Переходы под железными и автомобильными дорогами.

При пересечении самотечного трубопровода с автомобильной и железной дорогой в выемке устраивается переход типа «дюкер». В целом, дюкеры под железными и автомобильными дорогами проектируются аналогично дюкерам через реки и овраги. Отличие состоит в том, что трубопроводы под дорогами прокладываются в футлярах металлических или железобетонных. Диаметр футляра превышает диаметр трубопровода на 200мм. Пространство между футляром и трубой заполняется бетоном. Верхняя и нижняя камеры дюкера располагаются на расстоянии не менее 3 м от бровки выемки дороги.

Если дорога располагается на насыпи и трубопроводы канализации проходят ниже, то пересечение выполняется в виде самотечного трубопровода из усиленных стальных или железобетонных труб, уложенных в футлярах, непроходных каналах или проходных тоннелях. До и после пересечения, на расстоянии не менее 5 м от низа насыпи устраиваются смотровые колодцы с отключающими устройствами.

Глубина заложения переходов в обоих случаях должна быть не менее 1 м при открытом способе производства работ и не менее 1,5 м – при закрытом, считая до верха футляра или тоннеля. Длину футляра определяют исходя из размеров препятствия. Поперечные размеры футляра и тоннеля зависят от способа производства работ и диаметра трубопровода.

Кожухи и тоннели предназначены для предохранения рабочего трубопровода от нагрузок, возникающих при движении транспорта над ним. Одновременно кожух предохраняет дорогу от разрушения в случае аварии трубопровода. Футляры должны устраиваться с противокоррозионной изоляцией: торкрет–бетонным армированием, битумно-резиновым или полимерным покрытием, а также с защитой от электрохимической коррозии - катодной поляризацией с протекторными установками.

4.Канализационные насосные станции.

4.1. Особенности устройства канализационных насосных станций.

Сточные воды населённого пункта подаются главным самотечным коллектором на главную канализационную насосную станцию. Она предназначена для перекачки общего расхода сточных вод населённого пункта на городские очистные сооружения.

Рис.4.1

К анализационные насосные станции (КНС) устраивают обычно совмещёнными с приёмным резервуаром, в плане – круглые. Все подводящие коллекторы перед насосной станцией должны быть объединены, и на общем участке устанавливают сухой колодец. В нём предусматривается задвижка (см. рис.4.1), которую в случае серьёзной аварии на насосной станции можно закрыть задвижку. Тогда до устранения поломки сточные воды будут накапливаться в сети, заполняя свободную ёмкость трубопроводов и колодцев. На время аварии подача воды в населённый пункт прекращается. Такое решение является наиболее приемлемым, но имеет последствием засорение сети. Поэтому, хотя СНиП/1/ исключает устройство аварийных выпусков в водоём, в ряде случаев идут на нарушение норм. Аварийный выпуск предусматривается строго по согласованию с органами санитарного надзора.

Сухой колодец

Рис. 4.2

Аварийный выпуск в водоём

К.Н.С.

Приёмные резервуары насосных станций играют роль регулирующих ёмкостей, сглаживают неравномерность притока и откачки сточных вод. Объём приёмного резервуара определяется сравнением графиков притока и откачки. Вместимость резервуара должна быть не менее пятиминутной максимальной подачи одного из насосов. Рабочая глубина – 2-2,5м. Для защиты насосов от засорения в приёмных резервуарах насосных станций устанавливают решетки с механизированной очисткой или решетки – дробилки. Количество рабочих и резервных решеток регламентировано СНиП/1/. Подробные сведения о решетках, устанавливаемых в КНС, приводятся в разделе 4.2 настоящего пособия. Чтобы осадок не скапливался в приёмном резервуаре, предусмотрено устройство для его взмучивания и обмыва резервуара – промывной трубопровод со спрысками. Дну резервуара придаётся уклон i=0,1 в сторону осадочного приямка. Приёмный резервуар должен быть оборудован приточно-вытяжной вентиляцией с 5-кратным обменом воздуха в час.

Машинный зал должен быть отделён от приёмного резервуара водогазонепроницаемой перегородкой и иметь отдельный вход. На существующих станциях для перекачки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод применяют отечественные центробежные насосы марок: СД, СДС, ЦМФ, ЭКЦ, ЭЦК и СМ.

