Водопроводные сети, водоводы и сооружения на них

  Транспортирование воды к потребителям осуществляется по водоводам, соединяющим отдельные элементы системы водоснабжения, и водопроводным сетям, распределяющим воду по территории данного объекта.
Водоводы и водопроводные сети должны отвечать определенным требованиям надежности и экономичности. Это достигается правильным выбором трассы водоводов и конфигурации сети, материала и диаметров труб, режима их работы. При выборе, отводе и использовании земель под трассы водоводов должны соблюдаться Основы земельного законодательства и ряд нормативных актов. В соответствии с этими документами водоводы, как правило, прокладываются вблизи дорог с учетом границ землепользования и севооборотов. Если это приводит  к значительному удлинению трассы, необходимо технико-экономическими расчетами обосновать ее начертание с учетом дополнительных расходов на временное использование посевных площадей и потраву посевов в случае ликвидации аварий.
  Водоводы прокладывают в одну, две и более ниток. Их целесообразно прокладывать на относительно возвышенных отметках местности с минимальным числом искусственных со-оружений, в местах, доступных для эксплуатации и производства ремонтных работ. Для обеспечения заданного уровня снабжения водой потребителей между параллельно уложенными водоводами устраивают переключения, а вдоль трассы и на территории объекта могут устанавливаться емкости.
  Водоводы по способу транспортирования воды подразделяются на напорные и безнапорные. Перекачка воды по напорным водоводам может осуществляться насосами или в результате разницы пьезометрической отметки уровня воды в источнике и расчетной пьезометрической отметки в  месте водоотбора. Первые водоводы называются нагнетательными, вторые - гравита-ционными напорными или самотечно-напорными.
  Безнапорные водоводы (гравитационные самотечные) работают неполным сечением. Область их применения не столь широка по сравнению с напорными водоводами. Их применение  зависит от разности отметок начальной и конечной точек пути подачи воды, рельефа местности, расстояния между узлами подачи и отбора воды. Использование безнапорных труб приводит к уменьшению единичной стоимости таких водоводов по сравнению с напорными. Однако увеличение протяженности трассы из-за необходимости обеспечения требуемых уклонов может привести к возрастанию их общей строительной стоимости.
  Водопроводная сеть устраивается для транспортирования и отдачи воды потребителям по всей территории объекта. Конфигурация сети зависит от планировки объекта, формы его поверхности, наличия естественных и искусственных препятствий, рельефа местности, расположения  крупных потребителей воды, места расположения источника водоснабжения и т. д. По конфигурации сети бывают кольцевыми, разветвленными или тупиковыми и смешанными.
  Кольцевые сети гарантируют надежную и бесперебойную подачу воды, смягчают действие гидравлических ударов, имеют меньшие диаметры труб и обеспечивают циркуляцию воды. Не-достатком кольцевой сети является большая протяженность, а следовательно, высокая стоимость.
Линии сети, транспортирующие основные потоки воды, называются магистральными. Вне зависимости от типа сети магистрали должны прокладываться в направлении основных потоков воды и охватывать всю территорию населенного пункта.

