8.4. Вдосконалення збірно-розподільної системи

Таблиця 8.4

Проблеми	Р і ш е н н я
Нерівномірне за площею фільтра надходження промивного потоку: Струминний рух промивного потоку (і як наслідок винос зерен ФЗ у жолоби) в зоні інтенсивної промивки; Погане відмивання зерен ФЗ від забруднення в зоні малої інтен- сивності промивки	Забезпечують строго горизонтальне розташування крайок жолобів
Винос зерен ФЗ у пристіночній обла- сті жолобів	На вертикальних стінках жолобів вздовж усієї їх довжини встановлюють пристінкові козирки з металевого куткового прокату (рис.8.4), які відхиляють пристінкові потоки від стінок жолобів і створюють коловоротні зони, що сприяють осіданню зерен
Підлягання дренажу великого опору з сталевих труб корозії, що приводить до нера- вномірного розпо- ділу промивної во- ди за площею фільтра (і як наслі- док – до виникнен- ня струминного потоку промивної води і до можливо- го зміщення підтри муючих шарів)	При реконструкції дренаж великого опору змінюють на типи дренажів, що не підлягають корозії: а) дренаж із щілинних труб з не ржавію- чої сталі або з поліетилену (рис. 8.5,а) параметри щілин: ширина – 0,1 мм довжина – (1,5…2) d труби ∑ f щілин = (0,015…0,02) F фільтра недоліки: - важко нарізати щілини - невелика міцність труб із щілинами - великий коефіцієнт розширення поліетиленових труб (і як наслідок заклинювання труб) б) ковпачковий дренаж з порцеляновими або полістирольними ковпачками (рис.8.5,б) недоліки: неякісне виконання і мала надійність ковпачків область ефективного застосування: при водоповітряній промивці (конструк- ція хвостовиків ковпачків пристосована до якісного підсмоктування повітря) в) дренаж з керамічних плиток (рис.8.6,а) г) дренаж лотковий полімербетонний (рис.8.6,б) д) дренаж панельний полімербетонний (рис.8,6,в)
Необхідність збільшення Q	За рахунок видалення при реконструкції підтримуючих шарів і переходу на вищеназвані типи дренажів збільшують Vфн, d , Hз

Рис.8.4.Встановлення

пристінкових козир-

ків: 1-ФЗ; 2-присті-

нкові козирки; 4-жо-

лоб; 5-рівень води

а) б)

Р ис.8.5. Щілинна дренажна система: а) щілинна труба; б) ковпачок для водоповітряної промивки: 1-колектор; 2-фланцеве з’єднання; 3-щілинна труба; 4-хомут; 5-вода; 6-повітря; 7-хибне днище; 8-ковпачок; 9-хвостовик; 10-проріз

а) б) в)

Рис.8.6. Пористі розподільні системи: а) з керамічних плиток; б) лоткова полімербетонна; в) панельна полімер бетонна: 1-болт; 2-гумова прокладка; 3-керамічні плитки; 4-двотавр; 5-дерев’яний брус; 6-хомут; 7-залізобетонна балка; 8-корпус фільтра; 9-опорні стінки; 10-полімербетонні плити; 11-патрубки великого опору; 12-пустотні панелі; 13-канали; 14-полімербетонні вставки

Контрольні питання:

1.Інтенсифікація процесу очищення води у фільтруючій засипці

2.Інтенсифікація процесу промивки фільтруючої засипки

3. Вдосконалення збірно-розподільної системи фільтрів

Лекція 9. ШЛЯХИ ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ

ТА ІНТЕНСИВНОСТІ РОБОТИ СИСТЕМИ ПОДАЧІ

І РОЗРОДІЛУ ВОДИ

Зміст лекції:

1.Задачі вдосконалення роботи СПРВ

2.Шляхи збільшення пропускної спроможності елементів СПРВ при реконструкції діючих систем

3.Розрахунок сумісної роботи насосів і водоводів

4.Забезпечення надійної подачі води водоводами

5.Збільшення пропускної спроможності водоводів

9.1. Задачі вдосконалення роботи СПРВ

СПРВ – найскладніша і найдорожча частина сучасних СВ, особливістю якої є її складання із значної кількості споруд, розташованих на значній відстані одна від одної.

До СПРВ як до частини СВ пред’являють наступні вимоги: надійна подача розрахункової витрати води Q під належним напором Н всім споживачам з найменшими витратами коштів.

