Сооружения водопроводной сети

Конспект лекций по дисциплине "СООРУЖЕНИЯ ВОДОПРОВОДНОЙ СЕТИ" (для студентов специальности 270112) Оглавление Разделы Стр. Раздел 1. Введение Раздел 2. Общие требования к материалу труб. Типы труб и их выбор Раздел 3. Трубопроводная арматура систем водоснабжения Раздел 4. Сооружения на водопроводной сети и водоводах Раздел 5. Емкости систем водоснабжения Глава 1. Введение Вся жизнедеятельность человека связана с использованием воды, потребность в которой все возрастает. Одной из основных задач водоснабжения является обеспечение населения водой, отвечающей определенным санитарногигиеническим требованиям. Система водоснабжения – это комплекс инженерных сооружений и устройств, обеспечивающих получение воды из природных источников, ее кондиционирование до требований потребителя, транспортирование и подачу воды потребителям в необходимых количествах, под требуемым напором и при соблюдении требований надежности. В современных условиях многочисленные потребители требуют воду различного качества. Рост водопотребления привел во всем мире к ее количественному и качественному дефициту. Поэтому к решению задач водоснабжения требуется комплексный подход, предусматривающий интересы различных групп потребителей воды, рациональное ее использование с учетом экологических аспектов и т.д. Первые сведения об использовании воды для целей водоснабжения получены из археологических данных, обнаруженных в Месопотамии, Египте, Индии, Китае. Они указывают на то, что уже в глубокой древности человечество создавало системы водоснабжения, хотя и без достаточных на то знаний. Первые водопроводные системы были построены в Урарту (на территории современной Армении) в VIII – VII вв. до н.э. Дальнейшее развитие системы водоснабжения получили в период греко-римской цивилизации (от 100 до н.э. до конца II в. н.э.), когда были заложены принципы создания централизованных систем водоснабжения. Начало создания централизованных городских систем водоснабжения относится к XII – XIII вв. Некоторые из них сохранились на территории бывшего СССР (Средняя Азия, Крым, Новгород и т.п.). Однако надо иметь в виду, что они являлись лишь прообразом современных централизованных водопроводов. Обычным способом водоснабжения российских городов являлось получение воды из поверхностных источников, вблизи которых строились города, или из колодцев и прудов, вырытых в местах с обильными подземными водами. При изыскании водоисточников наряду с хозяйственными целями учитывалась потребность получения воды при обороне города. Первый самотечный водопровод был построен для Московского Кремля в 1492 г. Головным сооружением его служила Арсенальная (ранее Собакина) башня, где находился родник. Первыми централизованными водопроводами, перешедшими столетний рубеж, являются промышленные водопроводы XVIII в., где впервые стали применяться специальные, водозаборные и водораспределительные сооружения. Основоположниками водопроводного дела были знаменитый русский теплотехник И.И. Ползунов и один из первых гидротехников России К.Д. Фролов. Вопросами водоснабжения горного дела занимался М. В. Ломоносов. В конце XVIII в. началось строительство Мытищинского родникового водопровода для снабжения водой г. Москвы. В дальнейшем этот водопровод несколько раз реконструировался и окончательно был построен в 1858 г. по проекту А.И. Дельвига. Во второй половине XIX в. водопроводы были построены в Санкт-Петербурге, Казани, Новочеркасске, Ярославле и других городах. К концу прошлого столетия в России уже был накоплен большой опыт не только строительства, но и эксплуатации промышленных водопроводов. Специфика климатических условий России диктовала необходимость поиска отечественных инженерных решений, отличных от подобных решений зарубежных стран Европы. Благодаря этому вслед за водопроводами в средней полосе России появились надежные системы водоснабжения на Крайнем Севере, в Сибири и на Дальнем Востоке. К 1917 г. в России лишь четвертая часть городов имела водопроводы. Среднее водопотребление составляло в сутки 18 – 24 л/чел, и лишь в Москве и Санкт-Петербурге было значительно выше. Большинство населения пользовалось водой из уличных водоразборных колонок и фонтанов. Восстановление народного хозяйства после гражданской войны и последующая индустриализация страны вызвали быстрый рост городов и поселков, а с ними и развитие водопроводного хозяйства. Мощность централизованного водоснабжения за счет расширения и нового строительства водопроводов к 1940 г. возросла более чем в 10 раз по сравнению с 1917 г. В этот период был разработан и принят ряд важнейших нормативных документов, направленных на улучшение санитарного состояния источников, установлены требования к зонам их санитарной охраны. После Великой Отечественной войны в 1946 – 1960 гг. водопроводы были восстановлены и построены в 580 городах и многих поселках. Во многих городах России первые водопроводы были построены на базе подземных источников, что обусловливалось стремлением к использованию доброкачественной воды и надежной защищенности ее от внешнего загрязнения. В ходе дальнейшего развития городов и соответствующего роста водопотребления в большинстве случаев был осуществлен переход к поверхностным источникам, чему способствовали также внедрение более совершенных технологии очистки воды. На рубеже 60 – 70 гг. вновь появилась тенденция к широкому использованию подземных источников для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Это было вызвано как ухудшением качества воды в поверхностных источниках, так и расширением гидрогеологических исследований запасов подземных вод. Новым качественным результатом следует считать создание водопроводов с разнотипными источниками, более надежных как в техническом, так и санитарно-эпидемиологическом отношении. В связи с загрязнением и истощением многих источников водоснабжения в настоящее время увеличение мощности водопроводов за счет нового строительства требует больших капитальных затрат. Поэтому особое внимание должно быть уделено оптимизации водопользования, всемерному сокращению потерь воды. Развитие промышленности и сельскохозяйственного производства, коммунального хозяйства городов и поселков, рост водопотребления, использование прибрежных водоохранных полос, распашка пойм, использование ядохимикатов и нарушение правил их хранения, отсутствие необходимого правового и экономического механизмов управления водными ресурсами по бассейновому принципу и др. приводят к резкому обострению экологической обстановки и ухудшению условий жизни населения. Решение проблем очистки природных и сточных вод заключается в разработке и широком внедрении в практику новых надежных, эффективных и высокоэкономичных технологических процессов, конструкций сооружений, установок и аппаратов. Широкое внедрение вычислительной техники позволяет решать задачи проектирования и эксплуатации на качественно новом уровне, обеспечивающем требования экономичности и надежности систем водоснабжения. Следует отметить, что для решения научных и инженерных задач водопроводной техники много сделали такие русские ученые и инженеры как Н.П. Зимин, Н.Е. Жуковский, К.П. Карельских, В.В. Ольденборгер и др. Многие задачи теории и практики водоснабжения решили советские ученые: Н.Н. Абрамов, С.Х. Азерьер, М.М. Андрияшев, И.Э. Апельцин, Ф.М. Бочевер, Н.Н. Гениев, В.А. Клячко, В.Г. Лобачев, Н.Г. Малишевский, Л.Ф. Мошнин и др. Большой вклад в развитие теории и практики водоснабжения вносят МГУП «Мосводоканал», НИИ ВОДГЕО, НИИ КВОВ, АКХ им. К. Д. Памфилова и многие другие отраслевые и учебные институты. Глава 2. Общие требования к материалу труб. Типы труб и их выбор 2.1. Общие требования к материалу труб Выбор материала труб представляет ответственную задачу, так как их стоимость в огромной мере определяет затраты по всей системе водоснабжения в целом. К трубопроводам предъявляют ряд требований. Строящиеся в настоящее время сети и водоводы характеризуются значительными объемами и трудоемкостью строительных и монтажных работ, а также сложностью инженерных решений. Поэтому необходима дальнейшая индустриализация строительных и монтажных работ, предусматривающая использование сборных конструкций, изготовляемых на заводах и монтируемых на строительных площадках. В наибольшей мере этим требованиям отвечают трубы заводского изготовления, обеспечивающие легкость, быстроту и надежность монтажа стыковых соединений и узлов. В системах водоснабжения могут применяться трубы, материалы которых безвредны для здоровья человека. В процессе эксплуатации на трубопроводы влияет множество отрицательно воздействующих на их работу факторов. Их необходимо учитывать при выборе материала труб. Трубы должны обладать высокими антикоррозионными свойствами по отношению к воздействию транспортируемой воды, подземных вод, грунта, блуждающих токов и т.п. Правильный выбор материала труб и их покрытий применительно к конкретным условиям строительства и эксплуатации позволяет значительно увеличить срок службы трубопровода и снизить эксплуатационные расходы. Шероховатость внутренней поверхности труб в большей мере влияет на затраты энергии по транспортированию воды. Поэтому внутренняя поверхность труб должна быть гладкой и не изменяться в процессе эксплуатации. Это зависит от материала труб, технологии их изготовления, качества транспортируемой воды, вида внутреннего покрытия. Надежность работы трубопровода во многом зависит от правильного выбора прочностных характеристик труб и их соответствия внешним и внутренним нагрузкам, действующим на трубопровод. Кроме того, трубы и их соединения должны оставаться герметичными в процессе всего периода эксплуатации. От этого зависит экономичность и надежность системы подачи и распределения воды, а также ее санитарное состояние. Параметры, определяющие работу системы трубопроводов, изменяются в очень широком диапазоне. Водопроводные сети и водоводы устраиваются как из неметаллических, так и металлических труб. К первым относятся железобетонные, асбестоцементные и пластмассовые трубы; ко вторым – чугунные и стальные трубы. 