4. Проектирование внешних всасывающих и напорных водоводов и трубопроводов внутри насосной станции

4.1. Проектирование внешних всасывающих водоводов

Транспортирование воды из резервуаров чистой воды к насос­ной станции осуществляется по внешним всасывающим стальным водоводам. Соединение их производят сваркой, а в местах уста­новки арматуры - посредством фланцев. С целью снижения по­терь напора, всасывающий водовод проектируют по возможности коротким (l30 м) с минимальным количеством фасонных час­тей и арматуры.

Основным требованием, предъявляемым к всасывающим тру­бам является их воздухонепроницаемость, а также отсутствие условий образования воздушных мешков. Это достигается монта­жом всасывающих труб, таким образом, чтобы верхняя образующая трубы по всей длине имела уклон от насоса не менее 0,005. А при изменении диаметра всасывающего трубопровода, устраивают ко­сые переходы с горизонтальной верхней образующей. Длину такого перехода можно определить из выражения:

l=p(D-d), м, (25)

где р – принимают 5…6.

Число всасывающих линий рекомендуется принимать не менее двух, а диаметр каждой нитки трубопровода принимают с учётом экономичных скоростей движения воды (табл. 11) по (26).

Таблица 11

Экономичные скорости движения воды [2, 3]

Диаметр труб, мм	Скорость движения воды в трубопроводах насосных станций в м/с
	всасывающем	напорном
До 250	0,6-1	0,8-2
300-800	0,8-1,5	1-3
Более 800	1,2-2	1,5-4

При выключении одной всасывающей линии, оставшиеся трубы должны быть проверены на пропуск полного расчётного расхо­да Q_р.

Диаметр одной нитки всасывающего трубопровода можно опре­делить по известной формуле:

, м, (26)

где Q_p - расчётная максимальная часовая подача насосной стан­ции, м³/с;

v - скорость движения воды, м³/с, (табл. 11).

Для нашего примера устанавливаем две всасывающие линии. Пусть скорость в них будет 0,8 м/с (табл. 11). Вычислим их диаметр:

В случае отключения одной ветки проверим допустимую скорость в оставшейся:

Для диаметра 600 мм максимально допустимая скорость составляет 1,5 м/с (табл. 11). Увеличиваем диаметр до 700 мм и повторяем проверку.

Проверка пройдена.

4.2. Проектирование внешних напорных водоводов

Подача чистой воды в распределительную сеть водопотребителя осуществляется насосной станцией по напорным водоводам. При выборе их материа­ла в первую очередь следует ориентироваться на неметалли­ческие трубы: асбестоцементные, пластмассовые и железо­бетонные. Асбестоцементные рекомендуется применять при диаметрах до 500 мм включительно и напорах, не превышающих 120 м. При диаметрах свыше 500 мм и напорах до 90 м рекомендуется применять железобетонные трубы. При больших напорах, в условиях предприятий и населен­ных мест со сложными подземными коммуникациями, а так­же в других случаях при соответствующем технико-эко­номическом обосновании водоводы могут проектироваться стальными или чугунными.

Таблица 12

Значения коэффициентов в (28), зависящих от материала труб

Трубы	m	k		b	R
Стальные	5,1	0,00179	1,4	53	4,6
Чугунные	5,1	0,00179	1,6	107	3,3
Асбестоцементные	4,89	0,00118	1,95	78	7,3
Железобетонные	4,89	0,00169	1,3	100	3,3
Пластмассовые	4,77	0,00105	1,95	150	4,6

Диаметры водоводов выбираются с учётом стоимости труб, производства работ и эксплуатационных затрат на электроэнергию, определяемых гидравлическим сопротив­лением в трубопроводах. Чем меньше диаметр труб, тем меньше их строительная стоимость, однако, тем больше гид­равлическое сопротивление и затраты на электроэнергию. Оптимальным считается вариант с наименьшими суммарными затратами.

Расчётный расход одного напорного водовода

Q_н.в=Q_p/n, л/с, (27)

где Q_p - расчётная подача насосной станции; n - число напорных водоводов.

Число напорных водоводов от станций I и II категории принимается не менее двух. Если при двух водоводах их диаметры оказываются более 1400 мм, то число водоводов увеличивают.

