Водоснабжение и инженерная мелиорация (стр. 6 )

Второй этап расчета кольцевой сети – отыскание действительного («правильного») распределения расходов воды по сети, т. е. проведение «увязки» сети [8]. Суть «увязки» состоит в расчете расхода воды, который надо перебросить с перегруженной ветви кольца на недогруженную. Рассмотрим особенности проведения «увязки» на примере одного кольца водопроводной сети. Кольцо состоит из двух ветвей: верхней и нижней, для каждой заданы расходы Q1 и Q2 и по ним рассчитаны диаметры труб D1 и D2. Зная диаметр и длину ветвей кольца, определяют сопротивления s1 и s2 этих линий и потери напоров в них: h1 =  и h2 =  .

При h1 ¹ h2 не будет выполняться и условие Shi = 0. Предположим, что получено h1 > h2 (и, следовательно, Shi > 0). Пусть Shi = Dh, где Dh – «невязка». Если считать Dh положительной величиной, то это означает, что верхняя ветвь получилась перегруженной, а нижняя – недогруженной. Требуемое равенство напоров может быть получено, если перебросить некоторый расход DQ c верхней на нижнюю ветвь. Этот поправочный расход DQ автоматически приводит к уменьшению величины расхода Q1 (на перегруженной ветви) и увеличению расхода Q2 (на недогруженной ветви), т. е. обеспечивает требуемое перераспределение потоков воды по сети. При этом не нарушаются условия SQi = 0 для узлов сети.

Величина DQ должна быть выбрана такой, чтобы после внесения соответствующих поправок к величине расходов Q1 и Q2 для кольца выполнялось условие Shi = 0 или h1 = h2, т. е.

Отсюда расход (учтем, что DQ2 слишком мала по сравнению с DQ и ею можно пренебречь)

.

Выражение, стоящее в числителе, представляет собой величину невязки h1 - h2 = Dh, полученную при первоначально намеченном распределении расходов. Тогда

. (23)

Затем вычисляют новые значения  = Qi + DQ, для всех колец сети рассчитывают новые величины и проверяют соблюдение условий = 0.

Если при перераспределении расходов на величину DQ равенство = 0 не соблюдается, то расчет следует продолжить, определяя новое значение поправочного расхода и повторно перераспределяя расходы воды по ветвям кольца. Обычно в практических расчетах значения Dh доводят не до нуля, а до некоторой допустимой относительно малой величины (примерно 0,5 м) [1, 6].

3.3. Расчет высоты и параметров водонапорной башни

Несовпадение в отдельные часы объемов воды, подаваемой насосами и забираемой потребителем, компенсируется работой водонапорной башни. Бак водонапорной башни присоединен непосредственно к водопроводной сети (или водоводам) и является своеобразным аккумулятором, который принимает на себя избыток воды, подаваемой насосами в одни часы суток и пополняют недостаток в воде в другие часы (когда насосы подают воды меньше, чем забирается из сети потребителями). Для выполнения указанной роли бак должен иметь достаточную регулирующую емкость, а высота башни должна обеспечивать создание напора, необходимого для непосредственной подачи воды в водопроводную сеть (в противном случае необходимо предусмотреть привлечение дополнительных насосов II подъема). При этом напор обеспечивается установкой резервуара на поддерживающей бак конструкции требуемой высоты или размещением на естественных возвышенностях с требуемыми абсолютными отметками поверхности земли.

Расчет параметров водонапорной башни сводится соответственно к определению высоты и габаритов регулирующей емкости бака башни. Большинство потребителей получают воду на некоторой высоте над поверхностью земли. Это требует создания в сети (в месте присоединения ввода) напора Hсв, достаточного для подъема воды на заданную высоту (диктующую точку) и называемого свободным напором. Для предварительных расчетов свободный напор при одноэтажной застройке населенного пункта принимается равным 10 м, а при большей этажности увеличивается на 4 м на каждый этаж [1]. С учетом этого высота водонапорной башни

Hб = Hсв + hобщ + (zд - zб), (24)

где hобщ – cумма потерь напора воды в сети при движении ее от водопроводной башни до диктующей точки; (zд – zб) – разность абсолютных отметок поверхности земли на участке между диктующей точкой и водонапорной башней.

Минимально необходимая емкость бака башни

Wб = 0,04Qпотр + Qпож, (25)

где Qпотр и Qпож – общая водопотребность объекта в воде и потребность в воде на пожаротушение соответственно.

Диаметр dб и высоту hб бака башни можно определить по формулам

Wб = p(dб/2)2hб и hб = 0,75dб.

Тогда

. (26)

Напор насоса, обеспечивающего подачу воды в водонапорную башню,

Hнас = Sрасч + hст + hв-б + Hб + (zб - zв), (27)

где Sрасч – максимальное понижение уровня воды в наиболее нагруженной водозаборной скважине на конец эксплуатации водозабора; hст – глубина залегания статического уровня подземных вод; hв-б – потери напора на пути движения воды от водозабора до водонапорной башни; Нб – высота водонапорной башни; (zб – zв) – разность абсолютных отметок устья водозаборной скважины и основания водонапорной башни.

