Раздел 2 Построение графика водопотребления и расчет емкостей регулирующих резервуаров при различных режимах работы водопроводных насосных станций

Основным фактором, учитываемым при организации систем водоснабжения города и определяющим график работы всех ее элементов, является режим расходования воды потребителями.

Режим расходования воды в городе различными потребителями в течение суток существенно меняется и зависит от климатических условий, численности населения города, работы промышленных предприятий, от бытовых особенностей жизни города и прочих факторов.

В отличие от многих инженерных систем, рассчитываемых по заранее известным и заданным нагрузкам, системы водоснабжения должны удовлетворять фактическому водопотреблению города, непрерывно меняющемуся по графику, который не может быть предусмотрен заранее достоверно. Между тем принятые графики режима водопотребления кладутся в основу расчета водопроводных сетей и сооружений и определяют в значительной степени стоимость системы водоснабжения и расходы на ее эксплуатацию.

Поэтому при проектировании и организации систем водоснабжения возможно более точное прогнозирование режима водопотребления представляет собой одну из наиболее ответственных задач.

Для некоторых потребителей воды в городе решение этой задачи не представляет больших затруднений. Так, при проектировании водопроводов промышленных предприятий режим расхода воды на производственные нужды — график водопотребления может быть задан достаточно точно в соответствии с технологическим проектом предприятия.

Гораздо сложнее прогнозировать режим водопотребления при проектировании водопроводов населенных пунктов. В таких водопроводах режим расходования воды населением определяется целым рядом факторов бытового характера, связанных с режимом жизни и трудовой деятельностью людей. Для выбора наиболее экономичного режима работы отдельных водопроводных сооружений системы необходимо представить полную картину динамики отбора воды потребителями из водопроводной сети объекта в течение суток. Для этого составляются графики фактического суточного режима водопотребления для систем городских водопроводов.

Расчетные графики расходования воды по часам суток разбиты на часовые интервалы и представляют ступенчатые диаграммы. Расход воды в пределах каждого часа считается постоянным и возможные фактические изменения отборов воды в пределах отдельных часов не учитываются.

Практикой построены примерные графики водопотребления для городов с различной численностью населения, при этом просматривается тенденция, что чем крупнее город, тем график суточного водопотребления более сглажен. Контрольным заданием предусмотрено самостоятельное построение графика суточного водопотребления в соответствии с исходными данными (в % от суточного водопотребления). Например табл.7

Таблица 7

Часы суток	0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	10-11	11-12
Часовой расход, (% от суточного водопотребления)	1,5	1,5	1,5	1,5	2,5	3,5	4,5	5,5	6,25	6,25	6,25	6,25
Часы суток	12-13	13-14	14-15	15-16	16-17	17-18	18-19	19-20	20-21	21-22	22-23	23-24
Часовой расход, (% от суточного водопотребления)	5,0	5,0	5,5	6,0	6,0	5,5	5,0	4,5	4,0	3,0	2,0	1,5

При организации системы водоснабжения на расчетный период ее эксплуатации необходимо предусмотреть определенный резерв мощностей сооружений и устройств в подаче воды в городскую сеть в соответствии с возникающими требованиями. Кроме того, все основные водопроводные сооружения должны обладают определенной гибкостью и резервами производительности, т. е. возможностью изменять количество подаваемой воды в достаточных пределах.

Это требование реализуется с помощью установки регулирующих резервуаров (емкостей) в системах водоснабжения и графика работы насосных станций.

Регулирующие резервуара (емкости) позволяют обеспечить равномерную работу насосных станций, так как отпадает необходимость в подаче ими пиковых расходов воды, а также уменьшить диаметр, а, следовательно, и стоимость водоводов и транзитных магистралей водопроводной сети.

Объемы регулирующих емкостей должны быть такими, чтобы создать возможность обеспечить суточное водопотребление при их совместной работе с насосами, т.е. зависят от графика водопотребления и от графика работы насосных станций. Для правильного решения вопроса о выборе размеров емкостей при проектировании необходим тщательный технико-экономический анализ системы водоснабжения и намечаемого режима ее работы. Необходимый регулирующий объем воды или емкость регулирующих резервуаров ( резервуарах, баках водонапорных башен, контррезервуарах и др.) определяют на основании графиков поступления и отбора воды графоаналитическим способом, при этом используется ступенчатый график водопотребления. Если принять равномерную круглосуточную работу насосов, то график подачи воды в распределительную сеть имеет вид горизонтальной прямой с постоянной ординатой 4,17% от суточного водопотребления города.

Для определения емкости регулирующих резервуаров в контрольном задании используем табличный метод расчетов. Для чего построим следующую таблицу 8:

Таблица 8 Расчет емкости регулирующих резервуаров при равномерной схеме работы насосов.

