Розрахунок і проектування системи протипожежного водопостачання населеного пункту і промислового підприємства

ДЕРЖАВНА СЛУЖБА УКРАЇНИ З НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЙ

ЧЕРКАСЬКИЙ ІНСТИТУТ ПОЖЕЖНОЇ БЕЗПЕКИ

ІМЕНІ ГЕРОЇВ ЧОРНОБИЛЯ

НАЦІОНАЛЬНОГО УНІВЕРСИТЕТУ ЦИВІЛЬНОГО ЗАХИСТУ УКРАЇНИ

Факультет пожежної безпеки

КУРСОВА РОБОТА

з навчальної дисципліни «Спеціальне водопостачання»

на тему:

 «Розрахунок і проектування системи протипожежного водопостачання населеного пункту і промислового підприємства»

Курсанта 2 курсу 22 взводу

напряму підготовки бакалавр

спеціальності 6.170203 «Пожежна безпека»

Головко В. В

Керівник: викладач АСБ та ЕУ, Пустовіт Михайло Олександрович

Національна шкала ____

Кількість балів:  ____ Оцінка: ECTS ___

Члени комісії

____________             ________________

____________             ________________

____________             ________________

Черкаси – 2016 р.

Зміст

Вступ	3
1. Обґрунтування прийнятої схеми водопостачання	5
2. Розрахунок необхідної витрати води на господарсько-питні та виробничі потреби селища і підприємства	8
2.1Проведемо розрахунок для підприємства	14
2.2 Визначення розрахункових витрат води на пожежогасіння	18
3. Гідравлічний розрахунок водопровідної мережі	19
4. Визначення режиму роботи НС- 11	31
5. Гідравлічний розрахунок водоводів	33
6. Розрахунок водонапірної вежі	35
6.1 Визначення висоти водонапірної вежі.	35
6.2 Визначення місткості бака водонапірної вежі	35
6.3 Розрахунок резервуарів чистої води	37
7. Підбір насосів для насосної станції другого підйому	41
8. Гідравлічний розрахунок внутрішнього об"єднаного господарсько-протипожежного водопроводу виробничої будівлі	43
Список використаної літератури	49

Вступ

Водопостачанням називають системи подання підземних або поверхневих вод на відповідні об"єкти. Для їх організації застосовують інженерні споруди і водопровідні мережі.

Перші системи подання води в Росії - дерев"яні водопровідні системи, виникли ще в ІХ-ХІІ віках, а перший дерев"яний напірний водопровід з"явився в XVII столітті. Свинцеві і мідні труби стали застосовуватися лише в епоху царювання Петра I, але міський водопровід, уперше з"явився в Росії тільки на початку XIX століття.

На початок XX століття централізованим водопостачанням в Росії було охоплено близько 20 % міст, переважно промислових і фабрично-заводських, причому вода подавалася в основному не у будинки, а на підприємства.

У 1930-і роки по всій країні велося будівництво інженерних водопровідних мереж, крім того, уперше стали будуватися очисні станції для води з поверхневих джерел.

На зміну самопливним мережам стали приходити напірні водопроводи. Деякі трубопроводи стали застосовувати нові види трубопровідної арматури - крани, вентилі, засувки.

У довоєнний час велика увага приділялася розвитку пожежного водопостачання, створенню каналізаційних систем, відведенню стічних вод, зливової каналізації. Воду стали транспортувати на значні відстані, створюючи водопроводи не на одне місто, а на декілька населених пунктів. Поступово збільшувалася потужність водопроводів, яка до 1940 року виросла майже в 5 разів.

До 1980-х років в СРСР спостерігався розвиток водопостачання і каналізації. Водоочисні споруди мали потужність до 100 тисяч кубометрів в добу. Очисними спорудами облаштовувалися малі міста і селища. В цей же час був затверджений ГОСТ 2874,73 «Вода питна» - основний норматив якості для водопровідної води, що подається.

До 1990-м рокам практично усі міста і велика частина селищ були забезпечені централізованим водопостачанням. Водоспоживання зросло до 330 літрів в добу на людину.

Після переходу країни на ринкову економіку стан комунального господарства погіршав. На це значною мірою вплинув знос трубопроводів, що входять в систему водопостачання. Насоси також вимагали заміни. Поганий стан, в якому знаходилися водопровідні мережі і трубопровідна арматура, призводив до частих аварій і проривів, а також до витоків. Проте поступове економічне зростання сприяє тому, щоб нині система водопостачання відновлювалася.

Сьогодні в населених пунктах Росії система ЖКГ, що сформувалася за радянських часів, перетвориться відповідно до нових економічних віянь. Перехід від державного управління і фінансування комунальної сфери в область самоокуповування до незалежних ТСЖ робить позитивний вплив на стан водопроводів. Мережі водопостачання сьогодні є розгалуженими системами, які подають воду через водорозбірні пристрої споживачам. Впроваджуються нові матеріали і технології, що дозволяють економити водні ресурси і покращуючи якість обслуговування усіх споживачів води.

Всюди застарілі сталеві і чавунні трубопроводи міняються на поліетиленові труби. Для контролю витрати встановлюються водолічильники ХВС і ГВС, якими передбачається забезпечити кожного споживача.

Ведеться постійна робота по забезпеченню водою житлового сектора і промислових підприємств.

Оскільки найважливішим питанням нині є економія води, велика увага приділяється новим технологіям водо очистки, для чого модернізуються очисні споруди.

Грамотне проектування кожного пов"язаного з водопостачанням об"єкту, а також використання сучасного устаткування ведуть до поліпшення якості водопостачання і дозволяють економити водні ресурси.

Розвиваються мережі оборотного і повторного водопостачання, особливо актуальні для промислових підприємств, що витрачають багато води. Для якісного водопостачання застосовуються сучасне устаткування і арматура, що не вимагає облаштування колодязів або риття траншей, - кульові крани в підземному виконанні, різні види засувок, виконаних з нових матеріалів.

Ще один напрям діяльності сучасних служб водопостачання - дренажні системи, які призначаються для осушення територій і відведення води з грунту.

Вода, що поступає до споживачів, використовується ними в різних цілях, але серед інших виділяють господарсько-питні потреби, виробничі потреби і системи пожежогасіння.

