5. Зонирование системы водоснабжения. Особенности режима работы системы подачи и распределения воды при наличии контррезервуара или нескольких водопитателей и напорно-регулирующих емкостей.

П ри определенных местных топографических условиях в ряде случаев оказывается целесообразным разделение единой централизованной системы водоснабжения на несколько «высотных зон». Зонирование водопровода может быть вызвано как техническими, так и экономическими соображениями, так как оно позволяет снизить давление в трубах водопроводных сетей и уменьшить количество энергии, затрачиваемой на подъем воды.

Системы водоснабжения, разделенные на зоны, называются зонными, или зональными. Чаще всего зонные водопроводы устраивают в случае значительной разности отметок земли в пределах обслуживаемой водопроводом территории.

Иногда зонирование применяется и при большом различии значений свободных напоров, требуемых отдельными потребителями (в водопроводах некоторых промышленных предприятий). Когда отдельные точки снабжаемой водой территории имеют значительную разность отметок, то в пониженных точках водопроводной сети могут возникнуть давления, превышающие допустимые для используемых типов труб и условий эксплуатации водопровода.

Если в наиболее высоко расположенной точке сети (рис. 111.27) должен быть обеспечен свободный напор Нсв, то в ее нижней точке при незонированной системе напор будет составлять

Нmax=Нсв+Σhmax+(Zmax-Zmin)

где (Zmax-Zmin)—максимальная разность отметок местности в пределах обслуживаемой территории;

Σhmax — максимальные потери напора в сети

Если полученное значение Hmax превышает допустимый напор, то необходимо разделить сеть на зоны с таким расчетом, чтобы в пределах каждой из них напор не превышал допустимого.

Зонирование может быть осуществлено по «последовательной» или по «параллельной» схеме. В первом случае отдельные зоны соединяются последовательно (рис. 111.28), во втором случае зоны включены параллельно (рис. 111.29).

При последовательном зонировании общая водопроводная сеть объекта делится на две последовательно соединенные сети (например, А и Б на рис. Ш.28). Граница между зонами в—в определяется значением наибольшего допустимого в сети напора.

Напор в сети нижней зоны А (H) также не должен превышать допустимого.

Вода подается головной насосной станцией в количестве Qi+Qii обеспечивающем потребности обеих зон, и под напором Hi, рассчитанным на подъем воды до границы между зонами. Здесь устанавливается насосная станция НС-П верхней зоны. Она берет воду в количестве Qii из сети нижней зоны (непосредственно или через регулирующую емкость) и подает ее под напором Hii в сеть верхней зоны. Таким образом, расход верхней зоны подается транзитом через сеть нижней зоны.

В системах параллельного зонирования принципы разделения общей сети на сети верхней и нижней зоны те же самые, но вода подается в сеть каждой^ зоны по отдельным водоводам своей группой насосов, расположенной на общей головной насосной станции (см. рис. II 1.29).' Таким образом, зоны включаются параллельно.

Водоводы, питающие верхнюю зону, обычно прокладываются через территорию нижней зоны.

Насос нижней зоны подает расход Qi под напором Нi необходимым для этой зоны; насос верхней зоны подает расход Qn под значительно большим напором Нii, так как насосы второй зоны поднимают воду на значительно большую геометрическую высоту, и в величину их напора

входят большие потери в водоводах.

Как видно из рис. 111.29, при параллельном зонировании значения напоров Hмакс для первой зоны и HМакс и для второй зоны (в точках a и б примыкания водоводов к территориям зон) не должны превышать допустимого напора. Следует иметь в виду, что в водоводах, как правило, допустимы давления значительно большие, чем в сетях, к которым присоединяются домовые ответвления.

Каждая из рассмотренных систем зонирования имеет свои достоинства и недостатки.

Недостатком системы последовательного зонирования является необходимость устройства дополнительной отдельно стоящей насосной станции (для каждой лишней зоны), что связано с увеличением затрат на строительство и затрат на эксплуатацию — в части содержания персонала. Надежность этих систем ниже, чем систем параллельного зонирования, где имеет место независимая подача воды в каждую зону. К недостаткам систем параллельного зонирования относится увелич ение строительной стоимости водоводов (вследствие увеличения их суммарной длины). Вообще строительная стоимость зонированной системы для любого

объекта будет всегда больше, чем незонированной.