2.2. Неметаллические трубы Железобетонные трубы обладают коррозионной устойчивостью, являются диэлектриками, способны сохранять в условиях эксплуатации гладкую поверхность, имеют малую металлоемкость и большую долговечность. Недостатком их является большая масса. Напорные железобетонные трубы, изготовляемые методами виброгидропрессования (ГОСТ 12586.0-83 и ГОСТ 12586.1-83) и центрифугирования (ГОСТ 16953–78), имеют гибкое раструбное стыковое соединение. Последние в настоящее время сняты с производства. Герметичность стыкового соединения обеспечивается применением резинового уплотнительного кольца круглого сечения. Конструкция раструбного соединения виброгидропрессованных труб представлена на рис. 2.1, а центрифугированных – на рис. 2.2. Конструкции стыковых соединений рассчитаны на возможные угловые деформации труб в соединении около 0,75– 1°. Рис. 2.1. Стыковое соединение железобетонных предварительно напряженных труб, изготовленных методом виброгидропрессования: 1 – раструб; 2 – напряженная спиральная арматура; 3 – резиновое кольцо; 4 – втулочный конец трубы Монтаж труб начинают с того, что на втулочный конец укладываемой трубы надевают резиновое кольцо. Затем эту трубу краном или трубоукладчиком опускают в траншею и центрируют относительно раструба уложенной трубы. Дальнейший монтаж заключается во введении втулочного конца укладываемой трубы в раструб уложенной с одновременным закатыванием резинового кольца в раструбную щель. Монтаж осуществляется с помощью различных механизмов и приспособлений. Рис. 2.2. Стыковое соединение раструбных железобетонных предварительно напряженных труб, изготовленных методом центрифугирования: 1 – раструб; 2 – втулочный конец трубы; 3 – резиновое кольцо; 4 – упорный буртик; 5 – защитный слой бетона Сортаментом предусмотрено изготовление труб диаметром от 500 до 1600 мм. В зависимости от расчетного внутреннего давления в трубопроводе трубы подразделяются на три класса прочности. Трубы I класса предназначены для прокладки трубопроводов с расчетным внутренним давлением 1,5 МПа, II – 1,0 МПа и III класса – 0,5 МПа. На заводе трубы подвергают испытаниям на водонепроницаемость давлением 0,6–1,8 МПа в зависимости от класса. Трубопроводы всех классов в соответствии с требованиями ГОСТов должны укладываться на глубину 2–4 м до верха трубы в зависимости от грунтовых условий, временной нагрузки на поверхность земли, способа опирания на основание и степени уплотнения засыпки. Как показывают расчеты, железобетонные трубы всех диаметров можно укладывать на глубину до 5 м до верха трубы на плоское основание из мелких песчаных грунтов при нормальной степени уплотнения пазух и расчетном внутреннем давлении до 1,0 МПа. Для укладки труб с более высоким внутренним давлением требуется спрофилированное грунтовое основание под выкружку с углом охвата 90–120° либо бетонное или железобетонное основание. Существует документация на изготовление железобетонных напорных труб со стальным цилиндром на давление до 1,0 МПа. Железобетонные трубы могут подвергаться коррозии, если они уложены в агрессивных грунтах, где возможно влияние производственных сточных вод и сильноминерализованных агрессивных подземных вод. В этом случае наружную поверхность труб покрывают битумом или кузбаслаком. Учитывая, что размеры втулочного конца и раструба железобетонных труб значительно отличаются от размеров гладкого конца и раструба чугунных и стальных труб, для их соединения применяют стальные сварные вставки. Асбестоцементные трубы имеют малые массу и теплопроводность, достаточную коррозионную стойкость и являются диэлектриками. У них небольшое гидравлическое сопротивление, которое незначительно меняется в процессе эксплуатации. Необходимо учитывать возможность внешней коррозии этих труб под воздействием веществ, разрушающих соединения, входящие в состав асбестоцемента (гидрат окиси кальция, карбонат кальция, силикат кальция, карбонат магния и др.). При прокладке трубопроводов в грунтах, агрессивных по отношению к асбестоцементу, следует устраивать противокоррозионную защиту. Грунт агрессивен, если рН грунта ниже 6. Асбестоцементные трубы хрупки. При ударах в материале труб появляются напряжения, которые могут превышать допустимые, и в стенке появляются трещины, которые обнаруживаются лишь при гидравлических испытаниях. Асбестоцементные трубы необходимо укладывать в ненарушенный грунт, чтобы исключить просадку. Асбестоцементные трубы выпускают по ГОСТ 539-80*. Трубы подразделяются на четыре класса: ВТ6 – на рабочее давление 0,6 МПа; ВТ9 – 0,9 МПа; ВТ12 – 1,2 МПа и ВТ15 – 1,5 МПа. Рабочим давлением являются максимальное гидравлическое давление, при котором может быть использована труба данного класса при отсутствии внешней нагрузки. Класс труб определяют расчетом, в котором учитывают условия эксплуатации. Трубы каждого класса в зависимости от внешнего диаметра и длины подразделяются на три типа. Трубы первого типа выпускают диаметрами 100–500 мм, длиной 3–4 м; второго – диаметрами 200–500 мм, длиной 5 м; третьего – диаметрами 200 и 300 мм, длиной 6 м. Трубы стыкуют с помощью асбестоцементных муфт САМ но ГОСТ 539– 80 или чугунных муфт по ГОСТ 17584–72*. Для уплотнения муфт применяют резиновые кольца. Монтаж трубопровода с применением муфт типа САМ производится следующим образом. В пазы муфты вставляют уплотнительные резиновые кольца. Затем муфту надвигают на всю длину на конец присоединяемой трубы, после чего ее опускают в траншею и центрируют с ранее уложенной трубой. Для надвигания муфты используют винтовой домкрат, который устанавливают и закрепляют на ранее уложенной трубе. * Монтаж трубопроводов на чугунных фланцевых муфтах производится в таком порядке. На конец ранее уложенной трубы надевают фланец, резиновое кольцо и втулку муфты, а на конец присоединяемой трубы – второй фланец и резиновое кольцо. После центровки фланцы стягивают с помощью болтов с шайбами. Чугунные муфты удобны при ремонте или замене части трубопровода. Однако стяжные болты могут разрушаться коррозией. В асбестоцементных трубопроводах в большинстве случаев используют чугунные фасонные детали. В последнее время появились данные о том, что эти трубы содержат вещества, небезопасные для здоровья человека. Пластмассовые трубы обладают рядом свойств, выгодно отличающих их от труб из традиционных материалов. Потери напора на трение в них приблизительно на 30% меньше, чем в металлических трубах. Они не подвержены электрохимической коррозии. В них не происходит увеличение сопротивления во времени. Гидравлический удар, возникающий в трубопроводах из пластмассовых труб, значительно слабее из-за более низкого модуля упругости материала. Они имеют меньшую массу по сравнению с другими трубами. Вероятность разрушения этих трубопроводов при замерзании в них воды мала. Пластмассовые трубы применяют для наружных сетей водоснабжения поселков, пастбищного, локального и группового сельскохозяйственного водоснабжения. Они перспективны при прокладке сетей в агрессивных грунтах, в сейсмических районах, в гористой и болотистой местности, где применение других труб связано с дополнительными затратами. Однако пластмассовые трубы не обладают высокой сопротивляемостью раздавливанию и имеют большой коэффициент линейного расширения. В системах водоснабжения разрешается применять лишь те трубы из полимерных материалов, которые обеспечивают сохранение качества воды. Для наружных и внутренних сетей водоснабжения применяют пластмассовые напорные трубы из полиэтилена низкой плотности (ПНП) и полиэтилена высокой плотности (ПВП) по ГОСТ 18599–83*. Наиболее полный ряд наружных диаметров (10–1200 мм) представлен этим ГОСТом на трубы из полиэтилена высокой плотности (полиэтилен низкого давления). Выпуск труб из полиэтилена низкой плотности (полиэтилен высокого давления) предусматривают в диапазоне диаметров 10–160 мм. Указанные трубы изготовляют четырех видов – Л, ЧЛ, Ч и Т на рабочее давление соответственно 0,25; 0,4; 0,6 и 1,0 МПа. Эти давления принимают из условия предполагаемого срока службы не менее 50 лет при температуре воды 20 °С. Трубы напорные из непластифицированного поливинилхлорида (ПВХ) выпускаются по ТУ 6-19-231-83. Их изготовляют четырех классов: СЛ, С, Т и ОТ на давление соответственно 0,4; 0,6; 1,0 и 1,5 МПа в диапазоне диаметров 10–315 мм. Для систем водоснабжения могут также применяться напорные полипропиленовые трубы, выпускаемые по ТУ 38-102-100-89 диаметрами 32– 200 мм на рабочее давление до 1,0 МПа. С понижением температуры пластические свойства пластмассовых труб ухудшаются; потому должны соблюдаться требования по транспортировке, разгрузке, хранению, монтажу и сварке труб. При низких температурах наружного воздуха целесообразно применять трубы из полиэтилена высокой и низкой плотности. Тип соединений труб выбирают в зависимости от конкретных условий работы и прокладки трубопроводов, а также материала труб и фасонных частей. Неразъемные соединения из полиэтилена высокой и низкой плотности выполняют с помощью сварки контактным нагревом, а из ПВХ – склеиванием или газовой прутковой сваркой. Для укладываемых в грунт напорных пластмассовых трубопроводов со сварными и клеевыми соединениями линейная компенсация температурных напряжений, как правило, не предусматривается. Для снижения этих напряжений при прокладке в летнее время укладку трубопроводов в траншею осуществляют «змейкой». С целью замедления старения трубы из пластмассы должны быть защищены от попадания солнечных лучей. В начале семидесятых годов на рынке труб появились, как разновидность пластмассовых, трубы из стеклопластика на основе полиэфирных смол, армированных стекловолокном. Высокая прочность, в сочетании с эластичностью и противокоррозионной устойчивостью, делают эти трубы привлекательными для применения в системах водоснабжения. Они имеют малый коэффициент линейного расширения и вес, а также хорошие гидравлические показатели. Внутренняя поверхность этих труб не склонна к изменению гидравлического сопротивления во времени. По данным производителей, эти трубы пригодны для систем водоснабжения и, в соответствии с различными национальными (ГОСТ 27952 – 88) и международными стандартами должны выпускаться диаметром от 150 до 2400 мм на рабочее давление до 16 атм. 2.3. Металлические трубы Стальные трубы выпускают в широком диапазоне диаметров, толщин стенок, марок стали и различных классов точности. Они обладают высокой прочностью, относительно небольшой массой, пластичностью и применяются при индустриальном монтаже. Недостатками стальных труб являются подверженность коррозии и зарастанию, меньший срок службы по сравнению со сроком службы неметаллических труб, возрастание гидравлического сопротивления в процессе эксплуатации, если не предусматриваются необходимые меры. Из-за необходимости экономии металла применение стальных труб строго ограничивается. Для стальных наружных трубопроводов систем водоснабжения применяют сварные трубы следующих видов: - прямошовные по ГОСТ 10704–91*, ГОСТ 10706– 76* и ГОСТ 10705–80; - спирально-шовные по ГОСТ 