Определение расчетных режимов работы сети и подача воды насосной станцией

Режим работы водопроводной сети определяется режимом водоразбора и характеризуется графиком водопотребления представленным на рис.1. Объем технико-экономических и гидравлических расчетов определяется особенностью рассматриваемой системы и должен быть достаточен для обоснованного выбора оптимального варианта. Количество расчетных случаев совместной работы насосных станций, водоводов, сети и регулирующих емкостей следует принимать в зависимости от сложности системы водоснабжения [1, п.4.11].

При схеме с контррезервуаром расчетными являются:

- случай максимального часового водопотребления;

- случай максимального транзита воды в водонапорную башню;

- случай пожаротушения в час максимального водопотребления.

Режим работы насосной станции принимается на основании анализа графика водопотребления. При этом необходимо на основании технико-экономического расчета обеспечить оптимальный режим работы насосов, а также минимальный регулирующий объем бака водонапорной башни.

Принят двухступенчатый режим работы насосной станции: первая ступень - подается 3, 5%суточного расхода; вторая ступень - подается 5, 1% суточного расхода.

Поскольку режим подачи воды насосами насосной станции отличается от режима водопотребления, то в часы, когда подача превышает потребление, вода поступает в бак башни, а в часы, когда водопотребление превышает подачу, вода из башни поступает в сеть.

Режим водопотребления и работы насосной станции для двух вариантов представлен на рис. 1.

Определение объема бака водонапорной башни

Объем бака водонапорной башни определяется по формуле

Wб = Wр +Wп/п,

где Wр - регулирующий объем;

Wп/п - неприкосновенный 10- минутный противопожарный запас воды.

Регулирующий объем бака определяем согласно принятому совместному графику водопотребления и работы насосной станции. Результаты расчета представлены в табл.5.

При расчете Wростаток воды в баке начинаем определять с начала суток, считая условно, что бак полностью опорожнен в последний час суток. В этом случае остаток может быть как со знаком " плюс", так и со знаком " минус". Полный остаток будет равен сумме максимальных значений остатка воды в баке со знаком " плюс" и со знаком " минус", взятых по абсолютной величине. Полный остаток воды в баке равен

Регулирующий объем бака башни равен

Согласно [1, п.9.5], противопожарный объем бака водонапорной башни должен содержать запас воды на тушение одного внутреннего и одного наружного пожара в течение 10минут при одновремен­ном расходе воды на другие хозяйственно-бытовые нужды в час максимального водопотребления

где q^в_п/п и q^н_п/п - соответственно расход воды на внутреннее и наружное пожаротушение.

 

Полный объем бака W_б. = + = 2693, 44 м³.

Размеры бака башни определим из условия, что высота бака равна половине диаметра Н_б.= 0.5Д_б.., тогда

Высота противопожарного объема будет равна 1, 4 м, высота регулирующего объема 8, 1 м.

Таблица 5 Определение регулирующего объема бака башни

Часы суток	Водо­ потребление, %	Подача воды насосами, %	Поступление воды в бак, %	Расход воды из бака, %	Остаток воды в баке, %
0 - 1	2, 93	3, 5	0, 57	-	0, 57
1 - 2	1, 25	3, 5	2, 25	-	2, 82
2 - 3	2, 84	3, 5	0, 63	-	3, 45
3 - 4	2, 87	3, 5	0, 63	-	4, 08
4 - 5	4, 82	5, 1	0, 28	-	4, 36
5 - 6	6, 58	5, 1	-	1, 48	2, 88
6 - 7	5, 45	5, 1	-	0, 5	2, 53
7 - 8	5, 44	5, 1	-	0, 34	2, 19
8 - 9	5, 3	5, 1	-	0, 2	1, 99
9 - 10	5, 2	5, 1	-	0, 1	1, 89
10 - 11	3, 71	3, 5	-	0, 21	1, 68
11 - 12	3, 79	3, 5	-	0, 29	1, 39
12 - 13	3, 7	3, 5	-	0, 2	1, 19
13 - 14	3, 7	3, 5	-	0, 2	0, 99
14 - 15	3, 7	3, 5	-	0, 2	0, 79
15 - 16	3, 7	3, 5	-	0, 2	0, 59
16 - 17		5, 1	-	0, 9	-0, 3
17 - 18	5, 82	5, 1	-	0, 72	-1, 03
18 - 19	5, 8	5, 1	-	0, 7	-1, 073
19 - 20	5, 92	5, 1	-	0, 82	-2, 55
20 - 21	3, 63	3, 5	-	0, 13	-2, 68
21 - 22	1, 62	3, 5	1, 88	-	0, 8
22 - 23	3, 2	3, 5	0, 3	-	0, 5
23 - 24		3, 5	0, 5	-
Всего	100, 00	100, 00	-	-	-

