Расчет системы противопожарного водоснабжения объекта

Расчет системы противопожарного водоснабжения объекта

Введение

проектирование водопровод сеть

Вопросы противопожарного водоснабжения всегда решаются комплексно с вопросами общего водоснабжения, которое является одной из важнейших отраслей народного хозяйства. Наряду с развитием водоснабжения населения, производственных предприятий происходит улучшение и противопожарного водоснабжения.

Большинство населенных пунктов и промышленных предприятий оборудуются объединенным хозяйственно-противопожарным водопроводом, а в наиболее пожароопасных зданиях и сооружениях устанавливаются специальные противопожарные водопроводы.

Настоящая разработка ставит своей целью на базе знаний, полученных по разделам «Гидравлика» и «Противопожарное водоснабжение», глубже изучить дисциплину и усвоить основы методики проектирования и технико-экономического расчета устройств противопожарного водопровода.

Краткая характеристика объекта

Вариант схемы, расчетные данные принимаем согласно заданию (прилагается). Рельеф местности, на котором проектируется водопроводная сеть,указан на схеме №IIIметодического пособия. Населенным пунктом, для которого рассчитывается объединенный водопровод, является город с населением 168 тыс. человек. В нем преобладает застройка высотой 9 этажей. Квартиры жилых зданий оборудованы внутренним водопроводом, канализацией, с ваннами и водонагревателями, работающими на твердом топливе. Водопровод одновременно должен обеспечить водой промышленное предприятие в населенном пункте на территории 100 га. Расчетный расход воды на предприятии в час максимального водопотребления составляет 60 л/с и отбирается в узле 6.

Здания и сооружения находящиеся на объекте имеют класс функциональной пожарной опасности зданий Ф1.2 количество этажей 3строительным объемом 22 тыс. м³

Наибольшую пожарную опасность на производственном предприятии представляет здания, которые характеризуются следующими величинами:

здание:

      объем здания 105 тыс. м³.;

      категория помещения по пожарной опасности - В;

      степень огнестойкости -VII;

1здания c фонарями и без фонарей шириной более60 м.

2 здание:

      объем здания 48 тыс. м³.;

      категория помещения по пожарной опасности - Д;

      степень огнестойкости -III;

2здания c фонарями и без фонарейшириной до 60 м.

Длина отдельных участков водопроводной сети.

Таблица 1

Расчет расхода воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды

Объединенный водопровод должен обеспечить расход воды для хозяйственно-питьевых и производственных нужд в сутки наибольшего водопотребления.

Определить расходы на хозяйственно - питьевые нужды. Средний суточный расход воды Qсут.ср. на хозяйственно-питьевые нужды жителей населенного пункта составит:

_сут.ср. = К*q _ж * N _ж / 1000 , (2.1)

где: К - коэффициент, учитывающий расход воды на нужды месной промышленности и неучтенные расходы;_ж - удельное водопотребление одним жителем в сутки, л/сут;_ж - расчетное количество жителей в населенном пункте, чел.

Количество воды на нужды местной промышленности и неучтенные расходы допускается принимать дополнительно в размере 10-20% от расхода на хозяйственно-питьевые нужды (п.6.2,[1]). Поэтому принимаем К= 1,1. Удельное водопотребление зависит от степени благоустройства района жилой застройки. При застройке населенного пункта зданиями, оборудованными внутренним водопроводом, канализацией, с ваннами и водонагревателями, работающими на твердом топливе, среднегодовая суточная норма хозяйственно-питьевого водопотребления на одного жителя составит 115л/сут.[1]. Расчетное количество жителей в населенном пункте, согласно заданию, составляет 168тыс.чел.

Q_сут.ср. = 1,1 *115*168000 / 1000 = 21252м³/сут.

Определение максимального расход воды в сутки наибольшего водопотребления составит:

Q^хп_сут.max. = К_сут.max. * Q_сут.ср. (2.2)

где: K_сут.max. - коэффициент суточной неравномерности водопотребления. Принимается К_сут.max. = 1,1-1,3 (п. 6.10, [2])._сут.ср. - средний суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды жителей населенного пункта, м³ / сут

Q^хп_сут.max. = 1,2 * 21252= 25502,4м³ / сут.

Определить максимальный часовой расход воды на хозяйственно-питьевые нужды.

Q^хп_ч.max. = К_час.max. * Q_сут.ср./24 , (2.3)

где: К_час.max. - коэффициент часовой неравномерности водопотребления;

Q^хп_сут.max. - максимальный суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды жителей населенного пункта, м³ / сут.

Принимается:

К_час.max = α_max * β_max,

где: a - коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, режима работы предприятий и другие местные условия, принимается в соответствии с (п.6.11, [2]), a=1,32

b - коэффициент, учитывающий число жителей в населенном пункте, принимается по табл. 1[2], b=1,05.

α = 1,32, β = 1,05

Определить максимальный секундный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды.

Q^хп_сек.max. = Q^хп_ч.max* 1000/3600,         (2.5)

где: Q^хп_ч.max- максимальный часовой расход воды на хозяйственно-питьевые нужды жителей населенного пункта, м³ /час;

- постоянная для перевода из кубических метров в литры;

- постоянная для перевода из часов в минуты.

Q^хп_сек.max. = 1227* 1000/3600 = 340,8л/с.

