Водоснабжение населенного пункта. 3

 
 
 
 
 
 
 
 

  КУРСОВАЯ  РАБОТА 
 
 

  по  дисциплине:

  «Водоснабжение  и водоотведение на предприятиях АПК»

  Тема: «Водоснабжение населенного пункта» 
 
 
 
 
 
 
 
 

    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  ЧАРЯВАРЯЧВ

  2011 г. 
 
 
 
 

  Введение 

  Для проектирования систем водоснабжения необходимо знать  количество потребляемой воды и режим ее потребления. Суммарное водопотребление устанавливают по составу и числу потребителей. Основными потребителями воды в сельском хозяйстве являются: население, животные, находящиеся в личной собственности, животноводческие фермы, предприятия по переработке молока, коммунальные предприятия.

  Проектирование  систем водоснабжения основано на ряде общих требований:

1. вода должна поставляться всем потребителям без исключения;
2. вода должна подаваться в нужном количестве;
3. вода должна подаваться определенного качества;
4. подача воды должна быть максимально механизирована и автоматизирована наиболее доступными и действенными средствами.

  Водопотребление может быть неравномерным в течение суток и времени года. это накладывает определенные условия на проектируемые сооружения водоснабжения, позволяющие удовлетворить вышеуказанные требования. Расчет систем водоснабжения проводят с учетом максимально возможных расходов в сети. Для этого определяют сутки с максимальным водопотреблением. Одновременно анализируют водопотребление в течение суток и определяют час максимальной водоподачи, при котором водопроводная сеть испытывает максимальную нагрузку по расходу.

  Водозаборные  и очистные сооружения должны обеспечивать подачу максимального суточного  расхода, а разводящие водопроводные  сети пропускать максимальный часовой  расход.

  Система водоснабжения должна проектироваться  с учетом генерального плана развития населенного пункта на ближайшие 15-20 лет. 

  Задание 

  Принять к концу расчетного срока службы водопровода (15-20 лет) в населенном пункте число водопотребителей, расположенных  на водоснабжаемой территории, согласно приложению 2 произвести следующие  расчеты:

1. рассчитать среднесуточный расход населенного пункта Qср. сут. и годовую потребность в воде Qср. год;
2. определить максимальный суточный расход населенного пункта Qср.мах. ;
3. построить график неравномерности водопотребления населенного пункта и определить максимальный часовой расход Q час. мах.;
4. построить интегральную кривую водопотребления населенного пункта и выбрать режим работы насосной станции второго подъема, обеспечивающий максимальную вместимость бака водонапорной башни;
5. определить вместимость бака водонапорной башни, включив в нее регулирующий объем  W рег.  и десятиминутный пожарный запас воды W пож. Выбрать типовой бак водонапорной башни и определить отметки пожарного и регулирующего объемов относительно дна бака;
6. выполнить гидравлический расчет тупиковой водопроводной сети населенного пункта, если известны расходы крупных сосредоточенных потребителей (бани, больницы, фермы и молокозаводы) и число жителей в населенном пункте.

 
 
 
 
 
 
 

  Методика  расчета 

  Состав  водопотребителей к концу расчетного срока службы водопровода.

1. Население, пользующееся водой из уличных водоразборных колонок, чел. ____________
2. Население, имеющее внутренний водопровод и канализацию с ванными и местными водонагревателями, чел. ____________
3. Баня, чел. __________
4. Больница, коек_________________
5. Прачечная, чел._________________
6. Рабочий скот, голов____________
7. Полив газонов, цветников и зеленых насаждений, га_________

 

Скот в личном пользовании населения 

8. коровы молочные, голов___________
9. Свиньи______________
10. Овцы, козы_____________
11. Куры, утки__________

 

Промышленные  предприятия

12. Завод по переработке сельскохозяйственной продукции, тонн молока в сутки___________

 

Животноводческий  комплекс

13. Молочные коровы, голов_________________
14. Молодняк крупного рогатого скота, голов_________________

 

  Определение среднесуточного расхода воды населенного пункта Q ср. сут.

  Среднесуточный  расход каждой группы потребителей определяем по формуле:

  Q ср. сут. = N x q/1000, м³/сут.

  где: N – количество водопотребителей;

  q – среднесуточная норма водопотребления на одного водопотребителя, л/сут.(принимают по СНиП 2.04.02-84(приложения 4,5,6)).

