dp1,19] l
Таблица 5
Номер кольца Участок сети Расход воды q, л/с Расчетный внутренний диаметр dp,м Длина l, м Скорость V, м/с
Гидравлический уклон
I 1-2 90 0,30 1000 1,274 1,171 0,239 4,90
2-3 67,70 0,25 1500 1,380 1,358 0,192 7,07
3-4 45,40 0,25 1000 0,925 0,647 0,192 3,37
4-7 80 0,30 2000 1,132 0,940 0,239 3,94
7-1 210,00 0,45 1000 1,321 1,253 0,387 3,24
II 4-5 85,00 0,30 1500 1,203 1,053 0,239 4,41
5-6 80,16 0,30 1500 1,135 0,944 0,239 3,96
7-6 98,00 0,35 500 1,019 0,774 0,287 2,70
7-4 80 0,30 2000 1,132 0,940 0,239 3,94
Рассчитаем первое исправление
Потери напора h, м h/q, (мс)/л ?q/,л/с q/=q ?q/, л/с V,м/с h, м
Рассчитаем второе исправление h/q, (мс)/л ?q/,л/с q/=q ?q/, л/с V,м/с h, м
2 11 12 13 14 15 16 17
1-2 0,049 -4,72 75,56 1,070 0,846 3,54 3,545
2-3 0,137 -4,72 53,26 1,086 0,870 4,53 6,790
3-4 0,061 -4,72 30,96 0,631 0,319 1,66 1,663
4-7 0,094 0,35 76,40 1,081 0,864 3,62 -7,237
7-1 0,016 4,72 224,44 1,412 1,418 3,67 -3,667
?h=3,376; ; л/с; ?h=1,094
4-5 0,067 -4,38 66,97 0,948 0,676 2,83 4,251
5-6 0,085 4,38 98,19 1,390 1,377 5,77 -8,654
7-6 0,015 4,38 116,03 1,207 1,058 3,69 -1,846
7-4 0,094 0,35 76,40 1,081 0,864 3,62 7,237
?h=2,288; ; л/с; ?h=0,989
Рассчитаем третье исправление h/q, (мс)/л ?q/,л/с q/=q ?q/, л/с V,м/с h, м
2 11 12 13 14 15 16 17
1-2 0,047 -1,61 73,95 1,047 0,813 3,41 3,406
2-3 0,127 -1,61 51,65 1,053 0,821 4,28 6,414
3-4 0,054 -1,61 29,35 0,598 0,289 1,51 1,507
4-7 0,095 -0,27 76,13 1,078 0,858 3,59 -7,189
7-1 0,016 1,61 226,05 1,422 1,437 3,72 -3,716
?h=1,094; ; л/с; ?h=0,421
4-5 0,063 -1,89 65,08 0,921 0,642 2,69 4,032
5-6 0,088 1,89 100,08 1,417 1,427 5,98 -8,966
7-6 0,016 1,89 117,92 1,226 1,090 3,80 -1,902
7-4 0,095 -0,27 76,13 1,078 0,858 3,59 7,189
?h=0,989; ; л/с; ?h=0,354
Следует иметь в виду, что для участка 4-7, который является общим для обоих колец, вводятся две поправки - из первого кольца и из второго. Знак поправочного расхода при переносе из одного кольца в другое следует сохранять.
Потоки воды от точки 1 к точке 5 (диктующей точке) как видно по направлениям стрелок на рис.4.5., могут пойти по трем направлениям: первое - 1-2-3-4-5; второе 1-7-4-5; третье 1-7-6-5.
Средние потери напора в сети определяются по формуле: hc = (h1 h2 h3) / 3 где: h1 =h1-2 h2-3 h3-4 h4-5 h2 =h1-7 h7-4 h4-5 h3 =h1-7 h7-6 h6-5.
Потери напора в сети при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении с учетом пожара: h1 = 4,71 5,708 6,196 7,486 = 24,1 м h2 = 4,686 11,081 7,486 = 23,253 м h3 = 4,686 6,335 11,825 = 22,846 м hc =(24,1 23,253 22,846) / 3 =23,4 м
Расчетная схема водопроводной сети с окончательно распределенными расходами при пожаре показана на рис. 6.
Рис.6. Расчетная схема водопроводной сети с окончательно распределенными расходами при пожаре
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ НС-II
Выбор режима работы насосной станции второго подъема (НС-II) определяется графиком водопотребления (рис. 1.). В те часы, когда подача НС-II больше водопотребления поселка, избыток воды поступает в бак водонапорной башни (ВБ), а в часы, когда подача НС-II меньше водопотребления поселка, недостаток воды поступает из бака ВБ.
