Проектирование хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения населенного пункта

Проектирование хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения населенного пункта

Курсовой проект

по противопожарному водоснабжению

на тему:

"Проектирование хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения населенного пункта"

Введение

Число жителей в населенном пункте к концу расчетного периода 25000 человек. Здания оборудованы внутренним водопроводом, канализацией и централизованным отоплением. Застройка зданий в 5 этажей.

В населенном пункте имеется гостиница (тип «а») с объемом св. 25000 м³ на 400 посетителей. Магистральная водопроводная сеть и водоводы проложены из чугунных труб с полимерным покрытием. Длина водоводов от НС-II до водонапорной башни l_вод = 700 м.

Промышленное предприятие по пожарной опасности относится к категории Д, два производственных корпуса II степени огнестойкости один объемом 400 тыс. м3, другой объемом до 500 тыс. м³, ширина зданий св. 60 м, площадь территории предприятия св. 150 га. Предприятие работает в три смены, количество рабочих в каждой смене N_см = 600 человек, Расход воды на производственные нужды Q_см = 700 м³/см. Душ принимают 80% рабочих в смену.

1. Определение водопотребителей и расчет потребленного расхода воды на хозяйственно-питьевые, производственные и пожарные нужды поселка и предприятия

1.1 Определение водопотребителей

Объединенный хозяйственно-питьевой, производственный и противопожарный водопровод должен обеспечить расход воды на хозяйственно-питьевые нужды поселка и предприятия, хозяйственно-бытовые нужды общественных зданий, производственные нужды предприятия, тушение возможных пожаров в поселке и на предприятии.

1.2 Расчет требуемых расходов воды для поселка и предприятия

Определение водопотребления начинаем с поселка, поскольку он является основным потребителем.

Поселок

Нормы водопотребления на хозяйственно-питьевые нужды для населенных пунктов определяются по СНиП* 2.04.02-84 [4], п. 2.1, табл. 1, прим. 4 и зависят от степени благоустройства районов жилой застройки.

В соответствии с п. 2.1. табл. 1 СНиП 2.04.02. - 84 норму водопотребления на одного человека принимаем 200 л/сут.

Суточный расход определяется по формуле:

Q_сут.m = 300  25000 / 1000 = 7500 м³/сут. (1)

Где q_ж - удельное водопотребление на одного жителя, принимаем по таблице 1 СНиП 2.04.02-84; N_ж - расчетное число жителей из задания. Суточный расход с учетом водопотребления на нужды промышленности, обеспечивающей население продуктами, и неучтенные расходы увеличиваются на 10-20% (п. 2.1, примечание 4) СНиП 2.04.02-84

'_сут.max = (1,15) Q_сут.ж =1,15  7500 = 8625 м³/сут. (2)

Расчетный расход воды в сутки наибольшего водопотребления Q_сут.mах, м3/сут. определяется по формуле:

Q_сут.mах = К_сут.mах Q'_сут.mах

_сут.mах = 1,1  8625 = 9488 м³ / сут. (3)

где К_{сут.mах -} коэффициент суточной неравномерности водопотребления определяется по п. 2.2 СНиП 2.04.02-84 (К_сут.mах = 1,1 - 1,3.) К_сут.mах учитывает уклад жизни населения, режим работы предприятий, степень благоустройства зданий, изменение водопотребления по сезонам года и дням недели. Для зданий, оборудованных внутренним водопроводом, канализацией и централизованным горячим водоснабжением, следует принимать K_сут.max=1,1; для зданий, оборудованных внутренним водопроводом, канализацией и ванными с местными водонагревателями, K_сут.max = 1,2; для зданий, оборудованных внутренним водопроводом и канализацией без ванн, K_сут.max = 1,3.

В данном примере в соответствии с исходными данными следует принимать К_сут.mах = 1.2.

Расчетный часовой максимальный расход воды q_ч.max определяется
по формуле:

q_ч.max = 1,4  9488/ 24 = 553,466 м³/сут. (4)

где К_ч.max - коэффициент часовой неравномерности водопотребления, определяется из выражения:

К_ч.max =a_max b_max = 1,2  1,19 = 1,4 (5)

где a_max - коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местный условия, принимается по п. 2.2 СНиП 2.04.02-84. Для зданий, оборудованных внутренним водопроводом и канализацией, без ванн, следует принимать α_max = 1,4; для зданий, оборудованных внутренним водопроводом, канализацией и ванными с местными водонагревателями, α_max = 1,3; для зданий, оборудованных внутренним водопроводом, канализацией и централизованным горячим водоснабжением, α_max = 1,2; b_max - коэффициент, учитывающий число жителей в населенном пункте, принимается по табл. 2, п. 2.2 СНиП 2.04.02-84

В данном примере в соответствии с исходными данными следует принимать a_max = 1,3; b_max =1.3.