  Результаты  расчетов сводят в таблицу №1.

  Население, пользующееся водой из уличных водоразборных  колонок (q = 40л/сут.)

  Q ср. сут. =                                    =                м³/сут.

  Население, имеющее внутренний водопровод и  канализацию с ванными и местными водонагревателями (q = 200 л/сут.)

  Q ср. сут. =                                    =                 м³/сут.

  Суточный  расход для больницы:

  Q ср. сут. = Nk x q/1000, м³/сут.

  где: Nk – количество коек в больнице, q – норма расхода воды на одного больного. 

  Суточный  расход ля бани:

  Q ср. сут. = Nж x Рб х qб х Пб/1000 х Тб х 1000, м³/сут.

  где: Nж – расчетное количество жителей, пользующиеся водозаборными колонками; Рб – количество жителей, пользующиеся баней;  qб – норма расхода воды на 1 человека;  Пб – количество помывок в году на 1 человека; Тб – продолжительность работы бани в год, дней. 

  Суточный  расход для прачечной:

  Qср.сут. = N x q x P x П / 100 х Т х 1000

  где: N – численность населения в населенном пункте; q – норма расхода воды на стирку для сухого белья, P – количество жителей, пользующихся прачечной; П – норма сухого белья на 1 человека; Т – продолжительность работы прачечной. 

  Рабочий скот (q = 60л/сут.)

  Q ср. сут. =                                    =                 м³/сут. 
 

  Полив газонов (q = 5л/сут.)

  Q ср. сут. =                                    =                 м³/сут. 

  Скот в личном пользовании

  Коровы  молочные (q = 100л/сут.)

  Q ср. сут. =                                    =                 м³/сут. 

  Свиньи (q = 15л/сут.)

  Q ср. сут. =                                    =                 м³/сут. 

  Овцы, козы(q = 10л/сут.)

  Q ср. сут. =                                    =                 м³/сут. 

  Куры, утки (q = 2л/сут.)

  Q ср. сут. =                                    =                 м³/сут. 

  Среднесуточный  расход воды промышленного предприятия (молкомбината) определяется объемом  производства молока и нормой воды на 1 тонну продукции :

  Q ср. сут. =                                    =                 м³/сут. 

  Животноводческий  комплекс

  Молочные  коровы (q = 100 л/сут.)

  Q ср. сут. =                                    =                 м³/сут. 

  Молодняк  крупного рогатого скота (q = 30 л/сут.)

  Q ср. сут. =                                    =                 м³/сут. 

  Определение максимального суточного расхода  воды населенного пункта Q сут. мах. и годовой потребности в воде Q ср. год.

  Средний суточный расход определяют для каждого  вида потребителя. Однако они дают лишь общую характеристику водопотребления того или иного объекта. проектируемый водопровод рассчитывают на пропуск максимального суточного расхода. Отклонение его от среднесуточного у каждой группы потребителей учитывают коэффициентом максимальной суточной неравномерности К сут. мах., который показывает во сколько раз расчетный максимальный суточный расход превышает среднесуточный. К сут. мах. приводят в нормах проектирования. Для коммунального сектора его можно принять - 1,3, а для промышленного сектора - 1,1.

  Максимальный  суточный расход воды вычисляют по формуле:

  Q сут. мах. =  К сут. мах. х Q ср. сут.

  Данные  расчета сводят в таблицу №1.

  Годовой расход воды потребителями  населенного  пункта определяется по формуле:

  Q год. = (Qср. сут. население и скот + Q ср. сут. жив. + Q ср. сут. больн., прачеч., баня) х t1 + Q ср. сут. пром. х t2 + Q ср. сут. пол. х t3 , м³.

  где: t1 – число дней в году = 365, t2 – число рабочих дней пром. предприятия в году = 261, t3 – количество поливных дней в году = 150.

  Полученные  результаты  свести в таблицу №2.

  Q год. =                       м³ 

  таблица №2

  Определение максимального часового и секундного расходов воды. 

  Используя кривые суточной неравномерности водопотребления  отдельных потребителей, строим суммарный  график суточной неравномерности водопотребления по населенному пункту и определяем максимальный часовой расход Q час. мах. и максимальный секундный расход Q сек. мах. расходы. 

