Василенко А.А., Грабовський П.А., Ларкіна Г.М., Поліщук А.В., Прогульний В.І. Реконструкція і інтенсифікація споруд водопостачання та водовідведення

Подождите немного. Документ загружается.

111

7. При обстеженні насосних станцій фіксують дані про електродвигу-

ни насосів (марка, тип, рік випуску, потужність і т.п.).

8. В процесі обстеження збирають інформацію, необхідну для насту-

пних етапів аналізу СПРВ:

• добова подача по сезонах року (максимальна, середня й мі-

німальна);

• погодинні графіки подачі води й відповідних напорів на ви-

ході з насосної станції;

• найбільш часто використовувані сполучення працюючих

насосів;

• способи регулювання подачі й управління роботою насос-

ною станцією.

Показана на рис. 3.1 схема випробувань дозволяє одночасно з

характеристиками насосів одержати й характеристику системи, на яку

працює насосна станція. Для того, щоб одержати характеристику во-

доводів, необхідно від характеристики насосів відняти (відкласти вниз)

втрати напору в засувці h

, виміряні при різних витратах (див.п.4). Для

контролю правильності вимірів використовується величина геометри-

чного підйому води h

, визначена в п.1- крива H-q водоводів повинна

прямувати до h

при q=0. Втрати напору в комунікаціях насосної стан-

ції в цьому випадку включені у втрати у водоводах.

Описана методика дає можливість одержати характеристику си-

стеми водоводів, мережі, (або водоводи і мережа) у цілому. Однак,

визначити характеристику окремих елементів таким способом не зав-

жди вдається, тому що для цього необхідно ретельно відітнути один

водовід, що пов'язане з великим обсягом робіт по закриттю й відкрит-

тю засувок за обмежений час. При цьому повинна бути гарантія повно-

го закриття засувок. Тому характеристики окремих водоводів визна-

чають по черзі по ділянках за методикою, описаною в наступному роз-

ділі.

Виконані в п.п. 1-6 виміри й обробка дозволяють зробити попе-

редній аналіз стану насосного обладнання:

1. Напір і ККД насосів повинні відрізнятися від паспортних не більш,

ніж на ± 5-10%. Якщо напори або ККД перевищують паспортні

значення більше, ніж на 10%, то, швидше за все, при вимірах бу-

ли допущені помилки.

2. Якщо характеристики яких-небудь насосів проходять нижче пас-

портних значень більш ніж на 10%, то несправний насос. Основні

причини - зношування робочих коліс, а також значні зазори в

ущільненнях (через що може сильно впасти ККД).

112

3. Перевіряється відповідність номінальної потужності електродви-

гунів установлених насосів споживаній максимальній потужності.

Якщо паспортна потужність виявиться значно більшою за потріб-

ну, можна зробити висновок про доцільність заміни двигуна.

4. Якщо в основних режимах подачі води робочі точки перебувають

за межами зон оптимальних ККД, то необхідно розглянути варіан-

ти зміни режимів роботи насосів, заміни насосів, способів регулю-

вання й управління насосами. Остаточно ці питання вирішуються

після виконання повного аналізу СПРВ.

3.1.3. Водоводи і мережі

Основними етапами робіт з обстеження трубопровідних систем

подачі й розподілу води є:

1. Збір і систематизація інформації про системи подачі й розподілу

води -

1) Плани місцевості із трасами водоводів, камерами переклю-

чень, колодязями із вказівкою основного обладнання, місць

підключення попутних споживачів; на планах повинні бути

горизонталі. Крім того, повинні бути зібрані дані про труби -

рік будівництва ділянки, матеріал, діаметр, ізоляція, стан труб.

2) Плани міської забудови з горизонталями із вказівкою насос-

них станцій, башт, резервуарів, трас магістралей, колодязів, а

також будинків. Потрібна також інформація про труби, анало-

гічна водоводам.

Для систематизації цієї інформації перспективне використання

програм, заснованих на ГІС- технологіях (ГІС - геоінформаційна сис-

тема). Ці програми дозволяють не тільки легко вносити й коректувати

інформацію про всі труби, арматури й колодязі, але й використовувати

її для наступних розрахунків водоводів і водопровідної мережі.

2. Визначення гідравлічних характеристик водоводів і мереж. Робота

з визначення опорів дуже трудомістка, тому обстеження роблять на

окремих ділянках при необхідності. Питання про вибір таких діля-

нок вирішують на наступних етапах обстеження.