Водопостачання враховує якість води, що подається, яка визначається вимогами нормативно-технічної документації. Наприклад, питна вода повинна відповідати гігієнічним вимогам СанПіН 2.1.4.1074-01. Щоб привести воду, що подається, у відповідність нормативами, застосовують системи водо підготовки

1. Обґрунтування прийнятої схеми водопостачання

Для курсового проекту прийнята схема об"єднаного господарсько-питного виробничого і протипожежного водопроводу низького тиску селища і підприємства з огорожею води з підземного джерела (артезіанської свердловини). На початку магістральної мережі встановлена водонапірна вежа (ВВ) мал. 1.1.

 

Мал. 1.1 - Схема господарсько-протипожежного водопроводу селища і підприємства : 1 - санітарна зона артезіанських свердловин; 2 - резервуари чистої води; 3 - камера перемикання; 4 - насосна станція II підйому; 5 - водопроводи; 6 - водонапірна вежа; 7 - водопровідна мережа селища; 8 – підприємство

Судячи з того, що в схемі відсутні очисні споруди, значить, вода підземного джерела відповідає вимогам СанПіН 2.1.4.1074-1, і може використовуватися без обробки(очищення, знезараження). Такі системи з підземними джерелами надійніші в експлуатації, дешевші за капітальними і експлуатаційними витратами, легко автоматизуються, при коротких водоводах загальна витрата труб в системі нижча.

Насосна станція I підйому(НС- 1) забирає воду з вододжерела і подає її в резервуари. НС- 1 може бути поєднана з водоприймальними спорудами або розташовуватися в окремій будівлі. Часто НС- 1 виконують заглибленими в грунт, щоб не перевищити допустиму висоту всмоктування насосів. На НС- 1 доцільно встановлювати не менше двох робітників насосів зважаючи на зміну літнього і зимового режимів роботи, а також на випадок виникнення непередбаченого збільшення подання станції. Число резервних насосів визначається мірою надійності насосної станції.

Насосна станція II підйому (НС-ІІ) призначена для подання води у водопровідну мережу на господарсько-питні і виробничі потреби, а у разі виникнення пожежі - і для цілей пожежогасіння. По мірі надійності НС-ІІ відноситься до I категорії(перерва в роботі не допускається), оскільки НС-ІІ подає воду безпосередньо в мережу об"єднаного протипожежного водопроводу.

У об"єднаних водопроводах низького тиску встановлюють групу насосів, що забезпечують усі потреби, у тому числі і пожежні. Проте якщо вони не забезпечують необхідного розрахункового подання, то на станції додатково встановлюють пожежні насоси.

Кількість всмоктуючих ліній на насосних станціях I категорії має бути не менше двох. При відключенні однієї з ліній ті, що залишилися повинні пропускати повну розрахункову витрату. Насоси, як правило, встановлюють під затоку.

Якщо в насосній станції встановлена група пожежних насосів, то необхідно постійно стежити за швидкістю їх включення і надійністю роботи. Для чого необхідно, щоб насоси постійно знаходилися нижче рівня води в резервуарах: це значно спрощує автоматизацію пуску насосних агрегатів. Управляють пожежними насосами дистанційно, при цьому одночасно з поданням команди на включення пожежного насоса повинне автоматично зніматися блокування, що забороняє витрату пожежного запасу води в резервуарах. Число резервних насосів, обумовлено категорією надійності насосної станції.

Оскільки населений пункт невеликий (35 тис. чол.), найімовірніше має місце значна нерівномірність споживання води по годинам доби і подання її насосами НС-ІІ, отже, потрібне облаштування водонапірної вежі або інших напірно-регулюючих споруд. На схемі мал. 1.1 водонапірна вежа встановлена на початку водопровідної мережі на природній піднесеності (відмітка +99). Коли насоси подають води більше, ніж витрачається, надлишок води поступає у водонапірну вежу; коли ж витрата більша, ніж подання насосів, вода навпроти, йде з вежі. Крім того водонапірна вежа призначена для зберігання недоторканного запасу води на період пожежогасіння.

Вода з вододжерела подається рівномірно насосами НС- 1, в той же час режим роботи НС-ІІ будується з урахуванням водоспоживання, яке не є постійним. Для регулювання нерівномірності роботи насосних станцій I і II підйому і збереження води на протипожежні потреби на час гасіння пожежі служать резервуари чистої води(РЧВ).

Регулюючі місткості дозволяють забезпечити рівномірну роботу насосних станцій, оскільки відпадає необхідність в поданні максимальних витрат води в години найбільшого водоспоживання, а також зменшити діаметр труб, що знижує капітальні витрати.

Водоводи прокладають між насосними станціями і водопровідною мережею і призначаються для подання в неї води. Трасу прокладення водоводов слід вибирати залежно від рельєфу місцевості, поблизу існуючих доріг, враховуючи при цьому техніко-економічні показники.

2. Розрахунок необхідної витрати води на господарсько-питні та виробничі потреби селища і підприємства

Норми водоспоживання на господарсько-питні потреби для населених пунктів визначаються за ДБН В. 2.5-74:2013 і залежать від ступеня благоустрою житлової забудови.

Розрахункова (середня за рік) добова витрата води /добу, на господарсько-питні потреби визначається за формулою:

= 260*24000/100=6240

- питоме водоспоживання на одного жителя л/добу;

N_{ж –} розрахункова кількість мешканців.

Добова витрата з урахуванням дод.4, п. 2.1.де

Розрахункова годинна витрата води  визначається по формулі:

= 1,53*7488=8985,6

де - коефіцієнт годинної нерівномірності водоспоживання визначається з вираження:

Де коефіцієнт, що враховує міру благоустрою будівель, режим роботи підприємств і інші місцеві умови, приймається по п. 2.2 [ 1 ]; коефіцієнт, що враховує число жителів в населеному пункті, приймається по таблиці.2 п. 2.2 [1] - =1,175. Для будівель, обладнаних внутрішнім водопроводом, каналізацією і ваннами з місцевими водонагрівачами,  =1,3.

Згідно з додатком 1, методичних вказівок [2] =1,5.

Тоді

Витрата води на господарсько-питні потреби в громадських будівлях залежить від призначення будівлі і визначається по формулі:

де - норма витрати води споживачами за добу для громадських будівель приймається по дод. 3 [3];  - кількість вимірників.

Оскільки, за завданням громадська будівля - механізована пральня, то                       = 75л/доб.