При последовательной системе добавляется стоимость резервуара и НС-2.

При параллельной–увеличивается протяженность водоводов, штат сотрудников.

Зонирование экономически выгодно лишь в больших городах, когда районы, имеющие повышенную застройку выделяют в отдельные зоны.

По характеру взаимного расположения насосной станции, водонапорной башни и сети различают схемы с односторонним (сеть с проходной башней), двусторонним (сеть с контррезервуаром) и комбинированным питанием сети (рис. 20.3). Кроме таких схем питания водопроводной сети возможны и другие более сложные схемы, характерные для крупных населенных пунктов. В частности, водопроводная сеть может питаться от нескольких насосных станций, подающих воду в различные ее точки; на сети может быть рассредоточено несколько напорно-регулирующих сооружений; сеть может быть безбашенной или вместо башни могут применяться другие напорнорегулирующие сооружения.

При односторонней схеме литания (рис. 20.3, а) насосная станция подает воду в башню, откуда вода поступает в сеть. В часы, когда насосы подают больше общего водоотбора из сети, вода аккумулируется в башне. Если же отбор воды из сети превышает подачу насосами, то недостающее количество ее поступает из башни.

При двусторонней схеме питания (рис. 20.3, б) в часы максимального водоотбора вода в сеть поступает с двух сторон; от насосной станции и от башни. В часы, когда подача насосов превышает водоотбор, излишек воды проходит транзитом через сеть в башню. Для малых объектов водоснабжения в часы, когда насосная станция не работает, вода поступает в сеть только из башни.

При комбинированном питании (рис. 20.3, в) часть сети питается по схеме с контррезервуаром, а часть - по схеме с проходной башней.

Выбор той или иной схемы питания водопроводной сети зависит от рельефа местности, типа водоисточника и места его расположения, величин отборов вода из водопроводной сети и величин требуемых свободных напоров в различных районах объекта водоснабжения.

Рис. 20.3. Схемы питания разводящих сетей: а - односторонняя через башню; б - сеть с контррезервуаром; в - комбинированная;

1 – насосная станция НС-И; 2 - водонапорная башня; 3 - разводящая сеть труб; 4 - объект водоснабжения; 5 - линия пьезометрического напора в сети; 6 - то же при транзите воды в башню; 7 - то же при питании сети от НС-И и от башни; 8 - то же при питании только от башни

При горизонтальной поверхности (рис. 20.4, а) возможна любая из трех основных схем питания сети. В этом случае выбор схемы определяет размер населенного пункта. В небольшом поселке для удобства эксплуатации лучше поставить башню рядом с насосной станцией и применить схему питания через башню. В крупном населенном пункте для уменьшения высоты башни может оказаться выгодной схема с контррезервуаром или комбинированная.

При выборе местоположения водонапорной башни с целью уменьшения ее высоты, а, следовательно, и строительной стоимости, необходимо руководствоваться следующими рекомендациями:

- башню следует располагать на наиболее высокой отметке местности, но в непосредственной близости к водопроводной сети;

- она должна быть расположена, по возможности, ближе к наиболее крупным водопотребителям, а также к районам сети, в которых требуются наибольшие свободные напоры;

- целесообразно располагать ее в центре территории, обслуживаемой в период максимального водопотребления из сети.

6. Дать классификацию водопроводных линий и водоводов, а так же водопроводных сетей в целом. Привести схемы начертания водопроводных сетей различных типов. Перечислить требования, предъявляемые к ним. Рассказать о принципах трассировки и обеспечении требуемой надежности сети. Объяснить, как производится выбор расчетных случаев отбора воды из сети. Определение узловых расходов воды.

Водопроводные сети предназначены для транспортирования воды к потребителям. По своему начертанию водопроводные сети бывают разветвленные или тупиковые (рис.3.1, а) и кольцевые (рис. 3,1, б).