Схема випробувань для визначення гідравлічного опору водо-

воду наведена на рис.3.4.

На границях ділянок встановлюють манометри, вимірюють од-

ночасно витрату у водоводі (за допомогою витратоміра на насосній

станції) і показання манометрів. Знаючи геодезичні відмітки установки

осей манометрів (необхідна надійна геодезична підоснова), одержують

п’єзометричні відмітки й втрату у водоводі (м):

113

h = (Z

)-(Z

2 5

)

4 /( ghd2

Рис. 3.4.Схема визначення опору водоводу

Потім обчислюють опір водоводу (S = h / q

), питомий опір

= S/L, а при відомому внутрішньому діаметрі труби – коефіцієнт

Дарсі:

Слід зазначити, що в знайдені втрати напору h і обчислені за

ними S, А

входять і місцеві опори.

Визначення роблять кілька разів при різних значеннях витрат

води. Найкращі за точністю результати одержують при найбільших

витратах. При малих витратах на результати сильно впливає погріш-

ність визначення відміток Z

і Z

Опір водоводів можна визначити при випробуванні насосного

обладнання за методикою, що описана в

розд. 3.1.2.

Манометр 2

Манометр 1

114

Для визначення гідравлічних опорів водопровідної мережі не-

обхідно відключити цю ділянку від споживачів, або робити виміри в

нічний час, коли є впевненість, що водоспоживання попутних спожи-

вачів знехтувано мало в порівнянні із транзитною витратою по дослі-

джуваній ділянці.

Використовують два способи виміру витрати - з скиданням во-

ди, що реєструється й «трьох манометрів».

При скиданні води, що реєструється (рис 3.5) на досліджува-

ній ділянці відключають попутних споживачів і за скиданням закри-

вають засувку, тобто припиняють транзитну витрату. Витрату води

реєструють або водоміром, або об'ємним способом з використанням

водяної цистерни (при діаметрі ділянки до 400 мм).

За показниками манометрів визначають п’єзометричні відмітки

П і потім втрати напору на ділянці h

П=Z+M; h

= П1-П2.

Фактичний питомий опір трубопроводу знаходять за формулою

= h

/Lq

Після цього розраховують коефіцієнт збільшення опору

=А

/Ат.,

115

де А

приймають за довідковим даними (наприклад, за табл.

Ф.А.Шевельова [39]).

Спосіб трьох манометрів (рис. 3.6) використовують у тих ви-

падках, коли не можна припинити транзитну витрату. Всі споживачі

між манометрами 1 і 3 повинні бути відключені. Роблять два виміри -

без скидання й зі скиданням витрати в т.2. При цьому фіксують пока-

зання трьох манометрів, витрати, а потім обчислюють втрати напору

на обох ділянках і фактичний опір трубопроводів.

6-8 D

L, h

Рис. 3.5. Схема визначення опору ділянки мережі зі скидом

води, що реєструється.

Якщо у вимірах без скидання гідравлічний ухил однаковий на

обох ділянках, то фактичний опір (по результатам вимірювань зі ски-

данням в т. 2) знаходять за формулою:

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

де L

, L

, h

,– довжини ділянок і втрати напору при заміряній ви-

траті q. При різних гідравлічних ухилах заміряють втрати без скидан-

ня води h і зі скиданням h

, потім обчислюють питомі опори:

116

Варто мати на увазі, що в наведених формулах для питомих

опорів ділянок можуть відніматися близькі величини, що різко підви-

щує погрішність розрахунків. Тому довжини ділянок і витрати повинні

бути як можна більшими.

Отримані результати необхідно зрівняти з довідковими даними

(наприклад, табл. [39]). Якщо питомий опір виявиться помітно менше

розрахункового (на 20-30%), то у вимірах зроблені помилки. Якщо

опір набагато більше розрахункового, то можливими причинами мо-

жуть бути:

1) помилки у вимірах або обчисленнях,

2) сильне обростання або відкладення в трубопроводах,

3) скупчення повітря в підвищених точках ділянок,

4) якась засувка прикрита або несправна.

3.1.4. Манометрична зйомка водопровідної мережі

Манометрична зйомка - вимірювання напорів на водопровідній

мережі. Метою зйомки є визначення п’єзометричних напорів у вузлах і

втрат напору на ділянках. Достовірні результати можна одержати при

Рис. 3.6. Схема визначення опору ділянки мережі методом

„

ьох маномет

ів”.