8696–74*; - спирально-шовные тонкостенные по ТУ 102-39-84; - водогазопроводные по ГОСТ 3262–75* . Применение бесшовных стальных труб целесообразно в случае, если расчетом на прочность установлена невозможность использования сварных труб. Сварные трубы изготовляют из различных сталей, отличающихся химическим составом и механическими свойствами. Эти качества стали регламентируются следующими стандартами: • ГОСТ 380-88* – на углеродистую сталь обыкновенного качества, применяемую для изготовления прямошовных, спирально-шовных и водогазопроводных труб; • ГОСТ 19281-89 – на низколегированную высококачественную толстолистовую и широкополосную сталь, применяемую для изготовления прямошовных (ГОСТ 10706–76*) и спирально-шовных (ГОСТ 8696–74*) труб. Наиболее широкое применение находят трубы из углеродистых сталей обыкновенного качества, как наиболее дешевые и менее дефицитные. Трубы из низколегированных высококачественных сталей применяют при строительстве и эксплуатации трубопроводов в условиях низких температур, приблизительно – 20 °С и ниже. Их можно применять и при более высоких температурах, если обеспечивается экономия стали в результате использования труб с меньшими толщинами стенок, чем у труб из углеродистых сталей обыкновенного качества. В соответствии с прочностными расчетами диаметры труб d в системах водоснабжения зависят от толщины стенки δ: δ, мм 2,8-4 4-10 6-16 dтр, мм 400 500-1000 1000 Трубы выпускаются различных групп с гарантией как всех, так и отдельных характеристик: механических свойств, химического состава, испытательного давления. Кроме того, трубы, имеющие одинаковые гарантированные механические характеристики, могут быть изготовлены из сталей, полученных различными способами. Выбор марки стали трубы производят по нормируемым стандартами показателям стали и механическим свойствам, а при их отсутствии – по значению гарантируемого испытательного гидравлического давления трубы. Трубы из углеродистой обыкновенного качества кипящей стали (КП) характеризуются хладноломкостью, в связи с чем их не следует применять при строительстве и эксплуатации трубопроводов в условиях низких температур (минус 10–20 °С). Трубы из полуспокойной (ПС) и спокойной стали (СП) обладают меньшей склонностью к хладоломкости, поэтому их применяют при строительстве и эксплуатации в условиях более низких температур. Трубы из низколегированных сталей целесообразно применять, когда в период строительства и эксплуатации стенки труб могут охладиться до весьма низких температур (–20 °С и ниже). Ввиду того, что основным способом соединения стальных труб является сварка, необходимо учитывать их свариваемость, которая ухудшается с повышением содержания углерода. Для трубопроводов жидкого и газообразного хлора и крепких кислот реагентного хозяйства очистных сооружений применяют трубы стальные бесшовные горяче- или холоднодеформированные. Трубы из нержавеющей стали используют в реагентном хозяйстве для транспортирования агрессивных растворов. Возможно также применение эмалированных и остеклованных труб. Для водозабора подземных вод пригодны бесшовные обсадные и бурильные трубы. Для напорных водоводов и сетей применяют чугунные трубы двух типов: трубы, изготовляемые из серого чугуна по ГОСТ 9583-75* методами центробежного и полунепрерывного литья диаметрами 65–1000 мм с раструбными стыковыми соединениями; трубы, изготовляемые диаметрами 100–300 мм со стыковым соединением под резиновые манжеты (ТУ 14-3-124783). Трубы диаметром 65–300 мм выпускают длиной 2–6 м, а диаметром 400 мм и более – длиной 5–10 м. ГОСТы предусматривают выпуск труб трех классов – ЛА, А и Б, отличающихся друг от друга толщиной стенок и, следовательно, выдерживающих различное давление. Для соединения труб по ГОСТ 9583-75* используют смесь асбеста, цемента и воды. В качестве набивки применяют просмоленную или битуминизированную пеньковую прядь. Конструкция соединений этих труб показана на рис. 2.3. При соединении цилиндрический конец труб вводят в раструб 2 уложенной трубы так, чтобы зазор между гладким концом и упорной поверхностью раструба составлял 5–10 мм в зависимости от диаметра труб. До начала заделки стыков трубы центрируют. Затем раструбную щель уплотняют пеньковой прядью 3 для обеспечения водонепроницаемости стыкового соединения. Для удержания пряди от выдавливания гидравлическим давлением устраивают асбестоцементный замок 4. При необходимости защиты асбестоцемента от агрессивного воздействия грунта и подземных вод раструбную щель на глубину 2–3 мм заполняют изоляцией 5, состоящей из грунтовой краски и мастики. Внутреннее испытательное и рабочее давление смонтированного трубопровода назначают в зависимости от класса труб и внешних нагрузок. Они не должны быть выше соответственно 1,5 и 1,0 МПа. При глубине заложения до 4 м и диаметре трубопровода до 300 мм, как правило, укладывают трубы класса ЛА. При выполнении соединения труб указанным способом, несмотря на его простоту и длительность применения, не обеспечивается равпопрочность стыкового соединения с основным материалом труб, требуются большие затраты времени, не полностью используются прочностные характеристики самих труб; кроме того, этот способ не механизирован. Стыковые гибкие соединения на резиновых уплотнителях, обеспечивают равнопрочность с трубой, герметичность трубопровода при осевом смещении до 15 мм и угловой деформации до 3–4°. Монтаж стыковых соединений механизирован, вследствие чего сокращается трудоемкость и гарантируется высокое качество работ. Ввиду равнопрочности стыкового соединения с трубой максимальные значения испытательных и рабочих давлений могут быть более высокими по сравнению с их значениями для труб со стыковыми соединениями под зачеканку. Эти давления соответственно равны 1,75–2,8 МПа и 0,95–2,0 МПа в зависимости от класса труб. Конструкция этого стыкового соединения приведена на рис. 2.4. В раструбе трубы 2 имеется внутренний кольцевой паз, в который закладывается гребень резиновой манжеты 3. Герметизация стыка обеспечивается за счет обжатия средней части манжеты при монтаже и самоуплотнения манжеты при гидравлическом давлении. Манжеты изготовляют из резины, не содержащей вредных веществ, влияющих на вкус, цвет и запах воды. Монтаж труб производят следующим образом. В кольцевой паз раструба вкладывают уплотнительную манжету. Наружный конец 1 цилиндрической части монтируемой трубы смазывают графитно-глицериновой смазкой. Затем конец монтируемой трубы с помощью специального монтажного устройства вводят в раструб уложенной трубы. Рис. 2.3. Раструбное соединение чугунных труб с уплотнениями пеньковой прядью Рис. 2.4. Раструбное соединение чугунных труб на резиновых уплотнителях Водопроводные сети из чугунных труб монтируют с использованием чугунных фасонных частей по ГОСТ 5525–88 различной формы с раструбами и фланцами. Они позволяют изменять направление линий как в горизонтальной, так и вертикальной плоскостях. С их помощью на водопроводных линиях устанавливают необходимую арматуру и устраивают ответвления (табл. 2.1). При отсутствии чугунных фасонных частей применяют нестандартные стальные сварные фасонные части. Таблица 2.1 Недостатком труб, выпускаемых из серого чугуна, является относительно плохое сопротивление их динамическим нагрузкам. Значительно большую область применения имеют высокопрочные трубы из чугуна с шаровидным графитом (ТУ 14-3-1848-92, ТУ 14-161-172-99), выдерживающие большие нагрузки и имеющие лучшие пластические свойства. Разрушение чугунных труб может приводить к осложнениям при ликвидации аварий и большим потерям воды. Кроме того, область применения этих труб ограничивается допустимыми внутренними давлениями. Чугунные трубы весьма металлоемки по сравнению со стальными. 2.4. Антикоррозионная защита трубопроводов. Расчет нагрузок на трубопроводы Срок службы металлических трубопроводов, надежность и эффективность их эксплуатации определяются в основном степенью защиты металла от коррозии. Внутренняя коррозия вследствие роста выступов шероховатости приводит к резкому снижению пропускной способности трубопроводов. Это приводит к сокращению срока службы, значительным затратам на ремонт, перекладку и прокладку дополнительных линий, перерасходу электроэнергии. Существуют два вида защиты металлических труб от коррозии: пассивный и активный. К пассивным методам относятся изоляция наружной и внутренней поверхностей труб или покрытие труб специальными оболочками; к активным – электрическая защита. Чугунные трубы на заводах покрывают специальными антикоррозионными мастиками, которые в течение некоторого времени обеспечивают защиту от коррозии. Антикоррозионную защиту стальных труб выполняют перед укладкой или в процессе их укладки. Для наружной изоляции используют битумноминеральные, битумно-полимерные, полимерные, этиленовые и другие покрытия. В мировой практике строительства металлических водопроводов получили распространение внутренние покрытия на основе цемента. Они могут наноситься как на новые трубы, так и на трубы, находящиеся в длительной эксплуатации. Существует несколько способов нанесения покрытий на новые трубы. Наибольшее распространение имеет метод центрифугирования. Наиболее действенным средством защиты действующих трубопроводов от коррозии является очистка внутренней поверхности и нанесение антикоррозионных покрытий. Пропускная способность трубопроводов после прочистки составляет 95–97 % первоначальной. Для нанесения покрытий также существует несколько способов в зависимости от диаметра трубопроводов. Для создания на внутренней поверхности труб полимерных покрытий при выполнении ремонтно-восстановительных работ применяется метод протаскивания внутри эксплуатируемых трубопроводов плетей из полимерных труб. В мировой практике все более широкое применение находят лакокрасочные покрытия, обеспечивающие простоту технологического процесса, высокую индустриализацию и сравнительно низкую стоимость. К активным методам защиты металлических трубопроводов от коррозии относится катодная защита. Она основана на электрохимической теории коррозии. Из-за значительных затрат электроэнергии этот вид защиты целесообразен как дополнительная мера защиты трубопроводов. К дополнительным методам относится также способ нанесения цинкового покрытия. Защита внутренней поверхности труб может быть обеспечена и методами стабилизационной обработки воды. Трубопроводы, уложенные вдоль электрифицированных дорог, подвергаются действию блуждающих токов. Под их влиянием происходит разрушение поверхности труб. Защита труб от их действия состоит в предотвращении образования