К_ч.max рассчитывается, а затем принимается ближайшее табличное значение по приложению I методических указаний. В данном примере К_ч.max = 1,4.

Расход воды на хозяйственно-питьевые нужды в общественном здании (в данном примере - гостинице) зависит от назначения здания и определяется по формуле:

Q_об.зд. = q_посит.N_посит. / 1000 = 120  400 / 1000 = 48 м³ / сут. (6)

где q_об.зд - норма расхода воды потребителями в сутки для общественных зданий принимается по приложению 3 СНиП 2.04.01-85; N_из - количество измерителей.

Общий расход воды по поселку:

∑= 9488 + 48 =9536 м³/сут. (7)

Предприятие

Расчетные величины хозяйственно-питьевого водопотребления в производственных и вспомогательных зданиях, промышленных предприятиях определяются по формулам:

Водопотребление в смену:

= 25  600 / 1000 = 15 м³/смену (8)

где q_н.х-п - норма водопотребления на одного человека в смену принимается согласно п. 2.4 СНиП 2.04.02-84 и приложения 3 СНиП 2.04.01.85; N_см - количество работающих в смену (по заданию);    

Суточное водопотребление:

= 15 3 = 45м³ / сут. (9)

где nсм - количество смен (по заданию).

Количество воды на пользование душем в бытовых помещениях промышленных предприятий определяется по формулам:

Расход воды на душ в смену:

 0,5  1  96 = 48 м³ / сут. (10)

где t =1 ч - продолжительность действия душа после смены (приложение 3 СНиП 2.04.01-85); 0,5 м³/ч - норма расхода воды чеpез одну душевую сетку (приложение 3 СНиП 2.04.01-85.); N_с - количество душевых сеток, шт.

 (11)

N_с = N_см` / 5 = N_см х 80% / 5 х 100% = 600 х 80% / 5 х 100% = 96 шт. (12)

где N_см - количество рабочих, принимающих душ поcле cмены (по заданию). Одной душевой сеткой в течение часа, исходя из санитарных норм, пользуется 5 человек;

Сyтoчное водопотребление на душ:

= 48  3 = 144 м³ / сут. (13)

где n_см - количество смен (по заданию).

Расход воды на производственные нужды предприятия в смену  = 700 м³ /см (по заданию), который распределяется равномерно по часам смены. Принимается работа восьмичасовых смен: с 8 до 16 ч - первая смена; с 16 до 24 ч - вторая смена, с 24 до 8 ч - третья смена.

Часовой расход воды на производственные нужды:

= 700 / 8 = 87,5 м³ / ч (14)

Суточное водопотребление на производственные нужды:

= 700  3 = 2100 м³ / сут. (15)

Таким образом, суммарный расход воды по предприятию за сутки:

= 45 + 2100 + 144 =2289 м³ / сут. (16)

Суммарный расход воды за сутки по поселку и предприятию равен:

 9536 + 2289 = 11825 м³ / сут. (17)

Для определения режима работы насосных станций, емкости баков водонапорных башен и резервуаров чистой воды составляется таблица по часового суточного водопотребления и строится график водопотребления по часам суток.

Составляем таблицу суммарного водопотребления по часам суток (таблица 1.1).

В графе 1 приведены часовые промежутки от 0 до 24 ч.

В графе 2 - расход воды поселком по часам суток в процентах от суточного водопотребления согласно приложению I при К_ч.max = 1,4 (согласно расчетам).

В графе 3 - расход воды поселком на хозяйственно-питьевые нужды за каждый час суток  м³, например, с 10 до 11 часов расходуется 4,5% от , т.е.  94885,8% / 100% = 553,088 м³/ч.

В графе 4 - расход воды на хозяйственно-питьевые нужды общественного здания (по заданию - баня) по часам суток в процентах от суточного расхода. Распределение расходов воды по часам суток принято по приложении I при К_ч = К_ч.max = 2,5.

В графе 5 - количество воды в м³, расходуемое баней на хозяйственно-питьевые нужды за каждый час суток (например, с 10 до 11 ч расходуется 6% суточного расхода воды гостиницей):

Q_ч^об.зд. = 36 ∙6% / 100% = 2,88 м³/ч.

В графе 6 - расход на хозяйственно-питьевые нужды предприятия по часам смены в процентах от сменного расхода воды. Распределение расхода по часам смены принято по приложению I при К_ч = 3.

В таблице 1.1 дано распределение расходов на хозяйственно-питьевые нужды предприятия для трехсменной работы.

Для двухсменной работы в графе 6 с 0 до 1 ч записывается 12,5% от Qсм, с 1 до 9 ч - ноль и с 9 ч записываются в процентах, как в таблице 1.1.