Для каждого диаметра при определенных условиях стро­ительства и эксплуатации, характеризуемых так называе­мым экономическим фактором Э, существуют определенные расходы, при которых экономически оправдано применение именно этого диаметра.

Величину экономического фактора вычисляют по фор­муле

, (28)

где m и k - показатель степени при диаметре и коэффи­циент в формуле для гидравлического уклона (табл. 12);

 - стоимость электроэнергии, коп/(кВт·ч);

 и b - показатель степени при диаметре и коэффициент в форму­ле для определения строительной стоимости водоводов (табл. 12);

R - отчисления на амортизацию, % (табл. 12).

В табл. 13 для труб соответствующего материала и диа­метра приводятся предельные наибольшие экономические расходы для условий, характеризуемых значением экономи­ческого фактора Э =1.

Для выбора экономически выгодного диаметра по этой таблице вычисляют расход, приведённый к значению эко­номического фактора, равному единице

(29)

Таблица 13

Предельные экономические расходы, л/с, для трубопроводов

из разных материалов при Э = 1

Условный проход, мм	Трубы
	стальные	чугунные	асбесто-цементные	железо-бетонные	пластмас­совые
100	10,6	8,4	9,2	-	9,2
150	19,8	22,4	19,9	-	19
200	42	40,6	40,7	-	32,6
250	65	65,3	65,3	-	61,5
300	93	96	95,6	-	81,5
350	128	132	133	-	121
400	167	175	201	-	162
450	213	227	-	-	222
500	286	313	361	329	294
600	402	461	-	380	491
700	537	642	-	541	-
800	705	857	-	731	-
900	897	1110	-	952	-
1000	1213	1532	-	1305	-
1200	1744	-	-	1714	-
1400	2231	-	-	2438	-
1500	2578	-	-	-	-
1600	2666	-	-	3052	-

Данная методика определения диаметров трубопроводов с учётом экономического фактора описана во многих учебниках и справочниках. Однако в настоящее время применение её затруднено в силу значительного роста цен на электроэнергию, применении материалов импортного производства. Поэтому для достаточной точности можно использовать таблицу Шевелёвых [5], в которой этот экономический фактор учтён. Экономически наивыгоднейшие диаметры выделены рамочкой. Действительно, если сопоставить скорость движения воды в водоводе, полученную по таблицам [5] и сравнить с рекомендованными скоростями (табл. 11), то видно, что они попадают в рекомендуемый диапазон.

Для нашего примера Q_н.в=Q_p/n=453,75/2=226,88 л/с. По таблицам [5] для полиэтиленовых труб и указанного расхода рамочкой выделен диаметр 450 мм. Интерполируя значения скорости получим значение v=1,82 м/с, что попадает в рекомендуемый диапазон (табл. 11).

В дальнейшем после подбора насосных агрегатов, одна нитка напорного водовода, в случае выхода из строя одного из водоводов, проверяется на пропуск расхода равном 0,7Q_p. И если водовод не выдерживает проверки на пропуск 70% расхода от Q_p, с учётом допустимых скоростей для данного диаметра трубы, сле­дует предусмотреть между водоводами устройство переключения. В отдельных случаях может оказаться целесообразным увеличение диаметра водовода на сортамент.

Осуществим проверку для нашего случая. Q_н.в=Q_p·0,7=453,75·0,7=317,63 л/с. По таблицам [5] для полиэтиленовых труб проверяемого нами диаметра 450 мм и указанного расхода, интерполируем значения скорости и получим значение v=2,54 м/с, что попадает в рекомендуемый диапазон (табл. 11). Дополнительные переключающие устройства или повышение диаметра не требуется.

Внешние напорные водоводы проектируют из неметаллических труб. Расстояние между водоводами должно быть не менее 0,7...1,5 м. Глубина заложения низа труб принимается на 0,5 м больше расчётной глубины промерзания в данном районе.

Н_низа=Н_пр+0,5 м. (30)

Для удобства эксплуатации на напорных водоводах проекти­руют камеры переключения, в которых размещается соответствую­щая арматура. Расстояние между переключениями должно быть не более 5 км.