этих токов путем специального оборудования рельсовых путей электротранспорта. В процессе эксплуатации трубопровод находится под воздействием внутреннего давления, давления грунта, временных нагрузок, собственного веса и веса транспортируемой воды, атмосферного давления при образовании вакуума и внешнего гидростатического давления грунтовых вод. Правильный учет этих нагрузок в комбинациях, наиболее опасных для конкретных условий работы трубопровода, позволяет надежно выбирать тип труб. Для систем водоснабжения, как правило, должны применяться неметаллические трубы. Строительство напорных трубопроводов из чугунных труб в соответствии с требованиями СНиП разрешается в пределах населенных пунктов, территорий промышленных и сельскохозяйственных объектов. При рабочих давлениях свыше 1,5 МПа допускается применение стальных труб. Они также могут использоваться для переходов под железными и автомобильными дорогами, через овраги и водные преграды, в местах пересечения хозяйственно-питьевого водопровода с сетями канализации; при прокладке трубопроводов по опорам эстакад и в туннелях. В вечномерзлых и просадочных грунтах допускается применение как стальных, так и пластмассовых труб. В основу расчетов по определению допустимых предельных внешних и внутренних нагрузок берут показатели труб, определяемые ГОСТами или техническими условиями на их изготовление и приемку. Несущую способность трубопроводов определяют допустимые предельное внутреннее гидравлическое о о давление pпр и предельная внешняя нагрузка на трубопровод Qпр . Сравнивая эти нагрузки с полученными расчетными внутренними гидравлическими давлением р и суммарной внешней приведенной нагрузкой Q, выбирают класс труб. Расчетное внутреннее давление принимают равным наибольшему возможному по условиям эксплуатации давлению в трубопроводе различных участках по длине. Внешнюю суммарную нагрузку Q определяют на основе статических расчетов с учетом реальных данных о способе укладки труб, характере грунтов, нагрузок от транспорта и т.п. Трубы, для которых предельное внутреннее гидравлическое давление о равно pпр , могут быть использованы в случае, если р << mc pпр , где mc – коэффициент, учитывающий условия работы трубопровода. о Между величиной Qпр , характеризующей несущую способность труб рассматриваемых типа и класса, и расчетной внешней суммарной нагрузкой Q этих труб также должно соблюдаться соотношение Q << mc Qпр . Коэффициент mc определяется по формуле: mc = m1m2 /  н , где т1 – коэффициент, учитывающий кратковременность испытаний, которому подвергаются трубы после их изготовления; т2 – коэффициент, учитывающий снижение прочностных свойств труб в процессе эксплуатации в результате старения материала, коррозии и абразивного износа (значения m1 и m2 принимают в соответствии с ГОСТом или техническими условиями на изготовление труб, а также требованиями СНиПа); γн – коэффициент надежности, учитывающий класс прочности труб по степени их ответственности. Степень ответственности труб в соответствии со СНиПом может быть трех классов в зависимости от категории обеспеченности подачи воды. Для облегчения расчетов существуют графики, позволяющие производить выбор класса труб различных типов. Следует иметь в виду, что устройство спрофилированного основания и повышение степени уплотнения грунта засыпки позволяют уменьшить расчетную суммарную нагрузку, действующую на трубопровод. В этом случае трубы выдерживают большее давление, чем трубы, лежащие на плоском основании, что дает определенный экономический эффект. Глава 3. Трубопроводная арматура систем водоснабжения 3.1. Аэрационная арматура Трубопроводная арматура представляет собой комплект устройств для целей регулирования, обслуживания, ремонта и обеспечения надежной работы систем водоснабжения. По назначению трубопроводная арматура бывает следующих видов: • аэрационная, • водоразборная, • запорная, • запорно-предохранительная, • предохранительная, • регулирующая. Она должна отвечать ряду требований: соответствовать внешним и внутренним нагрузкам на трубопровод, обеспечивать герметичность, иметь необходимые гидравлические, кавитационные и противокоррозионные свойства, отвечать требованиям надежности. Основные параметры арматуры характеризуются диаметром условного прохода Dу, значения которого установлены ГОСТом и условным давлением ру – наибольшим избыточным рабочим давлением при температуре среды 20 °С. В каталогах трубопроводной арматуры в дополнение обычно указывают ее рабочее и пробное давления. Аэрационная арматура служит для впуска в трубопровод и выпуска из него воздуха. Она необходима для удаления воздуха, скапливающегося в трубопроводе в процессе эксплуатации, из участков водоводов при их заполнении водой, а также для впуска в места разрывов сплошности потока, возникающих при переходных режимах, и в трубопровод при плановом или аварийном опорожнении его. К аэрационной арматуре относятся вантузы и клапаны для впуска, выпуска и защемления воздуха. Вантузы подразделяются на шаровые, рычажные и мембранные. В шаровых вантузах (рис. 3.1) при отсутствии воздуха в трубопроводе вода поднимает и прижимает полиэтиленовый шар к отверстию втулки. При скоплении воздуха в верхней части вантуза шар опускается вместе с водой, отверстие втулки открывается, и воздух выходит наружу. Принцип действия рычажного вантуза аналогичен принципу действия шарового. Мембранные вантузы предназначены как для удаления, так и для впуска воздуха в трубопровод при образовании в нем вакуума. Вантузы выпускаются с диаметром присоединительного патрубка 50 мм и диаметром выпускного отверстия 3–8 мм. Они рассчитаны на небольшую производительность и способны выпускать воздух при давлениях ниже, чем могут быть в системах водоснабжения. Это сужает область их применения. Рис. 3.1. Шаровой вантуз Dу = 50 мм (а) и схема установки его на водоводе Dу = 1000 мм (б): 1– корпус; 2 – верхний фланец; 3 – отверстие; 4 – зонт-крышка; 5 – втулка; 6 – полиэтиленовый шар; 7 – нижний фланец Рис. 3.2. Клапан для впуска и выпуска воздуха (а), схема установки его на водоводе (б) и зависимость потерь напора в КВВВ от скорости движения воздуха (в): 1 – фланец; 2 – шаровые поплавки; 3 – выпускной патрубок; 4 – рычажный вантуз; 5 – крышка; 6 – ось; 7 – корпус; 8 – тарель; 9 – упор; 10 – решетчатый рассекатель; 11 – патрубок Для впуска и выпуска больших объемов воздуха используются автоматические клапаны для впуска и выпуска воздуха (КВВВ) конструкции ВОДГЕО (рис. 3.2). В процессе заполнения трубопровода воздух поступает в корпус КВВВ. Тарель клапана под действием веса шаровых поплавков находится в открытом положении и вытесняемый воздух выходит в атмосферу через выпускной патрубок. Удаление воздуха, поступающего в корпус КВВВ после закрытия тарели, производится рычажным вантузом. При образовании вакуума в трубопроводе клапан открывается под действием разности давлений между атмосферой и внутренней полостью трубопровода, впуская воздух, который обеспечивает срыв вакуума в водоводе. Эти клапаны выпускаются Dу = 400...500 мм. Зависимость потерь напора ∆H, мм в КВВВ от скорости движения воздуха v, м/с, приведена на рис. 3.2, в. Клапан для впуска и защемления воздуха (КВЗВ) предназначен для автоматического впуска воздуха в водовод при образовании в нем вакуума. Он применяется для предотвращения гидравлических ударов, начинающихся с волны понижения давления для защиты тонкостенных труб от деформации в момент возникновения вакуума при переходных режимах, для впуска воздуха при опорожнении водоводов. Конструкция противовакуумного клапана ВОДГЕО, схема установки и его характеристики показаны на рис. 3.3. При возникновении вакуума и выравнивании давлений внутри и снаружи трубопровода тарель клапана под действием собственного веса закрывается, не допуская выхода впущенного воздуха. Последующее сжатие этого воздуха смягчает гидравлический удар. Они выпускаются Dу = 50 и 150 мм на максимальную подачу 0,04–0,045 м3/с воздуха. КВВВ и КВЗВ рассчитаны на давление 1,6 МПа. Материал клапанов – сталь, чугун. Места их установки определяют расчетами переходных процессов в трубопроводах. 3.2. Водоразборная арматура Арматура водоразборная предназначена для отбора воды из систем водоснабжения. К ней относятся краны, поплавковые клапаны, уличные колонки, пожарные гидранты. Арматура первых двух видов используется в системах санитарно-технического оборудования жилых и общественных зданий при отборе воды на хозяйственно-питьевые нужды и для заполнения различных емкостей. По принципу работы запорных органов она бывает вентильного, золотникового, шайбового и клапанного типов. Ее конструкции отличаются большим разнообразием. Рис. 3.3. Клапан для впуска и защемления воздуха и схема установки его на водоводе (а) и зависимость потерь напора Н, м от скорости впуска воздуха v, м/с (б): 1 – монтажный фланец; 2 – ось; 3 – тарель; 4 - трубопровод Отбор воды на хозяйственно-бытовые нужды может осуществляться из уличных водоразборных колонок, устанавливаемых на наружной водопроводной сети. Они обеспечивают полную герметизацию трубопроводов, транспортирующих воду, от попадания загрязнений извне. Для целей питьевого водоснабжения также служат колонки – фонтанчики, устанавливаемые в парках, садах и других местах отдыха. Пожарные гидранты используются для целей отбора воды на пожаротушение, а также заполнения автоцистерн при поливе зеленых насаждений и мытье площадей и улиц. Пожарные гидранты бывают наземными и подземными. Наземные гидранты бесколодезного типа применяются в сельской местности и пригородной зоне, где отпадает надобность в подземных гидрантах. Существуют конструкции гидрантов, совмещенных с водоразборной колонкой. Пожарные подземные гидранты устанавливают в водопроводных колодцах, что удорожает строительство. Конструкция устройства для отбора воды из коммунальных и промышленных водопроводов показана на рис. 3.4. В основу положена конструкция бесколодезного гидранта. Это устройство может использоваться в качестве подземного пожарного гидранта, предназначенного для подачи воды из водопровода в передвижную пожарную технику, а также в качестве контрольно-пускового узла для автоматического включения стационарных установок пожаротушения. Рис. 3.4. Устройство с электроприводом для отбора воды из подземных водопроводов: 1 – пускатель; 2 – ручной привод; 3 –редуктор; 4 – опора; 5 – направляющие пазы; 6 – шпиндель; 7 – выступы; 8, 9 – патрубки; 10 – корпус; 11 – трубопровод; 12 – втулка; 13 – спицы; 14 – седло; 15 – уплотнительное кольцо; 16 - клапан; 17 – шток; 18 – втулка; 19 – вал