Напоры

3. Напоры

Системы водоснабжения должны подавать воду потребителям не только в заданном количестве, но и под требуемым напором. В инженерной практике существует понятие необходимого «свободного» напора.

3.1. Свободный напор

Разбор воды потребителями, как правило, происходит на некоторой высоте над поверхностью земли в водозаборной точке. Поэтому, в водопроводной сети должно быть обеспечено давление, необходимое для подъема воды на данную высоту. В водозаборной точке должен происходить излив воды и, кроме того, необходимо учесть сопротивление движению воды. То есть в водопроводной сети необходимо иметь внутреннее давление Р, достаточное для подъема воды до наивысшей водозаборной точки и ее излива, а также для преодоления всех сопротивлений на ее пути от сети до точки излива.

Иными словами, пьезометрическая высота в любой точке водопроводной сети равняется сумме геометрической высоты подъема воды (над этой точкой) и суммарной потери напора на пути движения воды.

Эта пьезометрическая высота, необходимая для нормальной работы водопровода называется «свободным напором», который равен

где Н_Г – геометрическая высота расположения наивысшей водоразборной точки над поверхностью земли, т.е. высота расположения самого высокого (расчетного) водозаборного устройства, м;

h_и – избыточный напор, необходимый для излива расчетного расхода воды в водоразборном устройстве, м;

Рекомендуемые материалы

h– потери напора на пути движения воды от точки присоединения к водопроводной сети до водоразборного устройства, м.

Величины h_и и h могут быть получены при помощи гидравлического расчета и, следовательно, может быть найдена величина свободного напора Н_св, требуемого в данной точке сети наружного водопровода.

В практике водоснабжения при проектировании наружных водопроводных сетей для упрощения расчетов величину необходимого свободного напора Н_св определяют в зависимости от этажности зданий: при одноэтажной застройке Н_св составляет не менее 10м, при большей этажности на каждый этаж добавляют по 4м. Следовательно:

где n – количество этажей.

Для промышленных предприятий максимальный «свободный» напор принимается по заданию технологов в зависимости от технологии производства и характеристик оборудования.

Для систем пожаротушения низкого давления минимальный свободный напор у пожарных гидрантов, устанавливаемых на сети, также должен быть не менее 10м.

Для сети противопожарного водопровода высокого давления свободный напор должен обеспечивать высоту компактной струи не менее 10м на уровне наивысшей точки самого высокого здания при подаче по пожарному рукаву длиной 120м и диаметром 66мм расчетного расхода воды 5 л/с.

Ориентировочно этот напор можно определить по формуле:

где h_зд – высота здания, м;

= 28м – сумма потерь напора в пожарном гидранте, пожарной колонке, рукавах и спрыске.

Напор в сети хозяйственно-питьевого водопровода у потребителя должен быть не более 60м.

3.2. Связь между элементами СПВ в отношении напоров

Изобразим вертикальный продольный разрез прямоточной системы производственного хоз-питьевого водоснабжения, на котором покажем положение пьезометрических линий для случая максимального водозабора.

Рисунок 3.1 - Вертикальный продольный разрез прямоточной системы производственного хоз-питьевого водоснабжения

Рисунок позволяет установить связь между элементами системы водоснабжения в отношении напоров. Самыми неблагоприятно расположенными в отношении напора оказываются точки, дальше всего отстоящие от башни и имеющие наибольшие геодезические отметки. В этих точках будут самые низкие пьезометрические отметки (вследствие падения напора в сети от источника питания до этих конечных точек) и самые малые величины располагаемого свободного напора.

Для определения величины расчетного напора, который необходимо создать в начале сети, следует выбрать «критическую» точку сети, самую неблагоприятную как в отношении ее геодезической отметки, так и в отношении удаленности от источника питания.

Пусть на рисунке 3.1 такой критической точкой будет точка а (с отметкой z_a). Отложив в этой точке величину требуемого (в зависимости от этажности) свободного напора Н_св, получим расчетную пьезометрическую отметку для критической точки сети z_a + Н_св.

Требуемая величина Н_св должна быть обеспечена в точке а в любой момент времени, включая период максимального водоразбора, при котором - max.

Пьезометрическая линия, характеризующая падение напора в сети при максимальном водоразборе показана на схеме в виде линии б^/a^/.

В точке б должен быть создан такой напор H_б, чтобы при максимальном уклоне пьезометрической линии напор в точке а не падал ниже заданной величины H_св. Напор H_б обеспечивается расположением на дне бака водонапорной башни на соответствующей высоте.

Очевидно, что

Отсюда может быть определена расчетная высота башни, т.е. высота расположения дна бака башни над поверхностью земли

Расположив башню на возможно более высокой отметки z_б, получим при имеющихся отметках наибольшую величину z_б - z_а, а, следовательно, минимальную величину H_б, т.е. наименьшую высоту башни (наименьшую стоимость). Поэтому водонапорную башню стремятся располагать на высоких отметках.

