Название: Водоснабжение и водоотведение Раздел: Промышленность, производство Тип: контрольная работа Добавлен 10:22:10 24 января 2011 Похожие работы Просмотров: 5336 Комментариев: 14 Оценило: 2 человек Средний балл: 5 Оценка: неизвестно Скачать
Основы автоматизации систем водоснабжения зданий
Основы автоматизации систем водоснабжения зданий
Автоматизация современных систем водоснабжения требует совместных усилий как специалистов в области автоматизации, так и инженерно-технических работников проектирующих технологические процессы и эксплуатирующих сооружения. Знание основ автоматизации и её современного уровня на водопроводных схемах зданий и сооружений способствуют рациональному их проектированию, строительству в оптимальные сроки и эффективной эксплуатации действующих сооружений.
Под автоматизацией производственных процессов понимается совокупность технических средств и методов, освобождающих человека в определенной степени или полностью от непосредственного выполнения функций контроля за этими процессами и управления ими.
Автоматическим регулированием называется поддержание постоянной некоторой заданной величины, характеризующей процесс, или изменение ее по заданному закону, осуществляемое с помощью измерения состояния объекта или действующих на него возмущений и воздействия на регулирующий орган объекта.
В зависимости от Характера действия различных элементов, входящих в систему регулирования, различают Системы непрерывного и дискретного действия.
Непрерывная система автоматического регулирования состоит только из звеньев непрерывного действия, т. е. таких звеньев, выходная величина которых изменяется плавно при плавном изменении входной величины.
Дискретная система содержит хотя бы одно звено дискретного действия, выходная величина которого изменяется скачками (дискретами) при плавном изменении входной величины. Примерами дискретных систем могут служить системы, содержащие реле (релейные системы) или импульсный Элемент (импульсные системы).
Для работы водонапорных установок в автоматическом режиме, а также для автоматизации работы водоочистных систем существуют ряд устройств, реагирующих на изменение давления, уровня или скорости течения воды.
Автоматическое включение или выключение электродвигателей насосов и компрессоров в системах водоснабжения зданий возможно при изменении уровня воды в водонапорном баке, либо давления в трубопроводах сети (или пневматическом баке) или скорости движения воды в трубопроводе.
При изменении указанных параметров приводятся в действие датчики, связанные с исполнительными механизмами включения или выключения магнитного пускателя, соединяющего или размыкающего линию электропитания двигателя насоса.
Принцип действия электронного датчика основан на преобразовании изменения электрического сопротивления между электродами датчика в релейный сигнал. При погружении электродов датчика в воду, по ним начинает идти микроток, который регистрирует датчик.
Для измерения уровня также используют чувствительные электронные датчики давления, которые могут определить даже небольшое изменение давления водяного столба и, соответственно, уровня воды в резервуаре. Эти датчики устанавливают в нижней части бака.
Для контроля давления применяют механические реле давления, электроконтактные манометры, электронные датчики давления.
Механические реле давления мембранного или диафрагмового типа и электроконтактные манометры широко используются для включения и выключения электродвигателей насосов и компрессоров в системах без водонапорных баков или с пневматическими баками. При изменении давления мембрана (диафрагма) изгибается и через рычаг реле замыкает или размыкает контакты цепи управления магнитного пускателя электродвигателя.
Для контроля наличия или отсутствия потока жидкости используют струйные реле. С помощью струйного реле включаются пожарные насосы. Принцип действия струйного реле основан на воздействии энергии струи воды, отклоняющем пластинку, которая замыкает контактное устройство. Струйное реле устанавливают у основания пожарных стояков либо у водонапорного бака (при раздельной системе водоснабжения). Рисунок 2.
Рис. 2. Схема реле давления (а), контактного манометра (б) и струйного реле (в):
3 – трубка датчика;
6 – чувствительная пластинка.