Для обеспечения минимальной емкости бака график подачи воды насосами стремятся максимально приблизить к графику водопотребления. Однако частое включение насосов усложняет эксплуатацию насосной станции и отрицательно сказывается на электроаппаратуре управления насосными агрегатами.
Установка большой группы насосов с малой подачей приводит к увеличению площади НС-II, а КПД насосов с малой подачей ниже, чем КПД насосов с большей подачей. При любом режиме работы НС-II подача насосов должна обеспечить 100 % потребления воды поселком.
Принимаем двухступенчатый график работы НС-II с подачей каждым насосом 2,5 % в час от суточного водопотребления. Тогда один насос за сутки подаст 2,5 • 24 = 60 % суточного расхода воды. Второй насос должен подать 100 - 60 = 40 % суточного расхода воды и его надо включать на 40/2,5 = 16 ч.
Для определения регулирующей емкости бака водонапорной башни составим таблицу.
Таблица 5
Подача насосов Поступление в бак Расход из бака Остаток в баке Подача насосов Поступление в бак Расход из бака Остаток в баке
0-1 2,89 2,5 0,38 -0,38 3 0,08 0,08
1-2 2,42 2,5 0,08 -0,3 3 0,149 0,229
2-3 2,22 2,5 0,28 -0,02 3 0,511 0,740
3-4 2,26 2,5 0,24 -0,22 3 0,471 1,211
4-5 3,06 2,5 0,56 -0,34 3 0,312 0,899
5-6 3,8 5 1,2 0,86 3 0,902 -0,003
6-7 4,31 5 0,69 1,55 3 1,340 -1,343
7-8 4,94 5 0,06 1,61 3 1,823 -3,166
8-9 5,9 5 0,9 0,71 3 0,562 -2,604
9-10 5,57 5 0,57 0,14 6 0,509 -2,095
10-11 5,37 5 0,37 -0,23 6 0,912 -1,183
11-12 5,29 5 0,29 -0,52 6 0,912 -0,271
12-13 4,64 5 0,36 -0,16 6 1,497 1,226
13-14 4,63 5 0,37 0,21 6 1,632 2,858
14-15 4,78 5 0,22 0,43 6 1,515 4,373
15-16 4,98 5 0,02 0,45 6 1,515 5,888
16-17 5,64 5 0,64 -0,19 6 0,924 6,812
17-18 4,78 5 0,22 0,03 4 0,485 6,327
18-19 4,62 5 0,38 0,41 3 1,565 4,762
19-20 4,35 5 0,65 1,06 3 1,404 3,358
20-21 4,16 5 0,84 1,9 3 1,342 2,016
21-22 43,76 2,5 1,26 0,64 3 1,207 0,809
22-23 3,05 2,5 0,55 0,09 3 0,760 0,049
23-24 2,46 2,5 0,04 0,13 3 0,044 0,005
Итого 100
Регулирующая емкость бака будет равна сумме абсолютных значений положительной наибольшей и отрицательной наименьшей величины графы 6. В данном случае емкость бака ВБ равна 3,41 /-1,7/=5,1 % от суточного расхода воды.
Рекомендуется проанализировать несколько режимов работы НС-2. Для приведенного графика водопотребления определим регулирующую емкость бака для ступенчатого режима работы НС-2 с подачей, например, по 3% суточного расхода воды каждым насосам. Один насос за 24 часа подаст 3*24 =72 % суточного расхода. На долю второго насоса придется 100-72=28% и он должен работать 28/3=9,33 часа. Второй насос предлагается включать с 8 до 17 часов 20 мин. Этот режим работы НС-2 показан на графике штрихпунктирной линией. Регулирующая емкость бака (графы 7, 8, 9, 10 табл. 5.) будет равна 6,8 /-3,2/ = 10% , т.е. при этом режиме необходимо увеличение емкости бака водонапорной башни и окончательно, выбираем режим работы НС-2 по первому варианту.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВОДОВОДОВ
Цель расчета - определить потери напора при пропуске расчетных расходов воды. Водоводы рассчитываются на два режима работы: на пропуск хозяйственно-питьевых, производственных расходов и расходов на пожаротушение с учетом требований п. 2.21 СНИП 2.04.02-84.
Методика определения диаметра труб такая же, как диаметров труб водопроводной сети, изложенная в разделе 2.
Задано, что водоводы проложены из чугунных труб с внутренним цементно-песчаным покрытием нанесенным методом центрифугирования и длина водоводов от НС-2 до водонапорной башни 600 м.
