Определение объема напорно-регулирующего бака и высоты его расположения

Регулирование расхода (подачи) и напора в разводящей сети водопровода осуществляется при помощи либо устанавливаемых на водонапорных башнях напорно-регулирующих баков, либо к подземных резервуаров, а также с использованием автоматических водокачек с высотным напорным баком или безбашенных с регулирующим воздушно-водяным котлом (по аналогии с водоподъемными установками типа ВУ). Общий внутренний (геометрический) объем бака водонапорной башни или резервуара должен вмещать регулирующий, противопожарный и аварийный запасы воды.

Регулирующий объем бака определяется на основании данных расхода воды потребителями и подачи ее насосной станцией. На рисунке 1.25 приведен интегральный график водопотребления 1, совмещенный с графиками подачи воды насосом при круглосуточной равномерной работе насосной станции 3 и при равномерной работе ее в течение 16 ч в сутки (с 4 до 20 ч). При построении кривой 1 по оси абсцисс откладывают часы, а по оси ординат – В суммарные объемы воды и почасовой расход, выраженные в процентах от соответствующих суточных значений. Далее, задав режим и количество часов работы насосной станции в сутки (прямые 2 и 3 на рис. 1.25), наносят на этот же график интегральную кривую подачи воды насосами, соответствующую равномерной работе станции за сутки или за 16 ч.

По интегральному графику регулирующий объем V_р.б бака определяют по сумме наибольших значений разности ординат между кривой 1 водопотребления и линиями 2 и 3 подачи воды, соответствующих ее избытку или недостатку. Эта величина для каждого конкретного случая определяется по формуле

, (1.14)

где k`₁ – максимальная положительная разность между ординатами подачи и водопотребления, %; k``₂ – максимальная отрицательная разность между ординатами прямой 2 и кривой 1, %.

При равномерной круглосуточной работе станции для рассматриваемого случая имеем: k`₁ = l3%; k``₁ =5,5 % и .

При равномерной 16-часовой работе станции получим: k`₂ = 13%; k``₂ = 5% и .

Сравнительный расчет показывает, что при 16-часовом режиме работы станции регулирующий объем бака потребуется немного меньше. Чтобы обеспечить некоторый запас воды, который исключал бы возможность полного опорожнения бака в часы пик, выбранный регулирующий объем бака увеличивают на 2…3%.

Рис. 1.25. Интегральный график потребления воды (/) и работы насосной станции при 16-часовом и круглосуточном режимах (2, 3)

При ориентировочных расчетах водонапорных башен и промежуточных резервуаров в зависимости от суточного расхода воды можно пользоваться приведенными ниже данными:

Суточный расход воды, м³ До 50 50…100 100…300 300…500 Свыше 500

Регулирующий объем, % 35…50 25…35 20…30 15…20 12…20

В современных системах сельскохозяйственного водоснабжения регулирующий объем не превышает 5…10 % от общего объема бака.

Основным параметром, определяющим величину регулирующего объема, является допустимое число включений насоса в единицу времени. Если известны подача и максимально допустимое число включений насоса в сутки z_maxсут, то регулирующий объем бака водонапорной башни можно определить по формуле

. (1.15)

Необходимый расчетный регулирующий объем воздушно-водяного котла автоматической безбашенной водокачки можно рассчитать, пользуясь соотношением

. (1.16)

где z_ч – допустимое число включений насоса в час; k_ч – коэффициент часовой неравномерности водопотребления; P_к – давление включения в котле, МПа.

В сельском хозяйстве противопожарный запас воды хранят, как правило, в подземных или наземных безнапорных резервуарах, из которых воду подают пожарными насосами. Часто для этих целей на фермах оборудуют специальные водоемы (пруды).

Согласно СНиП бак водонапорной башни для населенных пунктов должен иметь сверх регулирующего объема еще дополнительный, равный запасу воды, необходимому для тушения п течение 10 мин одного наружного и одного внутреннего пожара, а для хозяйственно-производственного комплекса – запас воды, обеспечивающий 10-минутную работу внутренних пожарных кранов при одновременном расходе воды на все остальные нужды. В случае автоматического включения насосов при падении уровня воды в башне объем неприкосновенного пожарного запаса воды может быть сокращен вдвое.

Необходимый аварийный запас на хозяйственно-питьевые нужды определяется рядом факторов, основными из которых являются: надежность электроснабжения и отдельных составных частей системы водоснабжения, а также наличие или отсутствие резервного оборудования.

Полный объем V_б бака определяют по формуле

, (1.17)

где V_зап – объем для хранения необходимых запасов воды, м³; V_м = V_м.в + V_м.н – «мертвый» объем (V_м.в – верхний и V_м.н – нижний, м³, который не может быть использован при данной конструкции системы).

Так, максимальную высоту наполнения бака водой обычно принимают на 0,3 м ниже верхнего обреза стенок бака, а глубину отстойной части берут в пределах 0,15…0,20 м.

Аналогично формуле (17) полный объем воздушно-водяного котла безбашенной водокачки рассчитывают по зависимости

, (1.18)

Максимальная частота включений насоса в час z_maxч может быть определена из соотношения

, (1.19)

где Q_maxч – максимальная подача, м³/ч.

Наиболее выгодными считаются режимы работы насоса при 250 < z_mахсут < 500.

Высота установки бака H_б водонапорной башни зависит от свободного напора H_св по формуле (45) в «диктующей» точке, м; при самом низком уровне воды в баке справедливо равенство

. (1.20)

где z_д и z_д.т – отметки поверхности земли в месте расположения водонапорной башни и «диктующей» точки, м.