передачи 3.3. Запорная арматура Запорная арматура предназначается для перекрытия потока в трубопроводе. К ней относятся задвижки, дисковые поворотные затворы, вентили, краны. Задвижки по конструкции запорного органа подразделяются на параллельные и клиновые (рис. 3.5). В параллельных задвижках проход корпуса перекрывается двумя параллельными подвижно соединенными между собой дисками, которые раздвигаются одним или двумя расположенными между ними клиньями; в клиновых – одним клинообразным круглым диском, помещенным в гнезда между наклонными уплотняющими кольцами корпуса. Преимущество параллельных задвижек перед клиновыми состоит в меньшей трудоемкости обработки уплотняющих колец и их изнашиваемости, а также в меньших усилиях при открытии после длительного нахождения в помещении «закрыто». Задвижки изготовляют с выдвижным и невыдвижным шпинделями. Выдвижной шпиндель при вращении совершает поступательное движение, а невыдвижной – только вращательное. Первые имеют большую высоту в положении «открыто» на величину хода шпинделя. Задвижки бывают плоскими, овальными, круглыми соответственно на низкое, среднее и высокое давление. Они выпускаются на давление 0,25–6,4 МПа в диапазоне диаметров 50–800 мм. Корпус задвижек изготовляют из чугуна при ру до 1 МПа и стали при больших давлениях. Зарубежными фирмами для изготовления общепромышленной арматуры широко используется ковкий чугун, который выдерживает большие нагрузки и эластичен как сталь. Задвижки выпускаются с ручным, электрическим и гидравлическим приводами. Первые используются при отсутствии необходимости частых перекрытий трубопроводов; вторые – при наличии потребности в систематических открытиях и закрытиях, а также автоматизации работы задвижек. При опасности последствий отключения электропитания водопроводных сооружений автоматическое отключение задвижек осуществляется гидравлическим приводом. Задвижки больших диаметров оборудуют обводными линиями, на которых устанавливают задвижки меньших диаметром для выравнивания давления до и после запорного органа с целью облегчения открытия. Соединение задвижек с трубопроводом – фланцевое. Рис. 3.5. Схемы задвижек: а, б – параллельные с ручным приводом с выдвижным и невыдвижным шпинделем; в – клиновая с ручным приводом и невыдвижным шпинделем; г, д – параллельные с электрическим и гидравлическим приводом; 1 – запорный диск; 2 – корпус; 3 – крышка; 4 – шпиндель; 5 – сальник; 6 – штурвал; 7 – электропривод; 8 – маховик ручного привода; 9 – цилиндр; 10 – поршень К многоцелевому типу относятся кольцевые задвижки. В зависимости от варианта исполнения управляющего органа кольцевая задвижка может работать в качестве запорного устройства, обратного клапана, дросселирующего устройства, регулятора давления, сбросного устройства, регулятора уровня. Они хорошо себя зарекомендовали при создании средств защиты насосных станций и водоводов от гидравлического удара. Достоинство задвижек – хорошая герметичность; недостатки – значительная масса, габаритные размеры, стоимость и неравномерное возрастание гидравлического сопротивления в процессе закрытия. Задвижки нецелесообразно использовать для регулирования подачи, так как они не рассчитаны на работу в положении частичного открытия. В современной практике отдается предпочтение задвижкам с уплотнением из эластомеров – материалов высокомолекулярных структур. Их применение в значительной мере решат проблемы обеспечения в течение всего срока эксплуатации герметичности, коррозионной стойкости, незасоряемости, малого гидравлического сопротивления, санитарной пригодности. Современное направление совершенствования задвижек связано с созданием бесфланцевых задвижек, исключающих трудности эксплуатации фланцевых соединений на болтах. Монтаж задвижек на трубопроводах в зависимости от конструкции может осуществляться по камерному и бесколодезному типу. Общий вид кольцевой задвижки с гидравлическим приводом представлен на рис. 3.6. Открытие и закрытие кольцевой задвижки осуществляется водой, транспортируемой по трубопроводу, на котором эта задвижка установлена. Если давление трубопровода передать в пространство А, а пространство Б соединить с атмосферой, то задвижка откроется. Задвижка закроется, если давление из трубопровода передать в пространство Б, а пространство А сообщить с атмосферой. Недостатками этих задвижек являются сложность изготовления и высокая стоимость. Рис. 3.6. Кольцевая задвижка: 1 – корпус; 2 – гидроцилиндр; 3 – запорный клапан; 4 – поршень; 5 – указатель положения клапана; 6 – сливные пробки Дисковые поворотные затворы (ДПЗ) имеют ряд преимуществ перед задвижками: меньшая масса, габариты и стоимость, высокие показатели надежности, более плавное изменение гидравлического сопротивления при закрытии, возможность работы затворов некоторых конструкций в промежуточном положении. Их недостатки – более высокое гидравлическое сопротивление и неудобства, которые могут возникнуть при прочистке трубопровода. В ДПЗ проход корпуса перекрывается диском, находящимся в потоке, путем поворота на 90° относительно оси. По конструкции и расположению уплотнений ДПЗ можно разделить на имеющие: 1) эластичное уплотнение на диске и 2) эластичную рубашку в корпусе. Первые обеспечивают одностороннюю герметизацию при направлении потока жидкости со стороны вала; вторые – двустороннюю герметизацию. Последние имеют более высокие показатели надежности. Они лучше в гидравлическом, гидродинамическом и кавитационном отношениях. ДПЗ имеют конструкцию с соосным, эксцентричным и двухэксцентричным расположением вала относительно диска. Затворы с уплотнением на диске выполняют с эксцентричным и двухэксцентричным расположением вала. В мировой практике существует множество различных конструкций ДПЗ, выпускаемых в диапазоне 60–2800 мм на ру = 0,25...1,2 МПа. На рис. 3.7 приведен дисковый поворотный затвор с уплотнением на диске, находящийся в закрытом положении на условное давление ру = 1 МПа. Общим для всех конструкций ДПЗ является широкое использование синтетических материалов и никеля с целью создания герметичности затвора и обеспечения хороших гидравлических, кавитационных и противокоррозионных свойств. В качестве материала корпуса применяются стали различных марок и чугун. Для защиты от коррозии, вызываемой действием воды и земли, корпус покрывают смолой или осуществляют эмалирование, электростатическое нанесение пластмассы. ДПЗ оборудуются механическим, электрическим или гидравлическим приводом. Приводом может обеспечиваться либо постоянный крутящий момент, либо программированный – соответствующий требуемому гидравлическому режиму. Наиболее благоприятным режимом закрытия является программированный – быстрый в начальной стадии и замедленный в конце. Это обеспечивает равномерное изменение гидравлического сопротивления ДПЗ, а следовательно, уменьшает опасность повышения давления сверх допустимого. Рис. 3.7. Дисковый поворотный затвор: 1– диск; 2 – седло; 3 – вал; 4 – рычаг; 5 – прижимное кольцо; 6 – резиновое кольцо; 7 – ручной штурвал; 8 – электропривод; 9 – концевые выключатели; 10 – бугельный узел; 11 – шпиндель В качестве запорной арматуры на трубопроводах небольших диаметров могут использоваться краны вентильного и золотникового типов, применяемые в санитарно-технических системах. Однако они имеют большое гидравлическое сопротивление и при быстром закрытии могут вызывать гидравлический удар. 3.4. Запорно-предохранительная и регулирующая арматура Арматура запорно-предохранительная предназначена для отключения трубопроводов при возникновении обратного тока воды. К ней относятся клапаны обратные, выпускаемые различных конструкций на условное давление ру = 0,25...4,0 МПа с регулируемым (рис. 3.8) и нерегулируемым закрытием (рис. 3.9). Первые выпускаются в диапазоне диаметров 200–1000 мм. Они предназначены для безударного отключения трубопроводов и для установки на автоматизированных насосных станциях, предусматривающих пуск и остановку агрегатов на открытую запорную арматуру. Под действием потока воды диск с рычагом поворачивается вокруг вала на 85° и клапан открывается. При выключении насосного агрегата закрытие клапана на первых поворотах на 57– 63° происходит быстро, а при последующих поворотах на 22–28° – замедленно. Торможение диска осуществляется демпфером, в котором масло под давлением от поршня протекает через дроссельные отверстия из одной полости в другую. Эти клапаны широко используются в устройствах защиты от гидравлических ударов. Клапаны обратные с односторонней подвеской, закрытие которых нерегулируемо, выпускаются в диапазоне диаметров 50–150 мм. Их месторасположение зависит от компоновки оборудования насосных станций. Рис. 3.8. Клапан обратный поворотный с регулируемым закрытием: а – общий вид; б – разрез; 1 – корпус; 2 – диск; 3 – вал; 4 – рычаг диска; 5 – гидроцилиндрдемпфер; 6 – кронштейн; 7 - противовес Рис. 3.9. Клапан обратный поворотный с нерегулируемым закрытием: а – типа «захлопка»; б – безударный; 1 – корпус; 2 – тарель клапана; 3 – крышка корпуса; 4 – рычаг При установке клапанов обратных по длине водовода в качестве противоударной защиты их месторасположение определяют расчетами переходных процессов. Арматура предохранительная – устройства для автоматического ограничения параметров давления и расхода потока. Наибольшее распространение находит арматура, ограничивающая давление в трубопроводах при переходных процессах в системах водоподачи. К ней относятся воздушногидравлические колпаки, водонапорные колонны и сбросные устройства. Воздушно-гидравлические колпаки – стальные сосуды, установленные на трубопроводе и заполненные в верхней части воздухом примерно на 2/3 объема при статическом давлении. При гидравлическом ударе, сопровождающемся повышением давления, часть воды из трубопровода втекает в колпак и сжимает находящийся там воздух, давление снижается вследствие амортизирующих свойств воздуха. При понижении давления в процессе удара воздух в колпаке расширяется, и часть воды из колпака вытекает в трубопровод, заполняет разрывы сплошности потока, не допуская в трубах образования вакуума и последующего повышения давления. К достоинствам воздушно-гидравлических колпаков относятся простота устройства, отсутствие сброса воды из трубопровода, высокая степень гашения гидравлических ударов; к недостаткам – быстрое уменьшение в них запаса воздуха в результате растворения его в воде, громоздкость. Они обычно изготавливаются стандартных объемов. Вместо колпаков для гашения гидравлических ударов в ряде случаев могут использоваться водонапорные колонны, имеющие открытую поверхность. Их высота превышает рабочий напор в трубопроводе в месте установки. При возрастании давления уровень воды в колонке повышается, и гидравлический удар затухает. Они находят применение в системах промышленного водоснабжения и орошения. К сбросной арматуре относятся специальные клапаны и устройства различных конструкций. Они делятся на две группы: 1) срабатывающие при гидравлических ударах, начинающихся с волны повышения давления, и 2) срабатывающих при ударах, начинающихся с волны понижения давления. К первой группе относятся предохранительные разрывные мембраны, предохранительные пружинные клапаны и устройства; ко второй – гасители гидравлических ударов УкрВОДГЕО. Предохранительные разрывные мембраны – это диски, изготовленные из стали, чугуна, титана и других материалов, разрушающиеся при давлении воды, превышающем расчетное; при этом часть жидкости сбрасывается и давление в трубопроводе падает. Их устанавливают на отводном трубопроводе за постоянно открытой задвижкой. После разрушения мембраны задвижку закрывают только на время замены мембраны. Клапаны пружинные предохранительные (рис. 3.10) устанавливают в местах, где существует опасность повышения давления. При давлении в водоводе, превышающем допустимое, клапан срабатывает. Поскольку они инерционны, т.