а - тупиковая; б - кольцевая; 1 - водонапорная башня; 2 - магистральная сеть; 3 - водопотребители

Тупиковые сети допускают транспортирование воды к потребителю по единственному направлению. Поэтому такие сети не обеспечивают бесперебойности, так как авария на любом участке этой сети приводит к прекращению подачи воды всем потребителям, расположенным ниже места аварии по направлению движения воды. Кольцевые сети в отличие от тупиковых имеют более высокую надежность. Благодаря наличию параллельно работающих магистралей в этих сетях авария на любом участке не вызывает прекращения подачи воды всем потребителям, кроме питающихся непосредственно от поврежденного участка.

В зависимости от взаимного расположения насосной станции, водонапорной башни и разводящей сети различают схемы с водонапорной башней: в начале сети (рис. 3.2, а), внутри сети (рис. 3.2, б) и на противоположном конце сети (сеть с контррезервуаром, рис. 3.2, в).

Рис. 3.2. Схемы питания водопроводных сетей с водонапорной башней:

а - в начале сети; б - внутри сети; в - в конце сети (с контррезервуаром); 1 – насосная станция; 2 - водонапорная башня; 3 - разводящая сеть

Водопроводная сеть состоит из магистральных и распределительных линий. Магистральными называют линии, которые предназначены в основном для распределения воды по всей территории населенного пункта. Распределительными называют линии, которые получают воду из магистральных линий и подают ее к потребителям через центральные пункты или домовые вводы.

Требования, предъявляемые к водопроводным сетям:

а) обеспечивать подачу заданных количеств воды к местам ее потребления под требуемым напором;

б) обладать достаточной степенью надежности и бесперебойности снабжения водой потребителей.

в) сеть должна быть запроектирована наиболее экономично, т. е. обеспечивать наименьшую величину приведенных затрат на строительство и эксплуатацию как самой сети, так и неразрывно связанных с ней в работе других сооружений системы.

Трассировка и обеспечение требуемой надежности сети

Первой задачей, которую решают при проектировании сети, является ее трассировка, т.е. придание ей определенной геометрической формы в плане.

Принципы трассировки:

1. Основное направление магистральных линий должно соответствовать основным направлениям потоков воды по территории снабжаемого объекта.

2. По основному направлению должно быть предусмотрено несколько магистральных линий, включенных параллельно и обеспечивающих бесперебойность работы сети, продольные магистрали необходимо соединить перемычками, которые позволяют в случае аварии выключить не всю магистраль, а только отдельные ее участки.

3. Магистральная сеть должна охватывать наиболее крупных потребителей воды и располагаться равномерно по всей территории снабжаемого водой объекта.

4. Магистральные линии рекомендуется прокладывать по наиболее возвышенным отметкам территории для создания достаточных напоров в распределительной сети.

5. Пересечение железнодорожных путей трубопроводами следует осуществлять под прямым углом.

6. Водопроводные линии, идущие вдоль станционных путей, необходимо прокладывать в стороне от них с учетом возможного развития станции; в междупутьях разрешается укладывать только магистрали, проводящие воду к водозаборным кранам.

7. Трассирование магистральных линий необходимо увязывать с размещением других сетей и сооружений населенного пункта с соблюдением минимальных расстояний от наружной поверхности трубопровода до различных подземных коммуникаций в плане, м: обрез фундамента здания…5; крайний рельс трамвайных путей…2; газопровод…1-2; столбы наружного освещения и ограды…1,5; стволы деревьев и бордюрные камни дорог…2; кабели связи…0,5; канализационные линии при диаметре труб, мм: <200, не менее…1,5; > 200, не менее…3.

Трассирование напорных водоводов осуществляют, как правило, в две линии с устройством между ними переключений, позволяющих выключать отдельные участки во время аварии.

Водонапорные сооружения (башни, колонны, напорные резервуары) следует располагать на наиболее высоких отметках местности в непосредственной близости к водопроводной сети.

