Лекция 5. Водонапорные установки

5.1. Водонапорные баки

Водонапорные установки служат для повышения напора во внутреннем водопроводе. К ним относятся водонапорные баки, повысительные насосы, пневматические установки.

Водонапорные баки применяют:

1. В схемах без повысительных насосов.

а) При недостаточном напоре в наружном водопроводе.

В дневные часы, при большом водоразборе, давление в сети падает. В это время вода поступает из водонапорного бака. В ночные часы давление увеличивается и бак заполняется водой.

б) При недостаточном расходе воды.

Когда происходит большой водоразбор на начальных участках внутриквартальной сети не хватает расхода воды на других участках сети. Режим работы баков аналогичен п. 1.а.

2. В схемах с повысительными насосами.

а) Производительность насоса больше максимального часового расхода.

Насос работает в повторно-кратковременном режиме до полного заполнения бака. Затем насос отключается и в сеть вода поступает из бака.

б) Производительность насоса меньше максимального, но больше минимального расходов.

Насос работает постоянно. При этом бак заполняется избытком воды в часы минимального водопотребления. Из бака в сеть вода поступает при максимальном водопотреблении. Бак работает как регулирующая ёмкость водонапорной башни.

3. При необходимости создания постоянных напоров у водоразборных точек водопроводной сети.

В этом случае вода транзитом поступает от насосной установки в бак. Из бака вода поступает к водоразборной арматуре по отдельному разводящему трубопроводу.

Такая схема применяется реже в жилых и чаще в общественных зданиях, в том числе зданиях специального назначения (бани, прачечные и т.д.) и на промышленных предприятиях, где не допускается перерыв в подаче воды. В банях установка бака обусловлена применением пробковых водоразборных кранов, рассчитанных на рабочее давление не более 0,1 МПа.

4. В случае необходимости кратковременного использования большого запаса воды.

Например, противопожарные баки.

1. Водонапорный бак

А)

Б)

Бак выполняется из листовой стали толщиной не менее 4 мм с антикоррозийным покрытием снаружи и изнутри суриком или другой водостойкой нетоксичной краской. Его объём колеблется, примерно, от 0,5 до 20 м³. В плане баки изготавливают круглыми, прямоугольными, квадратными или другой формы в зависимости от конфигурации помещения. Как правило, устанавливают два бака (один запасной). Для прямоугольных баков требуются усиленные ребра жёсткости. Снаружи баки выполняют в теплоизоляции для предотвращения конденсации влаги.

Металлический поддон выполняется из оцинкованной стали.

Брусья делают из железобетона или антисептированного дерева.

Отводящий трубопровод устанавливается с другой стороны бака для осуществления циркуляции воды с обменом воды в течение не более 5 суток (t_{воздуха}>18⁰С) и не более 10 суток (t_{воздуха}<18⁰С). При объединении отводящего трубопровода с подающим на отводящем трубопроводе устанавливается обратный клапан.

Диаметр переливной воронки равен двум диаметрам трубы. Сброс воды осуществляется с разрывом струи в воронку или бочок разрыва струи, установленный ниже борта самого низкорасполагаемого санитарного прибора.

Трубопровод опорожнения служит для чистки бака.

Сигнализатор уровня воды (реле уровня) служит для автоматического управления насосами.

Воздушный трубопровод (или воздушный клапан) способствует предотвращению образования вакуума при опорожнении бака и для выпуска воздуха при наполнении бака.

Расчёт водонапорного бака при повторно-кратковременном режиме работы насосной установки

Объём бака:

V = βW + W₁

где W₁ – десятиминутный противопожарный запас воды;

n₁ – расчётное число одновременно действующих

пожарных струй: n₁ = 2 при расчётном числе

струй 2 и более; n₁ = 1 в противном случае;

W – регулирующий объем:

W =

- производительность насоса, м³/ч;

n - число включений насоса в 1 час: n = 2-4 – для

открытых баков, n = 6-10 – для гидропневматических баков;

β - коэффициент запаса вместимости бака; при

повторно-кратковременном режиме работы насоса

β = 1,2 – 1,3.

Высота установки дна бака.

Высота установки дна бака определяется с учётом потерь напора в трубопроводе до диктующей водоразборной арматуры (∑H ) и свободного напора у этой арматуры (Н_f).

2. Гидропневмоустановки

Гидропневматические установки являются наиболее экономичными и целесообразными для внутреннего водопровода. Они состоят из повысительных насосов и гидропневмобаков. Гидропневмоустановки могут быть переменного и постоянного давления.