Часы суток	Кол-во воды, потребляемой городом, %	Кол-во воды, подаваемой насосами, %	Поступление воды в регулирующий резервуар, %	Расход воды из регулирующего резервуара, %	Остаток воды в регулирующем резервуаре, %
0-1	1,5	4,17	2,67	-	2,67
1-2	1,5	4,17	2,67	-	5,34
2-3	1,5	4,17	2,67	-	8,01
3-4	1,5	4,17	2,67	-	10,68
4-5	2,5	4,16	1,66	-	12,34
5-6	3,5	4,16	0,66	-	13,0
6-7	4,5	4,16	-	0,34	12,66
7-8	5,5	4,16	-	1,34	11,32
8-9	6,25	4,16	-	2,09	9,23
9-10	6,25	4,16	-	2,09	7,14
10-11	6,25	4,16	-	2,09	5,05
11-12	6,25	4,16	-	2,09	2,96
12-13	5,0	4,17	-	0,83	2,13
13-14	5,0	4,17	-	0,83	1,3
14-15	5,5	4,17	-	1,33	-0,03
15-16	6,0	4,17	-	1,83	-1,86
16-17	6,0	4,17	-	1,83	-3,69
17-18	5,5	4,17	-	1,33	-5,02
18-19	5,0	4,17	-	0,83	-5,85
19-20	4,5	4,17	-	0,33	-6,18
20-21	4,0	4,17	0,17	-	-6,01
21-22	3,0	4,17	1,17	-	-4,84
22-23	2,0	4,17	2,17	-	-2,67
23-24	1,5	4,17	2,67	-	0

После расчета по часам суток подачи и разбора воды из регулирующего резервуара путем сложения абсолютных значений наибольших положительных и наибольших отрицательных чисел графы 6 устанавливают расчетную емкость регулирующих резервуаров ( в рассматриваемом примере – 12,66 + !-6,18! = 18,84 % от суточного расхода воды).

Однако равномерный режим подачи воды в городскую водопроводную сеть насосами дает большие отклонения от графика водопотребления города. Очевидно, чем больше кривая подачи воды приблизится к кривой ее потребления, тем меньше будет требуемый объем регулирующих емкостей, а следовательно, стоимость их создания и эксплуатации.

Для оптимизации кривой подачи воды насосами, т.е. для ее приближения к кривой потребления воды, применяют работу насосов по ступенчатому графику, используя 2-х, 3-х и т.п. ступенчатые схемы работы насосов. Для этого создают резервные группы насосов, которые включаются в нужный момент для покрытия пиковых нагрузок водопотребления.

Результаты расчетов и анализ работы действующих систем водоснабжения городов показывают, что необходимый объем регулирующих резервуаров при ступенчатом графике работы насосов составляет 2,5—6 % суточного водопотребления, а при равномерном — 8—15 % и более.

В контрольном задании для упрощения расчетоврассматривается2-х ступенчатая схема работы насосов, предполагающая включение насосов по следующему графику:

с 0 до 8 часов – 3% от объема суточного водопотребления;

с 8 до 16 часов – 6,5% от объема суточного водопотребления;

с 16 до 0 часов – 3% от объема суточного водопотребления.

Возможны другие варианты схем работы насосов, предложенные студентами.

Результаты расчета объемов регулирующих резервуаров при данной схеме приводится в следующей таблице 9:

Таблица 9.Расчет емкости регулирующих резервуаров при двухступенчатой схеме работы насосов:

Часы суток	Кол-во потребляемой воды	Кол-во воды, подаваемой насосом	Поступление воды в резервуар	Расход воды из резервуара	Остаток воды в резервуаре
0 – 1	1,5	3	1,5	-	1,5
1 – 2	1,5	3	1,5	-	3,0
2 – 3	1,5	3	1,5	-	4,5
3 – 4	1,5	3	1,5	-	6,0
4 – 5	2,5	3	0,5	-	6,5
5 – 6	3,5	3	-	0,5	6,0
6 – 7	4,5	3	-	1,5	4,5
7 – 8	5,5	3	-	2,5	2,0
8 – 9	6,25	6,5	0,25	-	2,25
9 – 10	6,25	6,5	0,25	-	2,5
10 – 11	6,25	6,5	0,25	-	2,75
11 – 12	6,25	6,5	0,25	-	3,0
12 – 13	5,0	6,5	1,5	-	4,5
13 – 14	5,0	6,5	1,5	-	6,0
14 – 15	5,5	6,5	1	-	7,0
15 – 16	6,0	6,5	0,5	-	7,5
16 – 17	6,0	3	-	3,0	4,5
17 – 18	5,5	3	-	2,5	2,0
18 – 19	5,0	3	-	2,0	0
19 – 20	4,5	3	-	1,5	-1,5
20 – 21	4,0	3	-	1,0	-2,5
21 – 22	3,0	3	-	-	-2,5
22 – 23	2,0	3	1	-	-1,5
23 – 24	1,5	3	1,5	-	0

При указанном графике работы насосов объем регулирующего резервуара будет равен 10% суточного расхода воды.