Гидравлика и противопожарное водоснабжение

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Число жителей в населенном пункте: 24000 человек.
Схема водопроводной сети №1
Этажность застройки 2 этажа
Степень благоустройства районов жилой застройки: внутренний водопровод, канализация – централизованное горячее водоснабжение
Материал труб магистральных участков водопроводной сети – полимерные
Длина водоводов от НС-Ⅱ до Водонапорной башни, 300 м.
Общежитие с общими душевыми объёмом 23000 м3.
Измеритель – 600 мест.
Ширина зданий, м – 64 м.
Степень огнестойкости зданий Ⅰ м.
Категория зданий по взрывопожарной и пожарной опасности – А
Объём зданий, тыс. 183;42;120 м3.
Площадь территории предприятия, 165 га.
Расходы воды на производственные нужды, 112 м3/смену.
Количество рабочих в смену, принимающих душ, 68 %
Источник водоснабжения - поверхностный

Содержание
TOC \o "1-2" \h \z \u Введение PAGEREF _Toc474845104 \h 41. Обоснование принятой схемы водоснабжения PAGEREF _Toc474845105 \h 52. Определение водопотребителей и расчет требуемого расхода воды на хозяйственно-питьевые, производственные и пожарные нужды поселка и предприятия PAGEREF _Toc474845106 \h 72.1. Определение водопотребителей PAGEREF _Toc474845107 \h 72.2 Расчет требуемого расхода воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды PAGEREF _Toc474845108 \h 72.3. Определение расчетных расходов воды на пожаротушение PAGEREF _Toc474845109 \h 123. Гидравлический расчет водопроводной сети PAGEREF _Toc474845110 \h 134. Определение режима работы НС II PAGEREF _Toc474845111 \h 225. Гидравлический расчет водоводов PAGEREF _Toc474845112 \h 246. Расчет водонапорной башни PAGEREF _Toc474845113 \h 266.1. Определение высоты водонапорной башни PAGEREF _Toc474845114 \h 266.2. Определение емкости бака водонапорной башни PAGEREF _Toc474845115 \h 277. Расчет резервуаров чистой воды PAGEREF _Toc474845116 \h 298. Подбор насосов для насосной станции второго подъема PAGEREF _Toc474845117 \h 33Список использованной литературы PAGEREF _Toc474845118 \h 35

ВведениеС развитием водоснабжения населенных мест и промышленных предприятий улучшается и их противопожарное водоснабжение, т.к. при проектировании и реконструкции водопровода учитываются не только хозяйственные, производственные, но и противопожарные нужды.
Современные системы противопожарного водоснабжения представляют собой комплекс сложных технологических устройств, обеспечивающих пожарную безопасность людей, технологического оборудования и материальных ценностей. Поэтому противопожарному водоснабжению уделяется большое внимание при проектировании зданий и различных промышленных сооружений. Основные противопожарные требования предусматривают необходимость поступления нормативных объемов воды под определенным напором в течение расчетного времени тушения пожаров.
Задачи противопожарной защиты современных предприятий усложняется в связи с концентрацией производственных и энергетических мощностей, увеличением вместимости товарно-материальных складов, применением в строительстве облегченных конструкций из материалов и полимерных материалов с низким пределом огнестойкости. Это требует нового подхода к решению проблемы повышения эффективности систем противопожарного водоснабжения предприятий.
Актуальность данного курсового проекта заключается в том, что при возникновении пожара необходимо обеспечить подачу воды под требуемым напором и расходом. Поэтому задачей проектировщиков, строителей, работников пожарной охраны сводится к тому, чтобы при минимальных затратах обеспечить максимальную пожарную безопасность за счет противопожарного водоснабжения.
Целью работы является проектирование системы противопожарного водоснабжения населенного пункта и промышленного предприятия.

1.Обоснование принятой схемы водоснабженияДля обеспечения водоснабжения поселка и промпредприятия принята схема объединенного хозяйственно-питьевого, производственного и противопожарного водопровода низкого давления с забором воды из подземного водоисточника (артезианской скважины).
Качество воды из подземного водоисточника соответствует установленным санитарно-гигиеническим нормам, поэтому необходимости в постройке очистных сооружений нет. Системы с подземными водоисточниками более надежны в эксплуатации, дешевле по капитальным и эксплуатационным затратам, легко автоматизируются; при коротких водоводах общий расход труб в системе ниже.
Насосная станция I подъема (НС-I) обеспечивает забор воды из артезианских скважин и ее подачу в резервуары чистой воды. НС-I выполняется заглубленной в грунт, чтобы не превысить допустимую высоту всасывания насосов. В НС-I устанавливается не менее двух рабочих насосов ввиду изменения летнего и зимнего режимов работы, а также на случай возникновения непредвиденного увеличения подачи станции. Число резервных насосов определяется степенью надежности насосной станции.
Насосная станция II подъема (НС-II) предназначена для подачи воды в водопроводную сеть на хозяйственно-питьевые и производственные нужды, а в случае возникновения пожара — и для целей пожаротушения. По степени надежности НС-II относится к I категории (перерыв в работе не допускается), т. к. НС-II подает воду непосредственно в сеть объединенного противопожарного водопровода.
В объединенных водопроводах низкого давления устанавливают группу насосов, обеспечивающих все нужды, в том числе и пожарные. Однако если они не обеспечивают необходимой расчетной подачи, то на станции дополнительно устанавливают пожарные насосы.
Количество всасывающих линий на насосной станции I категории принимается равным двум. При отключении одной из линий оставшиеся должны пропускать полный расчетный расход. Насосыустанавливаются под залив.
Если в насосной станции установлена группа пожарных насосов, то необходимо постоянно следить за быстротой их включения и надежностью работы. Для чего необходимо, чтобы насосы постоянно находились ниже уровня воды в резервуарах: это значительно упрощает автоматизацию пуска насосных агрегатов. Управляют пожарными насосами дистанционно, при этом одновременно с подачей команды на включение пожарного насоса должна автоматически сниматься блокировка, запрещающая расход пожарного запаса воды в резервуарах. Число резервных насосов обусловлено категорией надежности насосной станции.
