МИНИСТЕРСТВО  ПО ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ 

РЕСПУБЛИКИ  БЕЛАРУСЬ 

КОМАНДНО-ИНЖЕНЕРНЫЙ ИНСТИТУТ 
 
 

Кафедра: ПОЖАРНАЯ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

«СПЕЦИАЛЬНОЕ  ВОДОСНАБЖЕНИЕ» 
 
 

Выполнил:

ВВЕДЕНИЕ

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

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

     Целью курсового проекта является, на основе полученных знаний по дисциплине, освоить методику проектирования и технико-экономического расчета противопожарного водопровода.

      1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА  ОБЪЕКТА 

     Согласно  заданию, численность населенного  пункта составляет 50 тыс. человек с преобладающая этажностью застроек – 22 этажа, оборудованных внутренним водопроводом, канализацией, с ваннами и водонагревателями, работающими на твердом топливе. Также на территории населенного пункта имеется 3 этажное здание класса пожарной опасности Ф 1.3 строительным объемом 16 тыс. м³.

     Согласно  схемы водопровода, который обслуживает  как населенный пункт, так и предприятие, находящееся вне населенного пункта, предприятие находится в узле №3. Предприятие располагается на территории 140 га. На предприятии расположены два здания объемом 210 тыс. м³, ширина здания до 60 м, II степени огнестойкости, категории В1 и объемом 130 тыс. м³, I степени огнестойкости, категории Д. Расход воды на нужды предприятия составляет 35 л/с.

     Насосная  станция второго подъема расположена  на геодезической отметке 67,5 м, водонапорная башня – 70 м; водонапорная башня располагается на вводе в водопроводную сеть – в узле №1. 

     Длины участков водопроводной сети указаны  в таблице 1.1. 

     Таблица 1.1

     Длины участков водопроводной сети

      2.  РАСЧЕТ РАСХОДА  ВОДЫ НА ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВЫЕ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ НУЖДЫ 

     2.1. Определить расходы на хозяйственно-питьевые нужды

     Объединенный  водопровод должен обеспечить расход воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды в сутки наибольшего  водопотребления. 
 

     2.1.1. Определить средний суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды 

     Расчет  по определению среднего суточного  расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды производим согласно методике указанной в СНБ 4.01.01-03 [1]. 

     Q^х.п._сут.ср = k·q_ж·N_ж/1000, (2.1) 

где k - коэффициент, учитывающий расход воды на нужды учреждений, организаций и предприятий социально-гарантированного обслуживания, а также неучтенные расходы; q _ж - (средняя за год) проектная норма водопотребления на питьевые и хозяйственные нужды на одного жителя жилой застройки с соответствующей степенью санитарно-технического оборудования зданий, л/сут; N _ж - расчетное количество жителей в населенном пункте, чел.

     Согласно  п. 6.2 [1], количество воды на нужды учреждений, организаций и предприятий социально-гарантированного обслуживания, а также неучтенные расходы допускается принимать дополнительно в размере от 10 до 20 % суммарного расхода воды на питьевые и хозяйственные нужды населенных пунктов, принимаем коэффициент k=1,2.

     Проектная суточная норма водопотребления при жилой застройке населенного пункта зданиями, оборудованными внутренним водопроводом, канализацией, с ваннами и водонагревателями, работающими на твердом топливе, на одного жителя составит 115 л/сут (табл. А.1 [1]). Расчетное количество жителей в населенном пункте 50 тыс. человек. По формуле (2.1) определим средний суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта: 

Q^х.п._сут.ср = 1,2 ·115·50000 / 1000 = 6900 м³/сут  (2.2) 
 

      2.1.2. Определить максимальный  суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды населения 

     Максимальный  суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды  определяется по следующей формуле: 

     Q^х.п._сут.max = k_{сут.мах.} · Q^х.п._сут.ср, (2.3) 

где k_{сут.мах.} – коэффициент суточной неравномерности водопотребления, учитывает уклад жизни населения, режим работы предприятий, степень санитарно-технического оборудования зданий и изменения водопотребления по сезонам года и дням недели; Q^х.п._сут.ср - средний   суточный  расход  воды   на  хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта, м³/сут.