Отже, загальна витрата води по селищу:

2.1Проведемо розрахунок для підприємства.

Для виробничих і допоміжних будівель промислового підприємства розраховуються наступні величини господарсько-питного водоспоживання :

Водоспоживання в зміну:

де  норма водоспоживання на одну людину в зміну, приймається згідно п. 2.4 [1] і дод. 3 [3], приймемо = 25 л/см;  - кількість працюючих в зміну.

Добове водоспоживання

Де  - кількість змін

Кількість води на користування душем в побутових приміщеннях промислових підприємств визначається по формулах:

Водоспоживання в зміну

де 0,5 год  - норма витрати води через душову сітку(дод. 3 [5]);

 = 1 ч - тривалість дії душа після зміни (дод. 3 [5]);

 - кількість душових сіток, шт.

де  - кількість робітників, що приймають душ після зміни(за завданням 70%). Однією душовою сіткою впродовж години, виходячи з санітарних норм, користуються 5 чоловік, тоді:

 

Добове водоспоживання на душ :

де - кількість змін.

Витрата води на виробничі потреби підприємства приймається за завданням       = 800 м/зміну, який розподіляється рівномірно по годиннику зміни(восьмигодинна зміна з перервою на обід одну годину, впродовж якої виробництво не зупиняється). Приймається робота восьмигодинних змін : з 8 до 16ч- перша зміна; з 16 до 24 ч - друга зміна.

Годинна витрата води на виробничі потреби:

Добове водоспоживання на виробничі потреби:

Сумарна витрата води по підприємству за добу:

Загальна витрата води по селищу і підприємству за добу:

Для визначення режиму роботи насосних станцій, місткості баків водонапірних веж і резервуарів чистої води складається таблиця почасового добового водоспоживання і будується графік водоспоживання по годиннику доби.

Таблиця 2.2.1

Водоспоживання по годинам доби

в селищі і на промисловому підприємстві

Приведемо пояснення до заповнення таблиці 2.2.1:

Графи 2,4,6 заповнюються згідно з Додатком 1 методичних вказівок [2], з урахуванням коефіцієнтів  і містять витрату води селищем, громадською будівлею і підприємством по годинам доби у відсотках від добового водоспоживання.

Графа 6 заповнюється з урахуванням двозмінної роботи.

Графи 3,5,7 є розрахунковими і містять витрату води селищем, громадською будівлею і підприємством за кожну годину доби.

Графа 8 - утримує витрату води на роботі душа, який працює впродовж години після роботи кожної зміни.

Графа 9 - витрата води на виробничі потреби рівномірно розподілена по годиннику зміни,                     тривалість зміни 8 год)

Графа 10 - сума витрат усіх споживачів в певну годину доби у  .

Графа 11 містить суму витрат усіх споживачів в певну годину доби у відсотках від сумарної добової витрати.

Із складеної таблиці видно, що по селищу і підприємству найбільше водоспоживання відбувається з 9 до 10 годин ранки, в цей час на усі потреби витрачається 638,08  води або

По підприємству розрахункова витрата складе:

Розрахункова витрата громадського закладу (пральні)

Селище витрачає:

За даними стовпчика 11 таблиці 2.2.1 будуємо графік водоспоживання об’єднаного водопроводу по годинам доби (мал.1.2)

Мал. 2.2.1 – Графік водоспоживання об’єднаного

водопроводу по годинам доб

2.2 Визначення розрахункових витрат води на пожежогасіння

Оскільки водопровід в селищі проектується об"єднаним, то при кількості жителів 35000 чоловік, згідно [1], п. 2.23 приймаємо дві одночасні пожежі з витратою води при трьох поверховій забудові 25 л/с на одну пожежу, тобто на дві пожежі:

Витрата води на внутрішнє пожежогасіння в селищі за наявності пральні (триповерхова будівля об"ємом 9000 ), згідно [3], п. 6.1, таблиця 1, приймаємо один струмінь продуктивністю 2,5 л/с:

                                             

Для підприємства, згідно [1], п. 2.22, на площі до 150 га розрахункова кількість пожеж - одна. При цьому згідно п. 2.14, таблиця. 8 [1], розрахункова витрата води на його гасіння для корпусу об"ємом 90 тис. м³:                                                     

а для будівлі об"ємом 200 тис. м

 

Таким чином

 

Згідно [3], п. 6.1, таблиця 2, розрахункова витрата води на внутрішнє пожежогасіння в двох виробничих будівлях підприємства приймаємо з розрахунку двох струменів продуктивністю 5 л/с кожна, тоді

Таким чином:

 

Отримуємо, що                   тому, згідно [1], п. 2.23, витрата води з метою пожежогасіння в селищі і на підприємстві визначаємо як суму витрати води на підприємстві і 50 % витрати води в селищі:

3. Гідравлічний розрахунок водопровідної мережі

Для прийнятої схеми водопостачання загальна витрата води під час максимального водоспоживання складає                        у тому числі зосереджена витрата підприємства рівна = 21,01 л/с, а зосереджена витрата громадської будівлі

У результаті розрахункову схему водопровідної мережі можна зображувати так:

 

Мал.3.1 – розрахункова схема водопровідної мережі

Визначимо рівномірно розподілену витрату:

Визначимо питому витрату:

 

Визначимо шляхові відбори:                       , зведемо значення в таблицю:

Таблиця 3.1

Шляхові витрати

Визначимо вузлові витрати, наприклад, для вузла 1:

          Зведемо результати в таблицю 3.2:

 Таблиця 3.2

Вузлові витрати

Додамо до вузлових витрат зосереджені витрати. До вузлової витрати в точці 3 додаємо зосереджену витрату громадської будівлі, а в точці 5 - зосереджена витрата промислового підприємства. Тоді, = 18 + 0,96 = 18,96 л/с; = 20,16 + 21,01. = 41,17 л/с. Величини вузлових витрат зображуватимемо на мал. 3.2. З урахуванням зосереджених витрат

 

Мал.3.2. Розрахункова схема водопровідної мережі з вузловими витратами

Виконаємо попередній розподіл витрат по ділянках мережі. Зробимо це спочатку для водопровідної мережі при максимальному господарсько-виробничому водоспоживанні (без пожежі).