В связи с неравномерностью потребления воды по часам суток и подачи ее насосами НС-II, необходимо устройство водонапорной башни или других напорно-регулирующих сооружений. На схеме рис.1.1 водонапорная башня установлена в начале водопроводной сети на естественной возвышенности. Когда насосы подают воды больше, чем расходуется, излишек воды поступает в водонапорную башню; когда же расход больше, чем подача насосов, вода напротив, идет из башни. Кроме того, водонапорная башня предназначена для хранения неприкосновенного запаса воды на период пожаротушения.
Вода из водоисточника подается равномерно насосами НС-I, в то же время режим работы НС-II строится с учетом водопотребления, которое не является постоянным. Для регулирования неравномерности работы насосных станций I и II подъема и сохранения воды на противопожарные нужды на время тушения пожара служат резервуары чистой воды (РЧВ).
Регулирующие емкости позволяют обеспечить равномерную работу насосных станций, т.к. отпадает необходимость в подаче максимальных расходов воды в часы наибольшего водопотребления, а также уменьшить диаметр труб, что снижает капитальные затраты.
Водоводы прокладывают между насосными станциями и водопроводной сетью и предназначаются для подачи в нее воды. Трассу прокладки водоводов следует выбирать в зависимости от рельефа местности, вблизи существующих дорог, учитывая при этом технико-экономические показатели.
Вода из источника подается погружными насосами непосредственно по водоводам в магистральные сети, а по ним к потребителям.
Подача воды осуществляется из подземных водоисточников (рис. 1.1). Имеется несколько артезианских скважин 1, подающих воду в запасные резервуары 2.

Рис. 1.1. Схема хозяйственно-противопожарного водопровода поселка и предприятия: 1– санитарная зона артезианских скважин; 2– резервуары чистой воды; 3– камера переключения; 4– насосная станция II подъема; 5– водоводы; 6– водонапорная башня; 7– водопроводная сеть поселка; 8 – предприятие
Из резервуаров чистой воды (РЧВ) вода насосами II подъема 4 подается по водоводам 5 в водонапорную башню 6, а также магистральные трубы 7 водопроводной сети населенного пункта, по которым вода транспортируется в различные районы города и по сети распределительных труб – к промышленному предприятию 8.
2.Определение водопотребителей и расчет требуемого расхода воды на хозяйственно-питьевые, производственные и пожарные нужды поселка и предприятия2.1. Определение водопотребителейОбъединенный хозяйственно-питьевой и противопожарный водопровод должен обеспечивать расход воды на хозяйственно-питьевые нужды поселка, хозяйственно-питьевые нужды предприятия, хозяйственно-бытовые нужды общественных зданий, производственные нужды предприятия, тушение возможных пожаров в поселке и на предприятии.
2.2 Расчет требуемого расхода воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды1. Поселение.
Нормы водопотребления на хозяйственно-питьевые нужды для населенных пунктов определяются по табл. А.3 [5] и зависят от степени благоустройства районов жилой застройки. Норму водопотребления на одного человека принимаем для жилых зданий с водопроводом, канализацией, ваннами и газовыми водонагревателями, равной 210 л/сут.
Расчетный (средний за год) суточный расход воды, м3/сут на хозяйственно-питьевые нужды определяется по формуле:
Qср.сут.=qж∙Nж1000, м3/сут.(2.1)
где qж– удельное водопотребление на одного жителя, л/сут, равное 210 л/(сут.∙чел).
Nж – расчетное число жителей, чел.
Qср.сут=210∙350001000=7350 м3/сут.
Суточный расход с учетом водопотребления на нужды промышленности, обеспечивающей население продуктами, и неучтенные расходы увеличиваем на 15 % по п. 5.1 [4].
Q’сут.max =1,15∙Qср.сут, м3/сут.(2.2)
Q’сут.max =1,15∙7350=8452м3/сут.
Расчетный расход наибольшего водопотребления в сутки:
Qсут.max =K сут.max·Q’сут.max, м3/сут.,(2.3)
Согласно п. 5.2 [4], принимаем Ксут.max=1,2.
Qсут.max =1,2·8452=10.142 м3/сут.
Расчетный часовой максимальный расход воды:
qч.max=Кч.max∙Qсут.max24, м3/ч,(2.4)
Коэффициент часовой неравномерности водопотребления K ч следует определять из выражений:
Kч.max=(2.5)
где αmax- коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные условия, принимаемый поп.5.2 [4] αmax=1,3;
Коэффициент max, отражающий влияние численности населения, принимается в зависимости от числа жителей по табл.2 [4]. Для 35000 человек βmax=1,17.
Kч.max=1,3∙1,17=1,5.
Расчетный часовой расход воды:
qч.max=1,5∙1014224=633.8 м3/ч.
Расход воды на хозяйственно-питьевые нужды больницы:
Qбол.=qбол∙Nбол1000, м3/сут.(2.6)
где qбол– норма расхода воды на , л/сут, принимаемая по прил. А, табл. А3 [5], равной 240 л/сут;
Nбан– 1100 кг сухого белья.
.
Qбол=240∙11001000=264м3/сут.
Суммарный расход воды по поселению:
ΣQсут.пос.=Qсут.max+Qбол., м3/сут.(2.7)
ΣQсут.пос.=10142+264=10.406м3/сут.
2. Предприятие.
В соответствии прил. А, табл. А3 [8] и согласно заданию, норму водопотребления на хозяйственно-питьевые нужды на одного человека в смену принимаем равной qп.х-п=25 л/(чел.·см).
Водопотребление в смену:
Qсм.х-ппр.=qп.х-п·Nсм1000, м3/см,(2.8)
где Nсм– число работников в смену, чел.
Qсм.х-ппр.=25·3001000=7.5 м3/см.
Суточное водопотребление:
Qсут.х-ппр.=Qсм.х-ппр.·nсм,м3/сут.,(2.9)
где nсм – число рабочих смен.
Qсут.х-ппр.=7.5·2=15 м3/сут.