В последние годы получают распространение насосы зарубежных производителей: «Wilo» и «Grundfos».

Канализационные насосы имеют широкий диапазон подачи: от 7 до 9000 м³/час; создаваемые напоры – от 8 до 100м. Насосы обычно устанавливаются «под залив»; погружные – непосредственно в приемном резервуаре.

Допускаемая частота включения насосов в 1 час:

• Не более 3 раз – при ручном управлении.

• Не более 5 раз – при автоматическом управлении.

Кроме рабочих, предусматриваются резервные агрегаты. Их количество зависит от типа сточных вод, от количества рабочих агрегатов и от категории насосной станции. Для городских сточных вод принимается следующее количество резервных насосов.

Таблица 4.1

Категория насосной станции определяется по СНиП/1/.

Таблица 4.2

В машинном зале, кроме рабочих и резервных насосов установлены вспомогательные агрегаты:

• для подачи воды на технические нужды;

• вакуум-насосы (если основные насосы не под заливом);

• насосы для удаления дренажных вод.

Кроме насосов и электродвигателей, в зале устанавливаются контрольно-измерительные приборы, запорно-регулирующая арматура, подъёмно-транспортные устройства и т.д.

Напорные коллекторы, идущие от насосной станции, выполняются из труб железобетонных ГОСТ 12586-83, асбестоцементных ГОСТ 539-80, чугунных ГОСТ 9583-75 или полиэтиленовых ГОСТ 18599-2001. В сложных грунтовых условиях допускается применение стальных труб ГОСТ 10704-92. Число напорных коллекторов с учётом перспективного расхода рекомендуется принимать не менее двух; для станций II и III категории СНиП/1/ допускает один трубопровод. Глубина заложения напорных коллекторов назначается на 0,5 метра больше глубины промерзания грунта.

На напорных коллекторах предусматриваются камеры переключения.

Устройством переключений достигается возможность выключения повреждённых участков коллекторов при авариях с обеспечением требуемой подачи сточных вод. Необходимое число переключений определяется расчетом.

При аварии на коллекторах допускается включение резервных насосов станции. В повышенных (переломных) точках профиля на напорных коллекторах устраивают колодцы с вантузами для выпуска воздуха. В пониженных точках устраивают выпуски с задвижками для опорожнения коллектора при аварии или ремонте. Диаметры напорных коллекторов назначаются исходя из экономичной скорости движения сточных вод в них. Скорости во всасывающих трубопроводах принимают равными 0,7-1,5 м/с, в напорных – 1-1,25 м/с. Принимать скорость в напорном коллекторе менее 1 м/с не рекомендуется, т.к. в этом случае не будет соблюдаться условие самоочищения.

Насосные станции производительностью до 50 тыс. м³/сут следует располагать на расстоянии не менее 20 м от жилых зданий или общественных зданий, станции большей производительности – не менее 30 м. Вокруг станций устраиваются зелёные зоны шириной не менее 10 м.

Разработаны типовые проекты канализационных насосных станций. На рис 4.3 – 4.7 представлены план и разрезы насосной станции.

Оборудование насосной станции:

ТХ.1 – насос центробежный с электродвигателем, ТХ.2 – решетка,

ТХ.3 – дробилка, ТХ.4 – транспортёр скребковый, ТХ.5 – затвор щитовой электрифицированный, ТХ.6, ТХ.7 – задвижки параллельные, ТХ.21, ТХ.22 – краны подвесные, ТХ.23, ТХ.24 – тали, ТХН.1 – шандор, ТХН.2, ТХН.4 – затворы щитовые, ТХН.8 –сортировочный стол.

Рис.4.3

Рис.4.4.

Р азмер 1-1 В осях А-В

Р азрез 1-1 В осях В-Д

Р азрез 2-2 в осях 3-6

2.2. РАСЧЁТ КАНАЛИЗАЦИОННОЙ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ.

