Гідропневматичні установки

4. Гідропневматичні установки

Гідропневматичні установки в системах водопостачання виконують ту саму роль, що й водонапірні башти. Потрібний напір у водопровідній мережі забезпечується тиском стисненого повітря на водну поверхню в герметично закритих сталевих резервуарах – баках. Гідропневматичні установки поділяють на установки змінного та постійного тиску,

Установка зі змінним тиском може мати два баки (рис, 6): один для повітря (2), другий – для води (4). Баки з'єднані трубопроводом 3. Бак для води підключено до мережі трубопроводом. У момент пуску установки компресор нагнітає повітря в бак 2, трубопроводом 3 воно потрапляє в бак 4 і заповнює обидва баки. В години, коли насосна станція II підняття подає води більше, ніж цього потребує споживач (тобто споживання з мережі менше), залишки води потрапляють трубопроводом 7 у бак 4. Одночасно повітря з цього бака витискується трубопроводом 3 у бак 2, тиск повітря збільшується.

Коли рівень води в баці 4 дійде до позначки z_max, тиск повітря стане максимальним – р_тах, клапан 5 закриється, отже, вода не потраплятиме у трубопровід 3 і бак 2. Якщо споживання води з мережі зросте й перевищуватиме подавання води в мережу, то стиснене повітря з бака 2 почне перетікати по трубопроводу 3 у бак 4 і витискати з бака 4 воду В трубопровід 7 і в мережу. Рівень води в баці 4 поступово почне зменшуватись, одночасно зменшуватиметься і тиск повітря; коли рівень води дійде до позначки z_mm тиск повітря стане мінімальним клапан 6 закриється і не випускатиме повітря в мережу. Таким чином, вода то надходить в установку, то витікає з неї, а тиск повітря іо збільшується, то зменшується. Тому установки називають установками змінного тиску.

Рис. 6. Гідропневматична установка:

1 – компресор; 2 – бак для повітря; 3. – з'єднувальний трубопровід; 4 – бак для води; 5 – повітряний клапан; 6 – водяний клапан; 7 – трубопровід подавання води; 8 – водопровідна мережа

Часто такі установки працюють з автоматичними включеннями і відключеннями насосів в кількості п = 2…6 протягом години. У цьому разі

 

W = Q I4n,

де Q – подача насоса, м/год.

При цьому

Q = QamKom/24,

ДС Qam – середньодобове водоспоживання, м/добу; Kom – коефіцієнт добової нерівномірності. Напір насосів, м, як правило, дорівнює

 

Н = (Р_тах-0,1) 100.

Повітря може частково розчинятися у воді або надходити через нещільні з'єднання. Тому компресор періодично поповнює бак 2 повітрям.

В установках постійного тиску на трубопроводі 3 ставлять редукційний клапан, який пропускає повітря тільки з повітряного бака у водяний під постійним тиском Р_тах. Крім того, у вищій точці водяного бака встановлюють запобіжний клапан, який під час підняття рівня в баці 4 випускає із нього повітря, тобто в баці 2 є постійний тиск повітря, що діє на поверхню води. Як правило, компресор діє постійно, що призводить до перевитрат електроенергії. Установки постійного тиску застосовують тільки на промислових підприємствах, де є устаткування з постійним тиском води.

У невеличких чи локальних водопроводах гідропневматичні установки компонують із насосними станціями над свердловинами. Останнім часом такі установки виконують з одним баком, в якому об'єднано водяний (нижня частина) і повітряний (верхня частина) баки. Між ними встановлюють еластичну гумову оболонку, яка запобігає безпосередньому контакту води і повітря.

 

5. Регулюючі та запасні споруди в системі водопостачання

Регулюючі та запасні споруди в системі водопостачання – це напірні або безнапірні резервуари з певним об'ємом води, який потрібний для регулювання роботи системи і для утворення недоторканного запасу на випадок, пожежі або аварій. Регулювання полягає в узгодженні різних режимів подачі та споживання води за допомогою акумулюючи ємностей. При подачі води поверх споживання вона накопичується в ємностях, а при недостачі – забирається з них. Регулювання забезпечує відносно рівномірну роботу водозаборів, очисних споруд і насосних станцій.

Регулюючі та запасні ємності рекомендується об'єднувати в одній споруді. Це не тільки вигідно економічно, але і дозволить уникнути зниження якості води при тривалому зберіганні.

До напірно-регулюючих споруд відносять водонапірні башти, високорозташовані надземні напірні резервуари, а також повітряно-водяні (гідропневматичні) баки. їх розташовують в найвищих точках місцевості біля або безпосередньо на мережі населеного пункту. Крім регулювання, водонапірні башти і резервуари, вирівнюють напір в мережі і при цьому зміни подачі насосів не передаються в мережу.