Гидропневмоустановка переменного давления

Рис. Гидропневмоустановка

А - переменного давления; Б – постоянного давления.

1 – гидропневмобак; 2 – указатель уровня; 3 – манометр; 4 – предохранительный клапан; 5 – компрессор; 6 – реле давления; 7 – шкаф управления; 8 – центробежный насос; 9 – датчики уровня воды; 10 – регулятор давления «после себя»; 11 – пневмобак.

Гидропневмоустановка переменного давления используется чаще. Она проще в изготовлении, монтаже и эксплуатации. Недостатком является большой перепад давлений в водопроводной сети. Это обстоятельство обусловливает повышение мощности насосов и перерасход воды в водоразборной арматуре. Гидропневмоустановка постоянного давления лишена это недостатка, но она сложнее и дороже. Поэтому применяется только при необходимости поддержания в сети строго постоянного давления.

Бак выполнен из стали цилиндрической формы со сферическими верхом и днищем. Он устанавливается вертикально или горизонтально с расстоянием 0,6 м сверху и сбоку от строительных конструкций, а также между собой. Объём – 0,16-5,0 м³.

Компрессор служит для пополнения запаса воздуха (может использоваться регулятор запаса воздуха типа эжектор, функционирующий с помощью рабочего насоса).

Работа гидропневмоустановки переменного давления

Вначале бак заполняется воздухом под давлением, равным требуемому напору во внутренней водопроводной сети (Р_min). Затем бак заполняется водой и давление становится больше требуемого (Р_max). В этот момент реле давления отключает насос. Вода из бака поступает в сеть за счёт давления сжатого воздуха. При понижении уровня воды давление уменьшается до минимального (Р_min). Реле давления через шкаф управления отключает насос.

Потери воздуха, растворённого в воде под давлением, 1-2 раза в неделю пополняются компрессором или регулятором расхода воздуха. Для устранения потери воздуха бак делят эластичной мембраной на две части. В этом случае можно пользоваться передвижными компрессорами, отказавшись от стационарных.

Для уменьшения перепада давления в сети на подающем трубопроводе устанавливают регулятор давления «после себя». А для плавного регулирования перепадом давления применяют два или три насоса, поочерёдно включающиеся с повышением уровня воды в пневмобаке и таким же образом выключающиеся с понижением этого уровня.

Гидропневмоустановка постоянного давления

Работа гидропневмоустановки постоянного давления

Воздух закачивается в воздушный бак компрессором. Через регулятор давления воздух поступает в гидропневмобак, где поддерживается постоянное давление. Таким образом, водоразбор осуществляется под постоянным давлением.

При достижении минимального уровня воды включается насос и компрессор. Насос повышает уровень воды, а компрессор откачивает лишний воздух и подаёт его в пневмобак. Поэтому сжатие воздуха не происходит и давление в гидропневмобаке остаётся постоянным. При максимальном уровне воды и насос, и компрессор отключаются датчиком уровня.

Расчёт гидропневмоустановки переменного давления

Гидропневмоустановка работает в повторно-кратковременном режиме. В общем объёме бака объём воды на тушение пожара не предусматривается.

,

где - коэффициент запаса вместимости бака; = 1,2 – 1,3;

А – отношение абсолютных давлений: минимального к максимальному; принимается равным 0,8 для пневмоустановок с подпором в водопроводной сети перед насосными установками.

;

W – регулирующий объём воды.

,

где n – число включений насоса в течение часа; n = 6-10 при

работе насосов в автоматическом режиме.

Р_min = H_geom + + Н_f;

.

Напор насоса гидропневмоустановки.

,

где h_к - потери напора в коммуникациях насосной

установки.

Остальные обозначения – в параграфе 5..3.

2. Насосные повысительные установки

Насосные установки предусматривают при постоянном или периодическом недостатке напора в системах водоснабжения, а так же при принудительной циркуляции в централизованных системах горячего водоснабжения.

Центробежные насосные установки не имеют недостатков, характерных для напорных баков. Не нарушается герметичность подачи воды, что обеспечивает её высокое качество. Они удобны в эксплуатации и просты при монтаже.

Однако центробежные насосы шумят и вибрируют при работе. Поэтому они, как правило, помещаются в отдельно – стоящие здания, например, в бойлерные, котельные, ЦТП. Это правило не распространяется на противопожарные насосные установки.