Водонапорные башни — сооружения в системах водоснабжения, предназначенные для регулирования расхода и напора воды в водопроводной сети, создания ее запаса и выравнивания графика работы насосных станций. Их используют в системах производственного, хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения промышленных объектов, сельскохозяйственных комплексов и населенных мест. Запас воды определяется вместимостью бака, интенсивность напора — высотой башни (расстоянием по вертикали от уровня поверхности земли до низа бака или его цилиндрической части). Указанные два параметра и положены в основу габаритных схем водонапорных башен; СНиП 2.09-03-85 предусмотрены следующие параметры водонапорных башен;
вместимость баков — 15, 25, 50, 100, 150, 200, 300, 500 и 800 м 3 ;
высота до низа баков кратна 3 и 6 м для баков вместимостью соответственно до 50, 100 м 3 и более.
Башни с баками вместимостью до 25 м 3 включительно применяют в основном в сельскохозяйственном строительстве; 50. 300 м 3 — в промышленном, гражданском и сельскохозяйственном; 500 и 800 м 3 в массовом строительстве не используют, так как типовые проекты их не разработаны.
При описании типовых проектов водонапорных башен приведена область применения башен в зависимости от климатических условий района строительства и характеристик источников водоснабжения.
Водонапорные башни оборудуют:
центральным подводяще-разводящим стояком диаметром 300. 400 мм, используемым для наполнения и опорожнения бака;
переливным стояком диаметром 150. 200 мм, предназначенным для предотвращения переполнения бака;
запорной арматурой (ручные или электрифицированные задвижки, тип которых определяется в зависимости от назначения башни и местных условий), устанавливаемой в утепленной подземной камере или в специальном колодце;
датчиками уровня воды в баке, передающими информацию на диспетчерский пункт. В качестве молниеприемника используют стальной бак, соответствующим образом заземленный.
Водонапорные башни, будучи высотными сооружениями, играют важную роль в создании архитектурного облика промышленного предприятия, промышленного узла или населенного пункта. При удачном решении башня может быть архитектурным акцентом, улучшающим облик всей окружающей застройки. Кроме того, иногда требуется возведение башни с двумя или тремя баками различной вместимости, располагаемыми на разных отметках по высоте, например, в текстильной промышленности, где наличие нескольких баков обусловлено технологией. Индивидуальные проекты разрабатывают также в тех случаях, когда параметры башни превосходят параметры башен по типовым проектам, и замена одной башни двумя или тремя экономически нецелесообразна или невозможна по требованиям технологии или решению генерального плана.
Основные конструктивные элементы водонапорных башен — бак, ствол и фундамент. До недавнего времени башни проектировали с шатрами — надстройкой, внутри которой размещали бак. Практика эксплуатации водонапорных башен показала, что устройство шатра необязательно: при наличии обмена воды в баке она не промерзает; если начинает замерзать, то на внутренней поверхности бака образуется слой льда, служащий теплоизоляцией и препятствующий дальнейшему замерзанию ее. В последние годы водонапорные башни проектируют бесшатровыми. При водоснабжении из открытых источников, а также в сложных климатических условиях (в северных районах) башни можно применять с утепленными с наружной стороны баками.
Наиболее опасные для промерзания места — центральный подводяще-разводящий стояк и узел его соединения с баком. Вследствие этого стояк проектируют утепленным, а в узле присоединения стояка к баку при сложных климатических условиях предусматривают электроподогрев.
Теплоизоляцию стояков выполняют из минераловатных плит.
Баки применяют стальные сварные, для башен массового строительства при малой вместимости баков — цилиндрические с плоским днищем, в остальных случаях — с коническим. Баки с плоским днищем устанавливают на сплошное основание с уклоном днища не менее 5 % к отводящей или сливной трубе. При необходимости создания улучшенного архитектурного решения баки могут быть сферические, конические, каплевидные и др.