 

10. Подготовка расчетной схемы и определение узловых отборов

Поскольку рассматриваемая сеть имеет контррезервуар, то основными расчетными случаями будут: час максимального транзита воды в башню и час максимального водопотребления.

Максимальный транзит приходится на час 1-2 (см. таблицу 4.5). В этот период насосы подают 3, 5 % суточного расхода, или 1167, 74 м³/ч (208, 53 л/с), а отбор воды из сети составляет 1, 25 % суточного расхода, или 417, 4 м³/ч (115, 94 л/с). Следовательно, в контррезервуар поступает 750, 67 м³/ч (54, 83 л/с). В узле 4 производится сосредоточенный отбор воды на нужды промышленного предприятия №1 в количестве 142, 24 м³/ч (39, 51л/с), остальная вода 275, 16м³/ч (76, 43 л/с) распределяется на хозяйственно-питьевые нужды населения. В районе «А» - 175, 18/ч (48, 66 л/с); в районе «Б» -99, 97 м³/ч (27, 77 л/с).

Максимальный часовой отбор воды наблюдается в час 5-6, когда из сети забирается 6, 58% суточного расхода, или 2195.35 м³/ч (609.82 л/с). В узле 4 производится сосредоточенный отбор воды на нужды промышленного предприятия №1 в количестве 142, 24 м³/ч (39, 51л/с) Остальная вода в количестве 2053.12 м³/ч (570.33 л/с) расходуется на хозяйственно-питьевые нужды населе­ния и равномерно распределяется по каждой сети в соответствии с водо­потреблением каждого района: в районе «А» - =1310, 33 м³/ч (363, 93 л/с), в районе «Б» - 742, 79 м³/ч (206, 33 л/с). Поступление воды в сеть от насос­ной станции составляет 5.1 % суточного расхода, или 1715, 34 м³/ч (476, 48 л/с). Недостающее количество воды 1, 48 % от суточного расхо­да, или 497, 78 м³/ч (58, 49 л/с), поступает в сеть из башни.

Зная длину магистральной сети (длина определяется по генплану) и величину равномерно распределенных расходов, по каждому району определяем удельные расходы для режима максимального водопотребления. При расчете принимаем, что длина участков лежащих на границе районов, делится пополам.

 

 

Удельные расходы для районов " А" и " Б" равны:

 

где е и - суммы длин участков в районах «А» и «Б» соот­ветственно, м;

- сумма длин участков, общих для районов «А» и «Б», м;
- равномерно распределенный расход в районах «А» и «Б» соответственно, л/с.

На основании полученных удельных расходов определяем путевые Q_nи узловые расходы Q_iпо следующим формулам:

где Q_ci - сосредоточенный отбор в i-м узле, л/с;

Q_ni. - сумма путевых расходов в линиях, примыкающих к i-му узлу, л/с.

Узловые расходы при максимальном транзите можно определить так же, как и при максимальном водопотреблении, т.е. вычислив удельные и путевые расходы. Для упрощения расчетов воспользуемся предположением, что удельные расходы (а также путевые и узловые) изменяются пропорционально изменению величины полного расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды населения города. Узловые расходы для случая максимального транзита определим по узловым расходам, вычисленным для режима максимального водопотребления, умножив их на отношение

Результаты подсчета узловых расходов приведены в табл. 7.