Определение расхода воды на производственные и хозяйственно-питьевые нужды

Определение секундного расхода воды на производственные и хозяйственно-питьевые нужды

Q_сек.max. = Q^хп_сек.max.+Q^пр_сек.max.

где: Q^хп_сек.max - максимальный секундный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды , л /с; Q^пр_сек.max- секундный расход воды на производственном предприятии, л /с, согласно заданию Q^пр_сек.max= 60 л/с;

Q_сек.max. = 340,8+60 = 400,8 л/с.

Определить суточный расход воды на промышленном предприятии.

Q^пр_сут. = м*Т_смен*Q^пр_сек.max. *3600/1000                (2.7)

где м - количество рабочих смен, м = 3;

Т_смен - продолжительность смены, Т_смен = 8ч.;

Q^пр_сек.max- секундный расход воды на производственном предприятии, л /с, согласно заданию Q^пр_сек.max= 60 л/с;

Предполагая, что предприятие работает в три смены и потребление воды в течении суток равномерное

Q^пр_сут. = 3*8*60*3600/1000 = 5184м³ / сут.

Определить максимальный суточный расход воды на производственные и хозяйственно-питьевые нужды.

Q_сут.max. = Q^хп_сут.max.+Q^пр_сут.

где:Q^хп_сут.max. и Q^пр_сут. - максимальные суточные расходы воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды соответственно,м³/сут.

Q_сут.max. = 25502,4+5184= 30686,4 м³ / сут.

Расчет расхода воды на пожаротушение и количества одновременных пожаров. Расчет расхода воды на один пожар в населенном пункте

Для расчета магистральных линий водопроводной сети расчетный расход воды на один пожар в населенном пункте определяется по численности населения и этажности застройки. При численности населения 168 тыс. человек и 9-этажной застройке расход воды на один наружный пожар составит ( Таблица 1 и п.5.1. [2]).

Q^нп_нар = 40 л/с.

Кроме того, необходимо учитывать расходы воды на внутреннее пожаротушение.

Внутреннее пожаротушение для жилых зданий данной этажности согласно (согласно табл. 6 [2])равно:

Q^нп_вн = 2,5 л/с.

класс функциональной пожарной опасности зданий - Ф1.2

количество этажей - 3

строительный объем зданий 22тыс. м³

Q^пр._нар= 45 л/с ;Q^пр_вн= 10л/c

Расчет расхода воды на один пожар на предприятии

Расчетный расход воды на наружное пожаротушение на производственном предприятии определяется по степени огнестойкости, категории помещений по пожарной опасности и объему этого здания, для тушения пожара в котором требуется наибольший расход. Характеристика зданий и сооружений, находящихся на производственном объекте:

здание:

объем здания 105 тыс. м³.;

категория помещения по пожарной опасности - В;

степень огнестойкости -VII;

здания без фонарей шириной более60 м.

Расчетный расход воды на наружное пожаротушение на предприятии для здания без фонарей шириной более 60м (табл. 3,[2]) составит:

Q^пр_нар= 45л/с.

Расчетный расход воды на внутреннее пожаротушение на предприятии для здания без фонарей шириной более 60м (табл. 7,[2]) составит:

Q^пр_вн= 10л/с.

здание:

объем здания 48 тыс. м³.;

категория помещения по пожарной опасности - Д;

степень огнестойкости - III;

здания без фонарей шириной до 60 м.

Расчетный расход воды на наружное пожаротушение на предприятии для здания без фонарей шириной до 60м (табл. 4,[2]) составит:

Q^пр_нар= 10л/с.

Согласно п.4.5 [2] допускается не предусматривать внутренний противопожарный водопровод в данных зданиях.

Расчет числа одновременных пожаров и расхода воды на пожаротушение

При объединенном противопожарном водопроводе населенного пункта и промышленного предприятия, расположенного в населенном пункте расчетное количество одновременных пожаров принимаю2 в населенном пункте и 1 на предприятии.

Общий расход воды для целей пожаротушения для объединенного водопровода принимаю как сумму расходов воды для тушения 1 пожара на предприятии и 1 в НП:

Q_пож =42,5+55=97,5л/с

Определение точек отбора воды на пожаротушение

Q^д.т_пож=2*(40+2,5)=85 (л/с)

Q^пр_узл=Q_пож-Q^д.т_пож= 97,5-85 = 12,5л/с

Гидравлический расчет водопроводной сети. Гидравлический расчет водопроводной сети на пропуск хозяйственно - питьевого и производственного расхода воды

Основной задачей расчета проектируемого наружного водопровода является обеспечение подачи воды к каждому зданию и сооружению в необходимом количестве и под соответствующим напором. Расчет водопроводной сети ведется из условия подачи, отвечающий наименьшим затратам на строительство и эксплуатацию. Расчет водопровода необходим также не только для выбора диаметра труб и определения потерь напора в водопроводной сети, но и для установления напоров у насосной станции, подбора насосов, определения высоты водонапорной башни в зависимости от потерь напора в водонапорной сети при подаче расчетных расходов к местам отбора.

Определить удельные расходы воды

Подготовка к гидравлическому расчету начинается с распределения хозяйственно-питьевого расхода воды по узлам отбора. С этой целью определяем удельный расход воды для рассчитываемой сети:

где Q^хп._сек.- максимальный секундный расход воды на хозяйственно - питьевые нужды, л/с;

L_уч- длина каждого участка водопроводной сети, м.

q _уд. =340,8/2105 = 0,1619 (л/м*с)

Определить путевые расходы воды.