Виберемо кінцеву точку подання води (диктуючу точку) - точку 5. Заздалегідь намітимо напрями руху води від точки 1 до точки 5 (показані на мал. 3.2.) потоків води можуть підійти до точки 5 по трьох напрямах: перше - 1-2-3-4-5, друге - 1-7-6-5, третє - 1-7-4-5. Скористаємося першим законом Кірхгофа : сума витрат води, відповідних до кожного вузла, дорівнює сумі витрат води, що виходять з вузла, і визначимо витрати по ділянках мережі.

Для вузла 1 повинне виконуватися співвідношення:

Величини =21,6 л/с і  відомі, а - невідомі. Задаємося довільно одній з цих величин. Візьмемо, наприклад, = 60 л/с.

Тоді = 177,49 -(21,6+ 60) = 95,89 л/с.

Для точки 7 повинне дотримуватися наступне співвідношення:

Значення =95, 89 л/с і =32,4 л/с відомі, а і  - невідомі. Задаємося довільно однією з цих величин і приймемо, наприклад, , тоді

Витрати води по інших ділянках мережі можна визначити з наступних співвідношень:

В результаті вийде:

 

Перевіримо:, вірно.

Витрати води уточнюватимуться надалі при виконанні ув"язки водопровідної мережі. Схема водопровідної мережі із заздалегідь розподіленими витратами в звичайний час показана на мал. 3.3.

Ключ:l,м;q,л/с

Мал. 3.3 - Розрахункова схема водопровідної мережі із заздалегідь розподіленими витратами при господарсько-виробничому водоспоживанні

На випадок пожежі водопровідна мережа повинна забезпечувати подання води на пожежогасіння при максимальній годинній витраті води на інші потреби, за винятком витрат води на промисловому підприємстві на душ, поливання території і тому подібне (п. 2.21 [1]), якщо ці витрати увійшли до витрати під час максимального водоспоживання. Для водопровідної мережі, показаної на мал. 3.1, витрата води для пожежогасіння слід додати до вузлової витрати у точці 5, де здійснюється відбір води на промислове підприємство, яка є найбільш віддаленою від місця введення(від точки 1), тобто

Проте з таблиці водоспоживання(див. таблицю. 2.2.1) видно, що без урахування витрати води на душ година максимального водоспоживання буде з 9 до 10 годин.

Витрата води =177,24 л/с, у тому числі зосереджена витрата підприємства = 21,01 л/с, а зосереджена витрата громадської будівлі 0,96 л/с. Тому при гідравлічному розрахунку мережі при пожежі: = 177,24 + 81,1 =258,34 л/с.

Оскільки , то вузлові витрати при пожежі будуть інші, чим під час максимального водоспоживання без пожежі. Визначимо вузлові витрати так, як це робилося без пожежі. При цьому врахуємо, що зосередженими витратами будуть: = 21,01л/с,0,96 л/с,=81,1 л/с.

Рівномірно розподілена витрата буде дорівнювати:

=258,34-(21,01+0,96+81,1) =155,27л/с.

Диктуючою точкою також залишається точка 5.

Для вузла 1 повинне виконуватися співвідношення:

Величини Ц1=21,6 л/с і =258,34 л/с відомі, а і - невідомі. Задаємося довільно одній з цих величин. Візьмемо, наприклад, = 80 л/с. Тоді  = 258,34 -(21,6 + 80) = 156,74 л/с.

Для точки 7 повинне дотримуватися наступне співвідношення:

Значення =156,74 л/с і =32,4 л/с відомі, а і  невідомі. Задаємося довільно одній з цих величин і приймемо, наприклад, = 60 л/с, тоді =-(+) =156,74 -(32,4+60) =64,34 л/с.

Витрати води по інших ділянках мережі можна визначити з наступних співвідношень:

В результаті отримаємо:

Розрахункова схема водопровідної мережі з вузловими і заздалегідь розподіленими витратами при пожежі показана на мал. 3.4.

 

Ключ: l,м;q,л/с

Мал. 3.4 - Розрахункова схема водопровідної мережі з вузловими

і заздалегідь розподіленими витратами при пожежі

Визначимо діаметри труб ділянок мережі. Для сталевих труб Э=1, згідно з додатком 2 [2]. По економічному чиннику і заздалегідь розподіленим витратам води по ділянках мережі при пожежі по дод. 2 визначаються діаметри труб ділянок водопровідної мережі :

 

Відповідні розрахункові внутрішні діаметри дорівнюють (додаток 2 [2]):

 

Для визначення діаметрів труб велика достовірність, виходить, по заздалегідь розподілених витратах без урахування витрати води на пожежогасіння, а потім перевіряється водопровідна мережа на можливість пропуску витрат води при пожежі. Але при виконанні цієї курсової роботи приймається спрощення, і шуканими важатимемо діаметри, визначені по попередніх витратах при максимальному господарсько-виробничому водоспоживанні з урахуванням витрат на пожежогасіння. Розрахункова схема водопровідної мережі з вузловими і заздалегідь розподіленими витратами при пожежі і вказівкою діаметрів труб представлена на мал. 3.5.

 

 

           _{q3=18,96 л/с                  q4-30,96 л/с                    q5=41.17л/c}

Ключ: l, м; q, л/с; d, мм

Мал.3.5 - Розрахункова схема водопровідної мережі з вузловими і заздалегідь розподіленими витратами при пожежі і вказівкою діаметрів труб

Ув"язка водопровідної мережі при максимальному господарсько- виробничому водоспоживанні.

Ув"язку зручно виконувати у вигляді таблиці(таблиця.3.3.).

При ув"язці втрати натиску в сталевих трубах з внутрішнім пластиковим покриттям слід визначати по формулі: h=i  l, де і – гідравлічний похил; l – довжина ділянки мережі.

V - середня по перерізу швидкість води :

Таблиця 3.3

Ув’язка мережі при максимальному господарсько-виробничому водоспоживанні

Номер кільця

Дільниця

Витрата води,

Розрахунковий внутрішній діаметр, qp м

Довжина, l, м

Швидкість, V м/с

Гідравлічний уклін, і

Втрати напору, h

Виправлення перше
Номер кільця	Дільниця	h/q,	, л/с		Швидкість, V м/с			Гідравлічний уклін, і	Втрати напору, h

Запишемо пояснення до таблиці 3.3, ув"язка проводилася до тих пір, поки величина нев"язки в кожному кільці не стала менше 1 м.

Для ділянок, які є загальними для обох кілець, вводилися два поправочні коефіцієнти, це ділянки 4-7 і 7-4.