     Согласно  п. 6.10 [1], коэффициент k_{сут.мах.} — от 1,1 до 1,3. Принимаем k_{сут.мах.}=1,2. По формуле (2.3) найдем максимальный суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды: 

Q^х.п._сут.max = 1,2 · 6900 =  8280 м³/сут (2.4) 
 

     2.1.3. Определить максимальный часовой расход воды на хозяйственно-питьевые нужды 

     Q^х.п._час.max = k_{час.мах.} · Q^х.п._сут.max/24, (2.5) 

где k_{час.мах.} - коэффициент часовой неравномерности водопотребления, учитывающий изменение водопотребления по часам суток; Q^х.п._сут.max -    максимальный    суточный    расход    воды    на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта, м³/сут.

     Коэффициент часовой неравномерности водопотребления определяется по следующей формуле: 

       К_{час.мах.} = a _max · b _max, (2.6) 

где a _max - коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, режима работы предприятий и другие местные условия; b _max - коэффициент, учитывающий число жителей в населенном пункте.

     Согласно  п. 6.11 [1], a max — от 1,2 до 1,4. Принимаем a max=1,3. Согласно табл.1 [1] находим значение коэффициента:  

                  b _max=1,15 (2.7) 

     Тогда

     k_{час.мах.} = 1,3 · 1,15 = 1,495 (2.8)  

     Q^х.п._час.max = 1,495 · 8280  / 24 =515,8 м³/час (2.9) 
 

     2.1.4. Определить максимальный секундный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды 

     Q^х.п._сек.max =  Q^х.п._час.max · 1000 / 3600,  (2.10) 

где Q^х.п._час.max - максимальный часовой расход воды на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта, м³ /час; 1000 - постоянная для перевода из кубических метров в литры; 3600 - постоянная для перевода из часов в минуты.

     Определим максимальный секундный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды по формуле (2.10): 

     Q^х.п._сек.max = 515,8 · 1000 / 3600 = 143,3 л/с (2.11) 
 

     2.2. Определить расходы  воды на производственные  и хозяйственно-питьевые нужды 
 

     2.2.1. Определить секундный расход воды на производственные и хозяйственно-питьевые нужды 

Q_сек.max = Q^х.п._сек.max + Q^пр._сек.=143,3+35=178,3 л/с, (2.12) 

где Q^х.п._сек.max - максимальный секундный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта, л/с; Q^пр._сек., - секундный расход воды на производственном предприятии, л/с. 
 

     2.2.2. Определить суточный расход воды на промышленном предприятии 

     Предполагая, что предприятие работает в три  смены по 8 часов каждая и потребление воды в течении суток равномерное, определяем суточный расход воды на промышленном предприятии: 

     Q^пр._сут. = m · t_смен · Q^пр._сек.max · 3600 / 1000=

             =3·8·35·3600/1000=3024 м^З/сут, (2.13) 

где m - количество рабочих смен; t_смен - продолжительность смены, час; Q^пр._сек.max - секундный расход воды на производственном предприятии, л /с. 

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

Q_{сут. max} = Q^х.п._сут.max + Q^пр._сут.=8280+3024=11304 м^З/сут, (2.14) 

     где Q^х.п._сут.max - максимальный суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды, м³/сут; Q^пр._сут - суточный расход воды на промышленном предприятии, м³/сут.

