Определение расчетной подачи насосной станции. Проектирование водоводов. Гидравлический расчет водоводов

Насосная станция II подъема подает воду из резервуаров чистой воды, расположенных после очистных сооружений водопровода, в разводящую сеть населенного пункта.

В курсовом проекте рассматривается насосная станция на объединенном водопроводе, обеспечивающем и пожаротушение, поэтому ее следует относить к I категории. На водопроводах, обслуживающих населенные пункты с числом жителей до 5000 чел. (максимальный суточный расход до 3000 м³/сут), при расходе воды на наружное пожаротушение не более 10 л/с допускается противопожарное водоснабжение предусматривать из резервуаров или водоемов и насосную станцию II подъема относить ко II категории.

В курсовом проекте насосное оборудование подбирается на подачу расчетного расхода в час максимального водоразбора и проверяется на подачу пожарного расхода, транзитного расхода в башню (при схеме с контррезервуаром), расчетного расхода при аварии на одной из ниток водоводов.

В дипломном проекте следует учитывать, что в насосной станции II подъема могут устанавливаться насосы для подачи воды на промывку фильтров.

Расчеты начинают с построения графика почасового водопотребления (рис. 21). Почасовое водопотребление в процентах от суточного обычно приводится в задании на курсовой проект.

Рис. 21. Почасовый график водопотребления города и подачи насосной станции II подъема:

1 – производительность насосной станции при подаче
в диктующую точку; 2 – то же, при подаче в контррезервуар

При безбашенной схеме расчетная максимальная подача насосной станции равна максимальному часовому расходу:

(22)

При наличии башни расход в час максимального водоразбора может поступать в сеть из башни, что позволяет уменьшить расчетную максимальную подачу насосной станции:

(23)

Регулирующий объем башни принимается равным 2,5–6 % суточного водопотребления. Максимальный объем резервуара типовой водонапорной башни 800 м³. Так как резервуар должен быть рассчитан на десятиминутный пожарный и регулирующий объем воды, регулирующий объем следует принимать не более 700–750 м³. Расчетная подача насосной станции определяется подбором: линия, соответствующая , подбирается на графике часового водопотребления таким образом, чтобы площадь графика, расположенная выше этой линии и представляющая собой регулирующий объем, соответствовала объему 700–750 м³ (см. рис. 21).

От насосной станции в сеть вода, как правило, подается по двум напорным водоводам. При равных длине и диаметре водоводов по каждому из них идет половина подачи насосной станции. Водоводы могут подключаться к разным точкам сети и при этом иметь разные длины и диаметры. В таком случае водоводы образуют дополнительное кольцо водопроводной сети, а расходы и потери напора в водоводах определяются в результате гидравлического расчета кольцевой сети.

При параллельном соединении водоводов жидкости от насосов насосной станции I или II подъема, подходя к точке их разветвления, распределяются по ответвлениям и снова сливаются в точке соединения (рис. 22). Эта точка является обычно начальной условной точкой сложной разветвленной сети.

 

Рис. 22. Параллельное соединение трубопроводов

Сумма расходов по отдельным водоводам равна начальному расходу насосной станции до ответвления.

Потери напора на каждой отдельной ветви равны между собой.

где А – удельное сопротивление трубопровода; S – сопротивление трубопровода, l – длина трубопровода.

Распределение расходов по отдельным ветвям сети происходит прямо пропорционально проводимости каждой сети:

где Р – проводимость каждой линии, и обратно пропорционально сопротивлению каждой линии:

Исходя из равенства потерь на каждой ветви, можно написать:

Зная общие потери напора, можно определить общее сопротивление водоводов и рассчитать расход воды по каждой ветви.

Аналогичный результат можно получить графическим построением характеристики каждого трубопровода при их параллельной работе и получением суммарной характеристики всех водоводов (рис. 23).

 

Рис. 23. Схема построения суммарной характеристики водоводов
при параллельной работе

Значение расхода по каждой ветке получается при нахождении точки А на суммарной характеристике водоводов и проведении через точку А линии, параллельной оси абсцисс, до пересечения с индивидуальными характеристиками водоводов.