  Распределение суточных расходов воды по часам суток  для отдельных категорий водопотребителей принимается по приложению 3. 

  Промышленное  предприятие работает в две смены. Воду на технологические нужды расходуют  равномерно от расчетного суточного  расхода воды предприятием. Зеленые  насаждения поливают равномерно 2 раза в сутки. 

  Так как  распределение расходов по часам суток задается в процентах, то для каждой группы потребителей необходимо % перевести в физические величины и определить распределение физических расходов всех потребителей населенного пункта по часам суток (таблица №3). Далее физические расходы переводят в % от суточного потребления всего населенного пункта. 

  На основании  таблицы №3 по данным графы 12 строят сводный суточный график неравномерности  водопотребления. При этом общая  сумма часового водопотребления  за 24 часа должна составлять 100%.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Таблица №3  

  Сводный суточный график неравномерности водопотребления. 

  Таблица №4 

  Построение  интегральной кривой водопотребления  населенного пункта и выбор режима работы насосной станции второго  подъема, обеспечивающего минимальную емкость бака водонапорной башни.

  Ордината  каждой точки интегральной кривой показывает, какое количество воды израсходовано потребителями от начала суток до момента, соответствующего абсциссе данной точки (таблица №3 графа 14). На насосной станции второго подъема устанавливаются хозяйственные и пожарные насосы. Режим работы насосной станции для обеспечения хозяйственного водопотребления выбирают из условия максимального приближения кривой подачи 2 к кривой водопотребления 1. Рассматриваются 4 варианта режима работы насосной станции:

1. равномерный круглосуточный одним насосом
2. двухсменный одним насосом (16 часов)
3. неравномерный круглосуточный тремя одинаковыми насосами
4. одним насосом с остановками.

  Изменяя режим работы насосной станции, необходимо сохранить подачу насосов постоянной для сохранения высокого КПД их работы. Это достигается предварительной подачей воды в водонапорную башню, откуда она поступает потребителю.

  График  работы хозяйственных насосов устанавливается  окончательно по минимальной регулирующей емкость бака водонапорной башни.

  Необходимый напор бака Wб водонапорной башни определяют по формуле:

  Wб = Wрег. + Wпож.

  где:  Wрег. – регулирующий объем, м³

  Wпож. – неприкосновенный пожарный запас на 10 минут тушения пожара.

  Регулирующий  объем определяют по максимальным отклонениям кривой подачи от кривой водопотребления в положительную и отрицательную стороны.

  Wрег. = (Δ+) + (Δ-) х Q сут. мах. / 100

  где: (Δ+) и (Δ-) – максимальные разности ординат  интегральных графиков подачи и потребления  соответственно по избытку и недостатку;

  Qсут. мах. – расчетный суточный расход населенного пункта  в сутки наибольшего водопотребления.

  График  работы насосной станции второго  подъема выбирают таким, чтобы сумма  максимальных разностей по избытку  и недостатку была бы наименьшей.

  В режимах  3 и 4 желательно так выбирать время включения и выключения насосов, чтобы кривые подачи и водопотребления между собой не пересекались. В этом случае Δ- = 0, то есть кривая подачи расположена выше кривой водопотребления. Одновременно желательно иметь меньшее количество включений-выключений насосов агрегатов, что уменьшает износ насосного оборудования и улучшает эксплуатационные характеристики системы водоснабжения.

  В двухсменном  режиме работы одним насосом время начала работы выбирают по минимальной регулирующей емкости бака водонапорной башни; при этом начало смены желательно сдвигать на более удобное для оператора время, если это не приводит к существенному увеличению регулирующего объема.

  Графически  подача насоса определяется тангенсом угла наклона кривой подачи воды 2 к горизонту.

  После выбора режима работы насосной станции 2го подъема, уточняют регулирующий объем. По таблице  №4 можно получить более точные максимальные значения (Δ+) и (Δ-), чем при графическом  определении. Величины (Δ+) и (Δ-) определяются по графе 6 по максимальной величине воды в баке (Δ+) или недостатку воды в баке (Δ-).