_пут.i= q _уд. *L_i,

где q _уд. - удельный расход воды, л/с;

L_i - длина i-го участка водопроводной сети, м.

Все расчеты путевых расходов воды на каждом участке сводим в таблицу 4.1.

Путевые расходы по участкам сети

Таблица 4.1

Во избежание арифметической ошибки необходимо выполнить проверку, при этом путевые расходы следует округлить до десятых долей единицы:

Проверка:

где Q^х.п._{сек. мах} - максимальный секундный расход воды на хозяйственно - питьевые нужды, л/с;_{путевыхi} - расход на i - ом участке водопроводной сети, л/с.

Q^х.п._{сек. мах}= 35,7+45,3+40,5+45,3+48,6+50,2+46,1+29,1=340,8л/с

Определить узловые расходы воды.

- сумма путевых расходов на участках, прилегающих к узлу, л/с.

Все расчеты узловых расходов воды сводим в таблицу 4.2

Узловые расходы

Таблица 4.2

Во избежаниеарифметической ошибки необходимо выполнить проверку, при этом путевые расходы следует округлить до десятых долей единицы:

Проверка:

где Q^х.п._{сек. мах}-максимальный секундный расход воды на хозяйственно - питьевые нужды, л/с;_узлi - расход на i - ом участке водопроводной сети, л/с.

Q^х.п._{сек. мах}= 40,9+55,1+42,9+42,9+61,5+49,4+48,1=340,8 (л/с)

Вычертить расчетную схему

Расход воды на предприятии 60л/с в узле 6.

Из схемы водопроводной сети(рис.1) видно, что в наиболее трудных условиях будет работать узел № 4. Этот узел наиболее удален от ввода. Поэтому узел № 4 будем считать диктующей точкой сети (точкой схода воды).

Из точки ввода - узел №1 - в диктующую точку - узел №4-вода может поступать по трем наиболее вероятным направлениям, а именно:

Таблица

Эти направления по схеме обозначаем стрелками Рис.1.роизводим предварительное распределение расчетных расходов в сети, начиная с диктующей точки.( Рис1., приложение)

Подобрать диаметр труб водопроводных линий

Выбор диаметров труб водопроводов и водонапорных сетей подлежит производить на основании технико-экономических расчетов, учитывая при этом условия их работы при аварийном выключении отдельных участков.

Диаметр труб водопровода, объединенного с противопожарным, в населенных пунктах и на промышленном предприятии должны быть не менее 100 мм, в сельских населенных пунктах - не менее 80 мм (п. 10.4,[2]).

Диаметр трубы на участке сети подбирают в зависимости от расхода воды на этом участке с использованием таблиц Ф.А. Шевелева (для чугунных труб).

При этом выбирать такой диаметр чтобы добиться - экономически выгодных скоростей движения воды 0,7 - 1,2 м/с.

Полученные значения сведены в таблице 4,3.

Определить потери на участках

h_i = L_i*1000i/1000,

где:L_i - длина i-го участка водопроводной сети, м.

i - коэффициент Шевелева для i- го участка водопроводной сети.

Полученные значения сведены в таблице 4,3.

Увязка сети

Необходимо суммировать условно положительные и условно отрицательные потери на участках каждого кольца. Сумма потерь на участках сети кольца называется невязкой. Сеть увязана, когда выполняется условие:

0,5 <h< 0,5

Согласно данным таблицы 4.3 условия вязки выполняются для каждого кольца.

Таблица 4.3

Рис.1. Расчетная схема пропуска расходов воды в обычное время

Определить потери напора в сети по наиболее вероятным направлениям. Окончательно вычисленные величины заносим на расчетную схему увязанной водопроводной сети на пропуск хозяйственно-питьевого и производственного расхода. Определяем потери напора в сети по направлениям питания (от ввода к диктующей точке):

h_I= h_1-2 + h_2-3 + h_3-4 =0,37+1,19+2,78=4,34м

h_II = h_1-2 + h_2-5+ h_5-4= 0,37+0,57+1,65=2,59м

h_III = h_1-7 + h_7-6 + h_6-5+ h_5-4= 0,79+1,19+1,97+1,65=5,6м

Определим средние потери напора в сети:

_сети = (h_I + h_II + h_III) / 3 = (4,34+2,59+5,6)/ 3=4,2м

Эту величину в дальнейшем используем при расчете водонапорной башни.

Гидравлический расчет водопроводной сети на пропуск

расхода на пожаротушение (в час максимального водопотребления).

Определить общий расход воды в час максимального водопотребления при пожаре

Q = Q_{сек.мак} + Q_пож.

где: Q_{сек.мак.} - секундный расход воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды, л/с; Q_пож - общий расход воды для наружного и внутреннего пожаротушения, л/с.

Q = 400,8+97,5 = 498,3л/с

Учитывая, что расход возрос, увеличатся и потери напора водопроводной сети. Диаметры труб водонапорной сети, определенные с учетом экономических требований при хозяйственно-питьевых и производственных расходах, должны быть проверены на пропуск по ним увеличенных расходов во время пожара. Проверочным расчетом определяется, могут ли трубы принятых диаметров пропустить дополнительное количество воды для тушения пожара с учетом максимального расхода на другие нужды. При этом скорость движения воды по трубам не должна превышать 2,5 м/с. При больших скоростях необходимо на данных участках заменить трубы на больший диаметр.

