GardenWeb

Зонное водоснабжение

В тех случаях, когда на территории, обслуживаемой водопроводом, разница в отметках в отдельных ее частях значительна (т. е. при сильно пересеченном рельефе), устройство единой водопроводной сети нерационально. Напор в такой сети, определенный из условия обеспечения минимального напора в диктующей (высокой) точке, оказался бы чрезмерным на пониженных участках территории. Такой чрезмерный напор на значительной части территории невыгоден экономически, так как насосы должны подавать воду с повышенным напором и на те участки территории, где он не нужен. К тому же большой напор опасен для прочности труб (кроме стальных) и вызывает излишние утечки из сети; при большом напоре могут возникать сильные гидравлические удары.

Поэтому желательно, чтобы напор в наружной сети населенного пункта был не более 3-4 ат (такой напор достаточен при 6-8-этажной застройке) и во всяком случае не более 5-6 ат.

Поэтому же при большой разнице отметок в разных участках обслуживаемой водопроводом территории водопроводную сеть разбивают на зоны с таким расчетом, чтобы напор в каждой зоне не превышал установленной величины, т.е. устраивают зонный водопровод.

Целесообразность зонирования и величина напора в каждой зоне (т. е. число зон) определяются на основе технико-экономического сравнения ряда вариантов. Если повышенные напоры’ получаются только в отдельных небольших по площади районах населенного пункта, то зонирование может оказаться невыгодным.

Зонирование может быть параллельное и последовательное.

При параллельном зонировании (рис. 1, а) устраивают одну насосную станцию, на которой устанавливают отдельные группы насосов для каждой зоны; вода подается в каждую зону по отдельному водоводу.

При последовательном зонировании (рис. 1,б) в каждой зоне имеется своя насосная станция. Насосная станция первой зоны забирает воду из источника, а насосные станции остальных зон — из резервуара, куда поступает вода из нижерасположенной зоны. Этот резервуар при соответствующих топографических условиях может являться напорным резервуаром (контррезервуаром) нижерасположенной зоны.

Выбор системы зонирования зависит от большого числа факторов и производится на основе технико-экономического сравнения вариантов.

Параллельное зонирование обычно более выгодно при небольшой длине водоводов от насосной станции до каждой из Зон.

Если вода поступает к обслуживаемому объекту под очень большим естественным напором из источника, расположенного высоко в горах, то также может потребоваться зонирование, чтобы не было чрезмерного напора в низких районах. В этом случае сеть также разбивают на зоны (обратное зонирование) с устройством в каждой зоне напорных резервуаров, получающих воду из верхней зоны и являющихся таким образом гасителями напора.

Зонным является и такое водоснабжение промышленных предприятий, когда в разные цехи (или группы цехов) вода подается с разным напором, определяемым технологическими условиями. В данном случае зонирование также может быть параллельное (с устройством одной насосной станции и установкой отдельных групп насосов с разными напорами) или последовательное (с устройством отдельных насосных повысительных станций на общей заводской сети).

Основные типы зонных систем водоснабжения

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ЗОННЫХ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Область применения

Основным принципом, по которому проектируются и строятся современные системы водоснабжения, является устройство централизованных систем водоснабжения.

Создание единого водопровода, охватывающего всех потребителей обслуживаемого объекта или района, как правило, обеспечивает наименьшие затраты средств на сооружение и эксплуатацию системы подачи и распределения воды. Однако в ряде случаев наличие разнородных требований, которые предъявляют отдельные группы потребителей к системе водоснабжения, делает целесообразным вместо единой системы устраивать несколько более или менее самостоятельных систем водоснабжения для обслуживания соответствующих групп потребителей.

При этом учитывается различие требований отдельных потребителей к напорам, характер планировки снабжаемых водой объектов и рельеф местности, а в ряде случаев и различие требований к степени водоподготовки.

Снабжение водой подобных объектов обусловливает необходимость производить группировку потребителей по их требованиям к напорам и соответственно разделение единой централизованной системы водоснабжения. Такое разделение единой системы водоснабжения на отдельные системы для каждой группы потребителей принято назы­вать зонированием систем водоснабжения, а сами системы — зонными.

Зонирование применяется и в городских, и в промышленных водопроводах.

Зонирование водопроводов промышленных предприятий часто обусловливается значительной разницей в требованиях отдельных производственных потребителей к давлениям на вводе; зонирование городских систем водоснабжения — в основном значительной разностью геодезических отметок в пределах территорий города и требуе­мых напоров в его сети.

При этом в случае создания единой системы водоснабжения города вся вода должна подаваться головной насосной станцией под напором, необхо­димым для снабжения потребителя, требующего наибольшей подачи воды. Это может привести к возникновению в водопроводной сети давлений выше допустимых.