Учитывая, что принят неравномерный режим работы НС-II с максимальной подачей насосов Р = 2,5 2,5 = 5 % в час от суточного водопотребления, расход воды, который пойдет по водоводам, будет равен: Q’вод = (Qобщ сут • P) / 100
Так как водоводы следует прокладывать не менее чем в две линии, то расход по одному водоводу равен: Q вод = Q’ вод / 2 = 122,24/ 2 = 61,12 л/с
При значении Э = 0,5 из приложения 2 определяем диаметр водоводов. dвод = 0,250м
Скорость воды водоводы определяется из выражения V= Q/? где ? = п dp 2 /4 - площадь живого сечения водовода.
При расходе Q вод = 61,12 л/с скорость движения воды в водоводе с расчетным диаметром 0,25 м будет равна: V = 0,06112/(0,785•0,252) = 1,25 м/с
Потери напора определяется по формуле: h = i lвод = (А1 / 2 g ) (А0 C/V)m / dm 1p V2 l вод
Для стальных труб (приложение 10 СНИП 2.04.02-84): m = 0,19 ; А1 / 2 g = 0,561 • 10-3 ; C = 3,51 ; А0 = 1.
Потери напора в водоводах составляет: hвод = (0,561 • 10-3) (1 3,51/1,25)0,19 / 0,251,19 1,252 • 600 = 3,53 м
Общий расход воды в условиях пожаротушения равен Qпос.пр.=275,5 л/с. Расход воды в одной линии водоводов в условиях пожаротушения: Qвод. Пож. = 275,5 / 2 = 137,75 л/с
При этом скорость движения воды в трубопроводе: V = 0,1378•(0,785•0,252) = 2,8 м/с;
Потери напора в водоводах при пожаре составляет: hвод = (0,561 * 10-3) (1 3,51/2,8)0,19 / 0,251,19 2,82•600 = 16м hвод. Пож = 16 м
Потери напора в водоводах (hвод, hвод. Пож) будут учтены при определении требуемого напора хозяйственных и пожарных насосов.
РАСЧЕТ ВОДОНАПОРНОЙ БАШНИ
Водонапорная башня предназначена для регулирования неравномерности водопотребления, хранения неприкосновенного противопожарного запаса воды и создания требуемого напора в водопроводной сети.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ ВОДОНАПОРНОЙ БАШНИ
Высота ВБ определяется по формуле: Нвб = 1,1hc Нсв zдт - zвб где 1,1 - коэффициент, учитывающий потери напора на местных сопротивлениях (п.4 приложение 10 СНИП 2.04.02-84).
Нс - потери напора в водопроводной сети при работе ее в обычное время;
Zдт, zвб - геодезические отметки диктующей точки и в месте установки ВБ;
Нсв - минимальный напор в диктующей точке сети при максимальном хозяйственно-питьевом водопотреблении на вводе в здание, согласно п. 2.26 СНИП 2.04.02.-84 должен быть равен
Нсв = 10 4(n -1) где n - число этажей. n = 4 hc = 3,078 м (см. п. 4.) Нсв = 10 4(3 - 1) = 12 м
WБ = Wрег Wнз где Wрег - регулирующая емкость бака;
Wнз - объем неприкосновенного запаса воды, величина которого определяется в соответствии с п. 9.5 СНИП 2.04.02-84 из выражения: Wнз = Wнз.пож 10мин Wнз.х-п10мин где Wнз.пож10мин - запас воды необходимый на 10-минутную продолжительность тушения одного наружного и одного внутреннего пожара;
Wнз.х-п10мин - запас воды на 10 минут, определенный по максимальному расходу воды на хозяйственно-питьевые нужды.
Регулирующий объем воды в емкостях (резервуарах, баках) ВБ должен определяться на основании графиков поступления и отбора воды, а при их отсутствии по формуле, приведенной в п. 9.2 СНИП 2.04.02-84.
В данном случае определен график водопотребления и предложен режим работы НС-II, для которого регулирующая емкость бака ВБ составила К = 5,1 % от суточного расхода воды в поселке (см. таблицу 5.).
Wрег = (К•Qcyt общ)/100
W рег = (3,687 • 8801,5) / 100 = 325 м3
Так как наибольший расчетный расход воды требуется на тушение одного пожара на предприятии, то Wпож = (Qпр пож • 10 • 60)/1000= м3
Таким образом: Wнз = 36 81 = 117 м3
WБ = 325 117 = 442 м3
По приложению 3 принимаем типовую водонапорную башню (номер типового проекта
901-5-12170) с высотой 15 м с баком емкостью WБ = 500м3
Зная емкость бака, определим его диаметр и высоту: ДБ = 1,24 ДБ = 1,5 НБ
ДБ = = 9,84м НБ = 9,84 / 1,5 = 6,56 м
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 3.