 

 

Таблица 7. Определение. узловых расходов

 

Номера узлов	Номера участков, примыкающих к узлу	Длина участков, м	Удельные расходы в участках, (л/с) / м	Путевые расходы, л/с	Час максимального потребления	Час максимального транзита
Узловой расход, л/с	Сосредоточенный расход, л/с	Узловой расход, л/с	Сосредоточенный расход, л/с
	1-2 1-9 1-8 1-9		0, 0279 0, 0776 0, 0279 0, 0776	24, 273 93, 12 9, 486 26, 384	76, 63	-	10, 21	-
	1-2 2-3		0, 0257 0, 0257	24, 273 22, 32	23, 3	-	3, 06	-
	2-3 3-9 3-4		0, 0279 0, 0279 0, 0279	22, 32 25, 11 20, 646	34, 03	-	4, 6	-
	4-3 4-5		0, 0279 0, 0279	20, 646 24, 4125	22, 53	39, 51	3, 1	39, 51
	5-9 5-4 5-6 5-9		0, 0279 0, 0279 0, 0776 0, 0776	10, 323 24, 4125 28, 712	80, 13	-	10, 59	-
	6-7 6-5		0, 0776 0, 0776	53, 544	75, 27	-	10, 12	-
	7-6 7-9 7-8		0, 0776 0, 0776 0, 0776	53, 544 92, 344 42, 68	94, 29	-	12, 48	-
	8-7 8-1		0, 0776 0, 0776	42, 68 93, 12	67, 9	-	9, 04	-
	9-1 9-1 9-5 9-5 9-7 9-3		0, 0776 0, 0279 0, 0776 0, 0279 0, 0776 0, 0279	26, 384 9, 486 28, 712 10, 323 92, 344 25, 11	96, 18	-	12, 82	-

 

 

Предварительное потокораспределение и назначение диаметров

Линий водопроводной сети

Первой подготовительной операцией, предшествующей гидравлическому расчету кольцевой сети, является предварительное потокораспределение воды по линиям сети. Одним из основных условий, предъявляемых к начальному потокораспределению является удов-летворение требований надежности. Надежность сети обеспечивается наличием в ней не менее двух параллельных транзитных магистралей, взаимозаменяемых при аварии, т.е. имеющих примерно равную пропускную способность. Кроме того, перемычки между магистралями должны иметь достаточную пропускную способность для возможности переброски воды с одной магистрали на другие в случае аварии на одной из них.

Начальное потокораспределение служит основой для определения диаметров труб сети и должно намечаться одновременно для всех расчетных случаев, которые могут существенно влиять на расчетные расходы в участках и потери напора в них. Характер потокораспределения в сети в большей степени зависит от ее конфигурации, расположения насосной станции и водонапорной башни. При распределении потоков необходимо соблюдать баланс расходов в узлах сети (первый закон Кирхгофа).

Начальное потокораспределение в сети с контррезервуаром должно быть намечено одновременно для двух расчетных случаев - на работу в часы наибольшего водопотребления и на работу в часы наибольшего транзита воды в башню. В участках сети, расположенных в зоне влияния водонапорной башни, расчетные расходы будут менять направление движения и соответственно знак. При этом в часы транзита расходы в этих участках часто оказываются больше, чем в час максимального водопотребления. В нашем случае проектируется система водоснабжения с контррезервуаром, поэтому в час наибольшего водопотребления вода поступает в сеть от насосов и от башни, которая в это время является вторым водопитателем. На рис. 2 показано предварительное потокораспределение воды для часа максимального водопотребления, при котором точками схода потоков являются узлы 4, 5 и 6. Узлы 2 и 3 практически полностью питаются от башни, а узел 2, имеющий узловой расход 12, 7 л/с, питается от башни и от насос­ной станции. Магистральными являются линии 1-2-3-4, 1-9-5, 1-8-7-6, а перемычками 3-9, 5-4, 7-9 и 5-6.

Для транзита предварительное потокораспределение приведено на рис. 3. Основной расход воды идет по двум параллельным магистралям 1-2 и 1-9-3-2, близким по пропускной способности. Третья вспомогательная магистраль 1-8-7-6 менее нагружена и слу­жит для обеспечения водой южных районов города. Перемычками при транзите являются участки 9-7, 5-6 и 4-5.