При невідповідності зазначеним вимогам робота СПРВ підлягає інтенсифікації за наступними напрямками:

• покращення водопостачання за рахунок зменшення непродуктивних витрат води (витоки з ВМ і будинкової водорозбірної арматури; нераціональне використання води на підприємствах через недосконалу технологію виробничого процесу; нераціональне використання води на власні потреби ВКГ);

• збільшення пропускної спроможності елементів СПРВ;

• підвищення надійності та безвідмовності роботи елементів СПРВ;

• зниження витрат електроенергії при роботі СПРВ.

9.2. Шляхи збільшення пропускної спроможності

елементів СПРВ при реконструкції діючих систем

Таблиця 9.1

Причини зменшення пропускної спроможності	Шляхи збільшення пропускної спроможності
Виникнення несправностей в арматурі і стикових з’єднаннях труб	Ліквідація несправностей при ремонті
Зменшення площі поперечного перерізу труб і збільшення гідравлічного опору трубопроводів через накопичення відкладень	Видалення відкладень механічним або гідравлічним способом
Збільшення гідравлічного опору трубопроводів через обростання внутрішньої поверхні труб	Видалення корозійних утворень нанесенням захисної суміші або встановленням всередині тонкостінних пластмасових труб
Зношення насосного обладнання і зміна характеристик його роботи	Заміна насосних агрегатів або схеми їх підключення Шляхи підвищення H : - установка і послідовне вклю- чення додаткових насосів - заміна робочих коліс на більші - заміна насосів на потужніші - встановлення НСП
Погіршення умов роботи СВ через її невідповідність вимогам з врахуванням підключення нових споживачів (недостатність Q)	По можливості перенесення підключень крупних споживачів до менш завантажених ділянок

На основі ТЕП обирають один з наступних можливих варіантів реконструкції СПРВ:

• заміна діючих ліній новими;

• прокладання додаткових ліній (дублювання);

• очищення труб від відкладень і захист їх від корозії;

• заміна насосного устаткування або схеми його підключення;

• спорудження НСП;

• введення додаткових ємкісних споруд.

Перед реконструкцією СПРВ проводять розрахунки із:

• правильного підбору насосів і економічного графіку їх роботи при різних режимах водоспоживання;

• оптимального розподілу навантаження між НС, які живлять ВМ;

• сумісної роботи НС і ВМ для контролю забезпечення всіх споживачів водою під необхідним напором при різних режимах водоспоживання.

а) Заміну діючих ліній новими проводять в разі необхідності збільшення Q лінії при її перевантаженні та в тому випадку, коли використання старої лінії (через значно збільшені S_факт і h_факт) не є доцільним.

Опір (підсилений) нової лінії визначається за формулою, (с/л)²·м

, (9.1)

де S_в – опір старого трубопроводу, (с/л)²·м; S_ф, S_к – відповідно параметр хар-ки насоса та опір комунікацій НС, (с/л)²·м; φ – коефіцієнт збільшення витрати (φ > 1).

За визначеним опором (наприклад за допомогою таблиць для гідравлічного розрахунку водопровідних труб) визначають діаметр нової лінії (h = S Q²; 1000i = 1000h/ l; 1000i, Q → d ).

б) Прокладання додаткових ліній проводять в разі необхідності збільшення Q лінії при її перевантаженні та в тому випадку, коли використання старої лінії є доцільним.

Опір додаткової лінії визначається за формулою, (с/л)²·м

. (9.2)

в) Очищення труб від відкладень для сталевих і чавунних труб повинне проводитись при коефіцієнті збільшення опору K_s ≥ 2.

Для очищення застосовують один з таких способів:

• механічний (протягування на тросі скребачки або йоржів);

• гідромеханічний (пропускання трубами очисного пристрою, що рухається під дією тиску води);

• гідропневматичний (промивання труб повітряно-водяною сумішшю з великими швидкостями).

г) Захист внутрішньої поверхні труб від корозії проводять після чищення:

- нанесенням захисної цементно-піщаної суміші;

- встановленням всередину тонкостінних пластмасових труб.

д) Заміна насосного устаткування без його поламки проводиться при необхідності збільшення Q і H у ВМ.

При цьому доцільно однотипні марки насосів замінювати на різнотипні (з метою підвищення гнучкості роботи НС в умовах зміни Q і H).