Порядок расчёта таков:

1. Составить таблицу притока сточных вод к насосной станции; по таблице определить максимальный часовой расход Q_час^max(м³/ч);

2. По экономичной скорости подобрать диаметры напорных коллекторов и определить требуемый напор насосов Н^н для пропуска максимального часового расхода Q_час^max. Подобрать насосы (рабочие и резервные);

3. Построить график совместной работы насосов и напорных коллекторов в нормальном режиме;

4. Проверить систему на работу в аварийном режиме. Определить необходимое количество переключений на напорных трубопроводах для обеспечения работы сооружений в аварийном режиме; определить необходимость включения резервных насосов при аварии. Построить график совместной работы насосов и напорных коллекторов в аварийном режиме, при аварии система должна пропускать 100% расхода сточных вод;

5. Определить емкость приемного резервуара аналитическим путем. Уточнить результат графическим путем, для этого построить интегральный график притока и откачки сточных вод.

Пример расчёта главной канализационной станции

населённого пункта.

Исходные данные принимаются по расчёту городской водоотводящей сети (см. раздел 2.6.4 настоящего пособия):

• Приток сточных вод от промышленного предприятия по часам суток - по табл.2. 6 (столбец 4);

• Средний секундный расход сточных вод от жилых кварталов на последнем самотечном участке сети перед насосной станцией q_сек^средн (л/с) – по табл.2.7 (столбец 6), участок (4-НС).

q_сек^средн необходим для определения суточного расхода сточных вод от кварталов Q_сут^кв. Q_сут^кв определяется по формуле:

Q_сут^кв=(q_сек^сред*86400)/1000 (м³/сут)

Q_сут^кв=(10,56*86400)/1000=912,384=912,4 м³/сут.

Общий коэффициент неравномерности водоотведения на участке перед насосной станцией определяется по СНиП/1/: К_gen^max=2,1. Он необходим для определения режима поступления на насосную станцию сточных вод от кварталов по часам суток. Распределение суточного расхода по часам суток следует принимать по существующим статистическим данным /5,6,16,20/. Если в книгах не найдено распределение расходов для данного значения К_gen^max, то его следует принять по ближайшему большему значению К_gen^max. Сведения заносятся в столбцы 2,3 таблицы 4.4. Если проектом предусмотрена районная насосная станция, то приток от нее учитывается как сосредоточенный (столбец 5).

«Распределение расхода бытовых вод по часам суток»

Таблица 4.3

Часы суток	Общий коэффициент неравномерности притока сточных вод Кобщ
	2,5	2,0	1,8	1,6	1,4
0-1	1,2	1,25	1,25	1,55	1,65
1-2	1,2	1,25	1,25	1,55	1,65
2-3	1,2	1,25	1,25	1,55	1,65
3-4	1,2	1,25	1,25	1,55	1,65
4-5	1,2	1,25	1,25	1,55	1,65
5-6	3,1	3,3	3,5	4,35	4,2
6-7	4,8	5,0	5,25	5,95	5,8
7-8	7,4	7,2	7,0	5,8	5,8
8-9	7,95	7,5	7,1	6,7	5,85
9-10	7,95	7,5	7,1	6,7	5,85
10-11	7,95	7,5	7,1	6,7	5,85
11-12	6,3	6,4	6,5	4,8	5,05
12-13	3,6	3,7	3,8	3,25	4,2
13-14	3,6	3,7	3,8	5,55	5,8
14-15	3,8	4,0	4,2	6,05	5,8
15-16	5,6	5,7	5,8	6,05	5,8
16-17	6,2	6,3	6,4	5,6	5,8
17-18	6,2	6,3	6,4	5,6	5,75
18-19	6,2	6,3	6,4	4,30	5,2
19-20	5,25	5,25	5,3	4,35	4,75
20-21	3,4	3,4	3,4	4,35	4,1
21-22	2,2	2,2	2,2	2,35	2,85
22-23	1,25	1,25	1,25	1,55	1,65
23-24	1,25	1,25	1,25	1,55	1,65
Итого	100	100	100	100	100
Таблица приводится по данным: В.Н.Зацепин, Г.Г.Шигорин, М.В.Зацепина «Канализация»: Л.:Стройиздат, 1976. Сведения о распределении расхода приводятся также в справочном пособии «Таблицы колебания расхода воды по часам суток в населенных пунктах», П.И.Жуланов, С.В.Новиков, изд-во ПермГТУ, Пермь, 2005

Приток сточных вод к ГНС

Таблица 4.4

Q_час^сред=100%/24ч=4,17%

Q_час^max=4,17%*К_gen^max=4,17*2,1=8,757=8,8% Q_сут

Все данные заносятся в таблицу 4.4, и определяется общий приток к насосной станции от кварталов, от промышленного предприятия и от районной насосной станции. Определяется расход сточных вод в час максимального притока:

Q_час^max=96,5 м³/ч=26,8 л/с.