После предварительного потокораспределения решается задача нахождения экономически наивыгоднейших диаметров труб кольцевой сети, активно участвующих в работе по транспортированию воды. Диаметры перемычек назначаются по конструктивным соображениям после определения диаметров магистралей. Обычно диаметр перемычки принимают на один сортамент ниже диаметра магистралей, подводящих воду к узлам перемычки [6, с.22].

В данном проекте для устройства сети приняты чугунные трубы, так как согласно заданию, грунтовые воды агрессивны к бетону. Для назначения экономически выгодных диаметров необходимо определить предельные граничные расходы, характеризующие эффективность использования соответствующих диаметров труб. Расчеты выполним по формуле:

, м³/с,

 

где Р - коэффициент эффективности капитальных вложений;

σ - стоимость 1кВт·ч электроэнергии, руб.;

γ _нер. - коэффициент неравномерности расходования энергии, равный отношению среднего, за расчётный период, расхода воды к расчётному наибольшему расходу воды;

γ _в - удельный вес воды, 9800 Н/м³;

Т - время работы системы водоснабжения в течение года, ч;

η - К.П.Д. насосных агрегатов, подающих воду;

С_i и C_i+1 - стоимость 1 км труб для смежных диаметров, тыс.р.;

А_i и А_i+1- удельные гидравлические сопротивления труб, принимаются по [4].

Согласно [7], затраты на содержание водопроводной сети ( К_с ) включают ежегодные отчисления на амортизацию ( g ), текущий ( Р_т ) и капитальный ( Р_к ) ремонты, а также потери по отвлечению финансовых ресурсов, инвестируемых в строительство ( Z ). Таким образом,

Kс=g+P_T+P_K+Z.

Затраты на амортизацию, текущий ремонт и капитальный ремонт определяются по формулам:

,

,

Схемы предварительного потокораспределения:

а – в час максимального водопотребления
б - в час максимального транзита воды в башню

,

где Н_а, Н_т, Н_к - норма ежегодных отчислений на амортизацию, текущий и капитальный ремонты, принимается в процентах по приложению 1, табл.11 [7].

А - инвестиционные затраты, тыс.р.

Инвестиционные затраты вычисляются по формуле:

,

где С_і- стоимость 1 км трубопровода і-го диаметра, тыс.р./км, принимается по приложению. 1(табл.1–табл.7) в зависимости от материала и диаметра труб [7].

l_i- протяжённость участков і-го диаметра, км.

Потери по отвлечению финансовых ресурсов определяются из выражения:

Z = A х E/2,

где Е - процентная ставка на инвестиционные вложения (устанавливается в зависимости от поставленной задачи, исходя из величины банковского процента по вкладам, среднего уровня рентабельности конкретной системы), в данном проекте ставка принята в размере 30%.

Таким образом затраты на содержание сети равны:

.

Отсюда следует, что коэффициент эффективности капитальных вложений равен

.

Коэффициенты полезного действия η и неравномерности расходования энергии γ _{нер .} в среднем можно принять равными 0, 7 [4]. Как правило, система водоснабжения эксплуатируется круглый год, поэтому Т = 24х365=8760ч. Таким образом,

Результаты расчета предельных экономических граничных расходов представлены в табл. 8.

Руководствуясь таблицей предельных граничных экономических расходов и величинами расходов в линиях, полученных на основе первоначального потокораспределения, определяем диаметры транзитных магистралей сети. Минимальный диаметр участков сети назначаем с учетом пропуска противопожарного расхода [2, с.14]. Так как расход воды на тушение одного пожара составляет 24 л/с, то минимальный диаметр участков сети принимаем равным 200 мм. Значения принятых диаметров участков сети по каждому из расчётных случаев представлены на рис. 2 и 3.

Таблица 8. Предельные граничные экономические расходы

Диаметр, мм	Стоимость Сi, тыс.р.	Удельное гидравлическое сопротивление Аi (для м³ /с)	Ci+1-Ci	Ai-Ai+1	Предельные расходы, м³ /с
Минимальные	Максимальные
	813, 21	8, 0920	143, 4	5, 564		0, 024
	956, 61	2, 5280		1, 5795	0, 024	0, 0394
	1136, 61	0, 9485	191, 43	0, 512	0, 0394	0, 0585
	1328, 04	0, 4365	261, 18	0, 2176	0, 0585	0, 0863
	1589, 22	0, 2189	491, 94	0, 1511	0, 0863	0, 1204
	2081, 16	0, 0678	580, 38	0, 0428	0, 1204	0, 1937
	2661, 54	0, 0250	-	-	0, 1937	-

 

Диаметр водоводов отнасосной станции досети и от водонапорной башни до сети находим также по таблице предельных расходов из условия пропуска 50% расчетного расхода по одному водоводу. Окончательные диаметры участков сети определены по наибольшему расходу для двух рассмотренных режимов и представлены на рис.4.