В составе проекта баков предусматривают: наружную лестницу (с ограждением из дуг) для подъема на покрытие бака, люк и стремянку для спуска в бак, перильное ограждение по периметру покрытия бака; в баках — трубы для вентиляции.
Наружную и внутреннюю поверхность бака защищают от коррозии. В баках, предназначенных для хранения питьевой воды, внутреннюю поверхность покрывают противокоррозионными составами.
Баки изготовляют из стали марок ВСтЗпс2 по ГОСТ 380—71* и ВСтЗпсб-1 по ТУ 14-1-3023-80*, принимая для них листовую сталь толщиной 4. 10 мм (в зависимости от расчета).
Стволы. Их выполняют из кирпича, стали, монолитного или сборного железобетона. Традиционная форма ствола — вертикальная цилиндрическая оболочка. Типовые проекты в основном предусматривают устройство кирпичных стволов, надежных в эксплуатации, не требующих для возведения специальных монтажных механизмов и относительно недорогих.
Вместе с тем они обладают существенными недостатками , основной из них — трудоемкость возведения — обусловливает удлинение сроков строительства. Кроме того, для кладки кирпичных стволов водонапорных башен требуются каменщики высокой квалификации. Большая масса кирпичных стволов предопределяет большие транспортные и энергетические расходы.
Стальные стволы водонапорных башен применяют для башен с баками небольшой вместимости. Они представляют собой сварную цилиндрическую оболочку, которая также заполняется водой и служит дополнительной емкостью (башни системы Рожновского). Основной недостаток — большая металлоемкость и дефицит листовой стали. Кроме того, при использовании ствола в качестве дополнительной емкости, напор в сети при опорожнении башни будет уменьшаться до нуля, вследствие чего необходима дополнительная насосная станция.
Башни с монолитным железобетонным стволом представляют собой вертикальную цилиндрическую оболочку, возводимую в подвижной или переставной опалубке. Из-за отсутствия необходимого оборудования и приспособлений их почти не применяют.
Наиболее прогрессивны и экономичны по всем показателям башни со стволами из сборного железобетона. Несмотря на широкое распространение водонапорных башен в целом по стране, количество водонапорных башен строящихся в каждом отдельном районе невелико. Поэтому создание номенклатуры сборных железобетонных элементов для водонапорных башен нецелесообразно и для сборных железобетонных стволов желательно использовать элементы, применяемые для других сооружений или зданий, либо соответствующие им по опалубочным размерам.
Фундаменты. Их выполняют из монолитного бетона или железобетона, состоят они из полой цилиндрической части, в объеме которой размещается камера для запорной арматуры и круглой или кольцевой (для малых башен) фундаментной плиты. Для башен с баками небольшой вместимости камеру для запорной арматуры в отдельных случаях располагают в специальном колодце рядом с башней.
Подземная камера не отапливается, но перекрытие над ней проектируют утепленным. В камере предусматривают две трубы для вентиляции — приточной и вытяжной, с заслонками, закрываемыми в зимнее время.
Расчет башен производится на следующие нагрузки:
постоянную, включающую в себя вес конструкции бака, ствола, фундамента и грунтовой засыпки над консольной частью фундаментной плиты;
длительную от воздействия воды, заполняющей бак;
кратковременные от воздействия ветра и снега.
Типовой проект башни с кирпичным стволом.
Высота 6 и 9м, бак вместимостью 15, 25 и 50 м 3 . 1 – стальной бак. 2 – переливная труба.
1. Попкович Г.С., Гордеев М.А. – Автоматическая система водоснабжения и водоотведения: Учеб. для вузов. – М.: Высш. Шк., 1986. – 392с., ил.
III. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
РАСЧЕТ
Системы водоснабжения
Населенного пункта
Задание и методические указания к контрольной работе №1
для студентов заочного и очно-заочного обучения по специальности
«Строительство железных дорог, путь и путевое хозяйство»
Методические указания предназначены для студентов специальности «Строительство железных дорог, путь и путевое хозяйство» заочного и очно-заочного обучения при выполнении контрольной работы №1 по курсу «Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов.