, h

1 L

, h

Витратомір

()

(

)

hhhh

А =

117

одночасній зйомці у великій кількості точок і при приблизно постійній

витраті. Часто це практично неможливо зробити.

Зйомку ведуть по зонах мережі. На схемі мережі ретельно роз-

робляють маршрут, намічають характерні точки (мінімум 3-10): високі

й низькі відмітки землі, місця підключення великих споживачів, осно-

вні перетинання магістралей (не менш 70% точок перетинання), під-

ключення водоживильників, резервуарів і т.п. У характерних точках

бажано поставити манометри - самописи, або датчики з модемами, що

передають показання в диспетчерський пункт. Зйомку роблять для всіх

характерних режимів роботи, як мінімум повинні бути виконані вимі-

ри в періоди максимального й мінімального водоспоживання, бажано

влітку.

Для таких робіт повинні бути задіяні кілька бригад (по 3 чолові-

ки). Час вимірів, що рекомендується - уночі з 1-ї до 5-ї години і вдень

із 11-ї до 15-ї години. За досвідом мережа в ці години працює стабіль-

но. У випадку зміни режиму роботи насосної станції або аварії зйомку

припиняють і повторюють в іншу добу в той же час.

Вимірювання виконують манометрами класу точності 0,4 - 0,6,

що підключаються до мережі за допомогою штуцера через триходовий

кран, або за допомогою стендера, що приєднується до гідранта. До

початку зйомки намічають маршрут (рис. 3.7), монтують штуцера для

підключення манометрів і визначають геодезичні відмітки їх осей.

На основі отриманих даних будують карту ізоліній (рівних на-

порів) і п’єзометричні лінії.

Точки замі

ру

Рис. 3.7. Вибір маршруту манометричної зйомки

Насосна

станція

Підприємства

118

Манометрична зйомка дозволяє зробити попередній аналіз ро-

боти СПРВ і встановити:

Зони з недостатніми або надлишковими вільними напорами.

Перевантажені й недовантажені ділянки мережі (ділянки із занадто

великими або малими втратами напору).

Намітити «вузькі» місця мережі.

Зробити попередній висновок про необхідність будівництва станцій

регулювання або зонування мережі.

В результаті такого аналізу можна спробувати усунути най-

більш прості дефекти, наприклад, виявити прикриті або несправні за-

сувки. Іноді вдається виявити несанкціоновані підключення до мережі.

Намічені заходи щодо інтенсифікації мережі (наприклад, укла-

дання додаткових ліній) повинні бути перевірені розрахунками з вико-

ристанням ЕОМ (див.

розд. 3.1.5).

3.1.5. Вивчення спільної роботи елементів СПРВ

Як вже відзначалось, основні елементи системи подачі й розпо-

ділу води (насосні станції, башти, резервуари, водоводи та мережі)

працюють спільно. На підставі вивчення яких-небудь окремих складо-

вих частин не можна одержати надійні рекомендації з інтенсифікації

та реконструкції СПРВ. Складність завдання обумовлена водоспожи-

ванням, яке постійно змінюється в часі, великим числом компонентів,

що входять у СПРВ, неповнотою й неточністю інформації про елемен-

ти системи. У зв'язку із цим для аналізу доцільно використовувати ма-

тематичні моделі СПРВ.

З огляду на складність і недостатність інформації про систему,

для аналізу використовується, так звана, «еквівалентна» модель. За

своїми основними параметрами (опорами ділянок, характеристикам

насосів, розрахунковим витратам) вона з достатньою точністю відпо-

відає фактичним характеристикам роботи діючої СПРВ. Використання

таких моделей дозволяє розглянути різні варіанти інтенсифікації

СПРВ і оцінити їх ефективність із техніко-економічних позицій.

Побудову моделі роблять у наступному порядку [42,43,44,45]:

Складають розрахункові схеми СПРВ, на яких повинна бути інфо-

рмація про всі вузли мережі, ділянки, водоживильники (насосні стан-

ції, башти, резервуари). При цьому використовують дані, отримані в

розд. 3.1.1- 3.1.4.

Визначають фактичні вузлові витрати. Для цього на планах мереж

«прив'язують» споживачів води до певних вузлів. Потім за даними

водозбутів визначають середньогодинні витрати у вузлах. Підраховані

119

вузлові витрати абонентів відбивають деякий усереднений рівень во-

доспоживання в місті, що практично у всіх випадках відрізняється від

фактичного водоспоживання в розрахунковий період. Тому вводять

коефіцієнти нерівномірності, які визначаються за формулою

∑

вузлнсмінмакс

qQK

)(

де Q

нс

- подача в мережу в розрахунковий період (по витратомірах на-

сосної станції).