Для оперативного реагування на зміну Q і H бажано встановлювати багатошвидкісні електродвигуни або пристрої для зміни частоти обертання електродвигуна (гідромуфти, каскадно-вентильні системи).

е) Встановлення НСП дозволяє без докорінної реконструкції СПРВ забезпечити водою тих її споживачів, біля яких у ВМ були недостатні вільні H.

НСП встановлюють:

• на вводах до окремих споживачів;

• на лініях ВМ (найчастіше з формуванням окремих зон) (рис.9.1).

Напір, за яким підбирають насоси на НСП, визначається як різниця потрібного і фактичного напорів від НС у споживачів плюс втрати напору у комунікаціях НСП.

Рис.9.1. Зонований водопровід із послідовним подаванням води в зону: А-нижня зона (НЗ); Б-верхня зона (ВЗ): 1-резервуар НЗ; 2-НС НЗ; 3-ВМ НЗ; 4-лінія потрібних вільних напорів НЗ; 5-п’єзометрична лінія НЗ; 6-резервуар ВЗ; 7-НС ВЗ; 8-ВМ ВЗ; 9-контррезервуар ВЗ; 10-п’єзометрична лінія ВЗ при максимальному транзиті води в контррезервуар

ж) Встановлення додаткових ємкісних споруд дозволяє вирівняти графік подачі води у ВМ (рис.9.2). Ці споруди заповнюються вночі. При максимальному водоспоживанні вода з РЧВ подається НСП безпосередньо споживачам або у ВМ. Застосування ємкостей дозволяє значно зменшити завантаження ВМ при максимальному водоспоживанні (тому відпадає необхідність або зменшуються масштаби реконструкції ділянок ВМ і заміни насосів).

Рис.9.2.Суміщений графік

водоспоживання і роботи

насосів, які живлять ВМ:

1-графік водоспоживання;

2-намічений графік роботи

насосів; 3-фактичний графік

роботи насосів сумісно з ВМ

і резервуаром; Q_д – добова

витрата води

Найчастіше заходи щодо реконструкції СПРВ включають кілька вищеназваних варіантів. Наприклад для збільшення Q у ВМ і H в кінцевих вузлах ВМ може бути запропонована одна з трьох комбінацій варіантів реконструкції ( рис.9.3).

а) б) в)

Рис.9.3. Комбінації варіантів реконструкції: а) заміна насосів і заміна (дублювання) ліній, що подають воду у кінцеві вузли ВМ; б) заміна насосів і встановлення НСП в кінцевих вузлах ВМ; в) встановлення додаткових ємкостей і встановлення НСП в кінцевих вузлах ВМ

9.3. Розрахунок сумісної роботи насосів і водоводів

Такий розрахунок є необхідним при підборі насосу, що подає воду у водовід, визначенні кількості переключень між нитками водоводу та при рішенні питання збільшення пропускної спроможності водоводів.

Сумісна робота насосу і водоводу можлива в тому випадку, коли при суміщенні графіків характеристик насосу і водоводу (рис.9.4) робоча точка знаходиться в оптимальній області характеристики насоса й забезпечує проектні значення Q і H.

Рис.9.4. Графіки характеристик насосу і водоводу при їх сумісній роботі: 1-хар-ка Q–H насосу; 2-хар-ка Q–h водоводу; ∑ h – втрати напору у водоводі і комунікаціях НС при подачі насосу Q_н; H_г – геометрична висота підняття води насосом; H_н – напір насосу; H_ф – параметр хар-ки насосу

При відомих проектних даних (довжина і діаметр водоводу, геометрична висота підняття води насосом тощо) підбір насосу проводять в такій послідовності: для відомого проектного значення Q визначають необхідний напір насосу H_н, підбирають за значеннями Q та H_н марку насосу, для відомих параметрів водоводу і насосу визначають його фактичну подачу Q_н, переконуються у коректності підбору марки насосу.

Аналітично необхідний напір насосу визначається за залежністю, м

, (9.3)

де S_к і S_в – опори відповідно комунікацій насосної станції і водоводу, визначені для проектних умов, (с/л)²·м;

Значення Q_н визначається із співставлення ф-ли (9.3) та аналітичної хар-ки, отриманої шляхом апроксимації хар-ки Q–H насосу у її оптимальній області, вираженої формулою, м

, (9.4)

де H_ф, S_{ф –} параметри аналітичної хар-ки насосу, які знаходяться за правилами, наведеними в р.3.2 конспекту лекцій.