Приведены исходные данные и рекомендации по расчету системы водоснабжения населенного пункта и объектов железнодорожной станции.
Указания разработаны кандидатами технических наук, доцентами Ю.А. Мирохиным и Н.В. Твардовской.
В качестве источника водоснабжения используются поверхностные или подземные воды, удовлетворяющие хозяйственно-питьевым и производственным требованиям потребителей. Вода поверхностных источников подвергается обеззараживанию во всех случаях, а подземных – по указанию органов санитарно-эпидемиологической службы.
В настоящей работе рассчитывается только система подачи от насосной станции второго подъема (НС-II) до потребителей. Вода от насосной станции подается по напорным магистральным водоводам до кольцевых сетей населенного пункта, при этом в схему водоснабжения может быть включена водонапорная башня или принята безбашенная схема.
Основными потребителями воды в населенном пункте являются:
— полив проездов с твердым покрытием и зеленых насаждений в населенном пункте;
— банно-прачечный комбинат (БПК);
— промышленное предприятие (ПП) с холодными и горячими цехами.
Все необходимые исходные данные для проведения расчета представлены в индивидуальном задании, выдаваемом каждому студенту.
II. Содержание КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Контрольная работа включает выполнение следующих разделов:
— определение расчетных суточных расходов воды;
— определение расчетных секундных расходов воды;
— подготовка кольцевой водопроводной сети к гидравлическому расчету;
— гидравлический расчет кольцевой водопроводной сети в сутки максимального водопотребления;
— расчеты по водонапорной башне;
— выбор варианта подачи воды в систему водоснабжения населенного пункта;
— гидравлический расчет напорных магистральных водоводов и подбор насосов НС-II.
III. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Контрольная работа выполняется после изучения соответствующих разделов курса «Водоснабжение и водоотведение».
При выполнении контрольной работы рекомендуется использовать литературу [1, 2, 3].
Текстовая часть работы пишется ручкой на одной стороне листа формата А4 или выполняется на компьютере. Пояснения и расчеты должны быть краткими и четкими. Графическая часть выполняется карандашом.
Определение расчетных суточных расходов воды
Расчетные суточные расходы воды определяются исходя из количества потребителей воды в населенном пункте и норм водопотребления с использованием расчетных формул и нормативных данных [1, 2].
Суточные расходы воды на хозяйственно-питьевые
Нужды населения
Средний суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды населения, м 3 /сут:
, (1)
где: qж – норма водопотребления на одного жителя, л/сут; принимается по заданию;
Nж – расчетное число жителей в населенном пункте, чел; принимается по заданию.
Максимальный суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды населения, м 3 /сут:
, (2)
где: – коэффициент суточной неравномерности водопотребления, учитывающий уклад жизни населения, режим работы предприятий, степень благоустройства зданий, изменение водопотребления по сезонам года и дням недели; согласно [1] принимается равным .
Подготовка водопроводной сети к гидравлическому расчету
Для проведения гидравлического расчета, прежде всего, составляется расчетная схема водопроводной сети населенного пункта в произвольном масштабе, повторяя контуры протрассированных магистральных линий (рис. 1).
Водопроводная сеть разбивается на расчетные участки, которые ограничиваются с двух сторон узлами, которые намечаются в точке подключения напорных водоводов к водонапорной башне и в точках подключения крупных потребителей (банно-прачечный комбинат, промпредприятие). Для каждого расчетного участка на схеме указывается его длина в метрах.
На расчетную схему в соответствующие узлы расчетной схемы из табл. 1 наносятся все сосредоточенные секундные расходы воды.
Равномерно распределенные расходы воды приводят к узловым следующим образом.