{mospagebreak}
  Расположение узла питания и форма территории, а, позволяют ограничиться несколькими магистралями в виде пучка линий вдоль города, идущих из узла питания.
  Наличие нескольких источников питания или нескольких регулирующих емкостей должно учитываться конфигурацией магистральной сети.
  В кольцевых сетях помимо магистралей имеются перемычки, предназначенные в основном для перераспределения воды между магистралями при аварии на одной из них. Вода от магистральной сети к домовым ответвлениям и пожарным гидрантам при пожаре подается по распределительной сети, прокладываемой по улицам и проездам. Диаметры этой сети в отличие от магистральной, как правило, не рассчитываются, а принимаются в соответствии с пропускаемым пожарным расходом. Распределительная сеть оказывает существенную помощь системе магистральных линий во время аварии при переброске расходов воды с одних магистралей на другие.
Отбор воды может происходить и от линий магистральной сети, если их диаметры невелики. При больших диаметрах магистралей экономически оправдано применение так называемых сопровождающих линий, прокладываемых между узлами параллельно участку магистрали. К этим линиям присоединяются домовые ответвления.
В водопроводах малых населенных пунктов или в концевых участках городской сети нет различия между магистральными и распределительными линиями, так как все они участвуют и в транспортировании, и в отдаче воды потребителям. Такая водопроводная сеть называется обезличенной, и диаметры всех линий сети должны определяться расчетом.
  Обычно гидравлическому и технико-экономическому расчетам подвергаются магистральные сети, что значительно облегчает процесс их проведения, анализ результатов и принятие решений.
  Система магистральных линий и перемычек образует кольца, как правило имеющие удлиненную форму, вытянутую в направлении основного потока воды. Распределительная сеть, примыкающая к магистральной, будет в основном также представлять систему взаимно перекрещивающихся линий.
  При устройстве разветвленной сети  подача воды потребителю возможна по единственному направлению. Разветвленная сеть дешевле, чем кольцевая, но она менее надежна: авария на любом участке этой сети приводит к перерыву подачи воды потребителям, находящимся за местом ее возникновения. Применение разветвленной сети возможно на объектах, допускающих перерыв в подаче воды на период ликвидации аварии. Обеспечение надежности работы этих сетей достигается устройством аварийных резервуаров.
  Для большинства объектов водоснабжения сети проектируют кольцевыми , особенно при объединении хозяйственно-питьевой системы водоснабжения с противопожарной. Устройство смешанных сетей, представляющих собой комбинацию кольцевых и разветвленных сетей, можно рассматривать в большинстве случаев как временную меру снабжения водой до превращения сетей в кольцевые при дальнейшем развитии водопровода.
Первоочередной задачей при проектировании и расчете водоводов и водопроводных сетей является обоснование выбора линий трасс на плане. Трассировку производят исходя из условия обеспечения надежности работы водоводов и сетей и наименьшей строительной стоимости. Трассировка зависит от планировки населенного пункта, размещения отдельных крупных потребителей, наличия естественных и искусственных препятствий при прокладке труб (рек, каналов, оврагов, железнодорожных путей и т. п.), рельефа местности.
  Желательно прокладывать магистрали по повышенным отметкам для создания напора в распределительной сети. Кроме того, выбор трассы зависит от места расположения регулиру-ющих емкостей.
  При выборе трассы водоводов стремятся проложить их по кратчайшему расстоянию от водопитателя до сети; по территории с минимальным числом промышленных предприятий; вблизи автодорог для удобства обслуживания; в геологических условиях, обеспечивающих минимальные затраты на строительство.
  Магистральные линии прокладывают в направлении движения по кратчайшему пути основной массы воды к наиболее крупным потребителям и регулирующим емкостям. Для надежности делают не менее двух параллельных магистральных линий на расстоянии 400-800 м. Магистрали соединяются перемычками через 600-1000 м.

Водонапорные башни и пневматические установки

  Водонапорные башни необходимы для регулирования режима работы насосной станции II подъема в соответствии с режимом водопотребления. При значительной неравномерности во-допотребления практически трудно (либо невыгодно) достигнуть совпадения потребления и подачи воды.
  Регулирующий объем водонапорной башни определяют по совмещенным ступенчатым или интегральным графикам работы насосов и водопотребления. Дополнительно объем бака башни должен содержать противопожарный запас, рассчитанный для населенных пунктов на тушение одного внутреннего и одного наружного пожара в течение 10 мин, а для промышленных предприятий - на тушение только одного внутреннего пожара. Иногда в водонапорной башне содержится и аварийный запас воды.
  Регулирующий объем бака определяют по максимальному остатку в нем воды. Как видно из таблицы, регулирующий объем бака при ступенчатой работе насосов равен 5,2 %, а при равномерной работе - 19,16 %, т. е. при ступенчатой работе насосов можно значительно сократить объем бака.
Графический расчет выполняют путем построения интегральной кривой водопотребления и графика подачи воды насосами. Регулирующий объем бака равен сумме наибольших разностей ординат между кривыми 1 и 2. При равномерной работе насосов эта сумма составляет 1З,02 + 6,14 = 19,16 % суточного расхода.
  Водонапорная башня состоит из резервуара или бака и поддерживающей конструкции (ствола). В районах с суровым климатом вокруг бака устраивают шатер. Существуют несколько схем подающих и отводящих труб водонапорной башни.