  В баке водонапорной башни должен храниться неприкосновенный запас воды, рассчитанный на 10-минутную продолжительность тушения пожара. Данный запас воды предназначен и  для тушения пожара и для обеспечения хозяйственных нужд при пожаре в час максимального водопотребления. Определяется по формуле:

  Wпож. = t х 60 х (qпож х n + q мах. сек.)/1000,

  где t – продолжительность тушения пожара из башни =10 минут;

  q пож = qпож. нар. + q пож. внутр. – расход воды на тушение пожара, л/сек;

  n – число одновременных пожаров;

  q мах. сек. – максимальный секундный расход воды в сети на хозяйственные нужды, л/сек.

  Расчетный расход воды на наружное пожаротушение  и расчетное количество одновременных  пожаров в населенных пунктах  следует принять согласно приложению 7. Расчетный расход воды на внутреннее пожаротушение принимают = 5 л/сек.

  Полученный  общий объем водонапорной башни  округляют до типовых размеров, которые  указаны в приложении 8.

  Расчет  регулирующего объема бака при следующих  режимах работы насосной станции.

  Определяем  регулирующий объем бака для равномерной работы насосной станции одним насосом круглосуточно (Qн = 4,17%):

  Wрег. =                                                                                         м³.

  Определяем  регулирующий объем бака для двухсменной  работы насосной станции одним насосом :

  Wрег. =                                                                                         м³.

  Определяем  регулирующий объем бака для неравномерной  работы тремя насосами            (Q1=      %, Q2 =               %, Q3 =           % ):

  Wрег. =                                                                                         м³.

  Определяем  регулирующий объем бака для работы одним насосом с остановками(Qн =        %) :

  Wрег. =                                                                                         м³.

  Наименьший регулирующий объем бака водонапорной башни обеспечивает режим работы одним насосом с остановками. Его принимаем за рабочий режим.

  Определяем объем неприкосновенного пожарного запаса воды в водонапорной башне:

  t = 10 мин.; q пож. вн. = 5 л/сек.; n = 2 (приложение 7).

  q мах. сек. =                                           л/сек.

  W пож. =                                                        м³.

  Определяем  общий необходимый объем бака Wб водонапорной башни:

  Wб. = W рег. + Wпож. =                                                                                   м³.

  Полученный  объем округляем до типового размера  Wб =                         м³.

    
 
 
 

  Схема бака водонапорной башни:

  Dвн – внутренний диаметр бака;

  d – диаметр днища бака;

  hкб – высота конуса бака;

  H – строительная высота бака;

  Wрег – уровень регулирующего объема;

  hпож – высота уровня объема пожарного запаса;

  hрег – высота уровня регулирующего объема. 
 
 
 
 
 
 

  миллиметровка(4графика)

  Гидравлический  расчет тупиковой водопроводной  сети. 

  Нанесем на генплан населенного пункта  схему тупиковой водопроводной  сети, стремясь к минимальной длине  труб. Далее разделяем сеть на участки, в пределах которых расход не имеет резких изменений. Нумеруем участки. Используя масштаб генплана, определяем длины участков lij и отметки узловых и тупиковых точек ▼ij. Водонапорную башню устанавливают на наивысшей отметке населенного пункта. При этом она должна быть максимально приближена к водозабору и населенному пункту, что обеспечивает минимальную длину труб.

  Водопроводная сеть проектируется таким образом, чтобы обеспечить более или менее  равномерную нагрузку на трубы. Всех потребителей воды делят на сосредоточенных, которые локально требуют значительных расходов воды и распределенных по сети, которые боле или менее равномерно потребляют воду по длине трубопровода. К распределенным потребителям обычно относят население и скот в личном пользовании, а так же полив зеленых насаждений. При этом для упрощения гидравлического расчета сети полагают, что потребление воды распределенными посетителями пропорционально длине трубопровода, на котором они расположены.

  Гидравлический  расчет сети сводится к определению  диаметра труб dij на отдельных участках и высоты водонапорной башни Нб, при которых будет обеспечена подача воды всем потребителям в заданном количестве с минимальными экономическими затратами как строительными так и эксплатационными.

  Заданные  расходы воды можно подавать по трубам разного диаметра. При малых диаметрах труб уменьшаются строительные затраты, но возрастают эксплуатационные затраты, связанные с потерями напора в трубопроводах:

  He = λ x l/d x V²/ 2g = 8 λ/П²gd³ x l x Q² = A x l x Q²

  he – потери напора по длине;λ –коэффициент Дарси; l – длина трубы; d – диаметр трубы; V – скорость движения воды в трубе; g – ускорение свободного падения; A – удельное сопротивление.