Количество воды на пользование душем в бытовых помещениях промышленных предприятий:
Qсмдуш=0,5·τ·Nс, м3/смену,(2.10)
где 0,5 м3/ч – норма расхода воды через душевую сетку (прил. 3 [5]);
τ = 1 ч – продолжительность действия душа после смены (прил. 3 [5]);
Nс – количество душевых сеток, шт.
Количество душевых сеток:
Nс=Nсм15=70%∙Nсм5∙100%,шт.(2.11)
где Nсм1– количество рабочих, принимающих душ после смены, по заданию равное 90% работников в смену.
Одной душевой сеткой в течение часа, исходя из санитарных норм, пользуются 5 человек.
Nс=90%∙3005∙100%=540 шт.
Qсмдуш=0,5·1·540=270 м3/см.
Суточный расход на пользование душем:
Qсутдуш=Qсмдуш·nсм,м3/сут.(2.12)
Qсутдуш=270·2=540 м3/сут.
Расход воды на производственные нужды предприятия в смену по заданию равен Qсмпр.н=700 м3/см.Этот расход распределяется равномерно по часам смены (семичасовая смена с перерывом на обед один час, в течение которого производство не останавливается). Принимается работа семичасовых смен: с 8 до 16 ч - первая смена; с 16 до 24 ч - вторая смена; с 24 до 8- третья смена
Часовой расход на производственные нужды:
qчпр.н=Qсмпр.н8, м3/ч.(2.13)
qчпр.н=3008=37,5м3/ч.
Суточное водопотребление на производственные нужды:
Qсут.пр.н=Qсмпр.н·nсм, м3/сут.(2.14)
Qсут.пр.н=300·2=600 м3/сут.
Таким образом, расчетный суточный расход воды на предприятии составит:
∑Qсут.пр.=Qсут.х-ппр.+Qсутдуш+Qсут.пр.н, м3/сут.(2.15)
∑Qсут.пр.=15+540+600=1155 м3/сут.
Суммарный расход воды за сутки по поселению и предприятию равен:
∑Qсут.общ.=∑Qсут.пос.+∑Qсут.пр., м3/сут.(2.16)
Qсут.общ.=10406 + 1155 = 11561м3/сут.
Составляем таблицу суммарного водопотребления по часам суток (табл. 2.1).
Таблица 2.1
Распределение суточного расхода воды по часам суток
Часы суток Поселок Предприятие Всего за сутки
На хозяйственно-питьевые нужды Общественное здание (баня) На хозяйственно-питьевые нужды qчдуш., м3/ч qчпр, м3/ч qчобщ, м3/ч Суточное водопотребление, %
% от Qсут.max
при Кч=1,5 qчпос., м3/ч % от Qбол
при Кч=2,5 qчбан., м3/ч % от Qсм.х-ппр.при Кч=3 qчпр.х-п. м3/ч 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
0÷1 1,5 173,88 0,2 0,06 12,5 1,88 42 217,81 1,66
1÷2 1,5 173,88 0,2 0,06 173,94 1,32
2÷3 1,5 173,88 0,5 0,14 174,02 1,32
3÷4 1,5 173,88 0,2 0,06 173,94 1,32
4÷5 2,5 289,8 0,5 0,14 289,94 2,21
5÷6 3,5 405,72 0,5 0,14 405,86 3,09
6÷7 4,5 521,64 3 0,86 522,50 3,98
7÷8 5,5 637,56 5 1,44 639,00 4,87
8÷9 6,25 724,5 8 2,30 87,5 814,30 6,20
9÷10 6,25 724,5 10 2,88 6,25 0,94 87,5 815,82 6,21
10÷11 6,25 724,5 6 1,73 6,25 0,94 87,5 814,67 6,20
11÷12 6,25 724,5 10 2,88 6,25 0,94 87,5 815,82 6,21
12÷13 5 579,6 10 2,88 18,75 2,81 87,5 672,79 5,12
13÷14 5 579,6 6 1,73 37,5 5,63 87,5 674,45 5,13
14÷15 5,5 637,56 5 1,44 6,25 0,94 87,5 727,44 5,54
15÷16 6 695,52 8,5 2,45 6,25 0,94 87,5 786,41 5,99
16÷17 6 695,52 5,5 1,58 12,5 1,88 42 87,5 828,48 6,31
17÷18 5,5 637,56 5 1,44 6,25 0,94 87,5 727,44 5,54
18÷19 5 579,6 5 1,44 6,25 0,94 87,5 669,48 5,10
19÷20 4,5 521,64 5 1,44 6,25 0,94 87,5 611,52 4,66
20÷21 4 463,68 2 0,58 18,75 2,81 87,5 554,57 4,22
21÷22 3 347,76 0,7 0,20 37,5 5,63 87,5 441,09 3,36
22÷23 2 231,84 2,7 0,78 6,25 0,94 87,5 321,06 2,44
23÷24 1,5 173,88 0,5 0,14 6,25 0,94 87,5 262,46 2,00
Всего 100 11592 100 28,8 200 30 84 1400 13134,8 100
Из табл.2.1 следует, что в период с 16 до 17 часов наблюдается наибольшее водопотребление, при этом максимальный часовой расход равен 828,48 м3/ч (6,31 % от суточного расхода), или
Qпос.пр=828,48·10003600=230,13л/с.
Расчетный расход на промпредприятии:
Qпр=(1,88+37,5)·10003600=10.93 л/с.
Расчетный расход общественного здания (Прачечная немеханизированная):
Qоб.зд=1,58·10003600=0,44 л/с.
Собственно поселок расходует:
Qпос.= Qпос.пр- Qпр - Qоб.зд=230,13-10.93-0,44=218.76 л/с.
По данным столбца 11 табл. 2.1 строим график водопотребления объединенного водопровода по часам суток (рис. 2.1).

Рис.2.2. График водопотребления по часам суток
2.3. Определение расчетных расходов воды на пожаротушениеРасчетные расходы воды для наружного пожаротушения в населенных пунктах и на промышленных предприятиях определяются по ст. 68 [1] пп. 5.1-5.18 [2], а для внутреннего пожаротушения – по пп. 6.1 - 6.6 [5]; пп. 4.1-4.18 [3].