Для определения Wрег воспользуемся графическим способом. Для этого совместим графики работы НС-I и НС-II (рис. 6.)
Подача НС в% от сут..расх.
Рис. 6. 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”.
Суточный расход воды 8801,5 м3, регулирующий объем резервуара будет равен: Wрег =8801,5• 13,3 / 100 = 1170,6 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. 2.12-2.17, 2.20, 2.22-2.24 СНИП 2.04.02-84 и п.п. 6.1-6.4 СНИП 2.04.01-85), а также специальных средств пожаротушения (спринклеров, дренчеров и других не имеющих собственных резервуаров) согласно п.п. 2.18 и 2.19 СНИП 2.04.02 84 и обеспечения максимальных хозяйственно-питьевых и производственных нужд на весь период пожаротушения с учетом требований п. 2.21.
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.
При определении Qпос.пр не учитываются расходы на поливку территории, прием душа, мытье полов и мойку технологического оборудования на промышленном предприятии, а также расход воды на поливку растений в теплицах, т.е. если расходы воды попали в час максимального водопотребления, то их следует вычесть из общего расхода воды (п. 2.21 СНИП 2.04.02-84). Если при этом Q’пос.пр окажется ниже чем водопотребление в какой либо другой час, когда душ не работает, то максимальный расход воды для другого часа следует принимать в соответствии с графой 10 таблицы 1.
Q’ пос.пр = 483,319 м3/ч, W нз.х-п = Q’ пос.пр • = 483,319• 3 =1449,95 м3
Во время тушения пожара НС-I работают и подают в час 4,167 % суточного расхода, а за время будет подано: W нс-1 = Qобщсут • 4,167*
100
W нс-1 = 8801,5 • 4,167•3 / 100 = 1100,3
Таким образом, объем неприкосновенного запаса воды будет равен: Wнз = (1525,5 1449,95) - 1100,3 = 1875,15 м3
Полный объем резервуаров чистой воды: Wрчв = 1170,6 1875,15 = 3045,7 м3
Согласно п. 9.21 СНИП 2.04.02-84 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 каждый (приложение 4, проект № 901-4-66,83).
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: Нхоз.нас. = 1,1hвод H вб Нб ( z вб - z нс ) где h вод - потери напора в водоводах, м;
H вб - высота водонапорной башни (см. раздел 7.2), м;
Н б - высота бака ВБ, м; z вб и z нс - геодезические отметки места установки ВБ и НС-II (см. схему водоснабжения, рис. 1), м;
1,1 - коэффициент, учитывающий потери напора на местных сопротивлениях (п. 4 приложение 10 СНИП 2.04.02-84).
H хоз.нас. = 1,1 • 3,53 15 6,56 ( 100 - 96 ) = 29,443 м
Напор насосов при работе во время пожара определяется по формуле: H пож.нас. = 1,1( h вод.пож. h с.пож. ) H св ( z дт - z нс ) где h вод.пож и h с.пож - потери напора в водоводах и водопроводной сети соответственно, при пожаротушении, м;
H св - свободный напор у гидранта, расположенного в диктующей точке, м. Для водопроводов низкого давления H св = 10 м;
z дт - геодезические отметки диктующей точки), м
H пож.нас. = 1,1(16,03 23,4) 10 (92 - 96) =49,373 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 | Нпож.нас - Нхоз.нас | > 10 м, то насосную станцию строим по принципу высокого давления, т.е. устанавливаем пожарные насосы, обеспечивающие Нпож.нас и следовательно, более высоконапорные, чем хозяйственные. При включении пожарных насосов в общий напорный коллектор обратные клапаны у хозяйственных насосов перекроются, подача воды хозяйственными насосами прекратится и их надо будет отключить. Поэтому в НС - I I высого давления пожарный насос должен обеспечить подачу не только расхода воды на пожаротушение , а подачу полного расчетного расхода воды в условиях пожаротушения, т.е. суммарный хозяйственно-питьевой, производственный и пожарный расход воды.
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
Список литературы
1. Гидравлика и противопожарное водоснабжение. - М.: 2003г.;
2. Задачник по гидравлике и пожарному водоснабжению./под ред. Д.т.н., проф. Ю.А.Кошмаров. - М.:ВИПТШ МВД СССР, 1979;
3. СНИП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. -М.1985;
4. СНИП 2.04.01-85.Внутренный водопровод и канализация зданий. - М,1986;
5. ГОСТ 539-80. Трубы и муфты асбестоцементные напорные. - М,1982;