В графе 8 - расход воды на работу душа , который учитывается в течение часа после работы каждой смены (например, первая смена заканчивается в 16 ч, душ работает с 16 до 17 ч).

В графе 9 - расход воды на производственные нужды, равномерно распределен по часам смены (Q_см = 700 м³, продолжительность смены 8 ч.)

q_ч^пр = Q_см^пр/τ_cм = Q_см^пр/8 = 700/8 = 87,5м³/ч;

В графе 10 - сумма расходов всех потребителей в определены час суток в м³, например, с 8 до 9 ч расходуется:

Q_ч^общ = q_ч^пос+q_ч^об.зд +q_ч^пр.х-п +q_ч^душ +

+q_ч^пр=553,088+3,84+1,875+48+87,5=694,303 м³/ч

В графе 11 - сумма расходов всех потребителей в определенный час суток в процентах от суммарного суточного расхода. Например, суммарный суточный расход воды 11825 м³, а суммарный расход потребителей с 8 до 9 ч - 694,303 м³, что составляет 694,303 100% / 11825= 5,871%.

При составлении таблицы необходимо для контроля суммировать числа, стоящие в столбцах, например, сумма чисел в столбце 3 должна быть равна  и т.д.

Из таблицы 1.1 видно, что по поселку и предприятию наибольшее водопотребление происходит с 8 до 9 ч., в это время на все нужды расходуется 694,303 м³/ч или

Q_пос.пр = 694,303 1000 / 3600 = 192,861 л/с.

По предприятию расчетный расход:

Q_пр=(5,625 + 48 + 87,5) 1000 /3600 =39,201

Расчетный расход общественного здания (гостиницы):_об.зд = (4,8 1000) / 3600 = 1,333 л/с.

Собственно поселок расходует:

= Q _пос.пр - Q _пр - Q _об.зд = 192,861 - 39,201 - 1,333 = 152,327 л/с.

По данным графы 11 таблицы 1.1 строим график водопотребления объединенного водопровода по часам суток (Рис. 1.1).

Таблица 1.1. Водопотребление по часам суток в поселке и на промышленном предприятии

% от Q_сут.max при К_ч=1,7     м³ / ч% от Q_см.х-п при К_ч = 2,5 м³ / ч% от  при

К_ч = 3

м³ / ч

м³ / ч

м³/ч

Часы суток

Рис. 1.1. График водопотребления

1.3 Определение расчетных расходов на пожаротушение

Расчетные расходы воды для наружного пожаротушения в населенных пунктах и на промышленных предприятиях определяются по СНиП 2.04.02-84, пп. 2.12-2.23, а для внутреннего пожаротушения по СНиП 2.04.01-85, пп. 6.1-6.6.

В населенных пунктах число одновременных пожаров и расход воды на один пожар зависят от количества жителей и этажности застройки. На промышленных предприятиях число одновременных пожаров зависит от площади территории предприятий, а расчетный расход воды на наружное пожаротушение - от степени огнестойкости зданий, категорий зданий по пожаро- и взрывоопасности, объема зданий, наличия фонарей, ширины здания, наличия автоматических установок пожаротушения. Расчетное количество одновременных пожаров для объединенных водопроводов, обслуживающих населенные пункты и промышленные предприятия, зависит от площади территории предприятия и количества жителей в населенном пункте (п. 2.23 СНиП 2.04.02-84). Расчетные расходы воды для внутреннего пожаротушения и расчетное количество струй в населенных пунктах зависят от назначения здания, высоты (этажности), объема, а на промышленных предприятиях - от степени огнестойкости зданий, категории здания по пожарной опасности, объема зданий.

Определим расчетные расходы воды для пожаротушения по исходным данным. Так как водопровод в поселке проектируется объединенным, то согласно СНиП 2.04.02-84, п. 2.23 при количестве жителей 9000 человек и площади предприятия св. 150 га принимаем два пожара на предприятии или в населенном пункте по наибольшему расходу воды (п. 2.12, табл. 5 СНиП 2.04. 02 - 84) при четырехэтажной застройке с расходом воды 15 л/с на один пожар:

Q_{пож.нар.}^пос. = 2 ∙15 = 30 л/с; (22)

Расход воды на внутреннее пожаротушение в поселке при наличии гостиницы, объемом 25000 м³, согласно СНиП 2.04.01-85, п. 6.1, табл. 1 принимаем одну струю производительностью 2,5 л/с.

 (23)

Согласно СНиП 2.04.02-84, п. 2.22, на предприятии принимаем один пожар, так как площадь предприятия св. 150 га.

Согласно п. 2.14, табл. 7 прим. 1 СНиП 2.04.02-84, расчетный расход воды для здания объемом 400 тыс. м³ Q_{пож.нар.}^пос. =25 л/с, а для здания объемом до 500 тыс. м³ Q_{пож.нар.}^пос. =25 л/с.