Конфигурация сети зависит от планирования снабжаемого водой объекта, размещения на его территории отдельных водопотребителей, рельефа местности, места расположения используемых источников водоснабжения, наличия естественных и искусственных препятствий.

Водопроводную сеть следует проектировать кольцевой, тупиковые линии разрешается устраивать в хозяйственно-питьевых водопроводах при диаметре труб не более 100 мм, в противопожарных водопроводах при длине линии до 200 м и производственных водопроводах при допустимости перерыва в водоснабжении на время ликвидации аварии.

Для большинства объектов водоснабжения — как городов, так и промышленных предприятий — в соответствии с их требованиями к надежности систем подачи воды устраивают кольцевые сети.

Разветвленные сети могут быть допущены в отдельных случаях в небольших поселковых водопроводах и водопроводах сельских местностей (использующих пожарные водоемы на территории поселка) и для снабжения водой тех производственных потребителей, которые допускают перерывы в снабжении водой.

Кроме того, разветвленные сети часто используют в крупных районных водопроводах, снабжающих ряд объектов, отстоящих друг от друга на значительные расстояния. В таких системах надежность водоснабжения обеспечивается наличием местных резервуаров достаточной емкости.

В городских водопроводах для подачи воды к домовым ответвлениям водопроводные линии приходится прокладывать почти по каждому проезду и по каждой улице, поэтому сеть в целом принимает форму смежных замкнутых контуров (колец), определяемую в основном планировкой города. При этом в отношении транспортирования воды не все линии сети равноценны. В любой кольцевой сети можно наметить основные направления движения воды, определяемые формой территории объекта, а также местами расположения точек питания (точек присоединения к сети водоводов и водонапорных башен) и крупнейших потребителей воды.

Отбор воды из водопроводной сети

Отбор воды из сети осуществляется через вводы в здания (домовые присоединения). Потребители забирают воду на свои различные нужды в основном через водоразборные краны внутренних водопроводов зданий. Водопроводные вводы зданий присоединяют к водопроводным линиям, прокладываемым практически по всем улицам. Эти уличные линии присоединяют к магистральной сети и таким образом образуют распределительную водопроводную сеть населенного пункта. Количество воды, поступающей к потребителю через каждый ввод, зависит от многих факторов (числа жителей, образа их жизни и т.д.) и имеет значительные колебания в течение суток. Вместе с тем для практического расчета сети можно установить наиболее близкую к действительности схему отдачи воды сетью в отдельные периоды ее работы.

Выбор расчетных случаев отбора воды из сети:

Расчетные случаи:

1. Случай максимального хозяйственно питьевого водопотребления

2. Случай максимального хозяйственно питьевого водопотребления и пожаротушения

3. Случай наибольшего транзита в башню.

По рассчитанным данным составляется таблица, где последними графами будет:

П о таблице и определяются расчетные случаи (жирным выделены ячейки, соответствующие расчетным случаям).

Случай максимального хоз-пит водопотребления.

Максимальный часовой общегородской расход составляет 906,3 м3/ч (от 9 до 10ч), или 251,75 л/с. Далее расчет ведется для этого значения расхода.

Случай максимального хоз-пит водопотребления и пожаротушения.

В соответствии с таблицей 5 СниП 2.04.02-84 принимаем 2 расчетных наружных пожара по 25 л/с с добавлением по 5 л/с на тушение внутренних пожаров, т.е. по 30 л/с на каждый пожар. Места пожаров намечаем в точках самых высоких и наиболее удаленных от насосной станции, и отмечаем их на схеме. Узловые расходы в этих точках увеличатся по сравнению с первым расчетом на 30 л/с.

Следует иметь ввиду, что через 10 мин. после возникновения пожара водонапорная башня выключается из работы, поэтому весь расход подается насосной станцией.

Случай наибольшего транзита в бак водонапорной башни.

Максимальный транзит воды в бак башни приходиться на 24 час суток и составляет 83,2 м3/ч или 23,1 л/с. Общегородской расход воды в час 23-24 составляет 740,6 м3/ч или 205,7 л/с. Далее расчет ведется для этого значения расхода