Потоки води до диктуючої точки 5 від точки можуть піти по трьох напрямах: перше 1-2-3-4-5; друге 1-7-4-5; третє 1-7-6-5. Середні втрати напору в мережі визначаються за формулою:

Втрати натиску в мережі при максимальному господарсько-виробничому споживанні:       

Тоді середні втрати натиску :

Розрахункова схема водопровідної мережі з остаточно розподіленими витратами при максимальному господарсько-виробничому водоспоживанні показана на мал.3.6.

Розрахункова схема водопровідної мережі з остаточно розподіленими витратами при максимальному господарсько-виробничому водоспоживанні

Ув’язка водопровідної мережі при максимальному господарсько-виробничому водоспоживанні з урахуванням пожежі.

Ув’язку зручно виконувати у вигляді таблиці (табл. 3.4.)

При ув"язці втрати натиску в сталевих трубах з внутрішнім пластиковим покриттям слід визначати по формулі: h=i  l, де і – гідравлічний похил; l – довжина ділянки мережі.

 

V - середня по перерізу швидкість води :

Номер кільця

Дільниця

Витрата води, q л/с

Розрахунковий внутрішній діаметр, qp м

Довжина, l

Швидкість, V м/с

Гідравлічний уклін, і

Втрати напору, h

Виправлення перше
Номер кільця	Дільниця	h/q,	, л/с		Швидкість, V м/с			Гідравлічний уклін, і	Втрати напору, h

Виправлення друге
Номер кільця	Дільниця	h/q,	, л/с		Швидкість, V м/с			Гідравлічний уклін, і	Втрати напору, h

Запишемо пояснення до таблиці 3.4, ув"язка проводилася до тих пір, поки величина нев"язки в кожному кільці не стала менше 1м.

Для ділянок, які є загальними для обох кілець, вводилися два поправочні коефіцієнти, це ділянки 4-7 і 7-4.

Потоки води до диктуючої точки 5 від точки можуть піти по трьох напрямах: перше 1-2-3-4-5; друге 1-7-4-5; третє 1-7-6-5. Середні втрати натиску в мережі визначаються по формулі:

4.       Визначення режиму роботи НС- 11

Вибір режиму роботи насосної станції другого підйому(НС-II) визначається графіком водоспоживання (мал. 2.2.1). У ті години, коли подання НС-II більше водоспоживання селища, надлишок води поступає у бак водонапірної вежі (ВВ), а в години, коли подання НС-II менше водоспоживання селища, нестача води поступає з бака ВБ.

Для забезпечення мінімальної місткості бака графік подання води насосами прагнуть максимально наблизити до графіку водоспоживання. Проте часте включення насосів ускладнює експлуатацію насосної станції і негативно позначається на електроапаратурі управління насосними агрегатами.

Установка великої групи насосів з малим поданням призводить до збільшення площі НС-ІІ, а ККД насосів з малим поданням нижче, ніж ККД насосів з більшим поданням. При будь-якому режимі роботи НС-ІІ подання насосів повинне забезпечити 100 % споживання води селищем.

Приймаємо двоступінчатий графік роботи НС-ІІ з поданням кожним насосом 2,75% в годину від добового водоспоживання. Тоді один насос за добу подасть

2,75-24 = 66 % добової витрати води. Другий насос повинен подати 100-66 = 34 % добових витрати води і його потрібно включати на 34/2,75 = 12,5 год.

Відповідно до графіку водоспоживання (мал.2.2.1.) пропонується другий насос включати в 7 год. І вимикати в 19,30 год. Цей режим роботи НС-ІІ нанесений на мал.4.1, пунктирною лінією 2.

 

Мал. 4.1. - Режим роботи НС-ІІ і графік водоспоживання :

1 - графік водоспоживання; 2, 3 - двоступінчатий режим роботи НС-ІІ з поданням кожним насосом відповідно до 2,75 % і 3 % в годину від добового водоспоживання

Для визначення регулюючої місткості бака водонапірної вежі складемо таблицю 4.1.

Години доби	Добове водоспоживання в %	Перший варіант	Другий варіант
Подача насосів	Надходження в бак	Витрата баку	Залишок в баку	Подача насосів	Надходження в бак	Витрата баку	Залишок в баку

Водоспоживання та режим роботи насосі

Для варіанту, представленого графіком 2 на мал. 4.1(подання 2,75% від добового водоспоживання), регулююча місткість бака дорівнюватиме

4,12-1,15= 2,97% від добової витрати води.

Розглянемо другий приклад: двоступінчатий графік роботи НС-ІІ з поданням кожним насосом 3 % в годину від добового водоспоживання. Тоді один насос за добу подасть 3-24=72% добової витрати води. Другий насос повинен подати 100-72 = 28 % добової витрати води і його потрібно включати на 28/3= 10 год.

Відповідно до графіку водоспоживання(рис.2.2.1.) другий насос включатиметься в 8 год. І вимикатися в 18 год. Цей режим роботи НС-ІІ нанесений на мал.4.1. пунктирною лінією 3.

Для цього варіанту роботи НС-ІІ регулююча місткість бака дорівнюватиме 7,86-0,27=7,59 % від добової витрати води. Що приведе до збільшення місткості бака водонапірної вежі (ВВ), тому вибираємо перший варіант роботи НС-ІІ.

5. Гідравлічний розрахунок водоводів

Мета гідравлічного розрахунку водоводів - визначити втрати натиску при пропуску розрахункових витрат води.

Із завдання виходить, що водоводи прокладені із сталевих труб з внутрішнім пластиковим покриттям довжина водоводів від НС-ІІ до водонапірної вежі l_вод=600 м. Враховуючи, що режим роботи НС-П нерівномірний з максимальним поданням насосів Р=2,75+2,75=5,5 % в годину від добового водоспоживання, витрата води, яка піде по водоводах, буде дорівнювати:

            Оскільки водоводи слід прокладати не менше ніж в дві лінії, то витрата води по одному водоводу дорівнює:

 

При значенні Э=1 з додатка 2 методичного посібника [2] визначаємо діаметр водоводів  . Швидкість води у водоводі визначається з вираження - площа живого перерізу водовода.

При витраті Q_вод = 80,73 л/c, швидкість руху води у водоводі з розрахунковим діаметром 0,3 м буде рівні:

Втрати натиску визначаються за формулою:

 

Коефіцієнти для сталевих труб з внутрішнім пластиковим покриттям візьмемо з додатка 10 [1]:.