В курсовом проекте предполагается, что длина, диаметр и пьезометрический напор в конце каждого водовода одинаковы.

Водоводы рекомендуется проектировать из металлических труб. В результате технико-экономического расчета выбирается диаметр напорных водоводов. При продолжительности максимальной расчетной подачи насосной станции менее 6 ч в сутки выбор экономически выгодного диаметра напорных водоводов можно производить для уменьшенного расхода (9...0,95) .

Подбор насосного оборудования производится на основании установленных величин напора и расходов. Расход устанавливается по величине максимального часового расхода в зависимости от нормы потребления и общего количества.

Значение величины требуемого напора для кольцевых водопроводных сетей производят с учетом их совместной работы с насосными станциями и с регулирующими емкостями (башня).

В зависимости от расположения насосной станции и водонапорной башни в начале сети:

– первый случай – на максимальный хозяйственно-производственный расход, совпадающий с расходом на внутреннее пожаротушение;

– второй случай – на максимальный хозяйственно-производственный расход, совпадающий с расходом на наружное и внутреннее пожаротушение.

Для случая расположения башни в начале сети полный требуемый напор определяется по формуле

где H_г – геометрическая высота подъема воды.

где Н_{рез.башни} – отметка низа резервуара башни; Н_ист – отметка зеркала воды в резервуаре.

Эта величина зависит от первого или второго расчетного случая и может колебаться в пределах 3–4 м.

Величина h_l – потери напора в водоводах от насосной станции до башни; рассчитываются по формулам, приведенным ранее.

При расположении водонапорной башни в конце сети (сеть с контррезервуаром) рассматриваются следующие случаи:

1. На максимальный хозяйственно-производственный расход, совпадающий с расходом на внутреннее пожаротушение.

2. На максимальный хозяйственно-производственный расход, совпадающий с расходом ни наружное и внутреннее пожаротушение.

3. На минимальное водопотребление и максимальный транзит в башню.

Полный требуемый напор насосов насосных станций определяется по формуле

где Н_г – геометрическая высота подъема воды; ∑h_l– потери напора в кольцевой сети, определяемые как общая наибольшая потеря напора по правому или левому контуру сети.

Исходя из равенства потерь напора по правому или левому контуру, можно написать:

где S₀ – общее сопротивление кольцевой водопроводной сети;

Q_общ – общий максимальный хозяйственно-производственный расход, совпадающий с расходом на внутреннее пожаротушение.

С использованием равенства находится общее сопротивление сети.

Величина требуемого полного напора насосов насосной станции определяется следующим образом:

На основании формулы требуемого напора строится графическая зависимость от Н_тр =f(Q) в координатах Q и H.

На рабочую точку А подбираются рабочие насосы (2–3 штуки). Пересечение суммарных характеристик насосов с общей характеристикой сети позволяет определить производительность насосной станции при работе на всех ступенях (рис. 24).

В случае пересечения суммарной характеристики подобранных насосов с общей характеристикой сети за пределами точки А питание сети осуществляется только из насосной станции – Q_а > Q_общ; при установлении неравенства Q_а < Q_общ питание водопроводной сети осуществляется от двух источников насосной станции и водонапорной башни.

 

Рис. 24. График совместной работы сети и насосов

Для второго случая величина H_г^пож определяется по формуле

где Н_{г.расч.точки} – отметка земли в расчетной точке тушения пожара (определяется при гидравлическом расчете сети); – требуемый свободный напор в точке тушения пожара, Н_своб = = 10 м.

Для случая пожаротушения строится суммарная характеристика насосов и характеристика системы трубопроводов (рис. 25).

Рис. 25. Параллельная работа насосов и характеристики систем трубопроводов

На данной схеме Q_А = Q_общ+q^пож, где q^пож – пожарный расход для данной кольцевой сети.

В случае значения Q_A < Q_Б, при котором расчетный расход меньше подаваемого, дополнительных мероприятий не требуется; а для случая Q_A>Q_Б, при котором расход подаваемый станцией меньше требуемого противопожарного, необходима установка противопожарного насоса или включение на момент пожара резервных насосов.