Привязку расходов воды на тушение пожаров на расчетной схеме произведем следующим образом:

- узел 6 - 2,5 л/сна наружное и внутреннее тушение на производственном предприятии;

узел 4 -95 л/с диктующая точка.

Таблица 4.4

Потери напора в сети по направлениям составят:

Определяем потери напора в сети по направлениям питания (от ввода к диктующей точке):

h_I= h_1-2 + h_2-3 + h_3-4 = 0,54+0,28+4,5= 5,32 м

h_II = h_1-2 + h_2-5+ h_5-4= 0,54+0,75+3,53= 4,82 м

h_III = h_1-7 + h_7-6 + h_6-5 + h_5-4= 2,11+2,91+1,49+3,53= 10,04 м

Определим средние потери напора в сети:

_сети = (h_I + h_II + h_III) / 3 = (5,32+4,82+10,04)/3 = 6,73 м

Эту величину в дальнейшем используем при подборе пожарных насосов насосной станции II подъема.

Рис.2. Расчетная схема пропуска расходов воды во время пожара

Перерасчет первого режима

Так как при проверочном расчете сети на пропуск расходов воды во время пожара изменились диаметры труб на участках 4-5 и 5-6, то необходимо произвести перерасчет первого режима с учетом изменившихся диаметров.

Увязка сети

Необходимо суммировать условно положительные и условно отрицательные потери на участках каждого кольца. Сумма потерь на участках сети кольца называется невязкой. Сеть увязана, когда выполняется условие:

0,5 <h< 0,5

Согласно данным таблицы 4,3 условия вязки выполняются для каждого кольца.

Таблица 4,3

Определить потери напора в сети по наиболее вероятным направлениям

Окончательно вычисленные величины заносим на расчетную схему увязанной водопроводной сети на пропуск хозяйственно-питьевого и производственного расхода.

Определяем потери напора в сети по направлениям питания (от ввода к диктующей точке):

h_I= h_1-2 + h_2-3 + h_3-4 = 0,69+0,63+1,53= 2,85 м

h_II = h_1-2 + h_2-5 + h_5-4= 0,69+0,68+0,15= 1,52м

h_III = h_1-7 + h_7-6 + h_6-5 + h_5-4= 0,51+0,88+0,2+0,15= 1,89м

Определим средние потери напора в сети:_сети = (h_I + h_II + h_III) / 3 = (2,85+1,52+1,89)/ 3= 2,1м

Эту величину в дальнейшем используем при расчете водонапорной башни.

Так как длины участков водопроводной сети превышают 200 м, то принимается кольцевой тип устройства водопроводной сети.

Кольцевание наружных сетей через внутренние не допускается. Допускается транзитный проход наружного кольцевого водопровода через здание или сооружение при условии прокладки его в канале или под дорогой сквозного автомобильного проезда или проезда под арочной конструкцией здания (п.10.1, [2])

Выбор материала и класса прочности труб для водопроводов и водопроводных сетей надлежит принимать на основании статического расчета агрессивности грунта и транспортируемой воды, а также условий работы трубопроводов и требований к качеству воды. Для напорных водопроводов и сетей следует применять неметаллические трубы. (СНБ)

Разделение водопроводной сети на ремонтные участки должно обеспечить при выключении не более пяти пожарных гидрантов и подачу воды потребителям, не допускающим перерыва в водоснабжении. Длину ремонтных участков водопроводов следует принимать: при прокладке водопроводов в две и более линии и при отсутствии переключений - не более 5 км; при наличии переключателей - равной длине участков между переключениями, но не более 5 км; при прокладке водопроводов в одну линию - не более 3 км; при обосновании длина ремонтных участков может быть увеличена. ()

Водопроводные линии, как правило, надлежит принимать подземной прокладки. Глубина заложения труб, считая от низа, должна быть на 0.5 м больше расчетной глубины проникая в грунт нулевой температуры Расчетную глубину проникания в грунт нулевой температуры следует устанавливать на основании наблюдений за фактической глубиной промерзания в расчетную холодную и малоснежную зиму и опыта эксплуатации водопровода в данном районе. Для предупреждения нагревания воды в летнее время глубину заложения трубопроводов хозяйственно-питьевых водопроводов надлежит, как правило, принимать не менее 0.5 м, считая до верха трубы. При определении глубины заложения водоводов и водопроводных сетей при подземной прокладке следует учитывать внешние нагрузки от транспорта и пересечения другими подземными сооружениями и коммуникациями. (СНБ4.01.02-03)

Пожарные гидранты необходимо устанавливать на сетях в колодцах на расстоянии не более 2.5 м от края проезжей части автомобильных дорог и проездов с твердым и гравийно-щебеночным покрытием, но не ближе 5 м от стен зданий.

Допускается устанавливать пожарные гидранты на проезжей части автомобильных дорог и на тупиковых ответвлениях длиной неболее5 м от линий водопровода на сетях противопожарных и производственно-противопожарных водопроводов, при условии выполнения мероприятий, исключающих замерзания воды в гидрантах. Расположение пожарных гидрантов на водопроводной сети должно обеспечивать пожаротушение любого обслуживаемого данной сетью здания, сооружения или их отсеков не менее чем от двух гидрантов при расходе воды на пожаротушение 15 л/с и более и от одного - при меньшем расходе. Максимальное расстояние от пожарного гидранта до обслуживаемого объекта, здания или сооружения, или до точки пересечения струй не должно превышать 200 м, при этом должны учитываться высота здания и неровности рельефа местности. (СНБ 10.5-6-7)

При установке колодцев в необходимо предусматривать установку вторых утепляющих крышек; в случае необходимости надлежит предусматривать люки с запорными установками.