Втрати натиску у водоводах складуть:

 

Загальна витрата води в умовах пожежогасіння дорівнює

Тоді витрата води в одній лінії водоводів в умовах пожежогасіння:

 

При цьому швидкість руху води в трубопроводі:

 

І втрати напору в водоводах при пожежі:

6. Розрахунок водонапірної вежі

Водонапірна вежа (ВВ) призначена для регулювання нерівномірності водоспоживання, зберігання недоторканного протипожежного запасу води і створення необхідного натиску у водопровідній мережі. Визначимо основні параметри ВВ.

6.1 Визначення висоти водонапірної вежі.

Висота ВВ визначається по формулі:

 

де 1,1 - коефіцієнт, що враховує втрати натиску на місцевих опорах, згідно з додатком 10 п.4 [1];

 - втрати напору в водопровідній мережі при роботі її в звичайний час;

 та - геодезичні відмітки диктуючої точки і в місці встановлення ВВ;

Нсв - мінімальний напір в диктуючій точці мережі при максимальному господарсько-питному водоспоживанні на введенні у будівлю. Згідно п. 2.26 [1] Нсв має бути рівний:

Н_св=10+4  (п — 1), де п — число поверхів.

Згідно із завданням п =3; значення  визначене в п. 3 даного курсового проекту =8,28.

Н_св = 10 + 4 -(3 - 1)  = 18 м

Тоді висота ВВ :

Н_ВВ = 1,1  8,28 + 18 + 92 - 100 = 19.1 м

6.2 Визначення місткості бака водонапірної вежі

Місткість бака ВВ згідно п. 9.1 [1] визначається за формулою:

W_Б =W_рег +W_нз, де

W_рег - регулююча місткість бака;

W_нз - об"єм недоторканного запасу води, величина якого визначається відповідно до п. 9.5 [1] з вираження:

 

де  - запас води, необхідний на 10-хвилинну тривалість гасіння однієї зовнішньої і однієї внутрішньої пожежі;

- запас води на 10 хвилин, визначений по максимальній витраті води на господарсько-питні потреби.

Регулюючий об"єм води в місткостях(резервуарах, баках) ВВ визначимо на підставі графіку водоспоживання і вибраного режиму роботи НС-ІІ, для якого регулююча місткість бака ВВ склала К=2,97% від добової витрати води в селищі(см п.4 цього курсового проекту).

 

Оскільки найбільшу розрахункову витрату води потрібно на гасіння однієї пожежі на підприємстві, то

 

Для визначення скористаємося даними таблиці 2.2.1

 

Таким чином,  =33+106,35=139,35 м

W_Б= 313,88 + 139, 35 = 453,23 м.

Підберемо ВВ, згідно з розрахованими параметрами, по додатку 3 методичного посібника [2]: типова залізобетонна вежа 901-5-12/70, заввишки 22,5 м з баком місткістю W_б=500 м.

Знаючи місткість бака, визначаємо його діаметр і висоту :

Принципова схема ВВ і її устаткування показана на мал. 6.2.1. Детальніше креслення з усіма розрахованими параметрами представлене на кресленні.

Мал. 6.2.1. - Схема устаткування водонапірної вежі

Вода у бак подається по трубі 1, що закінчується на рівні найбільшого наповнення. Кінець її може бути обладнаний поплавцевим клапаном 5, який автоматично закриває подаючу трубу при наповненні бака. Роздача води з бака відбувається по трубах 1 і 2. На трубі 2 встановлюють зворотний клапан 3, що перешкоджає надходженню води у бак по цій трубі. Кінець труби 2 розташовують над дном бака і обладнують сіткою 4. Трубу 1, що служить для подання води у бак і забору води з нього, називають подаюче - розводящою. Засувка 10 служить для відключення водонапірної вежі від мережі. Для подання води у бак і розбору води з нього можуть виконуватися окремі труби.

Для зливу води у разі переповнювання бака служить труба переливання 9, що закінчується у верхній частині воронкою 6. До труби переливання приєднана грязьова труба 7 із засувкою 8, призначена для періодичного видалення осаду, що скупчується на дні бака, а також для відведення води при промиванні бака.

Водонапірний бак обладнали рівнеміром з сигналізацією на насосну станцію II підйому. Для можливості огляду бака ззовні і усередині нього встановлюють сходи. Розміри ствола вежі в плані визначаються розмірами опорної частини бака. Відстань між стінками шатра і бака повинна складати близько 0,7 м.

6.3Розрахунок резервуарів чистої води

Резервуар чистої води призначений для регулювання нерівномірності роботи насосних станцій I і II підйомів і зберігання недоторканного запасу води на весь період пожежогасіння :

 

Регулююча місткість резервуару чистої води(РЧВ) може бути визначена на основі аналізу роботи насосних станцій I і II підйомів.

Режим роботи НС- 1 зазвичай приймається рівномірним, оскільки такий режим найбільш сприятливий для устаткування НС- 1 і споруд для очищення води. При цьому НС- 1, також як НС-ІІ,  НС- 1 складе 100/24 = 4,167 % від добової витрати води в селищі. Режим роботи НС-ІІ приведений в розділі 4 цього курсового проекту.

Для визначення W_рег - скористаємося графічним способом. Для цього поєднаємо графіки роботи НС- 1 і НС-ІІ(мал. 6.3.1.)

 

Мал. 6.3.1. - Поєднаний графік роботи НС- 1 і НС-ІІ

А- вступ води в резервуар; Б - спад води з резервуару

         Регулюючий об"єм у відсотках від добової витрати води дорівнює площі "А" або рівновеликій їй сумі площ "Б".