Таким образом:

 25 + 25 = 50 л / с. (24)

Согласно СНиП 2.04.01-85, п. 6.1, табл. 2 расчетный расход воды на внутреннее пожаротушение в производственных зданиях предприятия принимаем из расчета 4х струй производительностью 5 л/с каждая, тогда:

 = 4 х 5 = 20 л / с. (25)

Таким образом

= 30 + 2,5 = 32,5 л/с (26)

= 50 + 20 = 70 л/с. (27)

На предприятии 2 пожара, т.к. площадь территории предприятия св. 150 га.

Q^пр._пож. = 70 ∙ 2 = 140

поэтому, согласно СНиП 2.04.02-84, п. 2.23, расход воды на цели пожаротушения в поселке и на предприятии определяем как сумму расхода воды на предприятии и 50% расхода воды в поселке:

= 140 (28)

При определении расчетных расходов воды на цели пожаротушения необходимо внимательно изучить п. 2.23 СНиП 2.04.02-84.

2. Гидравлический расчет водопроводной сети

Гидравлический расчет водопроводной сети выполняется два раза: при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении (в обычное время) и при пожаре. Цель гидравлического расчета - определить потери напора в сети в этих двух случаях.

Рассмотрим гидравлический расчет на примере водопроводной сети, показанной на рис. 2.1. Для приведенного в разд. 1 примера общий расход воды в час максимального водопотребления составляет 192,861 л/с, в том числе сосредоточенный расход предприятия равен 39,201 л/с, а сосредоточенный расход общественного здания 1,333 л/с.

Гидравлический расчет сети выполняется в следующей последователь - ности:

1) определим равномерно распределенный расход воды вычитанием суммы сосредоточенных расходов из общего расхода в час максимального водопотребления:

 = 192,861 - (39,201 + 1,333) = 152,327 л/с. (29)

2) определим удельный расход воды q_уд, т.е. равномерно распределенный расход, приходящийся на единицу длины водопроводной сети:

q_уд = 152,327 / 10000 = 0,015232 л/(см); (30)

где l _j - длина участка; т - количество участков; j - номер участка;

Рис. 2.1. Расчетная схема водопроводной сети

3) определим равномерно распределенные расходы по длине участков (путевые отборы):

Результату приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Путевые расходы

) определим узловые расходы воды:

 (33)

где S Q _{пут j} - сумма путевых отборов на участках, прилегающих к данному узлу;

₁ = 0,5 (Q_пут.1-2 + Q_пут.7-1);

q₁ = 0,5 х (15,232 + 15,232) = 15,232 л/с и т.д. (34)

Результаты приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2. Узловые расходы

5) К узловым расходам добавляются сосредоточенные расходы, а при пожаре к одному из узловых расходов добавляется еще расход воды на пожаротушение;

Добавим к узловым расходам сосредоточенные расходы. К узловому расходу в точке 5 добавим сосредоточенный расход предприятия, а в точке 3 - сосредоточенный расход общественного здания. Тогда q₅ = 62,05 л/с, q₃=20,373 л/с. Величины узловых расходов показаны на рис. 2.2. С учетом сосредоточенных S q_узл = 152,327 л/с.

Рис. 2.2. Расчетная схема водопроводной сети с узловыми расходами

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 примере за диктующую точку примем точку 5. Предварительно наметим направления движения воды от точки 1 к точке 5 (направления показаны на рис. 2.2). Потоки воды могут подойти к точке 5 по трем направлениям: первое - 1-2-3-4-5, второе - 1-7-4-5, третье - 1-7-6-5. Для узла 1 должно выполняться соотношение q₁+q_1-2+q_1-7 = Q_пос.пр. Величины q₁= 15,232 л/с и Q_пoc.пp. = 192,8565 л/с известны, a q_1-2 и q_1-7 - неизвестны. Задаемся произвольно одной из этих величин. Возьмем, например, q_1-2 = 89 л/с. Тогда q1-7 = Q_пoc.пp. - (q₁ + q_1-2) = 192,8565 - (15,232 + 89) = 88,624 л/с.

Для точки 7 должно соблюдаться следующее соотношение: Значения q_1-7 = 88,624 л/с и q₇ = 26,656 л/с известны, a q_7-4 и q_7-6 - неизвестны. Задаемся произвольно одной из этих величин и принимаем, например, q_7-4 = 30 л/ с. Тогда q_7-6 = q_1-7 - (q₇ + q_7-4) = 88,624 - (26,656 + 30) = 31,968 л/с. Расходы воды по другим участкам сети можно определить из следующих соотношений:_2-3 = q_1-2 - q₂ = 89 - 19,0405 = 69,959 л/с_3-4 = q_2-3 - q₃ = 69,959 - 19,0405 = 50,919 л/с_4-5 = q_7-4 + q_3-4 - q₄ = 30 + 50,919 - 34,273 = 46,646 л/с_6-5 = q_7-6 - q₆ = 31,968 - 15,232 = 16,736 л/с

Проверка: q₅ = q_4-5 + q_6-5 = 46,646 + 16,736 = 29,91 л/с.