  Уменьшение  диаметра трубы в 2 раза увеличивает  потери напора по длине трубопровода примерно в 36 раз при пропуске одинакового расхода. Потери напора должны быть скомпенсированы увеличением водонапорной башни. При малом диаметре труб высота водонапорной башни принимает большие значения, техническая реализация которых практически невозможна. Кроме того возрастают эксплуатационные затраты, связанные с подачей воды насосами на значительную высоту.

  Анализ  показывает, что для каждого расхода  в трубе Qij можно выбрать такой диаметр трубы, при котором сумма строительных и эксплуатационных затрат будет минимальной. Такой результат будет если принять скорость движения воды в трубах равной экономически эффективной скорости, которую для средних условий строительства можно принять = 1 м/с.

  Тогда, используя  уравнение расхода Qij = Vij x Wij и зная площадь поперечного сечения трубы Wij= Пd²ij/4 получим диаметр труб dij = √4 x Qij/П x Vij

  Окончательно  принимаем ближайшее большое  стандартное значение диаметра труб. При этом следует иметь в виду что для наружной водопроводной сети не допускается применение труб диаметром менее 100 мм при любых расчетных расходах.

  Таким образом  каждому расходу соответствует  определенный диаметр трубопровода.

  Общие потери напора в трубопроводах:

  hпот. = he + ∑(n до i=1) x h(i до м)

  где          he - потери напора по длине трубопровода;

   ∑(n до i=1) x h(i до м) – сумма потерь на всех местных сопротивлениях.

  При расчете  водопроводных сетей учет местных  потерь напора приводит к неоправданному усложнению гидравлического расчета. Поэтому местными потерями напора пренебрегают. Для определения потерь напора используют формулу:

  hпот = Aij x lij x Qij²

  где Aij – удельное сопротивление трубопровода, зависящее от диаметра трубы, ее материала и определяется по водопроводным таблицам

  lij – длина трубопровода

  Qij² - расход воды в трубопроводе.

  Для подачи воды потребителям в различные тупиковые точки сети требуются различные напоры в начале сети при выбранных диаметрах труб.

  В общем  случае для подачи заданного расхода  в произвольную точку сети требуется напор в начале сети:

  Hбi = (▼i - ▼б) + h пот oj + Hсв

  где ▼i – отметка земли в i  точки земли

  ▼б – отметка земли в точке установки водонапорной башни

  h пот – потри напора в трубах

  Hсв – свободный напор, обеспечивающий нормальную работу водозаборной арматуры.

  Свободный напор – это напор воды в  точке сети, отсчитываемый от поверхности земли. Зависит от этажности здания, технологического процесса, вида водозаборной арматуры и ее назначения. Для жилых домов в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения Hсв = 10 + 4 (n - 1)

  где n – число этажей.

  Принимая  двухэтажную застройку получим Нcв = 14 м.

  Для определения  высоты водонапорной башни Нб рассчитывают необходимый напор в начале сети для всех точек сети.

  За высоту водонапорной башни принимают максимальную величину этого напора. Точка сети, для которой высота башни получается максимальной, называется диктующей. Обычно диктующая точка наиболее удалена от водонапорной башни или в ней необходимо создать значительный свободный напор. Высота водонапорной башни обычно определяется относительно дна бака, так как уровень воды в баке постоянно изменяется.

  Определение диаметров труб водопроводной сети и потерь напора в трубах требует  знания расходов воды на отдельных участках. Наличие распределенных потребителей приводит к изменению расхода по длине отдельных участков. Естественно на таких участках не могут прокладываться трубы переменного по длине диаметра. Для них вводится понятие расчетного расхода, по которому определяется диаметр трубы и потери напора в ней.

  Qijрасч = 0,5 Qijпут + Qijтр

  где Qijпут – путевой отбор на участке

  Qijтр – транзитный расход через участок. 

  Qijрасч является как бы средним расходом на данном участке водопроводной сети.

  Для расчета  водопроводных сетей предложен  метод узловых отборов, который  значительно упрощает определение  расчетных расходов. По этому методу путевые отборы на отдельных участках превращают в узловые, отнеся половину путевого отбора на начало участка и половину на конец участка.