Если в результате расчета будет получена величина H_б 0, то в место башни устраивают напорный резервуар, расположенный на поверхности земли (или частично заглубленный в землю). Такие резервуары всегда будут значительно дешевле, чем башня с той же емкостью бака.

Следует иметь в виду, что максимальные H_св в сети не должны превосходить определенных пределов. Они устанавливаются в зависимости от материала и типа труб и условий эксплуатации сети. В соответствии со СНиП в сетях хоз-питьевого водоснабжения H_св 60 м.

На рисунке показана также пьезометрическая линия для водовода, подающего воду от НС2 до башни. При этом расчетным положением пьезометрической линии, диктующим величину напора насосов, будет такое, при котором конечная точка пьезометрической линии располагается на высоте максимального уровня воды в баке башни, а величина потерь напора в водоводе соответствует максимальному количеству воды, подаваемой насосами по графику работы насосной станции.

Напор, создаваемый насосами

где z_н2 – отметка оси насоса;

H_о – расчетная высота бака башни.

Следует отметить, что насосы, выбранные для подачи расхода Q_н на высоту H_н2 (т.е. при наивысшем уровне воды в баке башни), при более низких уровнях будут работать под меньшими напорами и подавать большие количества воды. Поэтому, действительный график подачи воды будет отличаться от запланированного(при условии постоянного расчетного напора).

Можно также установить зависимость между напором H_н1 , создаваемым насосами станции 1 подъема, и свободным напором, который необходимо обеспечить из станции ХВО с учетом отметок местности и потерь напора в трубах.

Установленная связь между отдельными элементами системы водоснабжения полностью характеризует режим ее работы при изменении водоразбора в случае нормального водопотребления.

3.3. Расчетные величины напоров в оборотных системах технического водоснабжения

Расчетная величина напора в том или ином сооружении СПВ определяется наибольшей высотой расположения оборудования, потребляющего воду; избыточным давлением воды, поддерживающим перед этим оборудованием и величиной гидравлических сопротивлений трубопроводов и сооружений системы.

3.3.1. Расчетный напор насосов 1 подъема

Расчетный напор насосов 1 подъема при наиболее тяжелом режиме их работы, когда в реке установился наинизший уровень воды, а резервуар градирни заполнен полностью и насосы подают расчетный напор, определяется по соотношению

где h_гр – отметка высшего уровня воды в резервуаре градирни над его дном, м;

h_хво – потери напора в очистных сооружениях природной воды, м;

h_в – потери напора в водоводах от насосной 1 подъема до очистных сооружений;

h_взс – потери напора в водозаборных сооружениях и всасывающем трубопроводе насосов 1 подъема;

z_гр – геодезическая отметка дна резервуара градирни, м;

z_нгв – геодезическая отметка наинизшего горизонта воды в реке, м.

3.3.2. Расчетный напор насосов 2 подъема

Насосы 2 подъема должны создавать напор, достаточный чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление трубопроводов от градирни до ввода в цех, где установлено оборудование, требующего максимального напора и расположенное на наибольшей высоте.

Наиболее тяжелые условия работы насосов для обеспечения необходимого напора будут при режиме, когда потребитель забирает из сети расчетный расход, а в резервуаре градирни уровень воды опустился до наинизшей отметки z_гр.

Расчетный напор насосов 2 подъема в этом случае должен составлять

где h_об – высота установки водопотребляющего оборудования в цехе, м;

Р_об – необходимое избыточное давление перед оборудованием, Па;

h_с – потери напора в водопроводной сети от НС2 до цеха, где установлено оборудование;

h_гр-2 – потери напора в трубопроводе от градирни до НС2;

z_п – геодезическая отметка пола в цехе, где установлено водопотребляющее оборудование (требует max напора и находится на наибольшей высоте), м;

z_гр – геодезическая отметка дна резервуара градирни, м.

3.3.3. Расчетный напор насосов оборотной воды

Расчетный напор насосов оборотной воды при наиболее тяжелом для них режиме работы (когда уровень в резервуаре очищенной воды опустился до отметки z_рез) должен составлять

где h_к – высота расположения распределительных коллекторов охлаждаемой воды над верхним уровнем воды в резервуаре градирни, м;

Ещё посмотрите лекцию "40 Сущность лицензирования" по этой теме.

h_гр – отметка высшего уровня воды в резервуаре градирни над его дном, м;

h_цн-гр – потери напора при движении воды по трубопроводу от насосной оборотной воды до градирни, м;

h_ров-цн – потери напора во всасывающем трубопроводе от резервуара очищенной воды до насосов оборотной воды, м;

z_гр – геодезическая отметка дна резервуара градирни, м;

z_ров – уровень воды в резервуаре очищенной воды, м.

Таким образом, выбрав места размещения основных сооружений системы водоснабжения на площадке предприятия, установив отметки рельефа местности в местах их размещения, расчистив размеры основных сооружений (исходя из выявленных ранее расчетных расходов воды) и подсчитав гидравлические потери в сооружениях и трубопроводах, можно определить необходимые напоры насосов и подобрать наиболее подходящее из выпускаемых промышленностью.