Схема водопроводной сети с предварительно распределенными расходами в обычное время показана на рис. 2.3.

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. 2.21 СНиП 2.04.02-84), если эти расходы вошли в расход в час максимального водопотредления. Для водопроводной сети, показанной на рис 3.1, расход воды для пожаротушения следует добавить к узловому расходу в точке 6, где осуществляется отбор воды на промышленное предприятие, т.е. q¢₅ = q₅ + Q_{пож.рас.} - q_душ.

Однако из таблицы водопотребления (см. табл. 1.1) видно, что без учета расхода воды на душ час максимального водопотребления будет с 9 до 10 часов.

Расход воды Q¢_пос.пр = 670,1655 м³/ч = 186,157 л/с, в том числе сосредоточенный расход предприятия равен Q¢_пр = 87,5 м³/ч = 24,305 л/с, а сосредоточенный расход общественного здания Q¢_об.зд = 4,8 м³ / ч = 1,333 л/с.

Рис. 2.3. Расчетная схема водопроводной сети с предварительно распределенными расходами при хозяйственно-производственном водопотреблении

Поэтому при гидравлическом расчете сети при пожаре:

= 186,157 + 140 = 326,157 л/с. (35)

Так как  ≠ , то узловые расходы при пожаре будут другие,

чем в час максимального водопотребления без пожара. Определим узловые расходы так, как это делалось без пожара. При этом следует учитывать, что сосредоточенными расходами будут:'_пр = 24,305 л/с, Q_об.зд = 1,333 л/с, Q_{пож.рас}= 140 л/с.

Равномерно распределенный расход будет равен:

_{пос.рас} = 326,157 - (24,305 + 1,333 + 140) = 160,519 л/с. (36)

Расчетная схема водопроводной сети с узловыми и предварительно распределенными расходами при пожаре показана на 2.4.

Рис. 2.4. Расчетная схема водопроводной сети с предварительно распределенными расходами при пожаре

Таблица 2.3. Путевые расходы

Таблица 2.4. Узловые расходы

) Определим диаметры труб участков сети. Для чугунных труб с внутренним цементно-песчаным покрытием, нанесенным методом центрифугирования Э = 1. По экономическому фактору и предварительно распределенным расходам воды на участках сети при пожаре по приложение II определяются диаметры труб участков водопроводной сети:_1-2 = 0,3044 м;        d_2-3 = 0,3044 м;     d_3-4 = 0,253 м;      d_4-5 = 0,253 м;_5-6 = 0,1524 м;   d_6-7 = 0,2026 м;    d_7-1 = 0,3044 м;    d_7-4 = 0,2026 м;

Соответствующие расчетные внутренние диаметры определяются по ГОСТ539-80 и равны:_1-2 = 0,315 м;       d_2-3 = 0,315 м; d_3-4 = 0,28 м;    d_4-5 = 0,253 м;_5-6 = 0,16 м;       d_6-7 = 0,225 м;      d_7-1 = 0,315 м;    d_7-4 = 0,2026 м;

При этом в соответствии с п. 2.30 СНиП 2.04.02-84 максимальный свободный напор в сети объединенного водопровода не должен превышать 60 м.

Увязку удобно выполнять в виде таблицы (табл. 2.3)

При увязке потери напора в чугунных трубах с полимерным покрытием, определяем по формуле:

h = 10^-3[(1+3,51/V)^0,19 * 0,561V²/d_p ^1,19]l;

h = 10^-3 [(1+3,51 / 1,03)^0,19 0,5611.03² / 0,1066]1000 = 7,397 м. (37)

Данные для расчета взяты из табл. 2.3 и приложения 10 СНиП 2.04.02-84

Таблица 2.5. Увязка водопроводной сети при максимальном хозяйственно - производственном водопотреблении

3. Определение режима работы насосной станции НС-II

Выбор режима работы насосной станции второго подъема (НС-II) определяется графиком водопотребления (рис. 3.1). 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.

Часы суток

Рис. 3.1 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

1 вариант. Примем двухступенчатый режим работы НС-II с подачей каждым насосом 2,5% в час от суточного водопотребления. Тогда один насос за сутки подаст 2,5  24 = 60% суточного расхода воды. Второй насос должен подать 40% суточного расхода воды и надо его включать на 40/2,5 = 16 ч. В соответствии с графиком водопотребления (рис. 3.1) предлагается второй насос включать в 5 ч. и выключать в 21 ч. Этот режим работы НС-II нанесен на рис. 3.1 пунктирной линией.