Безнапірні регулюючі та запасні споруди (надземні і підземні резервуари) влаштовують, як правило, біля насосних станцій. Вони служать для регулювання роботи водозаборів, очисних і насосних станцій, зберігання аварійних, протипожежних та інших запасів води.

Регулюючий об'єм баку водонапірної башти чи резервуару рекомендується визначати за ступеневими або інтегральними графіками надходження і відбору води (рис. 7). На рис. 7 показано добовий ступеневий графік водоспоживання. Якщо насоси будуть працювати протягом доби безперервно і рівномірно, їх годинна подача складе 100/24=4,17% добових витрат.

З графіка 7 видно, що за період від 0 до 6 і від 20 до 24 годин вживання води менше за подачу насосів, а від 6 до 20 годин – більше. Таким чином, при наявності резервуару є можливість зібрати в ньому воду від 0 до 6 годин і від 20 до 24 годин та подати її споживачеві в період від 6 10 20г (додатково до подачі насосів). При відсутності регулюючого резервуару необхідно було б підбирати насоси з годинною подачею 6,2% добових витрат, що привело б до збільшення потужності станції та зниження ефективності її роботи, оскільки більшу частину доби насоси працювали б з недовантаженням.

Рис. 7. Добовий графік надходження і відбору води:

а – ступеневий; б – інтегральний; 1 – відбір води; 2 – подача насосною станцією його підняття; 3 – подача насосною станцією 1-го підняття

При відсутності графіків водоспоживання і подачі води регулюючий об'єм слід розраховувати за СниП 2.04.01–85 залежно від режиму роботи і продуктивності насосів.

Протипожежний запас води визначають з розрахунку тривалості гасіння розрахункової кількості пожеж. Для водонапірних башт і напірних резервуарів ця тривалість складає 10 хв., для резервуарів чистої води – З години.

В конкретних розрахунках регулюючий об'єм визначають з поправочними компенсаціями які приховують підвищення надійності роботи споруди або її міст розташування (наприклад, мережа з контррезервуаром чи прохідною баштою) значення цих коефіцієнтів коливається в межах 0,6–1,3 і визначається за 15,1 – 1,151.

За своєю конструкцією водонапірні башти представляють собою водонапірний бак, який встановлений на опорі розрахункової висоти (рис. 8). Висота водонапірної башти:

H₆=H_p+Eh – (z_e-Z),

де Н_р – вільний розрахунковий напір в диктуючій точці мережі в межах зони впливу башти, м; Eh – втрати напору в трубопроводі від башти до диктуючої точки, м; Z_eі Z – геодезичні відмітки землі відповідно біля башти і диктуючої точки, м.

З формули видно, що розташування в найвищих місцях водонапірних башт зменшить їх висоту.

Рис. 8. Водонапірна башта:

І – бак; 2 – приймальна сітка; 3 – відвідний трубопровід; 4 – зворотний клапан; 5 – п мпературний компенсатор; 6 – ствол башти; 7 – трубопровід для подачі або відводу води; 8 – пі-рсливний трубопровід; 9 – засувки; 10 – трубопровід для спорожнення баку; 11 – гідрозатвір

Водонапірні башти в залежності від рельєфу місцевості і конфігурації мережі можуть бути розташовані на початку мережі (прохідна башта), в кінці мережі (контррезервуар) або в її проміжних точках.

Залежно від матеріалу ствола, башти можуть бути цегляні, залізобетонні, сталеві тощо. Всередині ствола розміщують необхідне обладнання – труби, арматуру, прилади (рис. 8). Баки в баштах можуть бути металевими або залізобетонними. Водонапірні башти в залежності від кліматичних умов, температури води, розмірів баку і режиму роботи башт (тривалості обміну води в баці) можуть бути з шатром для запобігання промерзання чи перегріву води або без нього. В порівнянні з шатровими безшатрові водонапірні башти дешевші на 15–20%. Розроблені типові рішення водонапірних башт з об'ємом бака 15–800 м³ і висотою ствола 6–42 м.

В окремих випадках замість водонапірних башт влаштовують гідропневматичні баки. Необхідний напір в таких установках створюється стисненим повітрям (рис. 9). Недоліками таких систем є потреба у вищих напорах насосних станцій, що зумовлює додаткові витрати електроенергії, і наявність компресорів. Перевагою гідропневматичних установок є те, що їх можливо розташувати в будь-якому місці водонапірної мережі, а також в спеціальних приміщеннях під землею (рис. 10).