На этом подготовка сети к гидравлическому расчету заканчивается

 

 

РИС4

 

12. Гидравлическая увязка водопроводной сети

Увязка кольцевой водопроводной сети необходима для нахождения действительного распределения воды по участкам при принятых диаметрах, нахождения требуемых напоров на насосной станции и вы­соты водонапорной башни. Существуют различные способы решения задачи увязки, подробно рассмотренные в учебной литературе [5, § 33]; [6, § 24-30].

В данном примере увязка сети выполнена по методу Лобачева, в табличной форме, а результаты вычислений для начального и конечного распределения расходов представлены на схемах рис. 5, 6, 7. Каждый участок сети на схемах характеризуется следующими значениями: d- диаметр участка, мм; l- длина участка, м; S=Al- полное сопротивление участка; м; h_к -конечные потери напора, м, вычисленные с учетом поправочного коэффициента К, учитывающего скорость движения воды и принятого по табл. 5 [4], q_к- конечный расходы, л/с; V_к - скорость движения воды, м/с; Dh_к - величина невязки по отдельному кольцу, м; Dh_в - величина невязки по внешнему контуру водопроводной сети, м. Значения удельных сопротивлений А приняты по табл. 5 [4], а скорости движения воды определены в соответствии с расчетным расходом q_к. Потери напора вычислены по формуле h =kАlQ²= kSQ².

Расчет сети с контррезервуаром выполнен для трех расчетных случаев:

-расчет сети в час максимального водопотребления (см.рис.5). В этом случае сеть получает воду от двух источников: насосной станции и водонапорной башни;

-расчет сети в час максимального транзита (см.рис.6). В этом случае вода поступает в сеть только от насосной станции, а водонапорная башня получает 116, 77 л/с;

- расчет сети на случай пожара (см.рис.7). Проверочный расчет сети на пропуск противопожарного расхода производится в час максимального водопотребления. При этом считается, что водонапорная башня во время пожара не работает. Это можно объяснить тем, что в баке башни хранится запас воды на тушение одного внутреннего и одного наружного пожара в течение 10 мин, а расчетная продолжительность тушения пожара принята 3 ч [1, п.3.19]. Поэтому при расчете на пожар вся вода подается от насосной станции, т. е.

 

Q_н.с. = Q_{н.с.макс} + Q_б.макс. + Q_п =472, 7+137, 04+75 = 684, 74 л/с.

Места пожара обычно назначают в наиболее удаленных и высоко расположенных точках сети. В данном примере принято два расчетных пожара в узлах 9 и 8 (см.рис.7).

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. G) определение путей эффективного вложения капитала, оценка степени рационального его использования
2. I HAVE A STRANGE VISITOR (я принимаю странного посетителя)
3. I этап. Определение стратегических целей компании и выбор структуры управления
4. I. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ПРОБЛЕМЫ МЕТОДА
5. II. «БЕЛКИ — УГЛЕВОДЫ». Никогда не ешьте концентрированный белок и концентрированный углевод в один прием пищи.
6. III. Определение посевных площадей и валовых сборов продукции
7. IV Обсуждение результатов и некоторые выводы
8. V. Подача заявок и допуск команд
9. VII. Определение затрат и исчисление себестоимости продукции растениеводства
10. VIII. Читательские стратегии посетителей библиотек для детей и юношества
11. X. Определение суммы обеспечения при проведении исследования проб или образцов товаров, подробной технической документации или проведения экспертизы
12. А. ОБСЛУЖИВАНИЕ РЕАГЕНТНОГО ХОЗЯЙСТВА И УСТАНОВКИ ПО ГИДРАЗИННОЙ ОБРАБОТКЕ ВОДЫ