     3. РАСЧЕТ РАСХОДА  ВОДЫ НА ПОЖАРОТУШЕНИЕ  И КОЛИЧЕСТВА ОДНОВРЕМЕННЫХ ПОЖАРОВ 

     3.1. Расчет расхода воды на один пожар в населенном пункте 

     Для расчета магистральных линий  водопроводной сети расчетный расход воды на один пожар в населенном пункте определяется по численности населения и этажности застройки. При численности населения 50 тыс. человек и 22-этажной застройке расход воды на один пожар в населенном пункте составит Q^н.п _1 пож.= 25 л/с (табл. 1 [2]), расход воды на внутреннее пожаротушения для зданий населенного пункта Q^н.п _{вн. пож.}= 5 л/с (табл.6 [2]).

     Определим расход воды на пожаротушение 3-этажного здания класса пожарной опасности Ф 1.3, строительным объемом 16 тыс.м³:

     на  внутреннее пожаротушение: Q^Ф1.3_вн = 0 л/с (табл.6 [2]);

     на  наружное пожаротушение: Q^Ф1.3_нар = 20 л/с (табл.2 [2]).

     Тогда, общий расход воды на пожаротушение  здания класса пожарной опасности Ф1.3 составит: 

     Q^Ф1.3_пож= Q^Ф1.3_вн+ Q^Ф1.3_нар=20 л/с (3.1) 

     Согласно  табл. 1 [2], расчетное количество одновременных пожаров в населенном пункте – 2. Определим требуемое количество воды на пожаротушение в населенном пункте: 

     Q^н.п._пож.= Q^н.п  _{нар пож.}+ Q^н.п _{вн пож.}=60 л/с (3.2) 
 

     3.2. Расчет расхода  воды на один  пожар на предприятии 

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

     Определим требуемый расход воды на пожаротушение для здания шириной до 60 м, строительным объемом V₁=210 000 м³, II степени огнестойкости, категории В1:

     на  внутреннее пожаротушение: Q^V_1вн = 15 л/с (табл.7 [2]);

     на  наружное пожаротушение: Q ^V_1нар = 35 л/с (табл.4 [2]).

     Тогда, общий расход воды на пожаротушение  для данного здания составит: 

     Q ^V_1пож= Q^V_1вн+ Q ^V_1нар=50 л/с (3.3) 
 

     Определим требуемый расход воды на пожаротушение для здания строительным объемом V₂=130 000 м³, I степени огнестойкости, категории Д:

     на  внутреннее пожаротушение: Q^V_2вн = 0 л/с (табл.7 [2]);

     на  наружное пожаротушение: Q ^V_2нар = 20 л/с (табл.4 [2]).

     Тогда, общий расход воды на пожаротушение  для данного здания составит: 

     Q ^V_2пож= Q^V_2вн+ Q ^V_2нар=20 л/с (3.4) 

     Так как площадь предприятия составляет 140 га, то согласно п. 5.20 [2] расчетное количество одновременных пожаров на промышленном предприятии – 1. Определим требуемое количество воды на пожаротушение на промышленном предприятии: 

     Q^пр._пож.= max{ Q ^V_1пож; Q ^V_2пож }= Q ^V_1пож. =50 л/с (3.5) 
 

     3.3. Расчет расхода  воды на пожаротушение 

     При объединенном противопожарном водопроводе  населенного пункта и промышленного предприятия, расположенного в населенном пункте, требуемое количество воды на пожаротушение будет равно двум наибольшим расходам воды на пожаротушение населенного пункта и предприятия, принимая во внимание то, что на предприятии может возникнуть только один пожар: 

     Q _пож = Q^нп _пож. + Q^пр. _пож.= 50+30=80 л/с (3.6) 
 
 

     3.4 Определение точек  отбора воды на пожаротушение 

       Расход воды на тушение пожара  будем отбирать в диктующей  точке - узел №5 и в месте расположения предприятия – узел №3.