Так как водопровод в поселке проектируется объединенным, то, согласно п. 6.2 [2], при площади территории промышленного предприятия свыше 179 га и при числе жителей в поселении 35 тыс. чел. по п. 5.1, табл.1 [2] принимается два одновременных пожара. При двух этажной застройке расход воды на тушение одного пожара в поселке равен 20 л/с.
Qнар.пож.пос.= 2·30=60 л/с.
Расход воды на внутреннее пожаротушение в поселке при наличии прачечной (здание объемом 9000 м3), согласно п. 4.1.1 [3], принимаем к расчету одну струю производительностью 2,5 л/с: л/с:
Qвн.пож.пос.=2,5 л/с.
Согласно п. 6.1 [2], на предприятии принимаем два пожара, так как площадь предприятия более 170 га. Согласно табл.3 [2] расход воды на наружное тушение пожара на производственном предприятии (шириной 23 м, категории пожароопасности В, степени огнестойкости II) объемом 400 и 580 тыс. м3 равен 10 л/с.
Qнар.пож.пр.=2·10=20 л/с.
Согласно п. 4.1.1 табл. 2 [3], расчетный расход воды на внутреннее пожаротушение производственных зданий предприятия принимаем из расчета двух пожарных стволов производительностью 2,5 л/с каждый:
Qвн.пож.пр.=2·2·2,5=10 л/с.
Qпож.пос.=Qнар.пож.пос.+Qвн.пож.пос.60+2,5=62,5 л/с.
Qпож.пр.=Qнар.пож.пр.+Qвн.пож.пр.=20+10=30 л/с.
Qпож.пос.<Qпож.пр.,
поэтому, согласно п. 6.2 [2], расход воды на цели пожаротушения в поселке и на предприятии определяется как сумма расхода воды на предприятии и 50 % расхода воды в поселке:
Qпож.=Qпож.пр.+0,5·Qпож.пос. л/с(2.17)
Qпож.=30+0,5·62,5=1.906 л/с.
3. Гидравлический расчет водопроводной сетиОбщий расход воды в час максимального водопотребления составляет 230,13 л/с, в том числе сосредоточенный расход предприятия равен 10.93 л/с и сосредоточенный расход общественного здания 0,44 л/с.
Равномерно распределенный расход:
Qрас.пос.= Qпос.пр- Qпр - Qоб.зд, л/с.(3.1)
Qрас.пос.=230,13-0,44-10.93=218.76 л/с.
Определим удельный расход, т.е.равномерно распределенный расход, приходящийся на единицу длины водопроводной сети:
qуд.=Qпос.рас.j=1j=mlj, л/(с·м2),(3.2)
j=1j=mlj=l1-2+ l2-3+ l3-4+ l4-5+ l6-5+ l7-6+ l1-7+ l7-4, м(3.3)
j=1j=mlj=1000+1500+1000+1500+1500+500+1000+2000=10000м.
Рис.3.1. Расчетная схема водопроводной сети
qуд.=204,8610000=218.76·10-4 л/(с·м2).
Определим путевые отборы
Qпут.j=lj·qуд., л/с.(3.4)
Таблица 3.1
Путевые расходы
Номер участка Длина участка, м Путевой отбор, л/с
1-2 1000 20,49
2-3 1500 30,73
3-4 1000 20,49
4-5 1500 30,73
6-5 1500 30,73
7-6 500 10,24
1-7 1000 20,49
7-4 2000 40,96
∑ 1000 204,86
Определим узловые расходы:
Qузл = 0,5∑ Qпут = 0,5 qуд ∑lузл,л/с(3.5)
где ∑lузл - сумма длин участков, примыкающих к узлу, м.
Результаты приведены в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Узловые расходы
Узловые точки Прилегающие к узлу участки Сумма путевых расходов, л/с∙ Узловой расход, л/с
1 1÷2, 1÷7 40,97 20,49
2 1÷2, 2÷3 51,22 25,61
3 3÷4,3÷2 51,22 25,61
4 4÷5,3÷4,7÷4 92,19 46,09
5 4÷5, 6÷5 61,46 30,73
6 5÷6,6÷7 40,97 20,49
7 7÷6, 1÷7, 7÷4 71,70 35,84
Σ204,86
5. Добавим к узловым расходам сосредоточенные расходы. К узловому расходу в точке 5добавляется сосредоточенный расход предприятия, а в точке 3– сосредоточенный расход общественного здания. Тогда q5=55,56 л/с, q3 = 26,05 л/с. Величины узлов расходов показаны на рис. 3.2. С учетом сосредоточенных расходов ∑qузл = 230,13 л/с.
6. Выполним предварительное распределение расходов воды по участкам сети. Сделаем это сначала для водопроводной сети при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении (без пожара). Выберем диктующую точку, т.е. конечную точку подачи воды. В данном случае за диктующую точку принимаем точку 5. Предварительно наметим направления движения воды от точки 1 к точке 5 (направления показаны на рис. 3.2). Потоки воды могут подойти к точке 6 по трем направлениям: 1-2-3-4-5, 1-7-6-5 и 1-7-4-5. Для узла 1 должно выполняться соотношение q1+q1-2+q1-7 = Qпос.пр.Величины q1 =20,49и Qпoc.пp.= 230,13 л/с известны, a q1-2 и q1-7неизвестны. Задаемся произвольно одной из этих величин. Например, q1-2= 105 л/с. Тогда q1-7= Qпoc.пp.- (q1 + q1-2) = 230,13 - (20,49+105)=104,64 л/с.
Для точки 2должно соблюдаться следующее соотношение:
q1-2=q2+q2-3.Значения q1-2=105л/с и q2= 25,61 л/с известны. Тогдаq2-3=q1-2–q2=105 –25,61=79,39 л/с.