2 вариант. Примем двухступенчатый режим работы НС-II с подачей каждым насосом 3% в час от суточного водопотребления. Тогда один насос за сутки подаст 3  24 = 72% суточного расхода воды. Второй насос должен подать 28% суточного расхода воды и надо его включать на 28/3 = 9,33 ч. Второй насос предлагается включать с 8 ч. до 17 часов 20 минут. В соответствии с графиком водопотребления (рис. 3.1) Этот режим работы НС-II нанесен на рис. 3.1 штрихпунктирной линией

Для определения регулирующей емкости бака водонапорной башни составим таблицу 3.1. В столбце 1 проставлены часовые промежутки, а в столбце 2 часовое водопотребление в% от суточного водопотребления в соответствии со столбцом 11 таблице 1.1. В столбце 3,7 подача насосов в соответствии с предложенным режимом работы НС-II (рис. 3.1).

Если подача насосов, выше чем водопотребление поселка, то разность этих величин записывается в столбец 4,8 (поступление в бак), а если ниже - в столбец 5,9 (расход из бака). Остаток воды в баке (столбец 6,10) 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 6,10.

вариант 0,505 + 1 - 15,954 = - 14,449% от суточного расхода воды.

вариант 1,971 + 2 - 22,617 = - 18,646% от суточного расхода воды.

4. Гидравлический расчет водоводов.

Цель 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. 2.21 СНиП 2.04.02-84.

Методика определения диаметра труб водоводов такая же, как и диаметров труб водопроводной сети, изложенная в разд. 2. В рассматриваемом примере задано, что водоводы проложены из чугунных труб с полимерным покрытием и длина водоводов от НС-II до водонапорной башни l_вод =700 м.

Учитывая, что в примере принят неравномерный режим работы НС-II с максимальной подачей насосов Р = 2,5 + 2,5 = 5% в час от суточного водопотребления, расход воды, который пойдет по водоводам, будет равен:

Q_вод. = (11825 ∙ 5) / 100 = 591,25м³/ч = 164,23 л/с (38)

Так как водоводы следует прокладывать не менее чем в две линии, то расход воды по одному водоводу равен:

Q_вод. = 164,23/2 = 82,11 л/с (39)

При значении Э = 1 из приложения II методических указаний определяем диаметр водоводов:_вод = 0,3044 м; d_р = 0,16 м.

Скорость воды в водоводе определяется из выражения:

= Q/w

где w = p d²_р /4 - площадь живого сечения водовода.

V = Q/w = Q/p d²_р/4 = 0,08211/0,785  0,16² = 4,085 м/с. (40)

Потери напора определяются по формуле:

h = ƛ (L|d) ∙ (V²/2g) = 35,48 м. (41)

Общий расход воды в условиях пожаротушения равен = 326,157 л/с.

Расход воды в одной линии водоводов в условиях пожаротушения:

_{вод.пож} = 326,157/2 = 163,07 л/с. (42)

При этом скорость движения воды в трубопроводе:

= 0,16307/ 0,785 0,16² = 1,298 м/с. (43)

и потери напора в водоводах при пожаре:

h_{вод.пож.} = ƛ (L|d) ∙ (V²/2g) = 3,675 м. (44)

5. Расчет водонапорной башни

Водонапорная башня предназначена для регулирования неравномерности водопотребления, хранения неприкосновенного противопожарного запаса воды и создания требуемого напора в водопроводной сети.

5.1 Определение высоты водонапорной башни

Высота водонапорной башни определяется по формуле

_вб = 1,1h_с + H_св + z_ат - z_вб,

где 1,1 - коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях (п. 4, приложения 10 СНиП 2.04.02-84; h_с - потери напора водопроводной сети при работе ее в обычное время; z_д.т., z_вб - геодезические отметки соответственно в диктующей точке и в месте установки башни. Минимальный напор H_св в диктующей точке сети при максимальном хозяйственно-питьевом водопотреблении на вводе в здание, согласно п. 2.26 СНиП 2.04.02-84 должен быть равен:

_св = 10 + 4 (n - 1), (45)

где n - число этажей.

В рассматриваемом примере:_св = 10 + 4 (5 - 1) = 26 м и z_д.т. - z_вб = 92 - 100 = - 8 м, h_с = 5,770 м._вб = 1,1 х 5,770 + 26 - 8 = 24,34 м.

