Расчет напорных водоводов по заданной степени обеспеченности подачи воды

Здесь рассматриваются особенности расчета напорных (нагнетательных и гравитационных) водоводов по заданной степени обеспеченности подачи ими воды объекту.

Непременным условием обеспечения бесперебойного снабжения водой потребителей независимо от методов ее транспортирования является достаточная мощность используемого источника водоснабжения.

Что же касается транспортирующих воду сооружений, то бесперебойность подачи ими воды может быть достигнута:

а)         конструкцией    водовода,    обеспечивающей   его   безаварийную работу;

б)         дублированием  линий  водовода,  позволяющим  выключать его отдельные   линии   на   ремонт,   не   прекращая   подачи   воды   потребителям;

в)         устройством в конечных (а иногда и в промежуточных) точках водовода резервных емкостей, позволяющих снабжать водой потребителей на все время ремонта или ликвидации аварий на водоводе.

Для нагнетательных водоводов, кроме того, необходима бесперебойная работа насосной станции (наличие резервных насосных агрегатов, обеспеченность подачи энергии и т. п.).

Все конструкции современных водоводов предусматривают их надлежащую прочность. Однако полностью гарантировать безаварийность водовода ( особенно при его значительной длине) невозможно ввиду весьма большого числа факторов, которые могут вызвать местные повреждения в нем.

Безнапорные каналы и водоводы благодаря отсутствию разрывающих усилий от внутреннего давления воды имеют относительно большую надежность, чем напорные водоводы.

Вопрос о целесообразности дублирования линий воДовода или устройства на нем достаточных резервных емкостей решается путем технико-экономического сравнения этих вариантов.

СНиП П-Г.3-62 устанавливают продолжительность ликвидации аварии на водоводах в зависимости от диаметра водовода и глубины промерзания грунта  

может быть изменена при соответствующем обосновании, учитывающем материал и диаметр труб, особенности трассы водовода, условия прокладки труб, средства ликвидации аварий, но не должна быть менее 6 ч.

Пользуясь приведенными указаниями строительных норм, можно определить требуемый объем резервной емкости и ее стоимость.

Очевидно, что устройство резервных емкостей будет выгодно только в случае, когда суммарная стоимость этих емкостей и водовода, проложенного в одну линию, меньше стоимости водовода, проложенного в две линии.

Опыт проектирования и строительства водоводов показывает, что при длинных водоводах устройство резервных емкостей экономически выгоднее дублирования линий водовода.

Обычно водоводы из двух или нескольких параллельных линий используют в системе нагнетательных водоводов. Эти системы должны обладать большой гибкостью в отношении постепенного их развития в соответствии с постепенным ростом водопотребления.

Рассмотрим метод поверочного расчета системы нагнетательных водоводов при их работе во время аварии на одной из линий водовода— сначала для системы водовода из двух параллельных линий.

При обычной работе водовода вода подается одновременно в обе линии и каждая из них рассчитывается на пропуск половины общего расхода (II 1.70 а). В случае аварии на одной из линий она выключается полностью или частично, и вода подается по оставшейся линии.

Изменение числа работающих линий влечет за собой изменение сопротивления в системе водовода, а следовательно, и изменение количества подаваемой воды.

Весьма важно знать, как будет реагировать насосная станция на выключение одной из линий водовода. Если кривая 1 (II 1.71) представляет собой характеристику H=f(Q) одной линии водовода заданной длины и диаметра, то характеристика системы двух таких параллельных линий будет представлена кривой 2, абсциссы которой вдвое больше абсциссы кривой /. Точки пересечения этих, кривых с характеристикой насоса (Q—Я)н определяют значения производительности и напора насоса при работе одной или двух линий водовода.

При аварии и выключении одной линии водовода подача воды насосами падает. Строительными нормами и правилами установлено, что при аварии на водоводах должна быть обеспечена подача воды на хозяйственные нужды в количестве не менее 50% расчетного расхода и на нужды промышленных предприятий — по аварийному графику.

При выключении целиком одной из двух линий водовода процент снижения подачи воды весьма велик. Чтобы снижение подачи воды при аварии было по возможности меньше, между линиями водовода через определенное расстояние устраивают соединения (так называемые связки). Это позволяет выключать во время аварии не целиком всю линию, а лишь поврежденный участок ее и подавать по водоводу значительно большее количество воды, чем при выключении полностью одной из линий водовода.

При аварии на одном из участков (см. III.70, б) по п—1 участкам будет проходить расход Qa/2 (где Qa—расход, подаваемый насосами при аварии), а по одному участку (лежащему параллельно аварийному) — расход Qa. Пренебрегая относительно ничтожными потерями напора в соединительных участках, получим полные потери напора в системе водовода при аварии:

или, обозначив суммарное сопротивление системы водовода при аварии s(n—3)/4 через Sa, получим

К = SaQ2a.

Как видно, сопротивление водовода при аварии возросло: Sa>S и, следовательно, подача воды при аварии понизится (Qa<C.Q). Чем больше число соединений, тем в меньшей степени увеличится при аварии сопротивление системы водовода и тем в меньшей степени снизится количество подаваемой воды. Сопротивление при аварии Sa можно выразить через сопротивление в период нормальной работы водовода 5 таким образом:

Здесь значение а зависит от числа участков п, на которые разбит водовод при устройстве соединений.

Построив по уравнению fta=SaQ2a кривую 3 (см. III.71) с той же начальной ординатой Но, получим точку ее пересечения с характеристикой насоса. Абсцисса этой точки дает расход Qa, который будет подаваться насосами при выключении одного поврежденного участка на одной из двух линий водовода. Мы видим, что расход Qa значительно превышает расход Q, который был при полностью выключенной одной линии водовода. Имея заданную величину допустимого снижения подачи воды по водоводу (в зависимости от характера снабжаемого водой объекта), можно подобрать требуемое число соединений на водоводе.

При числе параллельных линий водовода пгф2

где п — число участков на линии водовода.

Тот же расчет может быть применен и для напорных гравитационных водоводов. Так как в этих водоводах (в отличие от нагнетательных) напор Н в начальной точке не зависит от изменения сопротивления в системе водовода, задача упрощается. В этом случае при работе водовода без аварии H = SQ2, при работе водовода во время ликвидации аварии H=SaQ2a. Следовательно, SQ2=SaQ2a.

После вычисления а и Sa описанным способом расход Qa можег быть найден прямым вычислением по выражению