Предварительное потокораспределение
Прежде чем приступить к гидравлическому расчету сети, производят первоначальное потокораспределение, в результате которого по всем участкам кольцевой сети намечают расчетные расходы воды, как по величине, так и по направлению.
Сначала на расчетной схеме водопроводной сети указывается направление движения потоков воды по расчетным участкам и определяется «точка встречи» потоков, к которой вода подается с двух противоположных направлений. Как правило, это наиболее удаленный узел на кольцевой сети относительно точки подачи воды в сеть.
При принятой схеме кольцой водопроводной сети «точка встречи» потоков намечается в узле 3.
Далее производится предварительное потокораспределение, в результате которого по всем участкам сети намечаются расчетные расходы воды с соблюдением условия «баланса воды в узле» – сумма расходов воды, притекающих к данному узлу, должна быть равна сумме расходов, вытекающих из данного узла (включая отбор воды в узле): .
Намечать распределение потоков воды по участкам сети следует с наиболее удаленного узла 3, при этом узловой расход q3 делится на два и направляется по двум прилегающим расчетным участкам, л/с, т.е.:
.
Расчетные расходы на участках 1-2 и 1-4 составят:
, .
Проверка выполненных расчетов заключается в следующем:
Определенные таким образом расчетные расходы наносятся на участки расчетной схемы водопроводной сети (рис.3).
Расчет водонапорной башни
Водонапорная башня может быть установлена в любом месте населенного пункта или приближена к насосной станции второго подъема.
Для уменьшения строительной высоты башни ее желательно устанавливать в наиболее высокой точке местности. Исходя из этих условий, целесообразно расположить ВБ в узле 1 (рис. 1).
Высота ВБ определяется по формуле, м:
, (25)
где: – потребный свободный напор в наиболее удаленном от ВБ узле;
– сумма потерь напора в магистрали на пути от ВБ до наиболее удаленного узла (принимается наибольшая величина из вычисленных по возможным направлениям движения воды), м;
– отметка земли у водонапорной башни, м;
– отметка земли в наиболее удаленном узле, м.
Величина свободного напора зависит от этажности застройки населенного пункта и определяется по формуле, м:
, (26)
где: 10 – величина свободного напора при одноэтажной застройке, м;
– количество этажей (этажность застройки); принимается по заданию.
Объем бака водонапорной башни согласно [1, п.9.1] должен включать регулирующий и пожарный объем воды. Таким образом, объем бака ВБ определяется как, м 3 :
, (27)
где – регулирующий запас воды, сглаживающий неравномерность подачи воды насосами и потребления ее в населенном пункте, м 3 ;
– неприкосновенный запас воды в ВБ на противопожарные нужды в количестве, необходимом на десятиминутное тушение одного наружного и одного внутреннего пожара [1, п.9.5], м 3 .
Регулирующий объем водонапорной башни при отсутствии графиков поступления и потребления воды рекомендуется определять по [1, формула (33)] при Кн = 1, т.е. при равномерной круглосуточной подаче воды насосами первого подъема на водоочистные сооружения, м 3 :
, (28)
где – суточный расход воды в населенном пункте в сутки максимального водопотребления, м 3 /сут; принимается по п.1.1 ;
Объем воды на противопожарные нужды определяется по формуле, м 3 :
, (29)
где – расход воды на наружное пожаротушение, л/с; согласно [1, табл.6] при этажности застройки от 2 до 12 этажей = 10 — 20 л/с;
– расход воды на внутреннее пожаротушение, л/с; согласно [2] принимаем = 5 л/с;
В качестве материала для баков водонапорных башен согласно [1, п.14.18] рекомендуется использовать сталь, при этом применяются баки круглой формы в плане, а диаметр бака принимается равным высоте слоя воды в нем . Тогда диаметр бака через его объем выражается следующей формулой:
. (30)
Строительная высота бака принимается на 0,2 — 0,3 м больше, чем высота слоя воды в нем :
. (31)
Конструктивные размеры бака следует принимать кратными 0,2 м.