Высота рабочей части колодцев должна быть не менее 1.5 м. Для спуска в колодце на горловине и стенках колодца надлежит предусматривать установку рифленых стальных или чугунных скоб, допускается применение переносных металлических лестниц.

Paсчет напорно-регулирующих емкостей

Применяемые на объектах водоснабжения резервуары предназначены для аккумуляции и хранения воды в системах хозяйственно-питьевого и производственного водоснабжения. Производительность водоприемных и очистных сооружений и насосных станций I подъема больше минимальной и меньше максимальной производительности насосных станций II подъема. В часы минимальной производительности насосных станций II подъема (в часы минимального водопотребления) излишек воды, поступающий от очистных сооружений, накапливается в резервуарах чистой воды; в часы максимальной производительности насосных станций II подъема (в часы максимального водопотребления) накопившийся излишек расходуется потребителями. Таким образом, резервуары чистой воды являются регулирующими емкостями. Кроме того, в резервуарах чистой воды хранят запас воды для пожаротушения и собственных нужд очистных станций.

Расчет резервуара чистой воды

W ^РЧВ = W ^РЧВ_рег + W ^РЧВ_н.з-W^РЧВ_вост (5.1)

где: W ^РЧВ_рег- регулирующий объем, м ;^РЧВ_н.з- неприкосновенный объем, м³.^РЧВ_н.з - объем воды восстановленный НС-1 за время тушения пожара, м.

Определение регулирующего объема.

^РЧВ_рег = (Q_сут.max* А1 ) / 100, (5.2)

где: Q_сут.max- максимальный суточный расход воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды,

А1 - разница между максимальными и минимальными значениями в столбце 5

^РЧВ_рег= (21643 * 18,64) / 100 =4035 м³

Определение неприкосновенного объема

_н.з. = W_пож. + W_х.п. + W_пр., (5.3)

где:W_пож. - пожарный запас, м³;_х.п-хозяйственно-питьевой запас, м³;_х.п- запас воды на производственные нужды, м³.

_пож.= (Q_пож * t_туш * 3600) / 1000, (5.4)

где: Q_пож - общий расход воды на пожаротушение в населенном пункте и на предприятии, л/с;_туш - расчетное время тушения пожара, час

_пож= 77,5*3*3,6 = 837 м³

Неприкосновенный запас на хозяйственно-питьевые нужды может быть подсчитан по количеству потребляемой воды во время максимального водопотребления за период равный расчетному времени тушения пожара.

_х.п. = (Q^х.п_сут.max * k) / 100, (5.5)

где: Q^х.п_сут.max- максимальный суточный расход на хозяйственно-питьевые нужды, л/с;- коэффициент.

Если расчетное время тушения пожара t_туш = 3 часа и коэффициент часовой неравномерности водопотребления К_час.max=1,43, то за время максимального водопотребления интервал с 8.00 до 11.00 (табл. 5). За это время на хозяйственно-питьевые нужды населенным пунктом расходуется 5,8+6,05+5,8 = 17,65%.

_х.п. = (Q^х.п_сут.max* k) / 100 = (16632 * 17,65) / 100 = 2936 м³_пр. = (Q^пр._сек. * t_туш * 3600) / 1000, (5.6)_пр. =(58*3*3600)/1000= 627 м³

где: - Q^пр._сек. секундный расход воды на промышленном предприятии, л/с;_туш - расчетное время тушения пожара, час

Определяем восстановленный объем воды-W^РЧВ_вост

^РЧВ_вост=0.125 Q_{сут. max}

где: Q_сут.max-максимальный суточный расход воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды, м³.

W^РЧВ_вост=0.125 Q_{сут. max}=0,125*21643 = 2706 м³_н.з. = W_пож. + W_х.п. + W_пр. = 837+2936+627 = 4400 м^3РЧВ=W^РЧВ_рег+W^РЧВ_н.з-W^РЧВ_вост = 4035+4400-2706= 5729 м³

Определение общего количества РЧВ и объема одного из них

W ^РЧВ₁ W ^РЧВ * 1 / n, (5.7)

где: W ^РЧВ_.- объем неприкосновенного запаса, м³- количество резервуаров.

Количество резервуаров принимаем два (2, п.13.3).

^РЧВ₁W ^РЧВ* 1 / n

>5729 * 1 / 2

Количество резервуаров согласно п.14.3 [2] принято два. С учетом полученного неприкосновенного запаса воды по приложению 9 (4) выбраны 2 резервуара марки РЕ-100М-32 емкостью 3200 м³. Ширина выбранных резервуаров-24 м, длина -30 м, высота -4,8 м.

Основным материалом резервуаров является железобетон. В силу трудностей, связанных с устройством сборного покрытия прямоугольные резервуары проектируются с монолитными или сборно-монолитными днищами и сборными остальными конструкциями. Резервуары изготовляют из железобетона, кирпича, камня и дерева (временные). При малых объемах (до 2000 м³) запасные резервуары целесообразно строить круглой формы, при больших объемах - прямоугольной формы. Покрытие над резервуаром может быть сферическое (купольное) или плоское. Сверху резервуар покрывают слоем земли (для утепления). В последние годы для строительства резервуаров используют сборный железобетон.