е. открытие происходит с некоторым запаздыванием, то их целесообразно применять в сочетании с другими средствами защиты (например, с клапанами для впуска и защемления воздуха). Промышленность выпускает клапаны диаметром 25–200 мм. Они устанавливаются на трубопроводах диаметрами до 800 мм. Клапан защитный гидравлический КЗГ-120 (рис. 3.11) специально предназначен для защиты трубопроводов оросительных систем от гидравлического удара и недопустимого статического повышения давления. Избыточное давление снижается вследствие выброса части воды при гидравлическом ударе из трубопровода и разбрызгивания ее радиусом 12–15 м вокруг клапана в виде дождя. Поэтому устанавливать его в здании насосной станции недопустимо. Он устанавливается на стояке поливочного трубопровода после задвижки Dу = 100 мм у неподвижной опоры при рабочем давлении не выше 1,2 МПа и расходе воды в трубопроводе до 120 л/с. Существуют клапаны иных типов для данных условий работы системы. Рис. 3.10. Клапан пружинный предохранительный: 1 – клапан; 2 – шток; 3 – пружина; 4 – сбросный патрубок; 5 – соединительный фланец Рис. 3.11. Клапан защитный гидравлический: 1 – корпус; 2 – крышка; 3 – эластичная диафрагма; 4 – воздушный баллон; 5 – шпильки; 6 – трубка; 7– отсечное устройство; 8 – корпус отсечного устройства; 9 – клапан отсечной; 10 – пружина; 11 – тарировочная гайка; 12 – вантуз; 13 – отражательная тарелка Ко второй группе сбросных устройств относится гаситель гидравлических ударов конструкции УкрВОДГЕО (рис. 3.12). Его устанавливают в здании насосной станции на патрубке после обратного клапана 8. Он состоит из цилиндра 2 с клапаном 1 и поршнем 3, гидрораспределителя 4, масляного тормоза 5, а также соединительных импульсных трубок 6 и 7. При нормальной работе поршни-распределители занимают верхнее положение, при котором цилиндр гасителя соединен с водоводом до обратного клапана с помощью трубки 6. Давление на поршень и клапан гасителя одинаково, при этом водосбросное отверстие плотно закрыто тарелью клапана, поскольку ее площадь меньше площади поршня. При гидравлическом ударе, вызванном выключением насоса, давление у насоса сначала резко снижается и поэтому обратный клапан закрывается. В цилиндре гидрораспределителя, соединенном трубкой 6 с трубопроводом у насоса, давление тоже понижается. При переходе отраженной волны гидравлического удара давление перед обратным клапаном начинает возрастать. Оно действует на клапан, вследствие чего при достаточном противодействии со стороны поршня этот клапан приподнимается, часть воды сбрасывается из водовода по отводной трубе 9 и давление в трубопроводе снижается. Гасители этой конструкции рекомендуется устанавливать на трубопроводах больших диаметров. Они не реагируют на гидравлический удар, возникающий при пуске насоса, т.е. удар, начинающийся с волны повышения давления. Рис. 3.12. Гаситель гидравлических ударов Недостатки этого устройства заключаются в сложности конструкции и эксплуатации. Их не устанавливают в промежуточных точках водовода. Регулирующая арматура применяется при необходимости поддержания в напорных системах водоснабжения на требуемом уровне расхода или давления. Необходимость дросселирования возникает при ограничении подачи воды насосами, перераспределения нагрузки между совместно работающими насосами, установлении требуемого режима водовода и др. Регулирование давления необходимо в тех случаях, когда в распределительных и магистральных трубопроводах оно значительно отличается от требуемого. Давление воды можно регулировать с помощью специальных клапанов, а также регуляторов давления на базе дисковых поворотных затворов и кольцевых задвижек. Они в зависимости от конструкции могут автоматически поддерживать давление «после себя» или «до себя». Клапаны изготовляют рычажными или пружинными фланцевыми чугунными на давление ру = 1,6 МПа диаметрами 60–300 мм. Конструкция клапана рычажного приведена на рис. 3.13. Разница в конструкции клапанов типа «после себя» и «до себя» заключается лишь в том, что во втором двухсекционный клапан закрывается снизу вверх (при подъеме клапана), а в первом – сверху вниз (при опускании клапана). Давление регулируется с помощью импульсной трубки, соединяющей трубопровод с диафрагмовой камерой (головкой) и противодействующей силе рычажного механизма с грузом. В клапане типа «до себя» импульсная трубка одним концом присоединена к трубопроводу до регулятора, а другим – к диафрагмовой головке. Под действием рычага с грузом клапан находится в закрытом положении. Как только начальное давление в трубопроводе превысит установленный предел, регулируемая среда через импульсную трубку действует на диафрагму головки регулятора. Последняя, преодолевая силу рычага с грузом, открывает клапан, пропуская среду до тех пор, пока в трубопроводе до регулятора не установится заданное давление. В клапане типа «после себя» импульсная трубка одним концом присоединена к трубопроводу за регулятором, а другим – к диафрагмовой головке. Возможность использования указанных клапанов ограничена из-за их инерционности в моменты резкого изменения давления. Это может приводить к значительному повышению давления в трубопроводе. Рис. 3.13. Общий вид регулятора давления (а) и схемы его включения: б – «до себя»; в – «после себя»; 1 – головка регулятора; 2 и 4 – грузы; 3 – рычаг; 5 – шток; 6 и 7 – разгруженные золотники клапана Регуляторы давления на базе дисковых поворотных затворов с уплотнением в корпусе с программированным закрытием, как правило, вызывают повышение давления не более чем на 0,2 МПа сверх рабочего. Дисковый поворотный затвор оборудуется гидроприводом, управляющим устройством с электрическим реле и регулирующим клапаном, который настраивается на поддержание требуемого давления за или перед затвором. Повышение или понижение давления к контролируемой точке трубопровода по сравнению с требуемым передается в регулирующий орган, который заставляет работать гидропривод в направлении открытия или закрытий затвора с целью поддержания давления в заданном диапазоне. Регулятор давления Dу – 150...300 мм рассчитан на поддержание требуемого давления за затвором в диапазоне 0,3–1,2 МПа. Вместо дискового поворотного затвора может использоваться кольцевая задвижка. Раздел 4. Сооружения на водопроводной сети и водоводах Нормальная работа систем подачи и распределения воды может быть обеспечена, если созданы условия для беспрепятственного доступа к основным ее узлам. Такими узлами являются места установки арматуры и фасонных частей с фланцевыми соединениями. В этих местах устраивают водопроводные колодцы и камеры. Для определения габаритов водопроводных колодцев и их числа необходимо знать диаметр труб, размеры фасонных частей, задвижек, затворов, пожарных гидрантов и т.д., а также места их установки. Поэтому при проектировании после определения диаметров и выбора материала труб производят деталировку всех узлов сети. Правильное конструирование узлов и рациональное использование существующего сортамента арматуры и фасонных частей позволяют снизить строительную стоимость сети и уменьшить размеры колодцев и камер. Прежде всего намечают места установки гидрантов и различной арматуры, а затем осуществляют подбор необходимых фасонных частей для монтажа отдельных узлов. При определении размеров колодцев минимальные расстояния до внутренних поверхностей колодцев следует выбирать, руководствуясь требованиями СНиП. Колодцы шириной до 2,5 см, как правило, устраивают круглыми, свыше 2,5 м – прямоугольными. На рис. 4.1. показан круглый в плане колодец из сборного железобетона, предназначенный для основных узлов трубопроводов диаметром 100-600 мм. Колодец состоит из основания, рабочей камеры и горловины, которая заканчивается чугунным люком с крышкой. На рис. 4.2. показана камера из сборного железобетона (разработанная институтом Мосинжпроект), устраиваемая на водоводах и водопроводных магистралях. Высота рабочей части колодцев должна быть не менее 1,5 м. Для спуска в колодец на его горловине и стенках надлежит устанавливать рифленые стальные или чугунные скобы; допускается применение переносных металлических лестниц. Вокруг люков и колодцев, размещаемых на застроенных территориях без дорожных покрытий, следует предусматривать отмостки шириной 0,5 м с уклоном от люков. На проезжей части крышки люков должны быть на одном уровне с ее поверхностью. При заделке труб в стенках колодцев необходимо обеспечивать плотность соединений, водонепроницаемость в мокрых грунтах, а также возможность осадки стенок. Рис. 4.1. Водопроводный колодец: 1 – кольцо из железобетона; 2 – плита перекрытия; 3 – отмостка; 4 – скобы; 5 – трубы водопроводной сети; 6 – днище Рис. 4.2. Камера из сборного железобетона: 1 – водонапорная линия; 2 – горловина камеры; 3 – лестница; 4 – пожарный гидрант; 5 – железо-бетонное днище При прокладке значительных и сложных узлов трубопроводов больших диаметров для размещения коммуникаций устанавливают. При размещении задвижек в камерах предусматривается возможность управления ими с поверхности земли через небольшие люки с помощью специальных устройств. При использовании для водоводов железобетонных напорных труб с целью уменьшения габаритов камер участки водовода, непосредственно примыкающие к камере, выполняют из стальных