W_рег = (5,5 - 4,167)-12 = 15,99%

або

W_рег =  (4,167- 2,75) - 7 + (4,167 - 2,75 ) - 5 = 15,99 %

Добова витрата води 10568,5 м, регулюючий об"єм резервуару буде рівний:

W_рег =10568,5-15,99/100=1689,9 м3

Недоторканний запас води  відповідно до п. 9.4 [1] визначається з умови забезпечення пожежогасіння із зовнішніх гідрантів і внутрішніх пожежних кранів (п.п.2.12-2.17, 2.20, 2.22-2.24 [1] і п.п. 6.1-6.4 [3]), а також спеціальних засобів пожежогасіння (спринклерів, дренчерів і інших власних резервуарів, що не мають) згідно п.п. 2.18 і 2.19 [1] і забезпечення максимальних господарсько-питних і виробничих потреб на весь період пожежогасіння з урахуванням вимог п. 2.21 [1 ]:

При визначенні об"єму недоторканного запасу води в резервуарах допускається враховувати поповнення їх водою під час гасіння пожежі, якщо подання води в резервуари здійснюється системами водопостачання 1 і II категорій по мірі забезпеченості подання води, тобто

визначимо:

 

де = 3 год - розрахункова тривалість гасіння пожежі(п. 2.24 [ 1 ]).

При визначенні не враховуються витрати на поливання території, прийом душу, миття підлог і миття технологічного устаткування на промисловому підприємстві, а також витрату води на поливання рослин в теплицях, тобто якщо витрати води потрапили під час максимального водоспоживання, то їх слід відняти із загальної витрати води(п. 2.21 [1]). У цьому проекті за розрахунками відповідно до графи 10 таблиць 2.2.1, видно, що максимальне водоспоживання відбувається без користування душем, тому: =638,08 м/год, тоді

Під час гасіння пожежі насоси насосної станції I підйому працюють і подають під час 4,167 % добової витрати води, а за час буде подано:

 

Таким чином, об"єм недоторканного запасу води буде рівний:

=  (875,88+1914,24) - 1321,17= 1468,95.

Повний об"єм резервуарів чистої води :

Згідно п. 9.21 [1], загальна кількість резервуарів має бути не менше двох, причому рівні НЗ мають бути на однакових відмітках, при виключенні одного резервуару в інших повинно зберігатися не менше 50% НЗ, а устаткування резервуарів повинне забезпечувати можливість незалежного включення і звільнення кожного резервуару.

Приймаємо два типові резервуари 90М-66.83 об"ємом 1600  кожен (додаток 4 методичні посібники [2]); завдовжки 18 м; шириною 18 м; глибиною 4,72 м. Загальний вигляд камер перемикання резервуарів представлений на мал. 6.2 і 6.3.

 

Мал. 6.2. - План камери перемикання резервуару чистої води для НС- 11 низького тиску

 

  Мал. 6.3. - План камери перемикання РЧВ для НС-ІІ високого тиску

7.       Підбір насосів для насосної станції другого підйому

З розрахунку отримуємо, що НС-ІІ працює в нерівномірному режимі з встановленням в ній двох основних господарських насосів, подача яких дорівнює:

Необхідний напір господарських насосів визначається за формулою:

де  - втрати натиску у водоводах, м;

 - висота ВВ, м;

 - висота бака ВВ, м;

і  - геодезичні відмітки місця установки ВВ і НС-ІІ, м;

1,1 - коефіцієнт, що враховує втрати натиску на місцевих опорах (додаток 10 п.4 [ 1]).

 

Напір насосів при роботі під час пожежі визначається за формулою:

                   

 - вільний напір у гідранта, розташованого в диктуючій точці, м.

Для водопроводів низького тиску = 10 м;

 і - геодезичні відмітки диктуючої точки і місця установки

Вибір типу НС-ІІ (низького або високого тиску), залежить від співвідношення необхідних натисків при роботі водопроводу в звичайний час і на пожежі.

У нашому випадку |  |= 44,7 - 35,58 = 9,12 м < 10 м, тому насосну станцію будуємо за принципом низького тиску. У звичайний час працює один або група господарських насосів. При пожежі включається в роботу додатковий насос з таким же напором, що і господарські насоси, що забезпечує подання витрати води на пожежогасіння. Тому облаштування камер перемикання відповідатиме мал. 6.2.

Підберемо марки насосів по звідному графіку полів Q – Н (додаток 5 і 6 методичного посібника [2]) : виходячи з того, що подання господарських насосів Q_{хоз.нас} = 80,73 л/с, а напір Н_{хоз нас} = 35,58 м, то по графіку і таблиці додатка 6 [2] виберемо марку насоса Д 320-50(6НДв).

Цей насосний агрегат забезпечить мінімальну величину надмірних натисків, що розвиваються насосами при усіх режимах роботи, за рахунок використання регулюючих місткостей, регулювання числа оборотів, зміни числа і типу насосів, обрізання і заміни робочих коліс відповідно до зміни умов їх роботи впродовж розрахункового терміну.

Категорію насосної станції по поданню води виходячи з п. 7.1 [1] приймемо: 1 категорію. Кількість резервних агрегатів визначимо по таблиці. 32, п. 7.3 [1], вона дорівнює 2. При визначенні кількості резервних агрегатів потрібно враховувати, що в кількість робочих агрегатів включаються пожежні насоси. Зведемо усі розрахункові і певні дані в таблиці 7.1 і 7.2

Таблиця 7.1

Характеристики насосів для НС-ІІ

8. Гідравлічний розрахунок внутрішнього об"єднаного господарсько-протипожежного водопроводу виробничої будівлі

При виконанні курсового проекту слід прийняти:

1.  Виробнича будівля II міри вогнестійкості;

2.   Категорія будівлі по пожежній небезпеці - В2;

3.   Висота приміщення - 6 м;

4.   Витрата води на господарсько-виробничі цілі - 8 л/с;

5.   Гарантований натиск в зовнішньому водопроводі - 15 м;

6.   Кількість поверхів 2;

7.   Ширина будівлі 30 м;

8.   Довжина будівлі 120 м.

1. Визначимо нормативну витрату і число пожежних струменів по таблиці. 2. [3]. На внутрішнє пожежогасіння у виробничій будівлі заввишки до 50 м потрібно 2 струмені по 5 л/с:

де Т - висота приміщення.

Оскільки витрата пожежного струменя більше 4-, то водопровідна мережа повинна обладнюватися пожежними кранами діаметром 65 мм із стволами, що мають насадки 19 мм, і рукавами завдовжки 20 м. При цьому відповідно з

таблицею 3 [3] дійсна витрата струменя дорівнюватиме 5,2-, напір у пожежного крану 19,9 м, а компактна частина струменя = 12 м.