Принимаем высоту: 24,4

5.2 Определение емкости бака водонапорной башни

Емкость бака водонапорной башни должна быть равна (п. 9.1 СНиП 2.04.02-84)

_б = W_рег + W_нз,

где W_рег - регулирующая емкость бака; W_нз - объем неприкосновенного запаса воды, величина которого определяется в соответствии с п. 9.5 СНиП 2.04.02-84 из выражения:

где  - запас воды, необходимый на 10-минутную продолжительность тушения одного наружного и одного внутреннего пожара;

где - запас воды на 10 мин, определяемый по максимальному расходу воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды.

Регулирующий объем воды в емкостях (резервуарах, баках водонапорных башен) должен определяется на основании графиков поступления и отбора воды, а при их отсутствии - по формуле, приведенной в п. 9.2 СНиП 2.04.02-84. В нашем примере определен график водопотребления и предложен режим работы HC-II, для которого регулирующий объем бака водонапорной башни составил К = 4,36% от суточного расхода воды в поселке (раздел 3).

W_рег = (12,32  11825) / 100 = 14568 м³ (46)

где  = 14568 м³/сутки (табл. 1.1)

Так как наибольший расчетный расход воды требуется на тушении одного пожара на предприятии, то

W^10мин_н.з.пож = (70 ∙ 10 ∙60) / 1000 = 42м³ (47)

Согласно таблицы 1.1.

W^10мин_н.з.х-п = (694,303 ∙10) / 60 = 115,7171 м³ (48)

Таким образом,

_нз =  ;

42 + 115,7171 = 157,7171 м³ (49)

;

_б = 14568 + 115,7171 = 145841,7 м³ (50)

По приложению III принимаем типовую водонапорную башню высотой 22,5 м с баком емкостью W_б = 500 м³.

Зная емкость бака, определим его диаметр и высоту:

Д_б = 1,24 ³Ö W_б = 1,24  = 9,8 м. Н_б = Д_б /1,5 = 9,8/1,5 = 6,5 м.

6. Расчет резервуаров чистой воды

Резервуары чистой воды предназначены для регулирования неравномерности работы насосных станций I и II подъемов и хранения неприкосновенного запаса воды на весь период пожаротушения:

_р.ч.в. = W_рег + W_нз

Регулирующая емкость резервуаров чистой воды может быть определена на основе анализа работы насосных станций I и II подъемов.

Режим работы НС-I обычно принимается равномерным, так как такой режим наиболее благоприятен для оборудования НС- I и сооружений для обработки воды. При этом НС-I, так же как и НС-II, должна подать все 100% суточного расхода воды в поселке. Следовательно, часовая подача воды НС-I составит 100/24 = 4,167% от суточного расхода воды в поселке. Режим работы НС-II приведен в разделе 3.

Для определения W_рег воспользуемся графоаналитическим способом. Для этого совместим графики работы НС-I и НС-II (рис. 6.1). Регулирующий объем в процентах от суточного расхода воды равен площади «а» или равновеликой ей сумме площади «б»._рег = (5 - 4,167) 16 = 13,3%, или

W_рег = (4,167 - 2,5) 5 + (4,167 - 2,5) 3 = 13,3%. (51)

Суточный расход воды составляет 3814,5 м³ и регулирующий объем резервуара чистой воды будет равен:_рег = (11825 х 13,3)/100 = 1572,72 м³ (52)

Неприкосновенный запас воды W_н.з. в соответствии с п. 9.4 СНиП 2.04.02-84 определяется из условия обеспечения пожаротушения из наружных гидрантов и внутренних пожарных кранов (пп. 2.12 - 2.17, 2. 20,2.22 - 2.24 СНиП 2.04.02-84 и пп. 6.1 - 6.4 СНиП 2.04.01-85), а также обеспечение максимальных хозяйственно-питьевых и производственных нужд на весь период пожаротушения с учетом требований п 2.21 СНиП 2.04.02-84.

Рис. 6.1. Режим работы НС-II и НС-I: а - поступление воды в резервуар; б - убыль воды из резервуара

Таким образом,

_н.з. = W_н.з.пож + W_н.з.х-п

При определении объема неприкосновенного запаса воды в резервуарах допускается учитывать пополнение их водой во время тушения пожара, если подача воды в резервуар осуществляются системами водоснабжения I и II категории по степени обеспеченности подачи воды, т.е.

_н.з. = (W_н.з.пож + W_н.з.х-п) - W_н.с-1

В нашем примере:

W_н.з.пож = 140  3  3600 /1000 = 1512 м³, (53)

где t_т = 3 ч - расчетная продолжительность тушения пожара (п 2.24 СНиП 2.04.02-84).

При определении Q_пос.пр не учитываются расходы воды на поливку территории, прием душа, мытье полов и мойку технологического оборудования на промышленном предприятии, а также расходы воды на поливку растений в теплицах, т.е. если эти расходы воды попали в час максимального водопотребления, то их следует вычесть из общего расхода воды (п. 2.21 СНиП 2.04.02-84). Если при этом Q_пос.пр окажется ниже, чем водопотребление в какой-либо другой час, когда душ не работает, то максимальный расход воды следует принимать в соответствии со столбцом 10 табл. 1.1.