Прирівнюючи праві частини формул (9.3) і (9.4) та вирішуючи рівняння відносно Q_н знаходять фактичну подачу насоса при його сумісній роботі з водоводом, л/с

. (9.5)

9.4. Забезпечення надійної подачі води водоводами

Надійна та безперебійна подача води водоводами має відповідати вимогам відповідно до категорії СВ за надійністю подачі води.

Безперебійність отримання на об’єкті водопостачання води, що подається водоводом, прокладеним за однією ниткою, забезпечується влаштуванням на об’єкті запасної ємкості, місткість якої визначається за формулою, м³

, (9.6)

де Q_пож – розрахункова витрата на гасіння пожеж, л/с; Т_пож –розрахункова тривалість пожежогасіння (2;3;4;6 год залежно від Q і характеру будинків і виробництв); Т_ав – час, необхідний для ліквідації аварії на водоводі (8;12;18;24 год) залежно від d труб і глибини їх закладання); Q_ав – аварійна витрата води, необхідна для забезпечення г-п потреб населення Q_г-п та потреб промисловості за аварійним графіком Q_пр.ав і яка визначається за формулою, л/с

. (9.7)

Якщо водовод прокладається в декілька ниток для забезпечення безперебійності подачі води по ньому влаштовуються переключення між нитками (рис.9.5,а). Умови, наведені на рисунку, відбиває графік характеристик водоводу і насосу (рис.9.5,б)

Для умов, наведених на рис.9.5, величини h і h_ав визначаються за формулами, м

, (9.8)

, (9.9)

де А – питомий опір водоводу, (с/л)² ; l – довжина водоводу, м; n – кількість ділянок водоводу між переключеннями.

При сумісній роботі насосу і водоводу величини Q_н і Q_ав визначаються за формулами, л/с

, (9.10)

, (9.11)

де S_в, S_ав – гідравлічні опори водоводу при подачі по ньому відповідно витрат Q_н і Q_ав, які визначаються за формулами, (с/л)²·м

, (9.12)

а)

б)

Рис.9.5. До розрахунку кількості переключень між нитками водоводу: а) схема водоводу з переключеннями між нитками; б) графіки характеристик водоводу і насосу при їх сумісній роботі: 1-хар-ка Q–H насосу; 2-хар-ка Q–h водоводу; 3-хар-ка Q–h_ав водоводу при аварії; h – втрати напору у водоводі і комунікаціях НС при подачі насоса Q_н; h_ав - втрати напору у водоводі і комунікаціях НС при аварії на водоводі і подачі насоса Q_ав; Н_г – геометрична висота підняття води насосом; Н_н і Н_ав – напір насоса відповідно при подачі Q_н і Q_ав

, (9.13)

де m – кількість ниток водоводу.

Значення Q_н і Q_ав пов’язані формулою, л/с

, (9.14)

де α – коефіцієнт зменшення витрати (α < 1).

На підставі формул (9.10), (9.11), (9.14) можна записати рівняння

. (9.15)

Підставляючи в це рівняння значення S_в і S_ав з формул (9.12) і (9.13) та вирішуючи його відносно n знаходимо вираз для необхідної кількості ділянок між переключеннями

. (9.16)

Відповідно кількість переключень між нитками водоводу становить p = n – 1.

На підставі аналізу рівнянь можна зробити висновки:

1.Переключення на водоводі потрібні, якщо n > 1;

2.При збільшенні S_в збільшується n і p;

3.При збільшенні m зменшується число n.

9.5. Збільшення пропускної спроможності водоводів

Збільшити пропускну спроможність водоводу можна шляхом:

• встановлення більш потужного насосу;

• укладанням додаткової лінії водоводу.

При цьому збільшена витрата, що подається водоводом від насосу, визначається за формулою, л/с

, (9.17)

де φ – коефіцієнт збільшення витрати (φ > 1); Q_н – витрата до збільшення пропускної спроможності, л/с.

а) Збільшення пропускної спроможності водоводу

шляхом встановлення більш потужного насосу

(або паралельним включенням ще одного насосу)

Графіки характеристик насосів і водоводу, що ілюструють цей випадок, наведені на рис.9.6.