Расходы воды по другим участкам сети можно определить из следующих соотношений:
q2-3= q3-4+ q3
q1-7= q7-6+ q7-4+ q7
q3-4+ q7-4= q4-5+ q4
q7-6 = q6+ q6-5
В результате получится:
q3-4= 53,34 л/с
q7-6 = 28 л/с
q7-4= 40,8 л/с
q4-5=48,05 л/с
q5-6= 7,51 л/с
Проверка: q5 = q4-5+ q6-5=48,05+7,51 = 55,56 л/с.
Схема водопроводной сети с предварительно распределенными расходами в обычное время.
При пожаре водопроводная сеть должна обеспечивать подачу воды на пожаротушение при максимальном часовом расходе воды на другие нужды, за исключением расходов воды на промышленном предприятии на душ, поливку территории и т.п. (п. 5.12 [2]), если эти расходы вошли в расход в час максимального водопотребления. Для водопроводной сети, показанной на рис. 3.2, расход воды для пожаротушения следует добавить к узловому расходу в точке 6, где осуществляется отбор воды на промышленное предприятие, которая является наиболее удаленной от места ввода (от точки 1), т.е. q6=q’6 + Qпож.рас. - qдуш.
Без учета расхода воды на душ час максимального водопотребления приходится на период с 9 до 10 ч (или с 11 до 12 ч), и расчетный расход равен Q’пос.пр = 815,82 м3=226,62 л/с, в том числе сосредоточенный расход предприятия Q’пр =24,57 л/с и сосредоточенный расход общественного здания Qоб.зд =0,8 л/с. Поэтому при гидравлическом расчете сети при пожаре
Q”пос.пр = Q’пос.пр + Qпож.рас = 226,62 + 106,25 = 332,87 л/с.
Так какQ”пос.пр ≠Q’пос.пр, то узловые расходы при пожаре будут другие, чем в час максимального водопотребления без пожара. Определим узловые расходы так, как это делалось без пожара.
Q’.пр=24,57 л/с, Qоб.зд =0,8 л/с, Qпож.рас =106,25 л/с.
Равномерно распределенный расход будет равен
Qпос.рас = Q”пос.пр - (Q.пр + Q’об.зд + Qпож.рас)=332,87-(24,57+0,8+106,25)= =201,25 л/с.
Таблица 3.3
Узловые расходы при пожаре
Узловые точки Прилегающие к узлу участки Сумма путевых расходов, л/с∙ Узловой расход, л/с
1 1÷2, 1÷7 40,25 20,13
2 1÷2, 2÷3 50,31 25,16
3 3÷4,3÷2 50,31 25,16
4 4÷5,3÷4,7÷4 90,56 45,28
5 4÷5, 6÷5 60,38 30,19
6 5÷6,6÷7 40,25 20,13
7 7÷6, 1÷7, 7÷4 70,44 35,20
Σ201,25
Добавим к узловым расходам сосредоточенные расходы. К узловому расходу в точке 5 добавляется сосредоточенный расход предприятия и расход на пожаротушение, а в точке 3 – сосредоточенный расход общественного здания.
Расчетная схема водопроводной сети с узловыми расходами при пожаре показана на рис. 3.4.
Определим диаметры труб участков сети. Для пластмассовых труб Э=0,5. По экономическому фактору и предварительно распределенным расходам воды по участкам сети при пожаре по прил. 4 [19] определяются диаметры труб участков водопроводной сети:
d1-2 = 0,355 м; d2-3 = 0,355 м; d3-4 = 0,315 м;
d4-5 = 0,355 м; d6-5 = 0,225 м; d7-6 = 0,250 м;
d7-4 = 0,280 м; d1-7 = 0,355 м.
Соответствующие расчетные внутренние диаметры согласно прил. 4 [19] равны:
d1-2 = 0,315 м; d2-3 = 0,315 м; d3-4 = 0,280 м;
d4-5 = 0,315 м; d6-5 = 0,184 м; d7-6 = 0,204 м;
d7-4 = 0,229 м; d1-7 = 0,315 м.
Расчетная схема водопроводной сети с узловыми и предварительно распределенными расходами при пожаре.
Увязка водопроводной сети при максимальном
хозяйственно-производственном водопотреблении
При увязке потери напора в трубопроводах определятся по формуле:
h=i·l.=A12g∙A0+CVmdpm+1∙V2∙l.,м.(3.6)
где dр — внутренний диаметр труб, м;
V — средняя по сечению скорость движения воды, м/с;
g — ускорение силы тяжести, м/с2.
Для пластмассовых труб труб (прил. 10 [4]):
m = 0,226; A1/2g = 0,685 10-3; С =1; A0 =0.
