Водоводы и водопроводные сети

9. Водоводы и водопроводные сети

9.1. Водоводы

Водоводы предназначены для транспортирования воды от водоисточника до объекта водоснабжения.

9.1.1. Типы водоводов и их устройство

Водоводы подразделяются на напорные, самотечные и комбинированные. В напорных водоводах подача воды осуществляется насосом, в самотечных – самотеком под действием сил тяжести. Комбинированный водовод состоит из напорных и самотечных водоводов.

Тип водовода выбирают в зависимости от типа водоисточника, удаленности его от объекта водоснабжения, топографических условий и расхода транспортируемой воды.

Рассмотрим схемы напорного и самотечного водоводов (рисунок , а и рисунок ).

а) напорный водовод;

Рекомендуемые материалы

б)самотечно-напорный водовод.

1– резервуар;

2 – насосная станция;

3 – напорный водовод;

4 – водонапорная башня;

5 – линия гидростатического напора;

6 – линия гидродинамического напора;

7 – подземный напорный резервуар;

8 – камера переключения;

9 – самотечно-напорный водовод.

Рисунок 9.1 – Расчетные схемы водоводов

По напорным водоводам (рисунок 9.1, а) воду подают из питающего резервуара с меньшей отметки его свободной поверхности z₁ в питательный резервуар на высоту z₂ . Для этих водоводов линия гидродинамического напора всегда будет находится выше линии гидростатического напора.

В самотечных водоводах (рисунок 9.1, б) отметка уровня воды в питающем резервуаре больше отметок в питаемом на величину располагаемого напора Н=z₁ - z₂ . Для этих водоводов линия гидродинамического напора всегда будет находится ниже линии гидростатического напора.

Напорный и самотечный водоводы работают полным сечением, самотечно-безнапорный – неполным.

Водоводы являются ответственными элементами в системе, к ним предъявляются 2 основных требования: экономичность и надежность подачи воды потребителям.

Для обеспечения безперебойности работы водоводы укладываются обычно в две нитки, которые часто соединяют переключениями, позволяющими выключить на ремонт какой-либо участок в случае аварии на нем.

Допускается укладка водовода в одну нитку при значительной его длине и технико-экономическом обосновании. Если водовод проектируют в одну нитку, необходимо предусмотреть устройства запасных резервуаров (в конце водовода).

Водоводы укладывают из стальных, чугунных асбестоцементных и железобетонных труб. Для предохранения одного трубопровода от разлива в случае аварии на втором расстояние между нитками водовода l принимают в зависимости от материала труб, внутреннего давления и геологических условий следующим образом:

- при диаметре труб до 300 мм – l0,7м;

- при 400( d ( 1000мм – l = 1м;

- при d(1000мм – l = 1,5м.

Трубы должны быть уложены на глубине, обеспечивающей незамерзаемость воды зимой, исключающей возможность не допускающей нагревание ее летом и предупреждающей повреждение труб под нагрузками от движущегося транспорта.

Для обеспечения незамерзаемости глубина укладки труб (считая до дна траншеи) должна быть на 0,5м больше расчетной глубины проникания в грунт нулевой температуры:

За расчетную принимают максимальную глубину проникновения в грунт нулевой температуры Н_пр, определяемую на основании многолетних наблюдений. Для предупреждения нагревания воды в летнее время глубину заложения труб хозяйственно-питьевых водопроводов следует принимать не менее 0,5м, считая от верха труб.

Выбор диаметров труб

Экономически наивыгоднейший диаметр труб напорных водоводов считается такой, при котором приведенные затраты по комплексу взаимосвязанных сооружений «Насосная станция и водовод» будут наименьшими.

Экономически наивыгоднейшим диаметром труб самотечно-напорного водовода считается такой (или комбинация из двух диаметров), которому соответствует наименьшая стоимость водовода при условии обеспечения требуемого напора в его концевой точке. Это условие выполняется при полном использовании располагаемого напора Н.

9.1.2. Совместная работа насосов и водоводов

Совместная работа насосов и водоводов возможна лишь в том случае, если развиваемый насосами напор Н_н, соответствующий их производительности Q_н, будет равен полной высоте водоподъема Н_п, определяемой по формуле (рисунок 9.2 а):

где Н_г – геометрическая высота водоподъема, измеряемая между уровнями воды в питающем (z₁) и напорном (z₂) резервуарах, м;

h_к и h_в – потери напора в коммуникациях насосной станции и водоводе соответственно, м;

Q_н – расход воды, подаваемый насосом, (м³/с) л/с;

S_к и S_в - сопротивления коммуникаций насосной станции и водовода, .

Рассчитать совместную работу насосов и водоводов можно двумя способами: графическим и аналитическим.

Рассчитаем совместную работу насосов и водоводов графическим способом. Для этого на координатную сетку нанесем характеристику насоса Q-H (кривая 1) и по формуле строим характеристику Q-h водоводов (кривая 2).

Координата точки пересечения этих двух кривых определяет значения подаваемого насосом расхода Q_н и развиваемого при этом напора Н_н.

1 – характеристика Q-H центробежного насоса;

2 – характеристика водопроводной системы.

Рисунок 9.2 – График совместной работы насосов и водоводов

При втором способе характеристики Q-H насосов и трубопроводов представляют аналитическими выражениями:

для насосов

для трубопроводов – уравнением (9.2).

Приравняв правые части выражений (9.2) и (9.3), после преобразований получим формулу для определения расхода воды

где Н_ф и S_ф – параметры аналитической характеристики Q-H центробежных насосов, величину которых можно вычислить по формулам

где Н₁ и Н₂ – напоры, развиваемые насосом при подаче соответственно Q₁ и Q₂ (принимаются по справочным данным).

9.1.3. Оборудование водоводов

1).Переключения на водоводах. Количество переключений на водоводах определяют расчетом из условий подачи аварийного расхода (л/с):

где k_сн – коэффициент допустимого снижения подачи воды при аварии;

Q_н - подача воды насосами при нормальной работе водовода, л/с.

Количество переключений, устанавливаемых на водоводе, определяется так:

где n – число участков, на которые разделена перемычками каждая нитка водовода (определяется по разным соотношениям для напорного и для самотечно-напорного водовода).

Рекомендация для Вас - 3 Вычисление определённого интеграла, формула Ньютона-Лейбница.

2). Дополнительные линии. Если требуется увеличить подачу воды по водоводу от существующей насосной станции с известными характеристиками за счет прокладки дополнительной линии, то задача сводится к определению длины или диаметра этой линии.

Как правило, дополнительно прокладываемый трубопровод имеет такую же длину L , как существующие линии водовода. Поэтому необходимо лишь определить диаметр дополнительного трубопровода.

3). Вантузы и водовыпуски.

Вантузы устанавливают в повышенных переломных точках водовода. Они предназначены для выпуска воздуха, выделяющегося из воды.

Водовыпуски устанавливают в пониженных точках трубопровода. Они служат для сброса воды при выключении ремонтного участка, после промывки перед сдачей в эксплуатацию по окончании строительства или после проведения ремонтных работ.

При проектировании и расчете вантузов и водовыпусков следует руководствоваться такими рекомендациями: длина ремонтного участка водовода должна быть не более 5км, время опорожнения ремонтного участка трубопровода должно составлять не более 2ч, а отношение диаметра выпуска к диаметру водовода 0,35.