Запасные резервуары чаще всего устраивают подземными или полуподземными и реже наземными. Запасной резервуар оборудуют подающим трубопроводом, переливной и грязевой трубами, всасывающим трубопроводом, лазом и вентиляционной трубой.

Если имеется несколько резервуаров, то все они соединяются трубопроводами с задвижками между собой.

Для забора воды из резервуаров пожарными автонасосами предусматривают люки (в покрытии резервуаров) и колодцы, в которых устанавливают стояки с гайкой для присоединения всасывающих линий насосов. Устанавливать в колодце вместо стояков пожарные гидранты не допускается, так как в гидранте и пожарной колонке при заборе воды возникают потери напора на много больше, чем напор, создаваемый за счет уровня воды в резервуаре.

Для предупреждения возможности использования неприкосновенного пожарного запаса воды на другие нужды принимаются специальные меры. На насосной станции II подъема неприкосновенный запас воды сохраняется с помощью различного расположения всасывающих линий насосов. Хозяйственно-питьевые насосы забирают воду по трубопроводу с уровня неприкосновенного запаса воды, пожарные насосы снизу резервуара из специального приямка.

Для того чтобы нижние слои воды резервуаров не застаивались, на всасывающую линию хозяйственно-питьевых насосов надевают кожух. Вода поступает под кожух, а затем во всасывающую линию хозяйственно-питьевых насосов.

Если на насосной станции II подъема нет специальных пожарных насосов, а имеются только хозяйственно-питьевые (производственные) насосы, которые обеспечивают также и пожарные нужды, то сохранение неприкосновенного запаса воды производится с помощью поплавковой электросигнализации. С уменьшением уровня воды в запасном резервуаре поплавок опускается, контактная система поплавкового выключателя замкнет электроцепь и в насосной станции II подъема будет дан звуковой или световой сигнал.

Для сохранения неприкосновенного запаса воды в запасных резервуарах используют поплавковое реле, механически воздействующее на ртутный прерыватель электрической цепи управления электродвигателем насоса. При изменении уровня жидкости поплавок, перемещаясь с помощью тяги, меняет положение ртутного прерывателя. При понижении уровня жидкости поплавок устанавливает ртутный прерыватель в горизонтальном положении. В этом случае контакты прерывателя замыкаются переливающейся ртутью и ток поступает в цепь катушки магнитного пускателя. Последний включает электродвигатель насоса, подающего воду в резервуар. При наполнении резервуара поплавок поднимается и выводит ртутный прерыватель из горизонтального положения. Контакты прерывателя, размыкаясь, выключают магнитный пускатель, который в свою очередь отключает двигатель насоса, прекращая наполнение резервуара.

Расчет водонапорной башни

Водонапорные башни предназначаются для регулирования неравномерности водопотребления, хранения неприкосновенного запаса воды и создания требуемого напора в водопроводной сети.

Емкость бака водопроводной башни согласно п.12.3 (2) должна быть равна:

^бака = W^рег_бака + W^н.з_бака, (5.8)

где:W^рег_бака - регулирующий объем бака (п.14.4, [2]);^н.з_бака- неприкосновенный запас воды (п.14.5, [2]);

Определение регулирующего объема бака

Отбор воды на хозяйственно-питьевые цели из водопроводной сети в течение суток производится неравномерно, колебания расхода по часам суток определяются графиком водопотребления, который рассчитывается в зависимости от коэффициента часовой неравномерности водопотребления. Нами для расчета найден К = 1,43. Если установить на насосной станции насосы, по производительности обеспечивающие расход в час максимального водопотребления, то все оставшееся время насосная станция будет работать с нагрузкой, что экономически не выгодно.

Ниже рассматривается два варианта совместной работы насосной станции и водопроводной сети:

равномерный:

неравномерный (ступенчатый).

График подачи воды в сеть не совпадает с графиком ее отбора из сети. Это значит, что при подаче воды насосами в отдельные часы суток количество поданной воды в сеть не будет совпадать с количеством отбираемой воды из сети. Восполнение недостающего количества в часы, когда расход воды из сети меньше подачи ее насосами.

Предположим, что насосная станция имеет равномерный режим подачи воды, подавая за час 4,17 % суточного расхода. При помощи совмещенных графиков водопотребления и водоотдачи можно определить расчетную регулирующую емкость бака водонапорной башни. Результаты вычислений сведем в таблицу, где значения расходов даны в процентах от суточного расхода.

Определение регулирующего объема бака водонапорной башни

Таблица 5.

Регулирующий объем воды в водонапорной башне при равномерном режиме подачи составит:

^рег_бака = (Q _сут.max * А2) / 100, (5.9)

где: Q_сут.max - максимальный суточный расход воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды,

А2 - разница между максимальными и минимальными значениями остатка воды в водонапорной башне.

^рег_бака = (21643 * 4,3) / 100 = 931 м³

Определение неприкосновенного запаса бака

Пожарный объем воды в баках водонапорной башни должен рассчитываться на десятиминутную продолжительность тушения одного наружного и одного внутреннего пожара при одновременном наибольшем расходе на другие нужды.