Требуемый напор насосов Н_н для пропуска максимального часового расхода Q_час^max определяется по формуле:

Н_н=(Н_геом+h_вт+h_нт+h_изл)+(h_l+h_мс), (м) [4.1]

• Где Н_геом – геометрическая высота подъёма воды, Н_геом равна разности отметок поверхности земли у приёмной камеры очистных сооружений и воды в приёмном резервуаре насосной станции. Н_геом=О.С.-К.Н.С. (см. рис. 4.8). Для предварительных расчётов отметку воды в приёмном резервуаре насосной станции можно принять на 1 м меньше отметки уровня воды в подводящем самотечном коллекторе, Н_геом=108,0-98,65=9,35 м;

• h_вт – потери во всасывающих трубопроводах насосов;

• h_нт – потери в напорных трубопроводах внутри насосной станции. Для предварительных расчётов можно принять h_нт= h_вт=2м;

• h_изл – запас напора на излив воды в приёмную камеру очистных сооружений, h_изл=1…2м.

• h_l – потери напора по длине в наружных напорных коллекторах, h_l можно определить двумя путями:

1. по формуле h_l= i*L, где гидравлический уклон i определяется по таблицам /7/ при полном наполнении (h/d=1) и экономичной скорости движения сточных вод v_экон=0,7-1,2 м/сек;

2. по формуле h_l=А*L*Q², где А – удельное сопротивление напорного коллектора (с²/м⁶) принимается по табл.4.5 настоящего пособия; L –длина одной нитки напорного коллектора (м); Q – расчётный расход, Q=Q_час^max(м³/с);

• h_мс – потери в местных сопротивлениях, составляют примерно 10% от потерь по длине, h_мс=10% h_l (м);

Удельное сопротивление напорных коллекторов,

транспортирующих городские сточные воды, А(с²/м⁶)

Таблица 4.5

d (мм)	100	125	150	200	250	300	350	400	450	500	600	700
А (с2/м6)	427	130	50	10	3,2	1,2	0,5	0,26	0,14	0,08	0,03	0,01

0пределение геометрической высоты подъема воды

ОС

108,0

99,65

1м

98,65

КНС

Рис. 4.8

При работе насосной станции в нормальном режиме по каждому из двух чугунных напорных коллекторов будет транспортироваться расход сточных вод Q_час^max/2=26,8/2=13,4 л/с. По таблицам /7/ подобран коллектор d=125 мм: h/d=1 q=14,0 л/с, , V=1,14 м/с, i=0,025. Сопротивление коллектора d=125 мм равно А=130сек²/м⁶. (Диаметр коллектора может быть определен и просто по формуле: ).

После определения диаметра коллекторов строят графики их работы Н/Q. Сначала, задаваясь произвольно величинами расходов от Q=0 до Q≈(1,2-1,4)*Q_час^max и определяя требуемые напоры для их пропуска, строят график 1d, а затем путем сложения по оси абсцисс двух графиков 1d получают график 2d (см.рис.4.9).

По Q_час^max=96,5 м³/ч и Н_н=43,60 м подобран насос фирмы “Wilo”, марки FA 10.78-410Z/T24-4/36 погружной, H=59,11м; Q=54,39м³/час; d_{раб.кол} = 410мм; d_напор=100мм – 1 рабочий и 2 резервных.

График совместной работы насосов и коллекторов

Рис.4.9.

В случае аварии на одном из коллекторов расход по другому увеличится в 2 раза, следовательно, потери в системе увеличатся в 4 раза. Обеспечить работу насосной станции при аварии можно, в принципе, двумя путями:

1. уменьшить аварийные потери в коллекторах за счет организации перемычек (разбить коллекторы на ремонтные участки);

2. увеличить напор насосов (1а – включить резервный насос параллельно, 1б – включить резервный насос последовательно, 1в- применяя изначально насос с частотным регулятором, увеличить число оборотов рабочего колеса, при этом увеличится создаваемый насосом напор).