труб. При наличии подземных вод днище и стенки колодцев и камер гидроизолируют битумом или цементным раствором. Воду из камер удаляют с помощью насосов, используя для этого приямки. При возможности сброса вод из камер в существующий водоток или дренаж следует предусматривать отвод вод из приямков по чугунным трубам в водосточный или дренажный колодец. Под действием внутренних сил давления воды в напорных водопроводных трубах возникают растягивающие напряжения, которые не могут быть восприняты стыками труб. Они появляются в местах поворота линий, на ответвлениях и тупиковых участках и на узлах сети. Для исключения смещения и повреждения трубопроводов в водопроводных колодцах и камерах или в грунте устраивают упоры в виде бетонных или кирпичных массивов. Переход водопроводной линии под железной или автомобильной дорогой достаточно ответственное сооружение, так как разрыв или повреждение их может привести к созданию аварийной ситуации. Эти переходы осуществляют, как правило, в специальных кожухах (футлярах). Кожух перехода служит для предохранения рабочего трубопровода от нагрузок, возникающих от подвижного состава, и для защиты его от воздействия агрессивных грунтов и блуждающих токов. Футляр выполняется из стальных труб. Переходы должны обеспечивать безопасное движение транспорта в период производства работ по прокладке трубопроводов, предохранение земляного полотна и покрытия дорог от размыва при возможной аварии на трубопроводах, а также предохранение трубопроводов перехода от разрушения. Переходы должны устраиваться на прямолинейных участках трубопроводов с пересечением полотна железной или автомобильной дороги под прямым углом. Переходы обычно располагают под полотном железной дороги в местах с минимальным числом путей, как правило, вне мест расположения стрелочных переводов и съездов, не ближе 10 м от опор контактной сети и фундаментов искусственных сооружений. Типовые проекты переходов водопроводных линий под железнодорожными путями разработаны институтом Мосгипротранс (рис. 4.3). Конструкцией перехода предусматривается возможность наблюдения за его работой, отключения и опорожнения его. Общая длина перехода складывается из длины кожуха и длины ремонтного участка. Кожух принимается такой длины, чтобы концы его были выведены на расстояние не менее 5 м от подошвы откоса насыпи и 3 м от бровки откоса выемки. Длина ремонтного участка принимается не менее 10 м. Рис. 4.3. Переход водопроводной линии под железнодорожными путями: 1 – водопроводный колодец; 2 – ремонтный участок; 3 – кожух; 4 – рабочая труба; 5 – выпуск; 6 – задвижка; 7 – железнодорожное полотно На трубопроводе с обеих сторон перехода устраивают колодец с запорной арматурой, установленной в целях отключения и опорожнения переходов. Диаметр рабочей трубы перехода принимают, как правило, равным диаметру рабочего трубопровода; диаметр кожуха определяют в зависимости от диаметра и материала рабочей трубы и от способа производства работ в соответствии со СНиП 2.04.02–84*. Рабочий напорный трубопровод, укладываемый в кожухе, принимается из стальных труб, так как при их укладке обеспечивается целостность стыков при затаскивании труб в кожух. Устройство переходов под железнодорожными и автомобильными дорогами может производиться бестраншейным или открытым способом. Схемы переходов под автомобильными дорогами аналогичны схемам переходов под железнодорожными. Переход водопроводных труб через реки может быть осуществлен по мосту, а также по дну реки. При переходе по дну реки водопроводные трубы укладывают в виде дюкера. Число линий труб дюкера должно быть не менее двух, при этом при выключении одной из линий по остальным должна обеспечиваться подача 100% расчетного расхода воды. Дюкеры укладывают из стальных труб повышенной прочности с усиленной антикоррозионной защитой. Глубина укладки подводной части трубопровода (до верха трубы) должна быть ниже дна водоема не менее чем на 0,5 м, а в пределах фарватера на судоходных водотоках – не менее чем на 1 м. Расстояние между линиями дюкера в свету принимается не менее 1,5 м. По обе стороны дюкера устраивают специальные колодцы с установкой в них с помощью задвижек необходимых переключений. Дюкеры собирают и сваривают на поверхности. Основными способами укладки трубопроводов под водой являются: методом свободного погружения; с плавучих и стационарных опор; опускание со льда; с плавучих средств при постепенном наращивании плетей; протаскивание плетей трубопровода по дну подводной траншеи. Целесообразность использования того или иного способа определяют на основе технико-экономического сравнения вариантов исходя из местных условий. Раздел 5. Емкости систем водоснабжения Для регулирования режима работы системы водоснабжения, создания противопожарных и аварийных запасов воды, хранения расходов на технологические нужды производств и на собственные нужды водоочистных комплексов применяют емкости. Правильность выбора места расположения, режима работы и объемов регулирующих емкостей позволяет снизить их стоимость и повысить степень надежности системы водоснабжения. Это достигается равномерной нагрузкой водоводов и магистралей, обеспечением работы основных насосных станций практически в постоянном режиме при оптимальных значениях КПД насосных агрегатов. Требуемые параметры регулирующих емкостей определяют путем анализа работы системы подачи и распределения воды при различных режимах водопотребления и техникоэкономического сравнения различных вариантов. В зависимости от способа подачи воды емкости могут быть напорными (активными) и безнапорными (пассивными). В первом случае вода поступает к потребителю под требуемым напором; во втором – для ее подачи требуется установка водоподъемного оборудования. Регулирующие емкости бывают следующих типов: водонапорные башни и колонны; резервуары; гидропневматические установки. Выбор типа емкости в каждом конкретном случае должен производиться на основе сравнения вариантов с учетом стоимости строительства, эксплуатационных расходов и расходов на оплату электроэнергии, а также надежности работы системы и эстетических аспектов. Например, стоимость единицы объема водонапорных башен выше стоимости единицы объема подземных и наземных безнапорных резервуаров, однако при нарушении электропитания подача воды потребителям от башен прекращается не сразу. Рациональным способом создания значительного запаса воды является устройство закрытых резервуаров, расположенных на топографических отметках местности, обеспечивающих требуемый напор в сети. Водонапорные башни устраивают в случае необходимости создания запасов напорной воды па территории площадки, не имеющей достаточно высоких геодезических отметок. Водонапорная башня (рис. 5.1) состоит из резервуара (бака), в котором содержится требуемый объем воды, и поддерживающей его конструкции. Резервуары водонапорных башен, как правило, устраивают круглой формы в плане. Предпочтительно, чтобы отношение высоты бака башни к ее диаметру было небольшим. В этом случае исключаются значительные колебания напоров в системе при различных режимах и обеспечиваются более благоприятные условия работы насосов. Резервуары водонапорных башен бывают железобетонными и стальными. Наиболее широкое распространение получили железобетонные резервуары, защита которых от коррозии проще и долговечнее защиты стальных. Стальные резервуары характеризуются меньшей массой, индустриальностью изготовления и монтажа, полной герметичностью. Они нашли достаточно широкое применение в зарубежных странах Резервуары могут иметь плоское или вогнутое днище. Придание вогнутым днищам полусферической, эллипсоидальной и радиально-конической форм позволяет увеличивать диаметр резервуара (при одном и том же объеме) по сравнению с диаметром резервуара с плоским днищем. Благодаря этому колебания напора могут быть сокращены до минимума. Однако резервуары с вогнутыми днищами сложнее в изготовлении. В нашей стране наиболее широко применяют резервуары с плоским и полусферическим днищами. При наличии опасности замерзания воды в резервуаре вокруг него устраивают шатер в зависимости от конструкции водонапорной башни, выполненный из железобетона, кирпича или дерева. Расстояние между стенками резервуара и шатра принимают исходя из условий эксплуатации. Для предотвращения замерзания возможно применение электрообогрева. В башнях большой вместимости при наличии обмена воды с относительно высокой температурой шатры могут отсутствовать даже в суровых климатических условиях. Бесшатровые металлические башни бывают как с теплоизоляцией, так и без нее. Рис. 5.1. Схема водонапорной башни: 1 – фундамент и подвальное помещение; 2 – подающе-отводящая труба; 3 – лестницы; 4 – сальниковые компрессоры; 5 – труба на противопожарные нужды; 6 – труба для забора воды из бака на хозяйственные нужды; 7 – бак; 8 – шатер; 9, 10 и 11 – трубы переливная, грязевая и сбросная; 12 – ствол Сверху резервуар башни перекрывается. Перекрытие (крыша) обеспечивает его жесткость и служит для защиты от температурных колебаний и загрязнений. Поддерживающие конструкции водонапорных башен выполняют из железобетона, металла и кирпича в виде сплошной стенки или колонн, имеющих различное архитектурное оформление. Наибольшее распространение получили конструкции из железобетона. Внутреннее пространство, образуемое поддерживающими конструкциями, может использоваться для технических и общественных нужд, но при условии исключения какого-либо воздействия на качество воды, находящейся в резервуаре. Башню оборудуют подводяще-отводящей трубой, диаметр которой определяется максимальным расходом подаваемой или отводимой из резервуара башни воды при скорости ее движения не более 1–1,2 м/с. Иногда предусматривают две трубы – отдельно подводящую и отводящую. Для автоматического сброса поступающей воды в бак при его переполнении устраивают переливную трубу, оборудованную приемной воронкой. Кроме того, резервуар оборудуют грязевой трубой, предназначенной для опорожнения его при ремонте и осмотре. Эта труба идет от нижней точки резервуара и через задвижку подключается к сбросной трубе. На грязевой трубе воронка не устраивается. Воду из водонапорных башен хозяйственно-питьевого водопровода сбрасывают в водосточную сеть или в открытую канавку с устройством разрыва струи. В конце трубопровода, оборудованном решеткой, устраивается обратный клапан. Для производственных систем водоснабжения сброс из резервуаров башен возможен в систему канализации, но также с разрывом струи. При жесткой заделке трубы в днище резервуара на стояках трубопроводов устраивают