При выборе насоса необходимо, помимо рассчитанного напора Ннас, учитывать также его габариты и производительность; последняя должна соответствовать проектируемому расходу скважины. В практике водоснабжения наибольшее распространение получили погружные насосы типа ЭЦВ, в которых и электродвигатели и сам насос располагаются непосредственно в скважине под динамическим уровнем воды. Эти насосы могут работать с расходами скважин от 4 до 375 м3/ч, обеспечивая подъем воды на высоту 50-300 м. Эти насосы предназначены для подъема только чистой воды. Отечественная промышленность выпускает насосы следующих типов [4]: ЭЦВ-4-125; ЭЦВ-6,3-80; 1ЭЦВ-4-130; 1ЭЦВ6-4-190; 3ЭЦВ-6,3-60; 4ЭЦВ6-6,3-85; 3ЭЦВ6-6,3-125; 1ЭЦВ6-10-50; 3ЭЦВ6-10-80; 1ЭЦВ6-10-110; 1ЭЦВ6-10-140; 1ЭЦВ6-10-185; ЭЦВ6-10-235; 3ЭЦВ6-16-50; 3ЭЦВ6-16-75; 3ЭЦВ8-16-140; 3ЭЦВ8-25-100; 2ЭЦВ8-25-150; ЭЦВ8-25-300; 1ЭЦВ8-40-20; 1ЭЦВ8-40-60; 1ЭЦВ8-40-180; 2ЭЦВ10-63-65; 2ЭЦВ10-63-110; 2ЭЦВ10-63-150; 2ЭЦВ10-63-180; 1ЭЦВ10-63-270; 1ЭЦВ10-120-160; ЭЦВ10-160-65; ЭЦВ12-160-65; ЭЦВ12-160-100; ЭЦВ12-255-30; 2ЭЦВ12-375-30; ЭЦВ14-210-300; ЭЦВ16-375-175.

Рабочие характеристики насоса указаны в самом названии насоса. Например, марка насоса 3ЭЦВ6-10-80 означает: 3 - третья модификация насоса; Э - с приводом от погружного электродвигателя; Ц - центробежный; В - для подачи воды; 6 - минимально необходимый для монтажа насоса диаметр эксплуатационной колонны скважины в миллиметрах, уменьшенный в 25 раз; 10 - производительность насоса в кубических метрах в час; 80 - напор насоса в метрах.

Пример 6. Водоснабжение горно-обогатительного комбината планируется осуществить на базе подземных вод напорного водоносного горизонта. Особенности гидрогеологических условий участка водозабора и расчетные фильтрационные параметры водоносного горизонта рассмотрены в примере 2, а потребное количество воды для водоснабжения комбината рассчитано в примере 1. Вода от водозабора будет первоначально подаваться в водонапорную башню, расположенную на расстоянии rв-б = 1500 м от водозабора, затем на комбинат (длина водовода водонапорная башня – обогатительный комбинат rб-к = 500 м). Самым высоким сооружением на комбинате является четырехэтажное здание цеха обогащения полезного ископаемого. Разность абсолютных отметок основания водонапорной башни над устьем скважин водозабора составляет 3 м, цеха обогащения комбината над основанием башни 5 м. Предполагается, что водозаборная скважина будет оборудована сетчатым фильтром с однослойной гравийной обсыпкой и установлена в фильтрационной колонне «впотай». Диаметр фильтрационной колонны принимается равным 400 мм, диаметр сетчатого фильтра 300 мм. Требуется:

1. Выбрать диаметр гравия и рассчитать толщину гравийной обсыпки фильтра скважины. Рассчитать длину фильтра скважины и оценить возможность отбора воды из водоносного горизонта для водоснабжения комбината одной водозаборной скважиной. Оценить пропускную способность гравийного фильтра водозаборной скважины.

2. Определить диаметр водоводов на участке водозабор – обогатительный комбинат.

3. Рассчитать потери напора на участке водозабор – водонапорная башня и водонапорная башня – обогатительный комбинат.

4. Определить основные параметры водонапорной башни: высоту башни, минимально необходимый запас воды (с учетом пожарного запаса воды 150 м3/сут), диаметр и высоту бака башни.

5. Рассчитать напор насоса, необходимый для подачи воды из водозаборной скважины в водонапорную башню.

6. Выбрать марку погружного насоса типа ЭЦВ с учетом его габаритов, производительности и рассчитанного напора.

Решение. 1. Средний диаметр гравия, используемого для гравийной обсыпки сетчатого фильтра D50, определим с учетом выражения d50/d50 = 8¸12 (здесь D50 – средний диаметр песков, слагающих водоносный горизонт). Тогда  мм.