 

Мал. 8.1 – Розміщення пожежних кранів з умови зрошення кожної точки приміщення двома струменями

3. визначимо відстань між пожежними кранами з умови зрошення кожної точки приміщення двома стуменями:

При такій відстані вимагається встановити на кожному поверсі по 14 пожежних кранів (мал. 8.1). Оскільки загальна кількість пожежних кранів більше 12, то магістральна мережа має бути кільцевою і живитися двома введеннями.

4.       Складемо аксонометричну схему водопровідної мережі(мал. 8.2), намітивши на ній розрахункові ділянки (мал.8.3). Як видно, за розрахунковий напрям слід прийняти напрям від точки 0 до ПК- 28 (розрахунок проводиться при відключенні другого введення).

 

Мал. 8.2 – Аксонометрична схема водопровідної мережі

5.                Зосереджуємо величини витрат води на господарсько-питні і виробничі потреби в точках приєднання господарських стояків до магістральної мережі, тобто в точках 1 та 4:

Визначимо вузлові витрати:

         Вузлові витрати                                                          Таблиця 8.1

№ Вузла	Вузлова витрата
0	0
1	0,19
2	3,2
3	5,2
4	1,73

Додамо до вузлових витрат зосереджені витрати.

З урахуванням зосереджених витрат = 10,32 л/з

Виконаємо попередній розподіл витрат по ділянках мережі. Виберемо диктуючу точку 3. Потоки води можуть підійти по напрямах: першому:

0-1 -2-3, другому: 0-4-3.

Для вузла 1 повинно виконуватися:

 

Перевірка           вірно.

 

Мал. 8.4. Розрахункова схема внутрішнього водопроводу

7.     Визначимо діаметри труб. Для визначення діаметрів труб магістральної мережі скористаємося формулою

де v = 1,5 м/с. Діаметр труб на ділянці 0 - 1 з максимальною витратою

Діаметр труб водоводів :

          

Приймаємо труби сталеві діаметром 80 мм для магістральної мережі і труби чавунні діаметром 100 мм для введень.

9. Проводимо розрахунок кільцевої магістральної мережі. Втрати натиску обчислюються за формулою:

де  - поправочний коефіцієнт, що враховує неквадратичність залежності втрат напору від середньої швидкості руху води (таблиця. 1 і 2 дод. 2 [3]);

А - питомий опір труб ;

l - довжина ділянки водопроводу, м;

Q - витрата води, м /с.

Значення А і  приведені в таблиці. 1,2 дод. 7 методичних вказівок [2]. Результати обчислень зведемо в таблицю 8.2

Таблиця 8.2

Напрям	Ділянка	1, м	d, м	A		Q,м3/с	V, м/с
1	0-1	22	0,08	965,6	1,132=	0,0073	1,453	1	1,13
1-2	42	0,08	965,6	2,050	0.00711	1,415	1	2,05
2-3	20	0,08	965,6	0,295	0,00391	0,778	1,06	0,31
									3,50 м
2	0-4	42	0.08	965,6	0,370	0,00302	0,601	1,115	0,41
4-3	12	0,08	965,6	0,019	0,00129	0,257	1,28	0,02
									0,44 м

Ви ходячи з таблиці8.2: h_ср=(3,50+0,44)/2=1,97 м.

9.    Підбираємо водомір на пропуск розрахункової витрати. Розрахункова витрата . Приймаємо водомір ВВ - 80. Втрати натиску в ньому будуть дорівнювати 2,07 - 10³ -( 10,32 10^-3 )² = 0,2 м, що менше допустимої величини 2,5 м.

10.  Визначимо втрати натиску в пожежному стояку і на введенні:

Приймаємо 1,35 м від підлоги до ПК; 2,5м - висота труби введення;

2м – висота стояка.

Оскільки величина гарантованого натиску, рівна 15 м, менше величини потрібного, то необхідно встановити насос, що забезпечує створення натиску.

h_ср=A₇₀ l_cт Q_ст²=

h_вв=A₁₀₀ l_вв Q²_рас=

Тоді втрати напору в мережі на розрахунковому напрямку 0-ПК-28:

h_с=h_ср + h_ст=1,97+0,06=2,03м.

11.              Визначимо необхідних напір на введенні:

Оскільки величина гарантованого напору дорівнює 15 м, менше за величину необхідного, то необхідно встановити насос, забеспечуючий створення напору.

Н_н = 27,09-15=12,09 м при поданні 10,32 10^-3 м³/ с

Приймаємо по каталогу насос марки К8/18 з робочими параметрами:

Отже, внутрішній протипожежний водопровід має бути побудований за схемою з насосами підвищувачами.

Список використаної літератури:

1.     Николадзе Г.И., Сомов М. А. Водоснабжение, -М.:Стройиздат, 1995

2.     Гидравлика и противопожарное водоснабжение / Под ред.. Ю. А. Кошмарова. –М.: ВИПТШ МВД СССР, 1985.

3.     Задачник по гидравлике и пожарному водоснабжению / Под ред.. А. А. Качалова. –М.: ВИПТШ МВД СССР, 1990.

4.     ДБН. В. 2.5-64:2012 «Внутрішній водопровід і каналізація. Частина 1. Проектування. Частина 2. Будівництво» - К. 2012.

5.     ДБН В.2.5-74:2013 «Водопостачання. Зовнішні мережі та споруди. Основні положення проектування»- К. 2013.

6.     ГОСТ 539-80. Трубы и муфты асбестоцементные напорные. –М.: Изд-во стандартов, 1982.

7.     ГОСТ 12586-74. Трубы железобетонные напорные гидровибропрессованные. –М.: Изд-во стандартов, 1982.

8.     ГОСТ 16953-78. Трубы железобетонные напорные центрифугированные. –М.: Изд-во стандартов 1979.

9.     ГОСТ 8894-83. Трубы напорные из поиетилена. –М.: Изд-во стандартов, 1986.

10.          ГОСТ 21053-75. Трубы чугунные напорные, со стоковым соединением под. резинове уплотнительные манжеты. –М.:Изд-во стандартов, 1977

11.         Шевелев Ф. А., Шевелев А. Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб/ Спровочное пособие. –М.: Стройиздат, 1984

12.         ГОСТ 22247-76Е. Насосы центробежные консольне общего назначения для воды. Технические условия. –М.: Изд-во стандартов, 1982.

13.          Методичні вказівки і завдання для виконання курсової роботи для фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня «бакалавр» у галузі знань 1702 «Цивільна безпека» за напрямом підготовки 6.170203 «Пожежна безпека».