Рис. 9. Пневматична напірно-регулююча установка:

1 – електродвигун; 2 – насос; 3 – всмоктувальна труба: 4 – напірна труба; 5 – повітряно-водяний бак; 6 – блок управління; 7 – реле тиску; 8 – запобіжний клапан (розміри в мм).

Рис. 10. Пневматична напірно-регулююча установка із заглибним насосом, яка змонтована в підземній камері (розміри в мм)

Гідропневматичні установки доцільно використовувати при невеликих витратах води (місцеві або внутрішні системи).

Як раніше зазначалось, резервуари, що розташовані на високих відмітках, можуть служити як напірні, замінюючи при цьому дорожчі водонапірні башти. Але частіше у зовнішніх системах водопостачання використовують безнапірні резервуари, що розташовані на очисних спорудах (резервуари чистої води). Найбільше поширення отримали залізобетонні, в основному збірні, резервуари з плоским перекриттям (рис. 11). Резервуар заглиблюють В землю на половину висоти і обсипають землею шаром товщиною 0,8–1,2 м з метою ізоляції верхньої частини.

Рис. 11. Залізобетонний резервуар:

І труба для подачі води; 2 – всмоктувальна труба господарських насосів; 3 – всмоктувальна Груба пожежних насосів; 4 – труба для спорожнення і видалення осаду; 5 – переливна труба; 6 – труба з отвором для зриву вакууму після спрацювання господарського запасу води; 7 – поплавковий клапан; 8 – вентиляційна шахта; 9 – лаз

Для забезпечення надійності безперебійної роботи системи недопостачання влаштовують не менше двох резервуарів. Між ними розташовують спеціальні перемикаючі камери. В резервуарі чистої води Необхідно забезпечити обмін всієї води у термін не більше 48 годин або при обґрунтуванні – до 3–4 діб. Для цього забезпечують циркуляцію води з встановленням перегородок чи циркуляційних насосів.

У резервуарах необхідно забезпечити недоторканість пожежного запасу води, що досягається відбором води на господарські і протипожежні цілі з різних відміток або влаштуванням сифона. Останній спосіб має ту перевагу, що вода весь час зберігається біля дна резервуару і не виникає застійних зон по висоті. При пониженні рівня води нижче відмітки протипожежного запасу через отвори на згині сифону засмоктується повітря, зривається вакуум і відбір води припиняється.

При визначенні об'єму резервуарів чистої води враховують не лише регулюючий і протипожежний запаси води, а і запас води на власні потреби станції (промивання фільтрів тощо) та аварійний об'єм:

W = W_per + W_3an + W _вир + W_aB,

де W_per – регулюючий об'єм, м³; W_3an – протипожежний об'єм, м³; W _вир – об'єм на власні потреби водопроводу, м³; W_aB – аварійний об'єм води, м.

В цілому доцільність влаштування регулюючих і запасних ємностей, вибір місця їх розташування і типу слід визначати на основі розрахунку сумісної роботи мережі, водопроводів і насосних станцій з урахуванням місцевих умов і технологічних вимог.

Список використаної літератури

 

1.  Абрамов Н.Н. Водоснабжение. - М.: Стройиздат, 1982. – 440 с.

2.  Абрамов С.К., Алексеев B.C. Забор вода из подземного источника. - М.: Колос, 1980. – 239 с.

3.  Белан А.Б., Хоружий П.Д. Проектирование и расчет устройств водоснабжения. – К.: Будивельник, 1981. – 188 с.

4.  Бочевер Ф.М. и др. Проектирование водозаборов подземньїх вод. – М.: Стройиздат, 1976. – 291 с.

5.  ВБН 46/33–2.5–5–96. Сільськогосподарське водопостачання. Зовнішні мережі і споруди. Норми проектування. – К., 1996. – 152 с.

6.  Водне господарство в Україні/ За ред. А.В. Яцика, В.М. Хорєва.-К. Генеза, 2000.-456 с.

7.  ГОСТ 2761–84. Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. – М.: Стройиздат, 1985. – 12 с.

8.  Душкин С.С, Дегтярева Л И. Водоподготовка и процессм микробиологии: Учебное пособие. – К.: Вища школа, 1996.-164 с.

9.  Залуцкий З.В., Петрухно А.И. Насосные станции. Курсовое проектирование. - К.: Вища школа. Головное изд-во, 1987. – 167 с.

10.Кульский Л.А., Строкам П.П. Технология очистки природных вод. – К.: Вища школа, 1986. – 352 с.