  Определение требуемого регулирующего объема бака водонапорной башни для равномерного и ступенчатого режимов работы насосов в течение суток, % :

{mospagebreak}

  Вода в бак подается по трубе на отметку, соответствующую наибольшему наполнению. На конце трубы установлен поплавковый клапан для автоматического закрытия подающей трубы при наполнении бака. Из бака вода отводится по трубам. Труба оборудована обратным клапаном, препятствующим поступлению по ней воды в бак. Конец трубы с сеткой расположен на некоторой высоте над дном с тем, чтобы не происходило засасывания осадка, который может скапливаться на дне бака. Задвижка предназначена для отключения водонапорной башни от сети. К переливной трубе с воронкой присоединена грязевая труба с задвижкой, предназначенная для удаления скапливающегося на дне бака осадка и отвода воды при его промывке. При жесткой заделке труб в днище резервуара на стояках трубопроводов устраивают сальниковые компенсаторы.
  При такой схеме оборудования водонапорной башни обеспечивается постоянное перемешивание воды в баке, что способствует ее незамерзанию. Для оборудования башни применяют стальные трубы. С целью осмотра бака снаружи и внутри устанавливают лестницы.
  Резервуары водонапорных башен, как правило, устанавливают 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 широко распространены железобетонные резервуары, защита которых от коррозии проще и долговечнее защиты стальных. Все более широкое распространение получает предварительно напряженный железобетон, повышающий одонепроницаемость баков. Стальные баки характеризуются меньшей массой, индустриальностью изготовления и монтажа, полной герметичностью. Они широко применяются  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 вогнутым днищами.
При наличии опасности замерзания воды в резервуаре вокрyr него устраивают шатер, который в зависимости от конструкции водонапорной башни выполняется из железобетона, кирпича или дерева. Для предотвращения замерзания возможно применение электрообогрева.
  В башнях большой вместимости при наличии обмена воды относительно высокой температурой шатры могут отсутствовать даже в суровых климатических условиях. Бесшатровые ме-таллические башни бывают как с теплоизоляцией, так и без нее.
  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. Наиболее распространены конструкции из железобетона. Внутреннее пространство, образуемое поддерживающими конструкциями, может использоваться для технических и общественных целей, но при условии исключения какого-либо воздействия на качество воды, находящейся в резервуаре.
  Водонапорные башни могут быть выполнены также из кирпича и дерева. Деревянные водонапорные башни применяют в основном на временных водопроводах.
  Башни оборудуют сигнализацией, передающей показания уровня воды на насосную станцию или диспетчерский пункт водопроводного хозяйства.
  В системах водоснабжения небольших объектов иногда применяют гидропневматические установки. Они выполняют роль водонапорной башни. Требуемый напор в них создается давле-нием сжатого воздуха.
  Эти установки бывают переменного и постоянного давления. Схема установки переменного давления показана на. В часы минимального водопотребления, когда подача воды насосами, забирающими воду из резервуара, превышает водозабор, избыток воды поступает в водовоздушный бак. При этом повышается уровень воды и увеличивается давление воздуха вследствие его сжатия. При достижении максимального уровня в баке, реле давления размыкает цепь питания катушки магнитного пускателя и электродвигатель насоса отключается от питающей его электросети. С этого момента подача воды в водовод осуществляется от гидропневматического бака под давлением сжатого воздуха Р mах . В процессе сработки уровня воды давление в баке снижается. При достижении уровня,  давление в баке снизится до Р min.  В.этот момент реле включает электродвигатели насосов. Рабочий цикл установки повторяется. Минимальное давление P min назначается из условия обеспечения требуемого свободного напора в диктующей точке водоразбора. Во все остальные моменты, когда Р > P min  свободный напор в этой точке будет выше требуемого.
  Регулирующий объем водовоздушного бака, 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.
  Установки постоянного давления позволяют с помощью регулятора давления поддерживать постоянное давления 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.