W_н.з = W ^нар._пож + W ^вн._пож + W_х.п + W_пр, (5.10)

где: W ^нар._пож- объем воды на тушение наружного пожара, м^3вн._пож- объем воды на тушение внутреннего пожара, м³_х.п - объем воды на хозяйственно-питьевые нужды населения, м³_пр - объем воды на нужды промышленного предприятия, м³

Объем воды на наружное пожаротушение:

^нар._пож= (Q^нар_пож * t_туш * 60) / 1000 = (45* 10 * 60) / 1000 = 18м³

Объем воды на внутреннее пожаротушение:

^вн._пож=(Q^вн_пож** t_туш * 60) / 1000=(10*10*60 ) /1000 = 6 м³

Объем воды на хозяйственно-питьевые нужды:

_х.п= (Q^хп_сек * t_туш * 60) / 1000 = (279,1 * 10 * 60) / 1000 = 168 м³

Объем воды на производственные нужды:

_пр = (Q^пр_сек * t_туш * 60) / 1000 = (58* 10 * 60) / 1000 = 35 м³

Объем неприкосновенного запаса водонапорной башни должен быть:

_н.з = W ^нар._пож + W ^вн._пож + W_х.п + W_пр=18+6+168+35=227 м³

Объем неприкосновенного запаса водонапорной башни должен быть:

^бака = W^рег_бака + W^н.з_бака= 931+227= 1158м³

Согласно приложенияю11 (4) и на основании расчетов принимаем один типовой бак вместимостью 1158м³, так как в данном приложении нет баков такого объема.

Определение диаметра и высоты бака

Зная ёмкость бака, определим его диаметр и высоту:

_бака = π /4 · Д²_бака · Н_бака,

Н_бака / Д_бака = 0,5…1,0,

где:W_бака -емкость бака водонапорной башни, м³;

Н_бака -высота бака, м;

Д_бака -диаметр бака, м.

Д_бака = Н_бака

Н_бака =Д_бака/2= 11,4= 5,2 м

Определение высоты водонапорной башни

Н_башни = 1.05 * h_сети + Z_д.т - Z_б + Н_св, (5.11)

где:h_сети - потери напора в водопроводной сети при работе ее в обычное время;_д.ти Z_б - отметки земли в диктующей точке и в месте установки башни;

Н_св - свободный напор в диктующей точке при заданной застройке;

.05 - коэффициент, учитывающий потери напора на местные сопротивления.

Н_св = 10 + 4 (n-1), (5.12)

где: n - количество этажей.

Н_св= 10 + 4 (16 - 1) = 70м

Определяем высоту водонапорной башни:

Н_башни =1.05 h_сети + Z_д.т- Z_б + Н_св = 1,05 * 2,8+ 62,5 - 50 + 70 = 85,4 м.

Принимаем водонапорную башню высотой 40 м. И систему местных повысительных установок.

Сделать выводы

Полученные расчетные высоты башни и бака обеспечивают выполнение условия: свободный напор в наружной сети хозяйственно-питьевого водопровода у потребителей не должен превышать 60 м.

Н _бака + Н _башни<Н_{max. доп}

,4 + 40< 60; условие выполняется. При напорах в сети более 60 м следует предусматривать установку регуляторов давления, местных насосных установок для повышения напора для зданий, расположенных в диктующей точке или возвышенных местах.

Высоту башни до дна бака выбираем типовую максимально допустимую равную 40 м.

Для изготовления водонапорных башен используются:

для стволов - сталь или местные несгораемые материалы, а для баков - сталь. (СНиП п.14.18)

Ствол водонапорной башни допускается использовать для размещения производственных помещений системы водоснабжения, исключающих образования пыли, дыма и газовыделение.

Водонапорная башня, не входящая в зону молниезащиты других сооружений, должна быть оборудована собственной молниезащитой.

Напорные резервуары и водонапорные башни при системе пожаротушения высокого давления должны быть оборудованы автоматическими устройствами, обеспечивающими их отключение при пуске пожарных насосов.

Контроль уровня воды в водонапорных башнях осуществляется датчиками уровня.

Для отбора воды из бака пожарными автоцистернами в башне необходимо предусматривать сливной водопровод.

Расчет насосной станции второго подъема

Категорию насосных станций необходимо устанавливать в зависимости от их функционального назначения в общей системе водоснабжения. Согласно (СНиП 2.04.02-84) насосные станции, подающие воду непосредственно в сеть противопожарного и объединенного противопожарного водопровода, надлежит относить к 1 категории.

Определить подачу первой ступени

Определяем подачу первой ступени за период времени один час Q_1ст, первоначально выразив ее в процентах от максимального расхода воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды П₁.

_1ст = Q_{сут.мах} *1000* П₁/(3600*100)

где: Q_{сут.мах} -максимальный суточный расход воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды, м³;

П₁ -подача первой ступени, выраженная в процентах от максимального суточного расхода воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды.

П_мin< П₁ < 4,17 %,

Выбирая значения П₁ и П₂ необходимо стремиться к минимизации регулирующего объема водонапорной башни.

При К_{час.мах} = 1,43 и П_мin = 2% (таблица 6 столбец 10) выбираем П₁ = 2,3%.

П_мin< П₁< 4,17 %

% <2,3% < 4,17%_1ст =21643 *1000*2,3/(3600*100) = 139 л/с

Определить подачу последней ступени

Определяем подачу последней ступени за период времени один час Q^п._ст, первоначально выразив ее в процентах от максимального суточного

расхода воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды П_п:

^п._ст = Q_{сут.мах} *1000* П_п/(3600*100)

где: Q_{сут.мах} -максимальный суточный расход воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды, м³;

П₂ -подача второй ступени, выраженная в процентах от максимального суточного расхода воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды.