Таким образом, потери в напора в пластмассовых трубопроводах определяются по формуле:
h=10-3[0,685(1V)0,226∙V2dp1,226]l, м. (3.7)
Таблица 3.4
Увязка сети при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении
Номер кольца Участок сети Расход
воды
q, л/с Расчетный внутренний диаметр
dp, м Длина
l, м Скорость
V, м/с 0,685х1V0,226хV2dp1,226, м Гидравлический уклон i·103
1 2 3 4 5 6 7 8 9
I 1 - 2 105,00 0,315 1000 1,347 1,162 0,243 4,79
2 - 3 79,39 0,315 1500 1,019 0,708 0,243 2,92
3 - 4 53,34 0,28 1000 0,866 0,531 0,210 2,53
1 -7 104,64 0,315 1000 1,343 1,155 0,243 4,76
7 - 4 40,80 0,229 2000 0,991 0,674 0,164 4,10
II 7 - 4 40,80 0,229 2000 0,991 0,674 0,164 4,10
4 - 5 48,05 0,315 1500 0,617 0,290 0,243 1,20
6 - 5 7,51 0,164 1500 0,356 0,109 0,109 1,00
7 - 6 28,00 0,204 500 0,857 0,521 0,142 3,65
Продолжение табл. 3.4
Участок сети Потери напора
h, м Первое исправление
h/q,
(м·с)/л Δq’, л/с q’=q+Δq
л/с V, м/с 0,685х1V0,226хV2i·103 h, м
2 10 11 12 13 14 15 16 17
1 - 2 4,79 0,046 1,61 106,61 1,368 1,194 4,92 4,92
2 - 3 4,38 0,055 1,61 81,00 1,039 0,734 3,02 4,54
3 - 4 2,53 0,047 1,61 54,95 0,892 0,560 2,67 2,67
1 -7 -4,76 0,046 -1,61 103,03 1,322 1,124 4,63 -4,63
7 - 4 -8,21 0,201 -1,61-6,62 32,57 0,791 0,452 2,75 -5,50
∑Δh=-1,27 ∑(h/q)=0,395 Δq’= Δh/2∑(h/q)=1,61 ∑Δh=1,99
7 - 4 8,21 0,201 -8,23 32,57 0,791 0,452 2,75 5,50
4 - 5 1,80 0,037 -6,62 41,43 0,532 0,223 0,92 1,38
6 - 5 -1,51 0,200 6,62 14,13 0,669 0,335 3,08 -4,62
7 - 6 -1,83 0,065 6,62 34,62 1,059 0,758 5,32 -2,66
∑Δh=6,67 ∑(h/q)=0,504 Δq’= Δh/2∑(h/q)=6,62 ∑Δh=-0,39

Окончание табл. 3.4
Участок сети Второе исправление
h/q,
(м·с)/л Δq’, л/с q’=q+Δq
л/с V, м/с 0,685х1V0,226хV2i·103 h, м
2 18 19 20 21 22 23 24
1 - 2 0,046 -2,72 103,89 1,333 1,141 4,70 4,70
2 - 3 0,056 -2,72 78,28 1,004 0,690 2,85 4,27
3 - 4 0,049 -2,72 52,23 0,848 0,512 2,44 2,44
1 -7 0,045 2,72 105,75 1,357 1,177 4,85 -4,85
7 - 4 0,169 2,72+0,03 35,33 0,858 0,522 3,18 -6,36
∑(h/q)=0,365 Δq’= Δh/2∑(h/q)=2,72 ∑Δh=0,20
7 - 4 0,671 0,03+2,72 35,33 0,858 0,522 3,18 6,36
4 - 5 0,769 0,03 41,47 0,532 0,224 0,92 1,38
6 - 5 3,067 -0,03 14,09 0,667 0,334 3,07 -4,60
7 - 6 1,457 -0,03 34,58 1,058 0,757 5,32 -2,66
∑(h/q)=5,963 Δq’= Δh/2∑(h/q)=0,03 ∑Δh=0,49
Потоки воды от точки 1 к точке 5(диктующей точке), как видно по направлениям стрелок на рис. 3.3, могут пойти по трем направлениям: 1-2-3-4-5, 1-7-6-5 и 1-7-4-5. Средние потери напора в сети можно определить по формуле:
hс=h1 + h2 + h33, м, (3.8)
h1 = h1-2 + h2-3 +h3-4 +h4-5;
h2 = h1-7 + h7-6+h6-5;
h3 = h1-7+ h7-4+ h4-5.
Потери напора в сети при максимальном хозяйственно- производственном водопотреблении:
h1 =4,7+4,27+2,44+1,38=12,79 м.
h2 =4,85+2,66+4,6=12,11 м.
h3 =4,85+6,36+1,38=12,59 м.
hс =12,79+12,11+12,593=12,5 м.
hобщ.=1,1·hс, м.(3.9)
где1,1 – коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях (принимается 10% от линейных потерь напора).
hобщ.=1,1·12,5=13,8 м.
Расчетная схема водопроводной сети с окончательно распределительными расходами при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении показана на рис.3.5
Таблица 3.5
Увязка сети при пожаре
Номер кольца Участок сети Расход
воды
q, л/с Расчетный внутренний диаметр
dp, м Длина
l, м Скорость
V, м/с 0,685х1V0,226хV2dp1,226, м Гидравлический уклон i·103 Потери напора
h, м
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
I 1 - 2 156,74 0,315 1000 2,011 2,366 0,243 9,75 9,75
2 - 3 131,58 0,315 1500 1,688 1,735 0,243 7,15 10,73
3 - 4 105,62 0,28 1000 1,715 1,784 0,210 8,50 8,50
1 -7 156,00 0,315 1000 2,002 2,346 0,243 9,67 -9,67
7 - 4 65,80 0,229 2000 1,598 1,573 0,164 9,58 -19,17
∑Δh=0,14
II 7 - 4 65,80 0,229 2000 1,598 1,573 0,164 9,58 19,17
4 - 5 126,14 0,315 1500 1,619 1,610 0,243 6,63 9,95
6 - 5 34,87 0,164 1500 1,651 1,667 0,109 15,29 -22,94
7 - 6 55,00 0,204 500 1,683 1,724 0,142 12,11 -6,05
∑Δh=0,13
Потери напора в сети при пожаре:
h1 =9,75+10,73+8,5+9,95=38,93 м.
h2 =9,67+6,05+22,94=38,66 м.
h3 =9,67+19,17+9,95=38,79 м.
hс =38,93+38,66+38,793=38,80 м.
hобщ.=1,1·38,8=42,7 м.
Расчетная схема водопроводной сети с окончательно распределенными расходами при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении показана на рис. 3.6.
4. Определение режима работы НСIIВыбор режима работы насосной станции второго подъема (HC-II) определяется графиком водопотребления (рис. 4.1). В те часы, когда подача НС-II больше водопотребления поселка, избыток воды поступает в бак водонапорной башни, а в часы, когда подача НС-II меньше водопотребления поселка, недостаток воды восполняется за счет воды из бака водонапорной башни. Для обеспечения минимальной емкости бака график подачи воды насосами стремятся максимально приблизить к графику водопотребления. Однако частое включение и выключение насосов усложняет эксплуатацию насосной станции и отрицательно сказывается на электрической аппаратуре управления насосными агрегатами. Установка большой группы насосов с малой подачей приводит к увеличению площади HC-II и КПД насосов с меньшей подачей ниже, чем КПД насосов с большей подачей. Поэтому обычно принимают двух- или трехступенчатый режим работы НС-II. При любом режиме работы НС-II подача насосов должна обеспечить полностью (100 %) потребление воды поселком.