Наибольшие давления наблюдаются в районах с пониженными геодезическими отметками и в районах, наиболее близко расположенных к местам подачи воды в сеть.

На рис. 1 схематически показаны план и пьезометрический профиль сети города при устройстве единой (незонированной) системы водоснабжения. Из рисунка видно, что между максимальным напором в сети Н_тах, разностью геодезических отметок местности в пределах территории, охватываемой городской водопроводной сетью (z_max— z_min), требуемым свободным напором Н_св и максимальной потерей напора на преодоление гидравлических сопротивлении в сети h_тах может быть установлена следующая зависимость:

Величина Н_тах не должна превышать пределов, которые определяются конструкцией водопроводной сети (материалом и типом труб) и условиями эксплуатации внутренних водопроводов.

Большие давления расстраивают водоразборную арматуру (особенно различные поплавковые краны), повышают размеры утечек и непроизводительные траты воды.

С учетом этих соображений и в соответствии с требованием СНиП 2.04.02-84* максимальный расчетный напор в наружной магистральной водопроводной сети не должно превосходить 60 м вод. ст.

В случае превышения допустимого напора необходимо разделить сеть на зоны, чтобы в пределах каждой из них напор не превышал допустимого. Таким образом, область применения зонирования может обусловливаться как характером рельефа местности, так и допустимыми давлениями в точках отбора воды потребителями.

Рис. 1. Однозонная система водоснабжения

а- план; б- пьезометрический профиль

Основные типы зонных систем водоснабжения

В зависимости от характера взаимного соединения зон различают системы последовательного и параллельного зонирования.

При последовательном зонировании общая водопроводная сеть объекта делится на две последовательно соединенные сети (рис. 2). Граница б—б между зонами I и II определяется значением наибольшего допустимого в сети напора H₁.

Головная насосная станция НС- I подает все количество воды Q_I + Q_II, но под напором Н₁ необходимым для снабжения водой первой (нижней) зоны; следующая насосная станция HC -II берет из сети первой зоны количество воды Q_II необходимое для второй (верхней) зоны, и подает его под напором Н_II, необходимым для снабжения водой ее потребителей.

Таким образом, расход верхней зоны Q _II подается транзитом через сеть нижней зоны.

Пьезометрические линии при последовательной системе зонирования будут занимать положение абгд.

При параллельной системе зонирования (рис.3) отдельные зоны включены параллельно. Вода подается в сеть каждой зоны по отдельным водоводам своей группой насосов, установленных на головной насосной станции. Насос нижней зоны I подает расход Q_I под напором Н_I необ­ходимым для этой зоны; насос верхней зоны II подает расход Q_II под большим напором Н _I на значительно большую геометриче скую высоту.

При параллельной системе зонирования пьезометрическая линия для системы верхней зоны будет занимать положение аб, а нижней — положение гб.

Рис. 2. Схема последовательного зонирования

а— пьезометрический профиль; б-план

Рис.3 Схема паралельного зонирования

а— пьезометрический профиль; б-план

Очевидно, что в пределах каждой зоны при параллельном зонировании напор будет иметь те же значения, что и при последовательном. Однако при параллельной системе напор в водоводе, подающем воду в верхнюю зону, может быть весьма велик и у границы города достигнет того же значения Н_тах, которое было до зонирования сети.

При этом большие давления в водоводе не отразятся на условиях работы сети I зоны, так как водовод не имеет присоединений к отдельным водопотребителям этой зоны.

Выбор той или иной системы зонирования зависит от местных условий, от многих технических и экономических факторов и должен производиться на основе сравнения вариантов при условии обеспечения требуемой надежности подачи воды потребителю.

Зонные системы водоснабжения

Зонирование водопровода может быть вызвано как техническими, так и экономическими соображениями, так как оно позволяет снизить давление в трубах водопроводных сетей и уменьшить количество энергии, затрачиваемой на подъем воды.

Системы водоснабжения, разделенные на зоны, называются зонными, или зональными. Чаще всего зонные водопроводы устраивают в случае значительной разности отметок земли в пределах обслуживаемой водопроводом территории.

Иногда зонирование применяется и при большом различии значений свободных напоров, требуемых отдельными потребителями (в водопроводах некоторых промышленных предприятий).

Когда отдельные точки снабжаемой водой территории имеют значительную разность отметок, то в пониженных точках водопроводной сети могут возникнуть давления, превышающие допустимые для используемых типов труб и условий эксплуатации водопровода.

Если в наиболее высоко расположенной точке сети должен быть обеспечен свободный напор Н_св, то в её нижней точке при незонированной системе напор будет составлять

Где: DZ — максимальная разность отметокместности в пределах обслуживаемой территории;

h_lмакс — максимальные потери напора в сети.