При К_{час.мах} = 1,43 и П_мах = 6,05% (таблица 5 столбец 10) выбираем П_п=5,5%.

4,17 % < П₂<П_мах

4,17 % <5,5% < 6,05%^п._ст=21643 *1000*5,5/(3600*100) = 331 л/с

Определить напор в обычное время

Н_х.п.=1,05 ×h_вод + Н_башни + Н_бака + (Z_б - Z_н),

где: h_вод - потери напора в водоводе;_башни - высота водонапорной башни_бака - высота бака водонапорной башни

Z_б - отметка земли на месте установки башни

Z_н - отметка оси насоса

Согласно п.9.7[2] количество всасывающих линий к насосной станции, а также напорных линий от насосных станций 1 и 2 категории надежности должно быть не менее двух .

В случае отключения одной из них, вторая должна обеспечить пропуск не менее 70% расчётного расхода воды (п.8.2, [2]).

Определяем расход воды через один водовод (напорную линию) в аварийном случае, при этом условно принимается, что водоснабжение предприятия остается прежним.

Q_вод = Q^п._ст*0,7

где: Q^п._ст - подача последней ступени НС-2, л/с

Q_вод= 331*0.7 = 232 л/с

Определяем диаметр труб водовода и скорости движения воды в водоводе V по известному Q_вод:

D_вод. =500 мм; V = 1,18 м/с; 1000_i =3,67

Определение максимальных потерь напора в водоводе h_вод. В аварийном случае.

h_вод.= 1000_i *l_вод/1000

где: l_вод - длина водовода, м.

h_вод.=3,67*1250/1000 = 4,6 м

Н_х.п = 1.05*4,6+5,4+40+(55-50) = 55,2 м

Рассчитать режим работы НС-2 во время пожара

НС-2 во время пожара обеспечивает подачу воды на хозяйственно-питьевые, производственные и пожарные нужды в час максимального водопотребления.

Рассчитать требуемую подачу НС-2 во время пожара.

Q^НС-2_пож = Q^п._ст +Q_пож.

где:Q^п._ст - подача последней ступени НС-2, л/с; Q_пож. - расход воды на пожаротушение л/с.

Q^НС-2_пож. = 331 +77,5 = 408,5 л/с

Рассчитать требуемый напор

Н_пож.= 1,05*(h^пож._вод + h_сети) + Н_св + (Z_д.т - Z_н),

где: Н_св - свободный напор у гидрантов равный 10 м. (п. 6.3, [2]) ; h_сети - потери напора в кольцевой водопроводной сети во время пожара, м; h^пож._вод - потери напора в водоводе во время пожара, м; Z_д.т - геодезическая отметка в диктующей точке, м; Z_н-- геодезическая отметка оси насоса, м.

Проверяем водоводы на пропуск расхода Q^нас._пож. учитывая диапазон экономически выгодных скоростей движения воды в водоводах V_вод. (0.8…2 м/с)

V_вод. = 2* Q^нас._пож/ (3,14*d²_вод.)

где: Q^нас._пож - подача НС-2 во время пожара, м³/с; d_вод -диаметр водовода, м.

V_вод. = 2*408,5*10^-3/(3,14*(0,5)²) = 1,04м/с

Определение максимальных потерь напора в водоводе во время пожара h^пож._вод.:

h^пож._вод = А_вод.*L_вод.*( Q^нас._пож)²/m²

где: А_вод- удельное сопротивлении трубы водовода, с²/м⁶ (таб. 1,9 справочника СВ); L_вод - длинна водовода, м; Q^нас._пож - подача НС-2 во время пожара, м³/с; m-количество водоводов.

h^пож._вод = 0,1186*1250*10^-6*(408,5)²/2² = 4,2м

Н_пож = 1,05*(4,2+13,6)+10+12,5= 41,2 м.

Проверка выполнения условия: рассчитанный в проекте максимальный свободный напор в сети объединенного противопожарного водопровода (в точке ввода) должен быть не более максимального допустимого - 60 м :

Н_пож -1.05*h^пож._вод-( Z_башни - Z_н)<Н_мак.

где: Н_пож-напор во время пожара, м; h^пож._вод - максимальные потери напора в водоводе во время пожара, м; Z_н-- геодезическая отметка оси насоса, м; Z_башни-- геодезическая отметка в месте установки водонапорной башни, м; Н_мак- максимально допустимый свободный напор в сети объединенного противопожарного водопровода, м.

,2-1,05*4,2-5< 60 , условие выполняется.

,2< 60

Подобрать насосы НС-2. Обосновать выбор вида НС-2.

Принимается НС-2 - низкого давления, так как напор во время пожара больше, чем напор в обычное время. Н_х.п>Н_пож ; 55,2>41,2

Выбрать схему подключения насосов

Схема подключения насосов - параллельная

Подобрать хозяйственно-питьевые и пожарные насосы.

По расчетным величинам Q_1ст., Q_п.ст , Q^НС-2_пож , Н_х.п , Н_пож используя данные каталогов марки насосов (приложение 13), подбираем требуемый тип хозяйственно-питьевых и пожарных насосов.

Выбор количества резервных насосов.

Количество резервных пожарных насосов принимается для внутренних и наружных противопожарных водопроводов, а также для объединенных противопожарных водопроводов низкого давления - один, независимо от количества рабочих Характеристики насосов.

Таблица 6