В данном примере для обеспечения работы насосной станции при аварии на напорных коллекторах устраиваются ремонтные переключения и включается один резервный насос (параллельно). Расстояния между переключениями, то есть, длину аварийного участка, предварительно определяют по формуле:

l’=L-1,333(L - h/(AQ²)) [4.2]

В последующем расчете результаты вычислений могут быть уточнены. (Формула применима только при двух параллельных трубопроводах одинакового диаметра).

В формуле:

L – общая длина одной нитки коллектора, м;

А – удельное сопротивление напорного канализационного коллектора данного диаметра, с²/м⁶;

• Q – расчётный расход сточных вод, м³/с;

• h – величина располагаемых потерь напора при пропуске максимального часового расхода в случае включения резервных насосов (м); h определяется по рис. 4.9.

В примере: L=1100м, Q=26,8л/с=0,0268м³/с, при диаметре трубопровода d=125мм А=130с²/м⁶; h =(59 - 15,35)=43,65 (м). Длина аварийного участка по формуле 14.21 l’=1100-1,333(1100-43,65/(130*0.0268²))=259,35(м). Количество ремонтных участков k =L/l’=1100/259,35=4,2≈5 шт. Фактическая длина ремонтного участка l’=1100/5=220м. Количество ремонтных переключений (перемычек) равно (k-1)=(5-1)=4шт.

После определения количества ремонтных участков строится график работы напорных коллекторов при аварии на одном из участков. График строится по аналогии с кривой 1d. При построении рекомендуется пользоваться схемой 4.10.

С хема работы напорных коллекторов при аварии

Показатели работы аварийного участка: Lавар=220 м; Q=26,8л/с; d=125мм; V=2,15м/с; h_авар = 22,6 м.

Рис.4.10

Требуемый напор для подачи расхода Q_час^max=96,5 м³/ч=26,8 л/с при аварии Н_авар равен:

Н_авар=(Н_геом+h_вт+h_нт+h_изл)+( А*L_норм*(Q/2)²*1,1 + А*L_авар*Q²*1,1);

Н_авар =15,35+130*(220*4)*(0.0268/2)²*1,1+130*220*0.0268²*1,1=60,55м.

Из графика 4.9 видно, что даже при включении резервного агрегата насосы не смогут обеспечить напор Н=60,55 м при пропуске Q_час^max=96,5 м³/ч (смогут только Н=59 м). Поэтому необходимо уточнить (увеличить) количество ремонтных участков до 6, а количество перемычек соответственно до 5 шт. Тогда длина ремонтного участка составит l’=L/6=1100/6=184 м. При уточненных данных производится пересчет требуемого напора для подачи расхода Q_час^max=96,5 м³/ч=26,8 л/с при аварии Н_авар: Н_авар=(Н_геом+h_вт+h_нт+h_изл)+( А*L_норм*(Q/2)²*1,1 + А*L_авар*Q²*1,1);

Н_авар=15,35+130*(184*5)*(0.0268/2)²*1,1+130*184*0.0268²*1,1=57,87м.

Для построения графика работы напорных коллекторов при аварии недостаточно двух точек Н/Q: 15,35/0 и 57,87/96,5. Поэтому следует нанести на график еще несколько точек, “пропуская” по данной аварийной системе произвольные расходы и определяя требуемые напоры для их пропуска (см.рис.4.9).

Вместимость приёмного резервуара канализационной насосной станции назначается из условия обеспечения 5-минутной максимальной подачи одного насоса Q¹_н . Q¹_н (м³/час) определяется в нормальном режиме работы при двух работающих коллекторах и является абсциссой точки пересечения кривых 2d и 1н). В данном примере Q¹_н= Q_факт=117 м³/час, а объем приемного резервуара назначается не менее W_р=(117*5)/60=9,75 м³≈10 м³.

Вместимость резервуара необходимо проверить на частоту включения насосов (см. рис. 4.11). График построен для часов максимального и минимального притока сточных вод при нормальном режиме работы системы. В обоих случаях объем резервуара, определенный графическим путем, равен 6 м³. Принимается большая из полученных величин W_р=10 м³.

Определение емкости приемного резервуара.

Рис.4.11.