Н_св – необходимый свободный напор в критической точке

Если полученное значение Н_макс превышает допустимый напор, то необходимо разделить сеть на зоны с таким расчетом, чтобы в пределах каждой из них напор не превышал допустимого.

Зонирование может быть осуществлено по «последовательной» или по «параллельной» схеме. В первом случае отдельные зоны соединяются последовательно (рис.1), во втором случае зоны включены параллельно (рис. 2)

При последовательном зонировании общая водопроводная сеть объекта делится на две последовательно соединенные сети.

Вода подается головной насосной станцией в количестве (Q₁+Q₂) обеспечивающем потребности обеих зон, и под напором Н₁, рассчитанным на подъем воды до границы между зонами. Здесь устанавливается насосная станция НС-3 верхней зоны. Она берет воду в количестве Q₂ из сети нижней зоны (непосредственно или через регулирующую емкость) и подает ее под напором Н₂ в сеть верхней зоны.

Таким образом, расход верхней зоны подается транзитом через сеть нижней зоны.

В системах параллельного зонирования принципы разделения общей сети на сети верхней и нижней зоны те же самые, но вода подается в сеть каждой зоны по отдельным водоводам своей группой насосов, расположенной на общей головной насосной станции. Таким образом, зоны включаются параллельно.

Водоводы, питающие верхнюю зону, обычно прокладываютсячерезтерриторию нижней зоны.

Насос нижней зоны подает расход Q₁ под напором Н₁, необходимым для этой зоны; насос верхней зоны подает расход Q₂ под значительно большим напором H₂, так как насосы второй зоны поднимают воду на значительно большую геометрическую высоту, и в величину их напора входят большие потери в водоводах.

Рис. 1. Схема последовательного зонирования водопроводной сети

Как видно из рис. 2, при параллельном зонировании значения максимальных напоров для первой зоны и для второй зоны (в точках примыкания водоводов к территориям зон) не должны превышать допустимого напора. Следует иметь в виду, что в водоводах, как правило, допустимы давления значительно большие, чем в сетях, к которым присоединяются домовые ответвления.

Каждая из рассмотренных систем зонирования имеет свои достоинства и недостатки.

Недостатком системы последовательного зонирования является необходимость устройства дополнительной отдельно стоящей насосной станции (для каждой лишней зоны), что связано с увеличением затрат на строительство и затрат на эксплуатацию — в части содержания персонала. Надежность этих систем ниже, чем систем параллельного зонирования, где имеет место независимая подача воды в каждую зону.

К недостаткам систем параллельного зонирования относится увеличение строительной стоимости водоводов (вследствие увеличения их суммарной длины).

Вообще строительная стоимость зонированной системы для любого объекта будет всегда больше, чем незонированной.

Рис. 2. Схема параллельного зонирования водопроводной сети

Лекция 8,9. Зонные системы водоснабжения. Виды систем.

Зонирование системы – это разделение единой системы водоснабжения на отдельные части (зоны) для каждой группы потребителей с разными требованиями к качеству подаваемой воды, в отношении напоров и т.д., а сами схемы – зонными. Зонирование применяется для населенных мест и для промпредприятий. Оно снижает недопустимо высокие напоры, уменьшает затраты электроэнергии на подъем воды, сокращает утечки. Зонные схемы устраивают при значительной разности отметок (вертикальные схемы) и большой протяженности территории объекта (горизонтальные или вертикальные схемы), а также при большой разности свободных напоров, требуемых отдельными потребителями. Различают два основных вида систем: параллельное зонирование и последовательное. Однозонная схема водоснабжения является более экономически эффективной в малых населенных местах (водопотребление до 10-12 тыс. м 3 /сут) при перепаде отметок в пределах территории объекта до 70-80 м. в больших городах – до 40-45 м.

1. Параллельное зонирование (схема рис.1).

Рис. Параллельноезонирование: 1-насосная станция , 2-водонапорная башня I зоны, 3- водонапорная башня II зоны, 4 -водоводы

Согласно рис.1 зоны включаются параллельно и вода поступает в каждую зону отдельно по своим водоводам. В здании насосной станции для каждой зоны установлены отдельные группы насосов, разных по производительности и напорам. Каждая зона рассчитывается как отдельный объект водоснабжения. Водоводы, питающие верхнюю зону, обычно прокладывают по территории нижней зоны. Насос нижней зоны (I) подает расход Q_I под напором Н­_I необходимый для этой зоны. Насос верхней зоны (II) подает расход Q_II под большим напором Н_II на большую геометрическую высоту.

Напор в водоводе, подающем воду в верхнюю зону, сможет быть велик и у границы города достигать максимального значения, как до зонирования, но он не должен превосходить пределов, которое определяются конструкцией водопровода (материалом и тип труб), условиями эксплуатации внутренних водопроводов – 60 м (согласно СНиП).