Слід зазначити, що введення єдиних коефіцієнтів годинної нері-

вномірності подачі при визначенні розрахункових вузлових витрат

створює певну погрішність, оскільки в межах даної групи абонентів є

розходження в режимах водоспоживання (мова йде про житлові буди-

нки й комунально-побутові підприємства). Однак, оскільки частка

споживання води кожним окремим абонентом у загальному водоспо-

живанні міста незначна, цю погрішність можна вважати припустимою

[46].

Максимальні й мінімальні годинні витрати визначають за ре-

зультатами обстеження водоспоживачів (див.

розд. 3.1.1), а також ре-

жимів роботи насосних станцій (

розд. 3.1.2).

Вводять корективи в опори ділянок. Для цього використовують

результати, отримані при визначенні гідравлічного опору ділянок

(

розд. 3.1.3) і манометричній зйомці мережі (розд.3.1.4). Для тих діля-

нок, опір яких не визначався (це більша частина ділянок), вводять кое-

фіцієнти збільшення опору, отримані на основі експериментів, або зна-

чення еквівалентної шорсткості, також отримані в ході обстеження

мережі.

Наступним етапом є гідравлічні розрахунки СПРВ. З огляду на

трудомісткість таких розрахунків, їх роблять зараз за допомогою ПЕ-

ОМ. Існує велика кількість програм гідравлічного розрахунку

(AQUANET, WaterCAD, EPANET, та ін.). Остання із цих програм

створена відділом водопостачання й водних ресурсів лабораторії ме-

тодів зменшення загрози навколишньому середовищу США.

EPANET- це комп'ютерна програма, що здійснює розширене

моделювання гідравліки і якості води в напірних трубопровідних ме-

режах. Мережа може складатися із труб, вузлів, насосів, засувок і на-

копичувальних резервуарів або водойм. EPANET визначає витрату

води в кожній трубі, тиски в кожному вузлі, рівень води в кожному

резервуарі й концентрацію домішок по всій мережі за час моделюван-

120

ня з багатогодинними періодами. Можна також моделювати час пере-

бування води в системі.

EPANET забезпечує інтегроване середовище для редагування

вхідних даних мережі, виконання гідравлічного моделювання, моде-

лювання якості води й розгляду результатів у різних формах. Серед

них - кольорові карти мережі, таблиці даних, графіки годинних рядів і

контурні схеми. EPANET дає наступні можливості:

• не встановлює ліміт розмірів аналізованої мережі;

•

розраховує втрати напору з використанням рівнянь Хазена-

Вільямса, Дарсі-Вейсбаха або Шезі-Манінга;

•

враховує місцеві опори (коліна, фітінги й т.п.);

•

моделює насоси без регулювання або з регульованою швидкістю

обертання;

•

розраховує кількість електроенергії, що витрачається на перекачу-

вання води, і її вартість;

•

моделює різні типи засувок (запірні засувки, зворотні клапани, ре-

гулятори тиску, і т.п.);

•

моделює резервуари будь-якого розміру й форми (наприклад, діа-

метр може змінюватися з висотою);

• розглядає вузлові відбори з їхніми власними розподілами витрат у

часі;

•

може моделювати роботу системи, базуючись як на простому рів-

ні води в резервуарі, так і на способах управління, що задаються у ви-

хідних даних.

Гідравлічний розрахунок СПРВ виконують на режим максима-

льної годинної витрати, а також на режими, при яких виконувалася

манометрична зйомка мережі. Потім зіставляють результати розрахун-

ків з даними натурних вимірів, після чого в еквівалентну модель вно-

сять корективи. Описані операції здійснюються багаторазово - доти,

поки відхилення значень обчислених і фактичних напорів у мережі не

будуть перевищувати задану величину (звичайно ±1м).

Наступний етап – розрахунок СПРВ на необхідні після реконструк-

ції значення витрат системи, які були визначені в

розд.3.1.1. Аналіз

результатів розрахунків дозволяє істотно уточнити попередні резуль-

тати, отримані при аналізі манометричної зйомки мережі (див. попере-

дній розд.). Справа в тому, що використання еквівалентної моделі ме-

режі дає значно більш повну й точну інформацію, чим манометрична

зйомка. Тут, крім уточнених даних про зони з недостатніми або над-

лишковими вільними напорами, перевантажених або недовантажених