Центробежные насосные установки нерационально расходуют электроэнергию, особенно в ночные часы, когда высокого напора не требуется.

Схема насосной установки

Насосы обвязываются стальными трубопроводами в пределах насосных станций. Всасывающая линия за пределами ЦТП – тоже из стальных труб. Обратные клапаны устанавливаются на напорных линиях и на обводной линии. На напорной линии обратный клапан предотвращает движение воды во всасывающую линию после остановки насоса.

Насосные агрегаты устанавливают на виброизолирующих основаниях. На напорных и всасывающих линиях предусматривают установку виброизолирующих вставок из резиновых гофрированных рукавов длиной 1 м. Мероприятия по виброизоляции не предусматривают:

а) в производственных зданиях, где не требуется защита от шума;

б) в противопожарных насосных установках;

в) в ЦТП при расположении от ближайшего здания не менее 25 м.

Насосы и двигатели устанавливают на металлическую фундаментную плиту или на раму, закреплённую на кирпичном или бетонном фундаменте. Фундамент насосов возвышается над полом на 20-30 см и заглубляется на 0,5 м не менее.

Расстояние между насосами и электродвигателями – 1 м, между насосами с электродвигателями и стенами – 1 м в незаглублённых ЦТП. Расстояния между насосами и распределительными электрощитами – 2 м.

Число рабочих и резервных насосов и их компоновка выбираются согласно требованию СНИП 2.04.02 – 84* «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения». При этом учитываются категории надёжности электроснабжения, приводимые в СНИП 2.04.01-85*[3, п.12.23].

Категории надёжности электроснабжения

1 категория – при расходе воды на внутреннее пожаротушение более 2,5 л/с, а также для насосной установки, перерыв в работе которой не допускается.

2 категория:

а) при расходе воды на внутреннее пожаротушение – 2,5 л/с;

б) для жилых зданий высотой 10-16 этажей при суммарном расходе воды 5 л/с;

в) для насосных установок, допускающих кратковременный перерыв в работе на время, необходимое для ручного включения резервного электропитания.

Число рабочих насосов одной группы, кроме пожарных, должно быть не менее двух. При обосновании допускается 1 рабочий насос в насосной установке второй категории.

Число резервных насосов, при числе рабочих насосов до 6:

- для 1 категории – 2 шт.;

- для 2 категории – 1 шт.

При наличии в здании систем холодного и цетрализованного горячего водоснабжения и закрытой схеме теплоснабжения, насосы устанавливают до водонагревателей. Таким образом, одна насосная установка обеспечивает водой системы холодного и горячего водоснабжения.

При давлении в наружной водопроводной сети меньше 0,05 МПа перед насосной установкой предусматривают приёмный резервуар, ёмкостью 5-10 % максимального часового расхода воды.

Производительность хозпитьевых и производственных насосных установок принимают в зависимости от наличия регулирующей ёмкости:

а) не менее максимального секундного расхода воды при отсутствии регулирующей ёмкости;

б) не менее максимального часового расхода воды при наличии водонапорного или гидропневматического бака и насосов, работающих в повторно-кратковременном режиме.

Напор хозяйственно-питьевых насосов определяют после гидравлического расчёта водопроводной сети (холодного и горячего водоснабжения) и подбора оборудования. При необходимости тушения внутреннего пожара хозяйственно-питьевые насосы должны обеспечить требуемый напор. В противном случае подбирают противопожарные насосы на суммарный хозяйственно-питьевой и противопожарный расход.

1. Напор насосов, работающих в повторно-кратковременном режиме с гидропневмобаками переменного давления.

;

;

Р_min = H_geom + + Н_f;

где - высота подъёма воды от поверхности земли

у городского водопроводного колодца до

верха гидропневмобака;

- потери напора на вводе до бака,м;

- потери напора в водомере ЦТП, м;

h_к - потери напора в насосной установке, м;

Н_g - гарантированный минимальный напор в

наружной сети, м;

- потери напора в сети после гидропневмобака до

диктующей точки водоразбора, м;

- потери напора в водомерах диктующего дома и

диктующей квартиры, м;

Н_f - нормативный напор у диктующей водоразборной арматуры, м.

2. Напор насосов, подающих воду в напорный бак.

,

где - нормативный напор у наполнительного

поплавкового клапана, м

3. Напор насосов, работающих в схеме без регулирующей ёмкости

.