2. Последовательное зонирование.

Вода в полном объеме подается сначала в нижнюю зону, в котором присутствует тот объем, который должен подаваться в верхнюю зону (II), т.е. он транзитом проходит по нижней зоне и затем группой насосов подается в верхнюю зону. Таким образом, общая водопроводная сеть объекта делится на две последовательно соединенные сети.

Рис.2 Последовательное зонирование: 1-НС , 2- резервуары, 3 НС зоны II, 4 –водонапорная башня зоны II ,5 – водоводы.

Граница в-в между зонами I и II определяется значением наибольшего допустимого в сети напора Н₁. Головная насосная станция НС-I подает воду в количестве Q_I+Q_II под напором Н_Iнеобходимым для зоны I, вторая насосная станция НС-II берет из сети расход Q_II для зоны II и подает ее под напором. Н_II в зону II. Таким образом, расход зоны II транзитом идет через сеть первой зоны.

Последовательное зонирование – вертикальное (см.рис.11) и горизонтальное.

Выбор той или иной системы зонирования и числа зон зависят от местных условий, технических и экономических соображений. Гидравлический расчет зонных систем ведется таким же методами, что и расчет обычных водопроводов, но при расчете нижних зон должна быть учтена их связь с верхними зонами.

Деление на зоны при значительной разности отметок или большой протяженности территории объекта обусловлено чаще всего технической необходимостью: а именно, в наиболее высоко расположенной (диктующей) точке сети должен быть обеспечен необходимый свободный напор, а в нижней точке напор не должен превышать 60 м.

Расчетная высота зоны, т.е. разность отметок местности в пределах зоны ▲Z=Z_max-Z_min, не должен превышать ▲Z_пр=H_max-H_св-h_max. В городских водопроводах, как отмечалось, максимальный напор H_max не должен быть более 60 м.

Принимая ориентировочно потери напора в сети h_max и задаваясь H_max и Н_св, можно определить предельную разность отметок ▲Z_пр, при которой давление в сети не превышает Н_max.

Если в пределах территории разность отметок (Z_max-Z_min)> ▲Z_пр, то давления в неблагоприятно расположенных точках сети будут выше допустимых, поэтому система должна быть разбита на зоны.

В ряде случаев зонирование принимают исключительно по экономическим соображениям. Экономический эффект состоит в снижении суммарной мощности насосных станций (снижение расхода энергии на подъем воды). Для этого следует дать энергетическую оценку.

Энергетическая оценка водопроводных систем.

Полная энергия, затрачиваемая в единицу времени насосной станцией можно выразить:

Q – количество воды, подаваемое насосами в сеть,

Н – напор, создаваемый насосом.

Полная энергия может быть разделена на три составляющие:

1) Энергия, расходуемая на подачу потребителю определенного количества воды Q_i, на определенную высоту (Z_i+H_i), где Z_i – отметка земли, H_i – требуемый свободный напор. Эта энергия, затрачиваемая на подъем воды потребителем на определенную высоту – есть полезно затраченная энергия Э_г.

2) Энергия, идущая на преодоление гидравлических сопротивлений в трубах – эта часть энергии теряется в системе, но она необходима для транспортирования воды по трубам Э_т:

Где q_i – расход на отдельных участках сети,

h_i – потеря напора на этих участках.

3) Энергия, затраченная бесполезно на излив при избыточном по сравнению с требуемым напором:

▲H_i – избыточный напор,

Э_у – бесполезно затраченная энергия, затраченная на бесполезную работу при подъеме воды при избыточном давлении.

Таким образом, для любой системы подачи и распределения воды сумма составляющих равна полной гидравлической энергии:

На основании данных о расходуемых компонентах полной энергии Абрамович Н.Н. и Мошнин Л.Ф., при разработке ТЭР водопроводных сетей установили коэффициент использования энергии φ для централизованных систем водоснабжения.

Коэффициент использования энергии φ можно представить:

Он будет больше, чем меньше Э_у.

Низкие значения φ имеют системы, в которых:

— отметки земли понижаются к водопотребителю (объекту водоснабжения);

— наибольший водоразбор в пониженных местах местности и в местах, близких к водопотребителю;

— территория объекта имеет вытянутую в длину форму;

— требуемые свободные напоры снижаются по мере приближения к водопитателю;

— в пределах объекта водоснабжения наблюдается значительная разница свободных напоров для отдельных потребителей.

Низкие значения φ, а следовательно, высокие значения Э_у, говорят о неэффективном использовании энергии в системе. Для такой системы целесообразно устройство системы с зонным водопроводом.

Дата добавления: 2015-05-05 ; просмотров: 5 | Нарушение авторских прав