Населенного пункта
Сравнение возможных схем водоснабжения населенного пункта и выбор наиболее оптимальной из них могут быть выполнены путем технико-экономического сравнения вариантов. Однако вопросы экономики не входят в программу подготовки по водоснабжению и водоотведению студентов специальности СЖД.
Водоснабжение населенных пунктов по башенной схеме в реальных условиях оправдывает себя при небольшом расходе воды, низкой и средней этажности застройки (не более 5-7 этажей). Однако из-за тенденции к повышению этажности застройки существующие водонапорные башни часто отключают и переходят на водоснабжение по безбашенной схеме, что легко решается путем отказа от использования датчиков уровня в баках водонапорных башен и замены их датчиками давления, которые устанавливают в насосных станциях второго подъема или диктующих точках сетей.
При оценке экономичности схемы водоснабжения следует учитывать:
— экономия электроэнергии достигается только при равномерной подаче воды насосами второго подъема в водонапорную башню, что возможно, если объем бака башни не менее регулирующего;
— напор насосов станции второго подъема при подаче воды в башню будет превышать напор насосов при безбашенной схеме подачи воды на высоту слоя воды в баке, что зависит от производительности системы, а конкретно – от регулирующего объема воды;
— экономичность магистральных водоводов зависит от соотношения их диаметра и длины; для получения оптимального решения необходимо рассмотреть несколько вариантов.
Указанные вопросы должны быть отражены в выводах по работе.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения / Госстрой СССР. — М.: Стройиздат, 1985. — 136 с,
2. СНиП 2.04.01-85. Внутренний водопровод и канализация зданий / Госстрой СССР. — М.: Стройиздат, 1986. — 56 с.
3. Шевелев Ф.А., Шевелев А.Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб: Справочное пособие. — М.: Стройиздат, 1984. – 116 с.
4. Шевелев Ф.А., Шевелев А.Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб: Справочное пособие. — М.: ООО «Баскет», 2008. – 351 с.
Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб [3, 4]
на хозяйственно-питьевые нужды населения, м 3 /сут:
, (1)
на хозяйственно-питьевые нужды населения, м 3 /сут:
, (2)
– коэффициент суточной неравномерности водопотребления, учитывающий уклад жизни населения, режим работы предприятий, степень благоустройства зданий, изменение водопотребления по сезонам года и дням недели; согласно [1] принимается равным 
.
.
.
, 
.
, (25)
– потребный свободный напор в наиболее удаленном от ВБ узле;
– сумма потерь напора в магистрали на пути от ВБ до наиболее удаленного узла (принимается наибольшая величина из вычисленных по возможным направлениям движения воды), м;
– отметка земли у водонапорной башни, м;
– отметка земли в наиболее удаленном узле, м.
, (26)
– количество этажей (этажность застройки); принимается по заданию.
определяется как, м 3 :
, (27)
– регулирующий запас воды, сглаживающий неравномерность подачи воды насосами и потребления ее в населенном пункте, м 3 ;
– неприкосновенный запас воды в ВБ на противопожарные нужды в количестве, необходимом на десятиминутное тушение одного наружного и одного внутреннего пожара [1, п.9.5], м 3 .
, (28)
– суточный расход воды в населенном пункте в сутки максимального водопотребления, м 3 /сут; принимается по п.1.1 
;
– коэффициент часовой неравномерности водопотребления; принимается 
, определенным по формуле (13).
, (29)
– расход воды на наружное пожаротушение, л/с; согласно [1, табл.6] при этажности застройки от 2 до 12 этажей 
– расход воды на внутреннее пожаротушение, л/с; согласно [2] принимаем 
принимается равным высоте слоя воды в нем 
. Тогда диаметр бака через его объем выражается следующей формулой:
. (30)
принимается на 0,2 — 0,3 м больше, чем высота слоя воды в нем 
. (31)