Примем двухступенчатый режим НС-II с подачей каждым насосом 2,5 % в час от суточного водопотребления (график 2, рис. 4.1). Тогда один насос за сутки подаст 2,5·24 = 60 % суточного расхода воды. Второй насос должен подать 100 - 60 = 40 % суточного расхода воды и надо его включать на 40/2,5 = 16 ч.

Рис. 4.1. Режим работы НС-II и график водопотребления:
1 - график водопотребления; 2, 3 – двухступенчатый режим работы НС-II с подачей каждым насосом соответственно 2,5 % и 3 % в час от суточного водопотребления
В соответствии с графиком водопотребления (рис. 4.1) предлагается второй насос включать в 6 ч и выключать в 22 ч. Этот режим работы НС- представлен на рис. 4.1 (график 2).
Для определения регулирующей емкости бака водонапорной башни составим табл. 4.1. В столбце 1 проставлены часовые промежутки, а в столбце 2 часовое водопотребление в процентах от суточного водопотребления в соответствии со столбцом 11 табл. 2.1. В столбце 3 подача насосов в процентахв соответствии с предложенным режимом работы НС-II (рис. 4.1).
Таблица 4.1
Водопотребление и режим работы насосов
Время суток Часовое водопотребление I вариант II вариант
Подача насосов Поступление в бак Расход из бака Остаток в баке Подача насосов Поступление в бак Расход из бака Остаток в баке
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0÷1 1,66 2,5 0,84 - 0,84 3 1,34 - 1,34
1÷2 1,32 2,5 1,18 - 2,02 3 1,68 - 3,02
2÷3 1,32 2,5 1,18 - 3,2 3 1,68 - 4,7
3÷4 1,32 2,5 1,18 - 4,38 3 1,68 - 6,38
4÷5 2,21 2,5 0,29 - 4,67 3 0,79 - 7,17
5÷6 3,09 2,5 - 0,59 4,08 3 - 0,09 7,08
6÷7 3,98 5 1,02 - 5,1 3 - 0,98 6,1
7÷8 4,87 5 0,13 - 5,23 3 - 1,87 4,23
8÷9 6,2 5 - 1,2 4,03 6 - 0,2 4,03
9÷10 6,21 5 - 1,21 2,82 6 - 0,21 3,82
10÷11 6,2 5 - 1,2 1,62 6 - 0,2 3,62
11÷12 6,21 5 - 1,21 0,41 6 - 0,21 3,41
12÷13 5,12 5 - 0,12 0,29 6 0,88 - 4,29
13÷14 5,13 5 - 0,13 0,16 6 0,87 - 5,16
Продолжение табл. 4.1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
14÷15 5,54 5 - 0,54 -0,38 6 0,46 - 5,62
15÷16 5,99 5 - 0,99 -1,37 6 0,01 - 5,63
16÷17 6,31 5 - 1,31 -2,68 6 - 0,31 5,32
17÷18 5,54 5 - 0,54 -3,22 4 - 1,54 3,78
18÷19 5,1 5 - 0,1 -3,32 3 - 2,1 1,68
19÷20 4,66 5 0,34 - -2,98 3 - 1,66 0,02
20÷21 4,22 5 0,78 - -2,2 3 - 1,22 -1,2
21÷22 3,36 5 1,64 - -0,56 3 - 0,36 -1,56
22÷23 2,44 2,5 0,06 - -0,5 3 0,56 - -1
23÷24 2 2,5 0,5 - 0 3 1 - 0
Всего 100 100 100 Если подача насосов выше, чем водопотребление поселка, то разность этих величин записывается в столбец 4 (поступление в бак), а если ниже – в столбец 5 (расход из бака). Остаток воды в баке (столбец 6) к концу некоторого часового промежутка определяется как алгебраическая сумма данных столбцов 4 и 5 (положительных при поступлении воды в бак и отрицательных при расходе из него).
Регулирующая емкость бака будет равна сумме абсолютных значений наибольшей положительной и наименьшей отрицательной величины столбца 6.
В данном случае емкость бака башни получилась равной 5,23+-3,32=5,55 % от суточного расхода воды.
Проанализируем другой режим работы НС-II, задавая подачу насосов по 3 % от суточного расхода воды каждым насосом. Один насос за 24 часа подаст 24·3 = 72 % суточного расхода. На долю другого придется 28%, и он должен работать 28/3 = 9,33 часов. Второй насос необходимо включить с 8 до 17 часов 20минут. Этот режим работы НС-II показан на графике (рис. 4.1) линией 3. Регулирующая емкость бака (столбцы 7, 8, 9, 10 табл. 4.1) равна7,17+-1,56=8,73 %, что больше5,55% по первому режиму. Окончательно принимаем режим работы НС-II по I варианту.
5. Гидравлический расчет водоводовЦель гидравлического расчета водоводов – определить потери напора при пропуске расчетных расходов воды. Водоводы, как и водопроводная сеть, рассчитываются на два режима работы: на пропуск хозяйственно-питьевых, производственных расходов воды в соответствии с режимом работы НС-II и на пропуск максимальных хозяйственно-питьевых, производственных расходов и расходов на пожаротушение с учетом требований п. 5.12 [4].
Водоводы проложены из пластмассовых труб, и длина водоводов от HC-II до водонапорной башни lвод = 700 м.
Учитывая, что в проекте принят неравномерный режим работыHC-II с максимальной подачей насосов Р = 5% в час от суточного водопотребления, расход воды, который пойдет по водоводам, будет равен:
Qвод.'=Qсут.·Pоб.100, м3/ч(5.1)
Qвод.'=13134,8·5100=656,74м3/ч=182,43 л/с.
Так как водоводы прокладываются в две линии, то расход воды по одному водоводу равен:
Qвод.=Qвод.'2, л/с.(5.2)
Qвод.=182,432=91,22, л/с.