В данном примере Q'_пос.пр = 670,1655 м³

_н.з.х-п = 670,1655 х 3 = 2010,49 м³ (54)

Во время тушения пожара насосы НС-I подают в час 4,167% суточного расхода воды, а за время  будет равен:

W_нс-1 = (11825 ∙4,167 ∙ 3) / 100 = 1478,24м³ (55)

Таким образом, объем неприкосновенного запаса воды будет равен:

W_н.з. = (1512 + 686,82) - 476,85 = 1721,97 м³ (56)

Полный объем резервуаров чистой воды:

_р.ч.в.= 507,33 + 1087,47 = 1594,8 м³ (57)

Согласно п. 9.21 СНиП 2.04.02-84 общее количество резервуаров должно быть не менее двух, причем уровни НЗ должны быть на одинаковых отметках, при включении одного резервуара в остальных должно храниться не менее 50% НЗ, а оборудование резервуаров должно обеспечивать возможность независимого включения и опорожнения каждого резервуара.

Принимаем два резервуара объемом 800 м³ каждый (приложение IV).

Рис. 6.2. План камеры переключения резервуара чистой воды для HC-II низкого давления

Рис. 6.3. План камеры переключения РЧВ для НС-II высокого давления

7. Подбор насосов для насосной станции второго подъема

Из расчета следует, что НС-II работает в неравномерном режиме с установкой в ней двух основных хозяйственных насосов, подача которых будет равна:

Q_{хоз.нас} = 11825  2,5 /100 = 295,625 м³/ч = 82,11 л/с (58)

Необходимый напор хозяйственных насосов определяем по формуле

Н_{хоз.нас} = 1,1h_вод + Н_вб + Н_б + (z_вб - z_нс),

где h_вод - потери напора в водоводах, м; Н_вб - высота водонапорной башни, м; Н_б - высота бака водонапорной башни, м; z_вб и z_нс - геодезические отметки, соответственно, места установки башни и НС-II; 1,1 - коэффициент, учитывающий потери напора на местные сопротивления (п. 4. приложения 10 СНиП 2.04.02-84)

Тогда:

Н_{хоз.нас} = 1,1h_вод + Н_вб + Н_б + (z_вб-z_нс);

Н_{хоз.нас} = 1,1 х 36,48 + 24,4 + 6,5 + (100 - 96) = 40,389 м. (59)

Напор насосов при работе во время пожара определяем по формуле:

Н_{пож.нас} = 1,1 (h_{вод.пож} + h_с.пож)+ Н_св + (z_д.т - z_нс),

где где h_{вод.пож} и h_с.пож - соответственно потери напора в водоводах и водопроводной сети при пожаротушении, м; Н_св - свободный напор у гидранта, расположенного в диктующей точке, м. Для водопроводов низкого давления Н_св =10 м; z_д.т - геодезическая отметка в диктующей точке, м.

Тогда:

Н_{пож.нас} = 1,1 (h_{вод.пож}+h_с.пож)+ Н_св + (z_д.т-z_нс),

Н_{пож.нас} = 1,1 (3,675+5,770) + 26 + (92-96) = 75,028 м. (60)

Н_{пож.нас} - Н_{хоз.нас} = 75,028 - 40,389 = 34,639 >10 м. (61)

Значит насосную станцию нужно строить по принципу высокого давления.

От типа насосной станции зависит устройство камер переключения (рис. 6.3).

Подбираем марку насоса по сводному графику полей Q-H (приложение VI и VIII). Категорию насосной станции по степени обеспеченности подачи воды принимаем по п 7.1, а количество резервных агрегатов по табл. 32, п 7.3 СНиП 2.04.02-84.

Расчетные значения подачи и напора, принятые марки и количество насосов, категория насосной станции приводится в табл. 7.1.

Литература

пожарный гидравлический насосный станция

1. СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. - М.:Стройиздат, 1985.

2. СНиП 2.04.01-85 Внутренний водопровод и канализация зданий. - М.:ЦИТП Гостроя СССР, 1986.

3. Учебник «Гидравлика и противопожарное водоснабжение» Под редакцией Ю.А. Кошмарова - М.:ВИПТШ МВД СССР, 1985.

4. Учебник «Противопожарное водоснабжение» / А.А. Качалов и др. - М.: Стройиздат, 1985.

5. Задание на выполнение курсового по гидравлике и противопожарному водоснабжению.

6. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Гидравлика и противопожарное водоснабжение» - М.:ВИПТШ МВД СССР, 1987.