Рис.9.6. Графіки характеристик насосів і водоводу при їх

сумісній роботі: 1 - хар-ка Q–H існуючого насосу; 2 - хар-ка Q–H більш потужного насосу; 3 - хар-ка Q–h водоводу; Q_н,Н_н – подача і напір існуючого насосу; Q_нп, Н_нп – подача і напір більш потужного насоса; Н_г – геометрична висота підняття води насосом

Напір більш потужного насосу визначається за формулою, м

, (9.18)

де Q_нп визначається за формулою (9.17).

За Q_нп, Н_нп підбирають більш потужний насос.

б) Збільшення пропускної спроможності водоводу

шляхом укладання його додаткової лінії

Графіки характеристик водоводів і насосу, що ілюструють даний випадок, наведені на рис.9.7.

Рис.9.7. Графіки характеристик насосу і водоводів при їх сумісній роботі: 1- хар-ка Q–H насосу; 2- хар-ка Q–h існуючого водоводу; 3- хар-ка Q–h підсиленого водоводу; Q_н,Н_н – подача і напір насосу при існуючому водоводі; Q_нп, Н_нп – подача і напір насосу при підсиленому водоводі; Н_г – геометрична висота підняття води насосом

Подача води підсиленим водоводом визначається за формулою, л/с

, (9.19)

де S_в.п – гідравлічний опір підсиленого водоводу, (с/л)²·м.

Ця витрата складається з витрат існуючої Q_в та додаткової лінії Q_дод, л/с

. (9.20)

З рівнянь (9.19) і (9.20) можна записати

, (9.21)

або ,

або ,

або ,

звідки знаходять вираз для S_в.п, (с/л)²·м

. (9.22)

Вирішуючи це рівняння відносно S_дод отримують формулу для визначення цієї величини

, (9.23)

де S_в та S_в.п при реконструкції визначаються відповідно за формулами (9.1) та (9.22).

За величиною S_дод знаходять значення А_дод та d додаткової лінії.

Контрольні питання:

1.Шляхи збільшення пропускної спроможності елементів СПРВ при реконструкції діючих систем

2.Розрахунок сумісної роботи насосів і водоводів

3.Забезпечення надійної подачі води водоводами

4.Розрахунки, які проводяться при збільшенні пропускної спроможності водоводів

Л І Т Е Р А Т У Р А

1. Кузьмин Ю.М. Сетчатые установки систем водоснабжения. Справочное пособие. – Л.: Стройиздат (Ленинградское отделение), 1976. – 160 с

2. Кожинов В.Ф. Очистка питьевой и технической воды. Примеры и расчеты. – М.: Стройиздат, 1971. – 304 с.

3. Орлов В.О., Шевчук Б.И. Интенсификация работы водоочистных сооружений. – Киев.: Будівельник, 1989.-123 с.

4. Орлов В.О., Назаров С.М., Шадура В.О. Проектування водозабірних споруд: Навчальний посібник, - Рівне: УДУВГП, 2002. – 128 с.

5. Порядин А.Ф. Устройство и эксплуатация водозаборов. – М.: Стройиздат, 1984. – 123 с.

6. Пособие по проектированию сооружений для очистки и подготовки воды (к СНиП 2.04.02 – 84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения») НИИ КВОВ АКХ им. Памфилова. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. – 128 с.

7. СНиП 2-04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. – М.: Стройиздат, 1985. – 134 с.

8. Ткачук О.А. Удосконалення систем подачі та розподілення води населених пунктів. – Рівне: НУВГП, 2008. – 301с.

9. Тугай А.М., Орлов В.О. Водопостачання: Підручник для вузів. – К.: Знання, 2009. – 735 с.

10. Тугай А.М., Орлов В.О., Шадура В.О. Бурова справа в водопостачанні. Підручник – Рівне: НУВГП, 2004- 268с

11. Хоружий П.Д. Расчет гидравлического взаимодействия водопроводных сооружений. – Львов: Вища школа. Изд-во при Львов. ун-те, 1983 – 152с.

12. Хоружий П.Д., Ткачук О.А. Водопровідні системи і споруди. К.: Вища школа., 1993. 230 с.

13. Хоружий П.Д., Шарков М.В. Реконструкция систем водоснабжения: Расчет и проектирование– Киев: Будивельник, 1983 – 144с.

14. Методичні вказівки по розрахунках при проектуванні сітчастих струменереактивних фільтрів на водозаборах з поверхневих джерел для студентів спеціальностей 29.08 та 31-10 всіх форм навчання, виконуючих курсове та дипломне проектування і НДРС, - Рівне: УІІВГ, 1991. – 48 с.

127