При значении Э=0,75 из прил. 4 [19] определяем диаметр водоводов dвод = 0,315 м; dр = 0,280 м.
Скорость воды в водоводе определяется из выражения:
V=Q1000ω=Q∙41000π∙dp2, м/с(5.3)
где ω – площадь живого сечения водовода, м2.
При расходе Qвод=91,22 л/с скорость движения воды в водоводе с расчетным диаметром 0,280 м будет равна:
V=91,22·41000·3,14·0,2802=1,48 м/с.
Потери напора определяются по формуле:
hвод=i·lвод.=A12g∙A0+CVmdpm+1∙V2∙lвод.,м.(5.4)
где dр — внутренний диаметр труб, м;
V — средняя по сечению скорость движения воды, м/с; g — ускорение силы тяжести, м/с2.Для пластмассовых труб (прил. 10 [4]):
m = 0,226; A1/2g = 0,685 10-3; С=1; A0=0.
Потери напора в водоводах составят:
hвод.=0,6851000∙0+11,480,2260,2801,226·1,482·700=4,58 м.
Общий расход воды в условиях пожаротушения равен Qпос.пр.п.= 332,87л/с.
Расход воды в одной линии водоводов в условиях пожаротушения
Qвод.пож = 332,872 = 166,44 л/с.
При этом скорость движения воды в трубопроводе по формуле (5.3) равна:
V=166,44·41000·3,14·0,2802=2,7 м/с.
Потери напора в водоводах при пожаре по формуле (5.4)равны:
hвод.пож=0,6851000∙0+12,70,2260,2801,226·2,72·700=13,3 м.
Потери напора в водоводах (hвод, hвод.пож) учитываются при определении требуемого напора хозяйственных и пожарных насосов.
6. Расчет водонапорной башниВодонапорная башня предназначена для регулирования неравномерности водопотребления, хранения неприкосновенного противопожарного запаса воды и создания требуемого напора в водопроводной сети.
6.1. Определение высоты водонапорной башниВысота водонапорной башни определяется по формуле:
Hв.б = 1,1·hс + Hсв + zд.т – zв.б, м    (6.1)
где 1,1 – коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях (п. 4, прил. 10 [4]);
hс – потери напора в водопроводной сети при работе ее в обычное время;
zд.т, zв.б – геодезические отметки соответственно в диктующей точке и в месте установки башни.
Минимальный напор Нсв в диктующей точке сети при максимальном хозяйственно-питьевом водопотреблении на вводе в здание согласно п. 2.26 [4] должен быть равен:
Нсв = 10 + 4(n-1), м,    (6.2)
Нсв = 10 + 4(3-1)=18 м
где n – число этажей, равное по заданию 3.
Согласно п.3 настоящей ПЗhc = 12,5 м.
zд.т - zв.б = 92 – 100 = -8 м,
Нвб= 1,1·12,5+18-8 = 23,8 м.
6.2. Определение емкости бака водонапорной башниЕмкость бака водонапорной башни равна (п. 9.1 [9], п. 12.1 [10]):
Wб= Wрег+ Wн.з, м3,    (6.3)
где Wpег – регулирующая емкость бака, м3;
Wн.з – объем неприкосновенного запаса воды, м3, величина которого определяется в соответствии с п. 9.5 [4] из выражения:
Wн.з=Wн.з пож.10 мин.+Wн.з х-п10 мин., м3,    (6.4)
где Wн.з пож.10 мин.– запас воды, необходимый на 10-минутную продолжительность тушения одного наружного и одного внутреннего пожара;
Wн.з х-п10 мин.– запас воды на 10 мин, определяемый по максимальному расходу воды на хозяйственно- питьевые и производственные нужды.
Регулирующий объем воды в таких емкостях, как резервуары, баки водонапорных башен, должен определяться на основании графиков поступления и отбора воды, а при их отсутствии – по формуле, приведенной в п. 9.2 [4]. В нашем курсовом проекте (см. раздел 4) определен график водопотребления и предложен режим работы HC-II, для которого регулирующий объем бака водонапорной башни составил К=5,55 % от суточного расхода воды в поселке.
Wрег =5,55∙13134,8100=729 м3.
Так как наибольший расчетный расход воды требуется на тушение одного пожара на предприятии, то:
Wн.з пож.10 мин.=Qпож.пр.∙10∙601000,м3.(6.5)
Wн.з пож.10 мин. =(35+5)∙10∙601000= 24 м3.
Согласно табл. 2.1:
Wн.з х-п10 мин.=230,13∙1060=38,34м3.
Wн.з=24+38,34=62,34 м3.
Wб =729+62,34=791,34м3.
По прил. 5 [19] принимаем типовую водонапорную башню высотой 25 м с баком емкостью Wб = 800 м3по типовому проекту 901-5-28/70.
Зная емкость бака, определяем его диаметр и высоту:
Дб =1,243Wб, м.(6.6)
Дб =1,24·3800=11,5 м.
Дб =1,5·Нб, м.(6.7)
Отсюда Нб=11,51,5=8 м.
Принципиальная схема водонапорной башни и ее оборудования представлена на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Схема оборудования водонапорной башни
Подача воды в бак 1 из водопроводной сети 2 и поступление регулирующемого запаса воды из бака в сеть осуществляется по подающее-разводящему трубопроводу 3. Для отбора неприкосновенного запаса воды используется трубопровод 4 с электрозадвижкой 5, которая открывается при пуске пожарного насоса. С помощью обратного клапана 6 и электрозадвижки 7, которая в обычное время открыта, происходит отключение водонапорной башни от сети. В противном случае часть подачи воды пожарного насоса будет поступать в бак, в результате чего расход воды в водопроводной сети при пожаре может оказаться меньше расчетного.
Водонапорная башня оборудуется переливным 8 и грязевым 9 трубопроводами, которые соединяются с канализационным колодцем 10. Для подачи воды к месту пожара передвижным пожарным насосом 11 из колодца 10 открывают задвижку 12 с помощью вентиля 13 и муфты 11.
На представленной схеме видно, что расположение приемных патрубков хозяйственных и пожарных трубопроводов на р