компенсаторы. Противопожарный запас воды из бака может забираться самостоятельным трубопроводом, оборудованным затвором, открываемым по команде с диспетчерского пункта. Резервуар оборудуется сигнальным устройством для автоматической передачи показаний уровней воды в нем. В качестве этих устройств используют поплавковые, контактные и манометрические датчики уровней. При необходимости отключения башни при пожаре она оборудуется автоматическими устройствами, обеспечивающими дистанционное отключение при пуске пожарных насосов. Строительство башен небольшой вместимости осуществляется по типовым проектам. Строительство водонапорных башен больших объемов в пределах городской застройки, предусматривающее органичное вписание этих сооружений в городской пейзаж с использованием их архитектурнопланировочных решений в целях благоустройства городской среды, а также утилитарных целях, в России весьма ограниченно. Рис. 5.2. Водонапорная башня с двумя резервуарами На объектах, имеющих несколько сетей, работающих при различных напорах, возможно устройство водонапорных башен с двумя и более резервуарами, расположенными на различной высоте. Такая башня суммарным объемом в 6000 м3 (Венгрия) показана на рис. 5.2. Водонапорные колонны находят применение в системах промышленного водоснабжения. Они дешевле водонапорных башен, проще в изготовлении и эксплуатации. Они могут использоваться как средство борьбы с гидравлическими ударами в трубопроводах и выполнять роль промежуточного резервуара между последовательно работающими насосными станциями. Водонапорная колонна представляет собой стальной или железобетонный цилиндр с плоским днищем, опирающимся на фундамент. Она заполняется на всю высоту. Полезным объемом водонапорной колонны служит только часть полного ее объема, обеспечивающая подачу воды потребителю под требуемым напором. Остальная часть объема рассматривается как аварийный запас, который может использоваться при включении специальных насосных агрегатов или без них, если в системе допускается снижение свободных напоров. Целесообразность применения водонапорных колонн для металлургических печей объясняется тем, что во время аварии подача воды в холодильники допускается со сниженным напором, обеспечивающим только проток воды через них. Для этого достаточно иметь напор на изливе около 2 м. В большинстве случаев водонапорные колонны устраивают из стали. В стальных колоннах легче устранять утечки. Однако без достаточной защиты от коррозии они быстро разрушаются. Конструкция стальной колонны вместимостью 1000 м3 на высоте 50 м и вместимостью 2600 м3 на высоте от 9 до 50 м, разработанная ЦНИИЭП инженерного оборудования, приведена на рис. 5.3. Рядом с колонной предусмотрена насосная станция, позволяющая подавать воду в количестве 2700 м3/ч с напором 58 м при сработке уровня воды в ней ниже допустимого. Железобетонные колонны имеют преимущества в архитектурном оформлении по сравнению с колоннами других типов. Они дешевле в эксплуатации, но имеют большую массу. Водонапорные колонны, как и башни, оборудуются системой трубопроводов и арматуры. Недостатком колонн является возможность застоя воды в них, что может приводить к ухудшению качества воды. Рис. 5.3. Схема водонапорной колонны, совмещенной с насосной станцией подкачки: 1,2 – трубопроводы подводяще-отводящий и переливной; 3 – насосная станция Резервуары, как было сказано; бывают активными (напорными) и пассивными (безнапорными). Активные резервуары устраивают на возвышенных отметках. Они выполняют ту же роль, что и водонапорные башни. Из пассивных резервуаров вода к потребителю подается с помощью водоподъемных установок. Эти резервуары обычно используются как регулирующие емкости на станциях очистки воды, а также в черте города или промышленного предприятия для хранения противопожарного либо аварийного запаса воды. В современных условиях в основном применяют резервуары из железобетона. Они бывают различных конструкций, круглой и прямоугольной форм и выполняются различными способами строительства. В некоторых странах находят применение стальные резервуары. Однако из-за большой металлоемкости, трудности защиты от коррозии и необходимости устройства термоизоляции они не нашли широкого применения. В зависимости от заглубления резервуары подразделяются на подземные и полуподземные. Они бывают объемом от нескольких сот до десятков тысяч кубических кубометров и выполняются по типовым проектам. На территории, снабжаемой водой из резервуаров одного назначения, их должно быть не менее двух. Объем резервуаров следует назначать таким образом, чтобы при выключении одного из них в остальных сохранялся противопожарный и аварийный запас в размере не менее 50 %. Если в резервуарах не находится противопожарный и аварийный запас, то возможно устройство одного резервуара. Резервуары оборудуются подводящими и отводящими трубопроводами, переливными и спускными устройствами, системой вентиляции, люками для прохода обслуживающего персонала и транспортирования оборудования, контрольно-измерительной аппаратурой. В целях предотвращения застаивания воды и изменения ее качества в резервуарах хозяйственно-питьевого назначения должен быть обмен пожарного и аварийного объемов в течение 2 суток. Компоновка оборудования и трубопроводов резервуаров зависит от их назначения. Схема оборудования напорного резервуара, содержащего кроме питьевого противопожарный запас воды, показана на рис. 5.4. В напорном резервуаре для лучшей циркуляции воды, обеспечивающей ее обмен, подающий 2 и отводящий 9 трубопроводы располагаются в противоположных частях резервуара. Подающий трубопровод оборудован поплавковым 3, а отводящий обратным приемным 5 клапанами. Трубы для подачи и забора воды в камере переключений 12 через задвижку 7 присоединяются к подающе-отводящим трубопроводам 14, которые присоединены к распределительной сети. Рис. 5.4. Схема оборудования водонапорного резервуара Забор воды на противопожарные нужды осуществляется трубопроводом 10 с обратным приемным клапаном на конце. Переполнение резервуара исключается благодаря устройству переливной трубы 8, присоединенной к сбросной трубе 13. Воздухообмен в резервуаре обеспечивается вентиляционными трубами 4. Для опорожнения резервуара при ремонте и его очистки от образующегося осадка приямок 6 соединен с грязевой трубой 11, отводящей воду в канализацию. Гарантировать неприкосновенность противопожарного запаса в напорных резервуарах можно различными способами. Первый способ предусматривает отбор хозяйственно-питьевых и противопожарных расходов с разных отметок (рис. 5.5, а). При втором способе (рис. 5.5, б) на хозяйственно-питьевом трубопроводе устраивается колено, в верхней части которого имеются отверстия, расположенные на отметке верха противопожарного уровня. Колено работает как сифон, в котором происходит срыв вакуума при снижении уровня воды до указанной отметки. Третий способ обеспечивает сохранность противопожарного запаса путем устройства колодца (рис. 5.5.в), верхнюю кромку которого устанавливают на отметке верхнего уровня. Вода на хозяйственно-питьевые нужды забирается через трубопровод, конец которого расположен внутри колодца. Рис. 5.5. Схема сохранения неприкосновенного противопожарного запаса воды в водонапорном резервуаре: а – размещение водонапорных труб на разных отметках; б – устройство сифона; в – устройство цилиндрического всасывающего колодца; 1 – резервуар; 2 – уровень пожарного запаса; 3 – обратный приемный клапан; 4 – труба для отбора воды на хозяйственнопитьевые нужды; 5 – то же, на противопожарные нужды; 6 – приямок; 7 – сифон; 8 – отверстия; 9 – цилиндрический колодец Безнапорные резервуары в отличие от напорных пополняются не от сети, а от очистных сооружений или от насосной станции. Неприкосновенность противопожарного запаса в этом случае можно обеспечить путем автоматизации работы насосной станции, забирающей воду из резервуара. При снижении уровня воды, соответствующего противопожарному запасу, на диспетчерский пункт подается сигнал. В системах водоснабжения небольших объектов иногда находят применение гидропневматические установки. Они выполняют роль водонапорной башни. Требуемый напор в них создается давлением сжатого воздуха. Эти установки бывают переменного и постоянного давления. Схема установки переменного давления показана на рис. 5.6. В часы минимального водопотребления, когда подача воды насосами 2, забирающими воду из резервуара 1, превышает водозабор, избыток воды поступает в водовоздушный бак 5. При этом повышается уровень воды и увеличивается давление воздуха вследствие его сжатия. При достижении максимального уровня в баке, соответствующего отметке z2 реле давления 4 размыкает цепь питания катушки магнитного пускателя 3 и электродвигатель насоса отключается от питающей его электросети. С этого момента подача воды в водовод 7 осуществляется от гидропневматического бака под давлением сжатого воздуха pmax. В процессе сработки уровня воды давление в баке снижается. При достижении уровня, соответствующего отметке z1 давление в баке снизится до pmin. В этот момент реле включает электродвигатели насосов. Рабочий цикл установки повторяется. Минимальное давление pmin назначается из условия обеспечения требуемого свободного напора в диктующей точке водоразбора. Во все остальные моменты, когда р > pmin, свободный напор в этой точке будет выше требуемого. Рис. 5.6. Схема гидропневматической установки Регулирующий объем водовоздушного бака 5, заключенный между уровнями z1, и z2, определяется путем совмещения графиков подачи и потребления воды. Существует схема таких установок с двумя баками, один из которых предназначен для воды, а другой для сжатого воздуха. Они соединены друг с другом трубопроводом. Эти установки рассчитаны на большую производительность. В гидропневматических установках переменного давления насосы должны работать в широком диапазоне характеристики Q–Н. В процессе эксплуатации определенная часть воздуха, находящегося в баке, растворяется в воде, вытекает через неплотности. Для поддержания давления воздуха в баке установка оборудуется компрессором 6. В основе расчета установок лежит закон БойляМариотта. Установки постоянного давления позволяют с помощью регулятора давления поддерживать постоянное давление воздуха в гидропневматическом баке и тем самым обеспечивать постоянство расхода и давления у потребителя. Эти установки несколько сложнее описанных выше. Они могут применяться в системах пожаротушения и промышленного водоснабжения, если изменение напора приводит к недопустимым колебаниям расходов воды.