     Расход  воды на пожаротушение в диктующей  точке составит: 

     Q^д.т _пож = Q^нп _пож. = 50 л/с (3.7) 

      Расход воды на пожаротушение в  месте расположения предприятия  составит: 

     Q ^{уз. пр} _пож = Q_пож - Q^д.т _пож= 80 - 50 = 30 л/с (3.8)

      4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВОДОПРОВОДНОЙ СЕТИ 

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

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

     4.1.1. Определить удельные расходы воды 

q_уд = Q^х.п._сек.max /S l_i=143,3/(200+275+225+365+220+340+300+290)=

       =143,3/2215=0,0647, (4.1)

где Q^х.п._сек.max - максимальный секундный расход воды на хозяйственно питьевые нужды населенного пункта, л/с; l_i - длина i-го участка водопроводной сети, м. 
 

     4.1.2. Определить путевые  расходы воды 

     q _пут.i = q _уд · l_i, (4.2) 

где q _уд. - удельный расход воды, л/с; l_i - длина i-ro участка водопроводной сети, м.

     Расчет  путевых расходов выполним в виде таблицы 4.1. 

     Таблица 4.1

Путевые расходы по участкам сети

     Во  избежание арифметических ошибок необходимо выполнить проверку. 

Q^х.п._сек.max=S q _пут.i=12,9+15,4+14,5+23,7+14,3+22,0+19,4+18,7=143,3л/с, (4.3) 

где Q^х.п._сек.max -   максимальный   секундный   расход   воды   на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта, л/с; q _пут.i - расход на i - ом участке водопроводной сети, л/с. 
 

     4.1.3. Определить узловые расходы воды 

     Узловые расходы определяются по следующей формуле: 

     q _узл.i = 0,5 · Sq _пут.i, (4.4) 

где q _пут. i - сумма путевых расходов на участках прилегающих к n - ому узлу, л/с.

     Расчет  узловых расходов выполним в виде таблицы 4.2. 

     Таблица 4.2

     Узловые расходы

     Во  избежание арифметических ошибок необходимо выполнить проверку. 

Q^х.п._сек.max = S q _узл.i=16,1+15,4+25,5+19,1+19,0+27,5+20,7=143,3 л/с, (4.5) 

     где Q^х.п._сек.max -   максимальный   секундный   расход   воды   на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта, л/с; q _пут.i - расход в i-ом узле водопроводной сети, л/с.

     4.1.4. Вычертить расчетную схему

     Выбираем  узел №4 в качестве диктующей точки, т.к. он наиболее удален от точки ввода  и находится на возвышенности. Также на схеме указываем узловые расходы воды.

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

     I 1 – 2 – 3 – 4 – 5

     II 1 – 7 – 6 – 5

     III 1 – 2 – 3 – 6 – 5  
 

     4.1.5. Подобрать диаметр труб водопроводных линий 

     Выбор диаметров труб водопровода производим на основании экономических соображений.

     Диаметр труб водопровода на участке сети подбираем в зависимости от расхода воды на этом участке, с использованием «Таблиц для гидравлического расчета водопроводных труб» Ф.А. Шевелева (для чугунных труб) [3].

     При выборе диаметра водопроводных труб учитываем, что наиболее экономически выгодная скорость движения воды 0,7 – 1,2 м/с.

     Полученные  значения сводим в таблицу 4.3. 
 

     4.1.6. Определить потери на участках 

     Потери  напора, на участке водопровода имеющего одинаковую скорость движения воды и  диаметр трубы на всей его длине,  определяется по следующей формуле: 

     h_i = l_i · (1000i)_i / 1000, (4.6) 

где l_i - длина i-гo участка водопроводной сети, м; 1000i - коэффициент Шевелева для i- го участка водопроводной сети.

     Полученные  значения сводим в таблицу 4.3. 
 

     4.1.7. Увязать сеть 

     Для кольца водопровода условно выбираем положительное направление –  по часовой стрелке. При расчете потерь напора воды, при движении воды по кольцу водопровода, потери считать положительными, если направление движения воды на участке совпадает с условно выбранным направлением, а если не совпадает, то отрицательными.