Автор: Бухаркин Е.Н. Овсянников В.М. Орлов К.С.
Теги: санитарно-техническое оборудование зданий и его монтаж отдельные виды строительства строительство строительные конструкции
ISBN: 5-06-003827-0
Год: 2001
Текст
Инженерные
сети
Оборудование
зданий
и сооружений
(Д) ВЫСШАЯ ШКОЛА
Инженерные
сети
Оборудование
зданий
и сооружении
Под редакцией проф. Ю. П. Соснина
Допущено Учебно-методическим объединением
вузов Российской Федерации
по строительному образованию
в качестве учебника
для студентов заочных отделений
высших учебных заведений,
обучающихся по специальностям
«Промышленное в гражданское строительство»
и «Производство строительных материалов,
изделий и конструкций»
Москва
"Высшая школа” 2001
УДК 696
ББК 38.76
И62
Авторы; н- БухаРкян> В- В. Кутпвирюк, В. М. Овсаяняков,
К. С. Орлов, О. Р- Самусь, К). П. Соснин, К. Н. Спасский, С. А. Хачатурян
Рецензенты: цр°Ф-» Д'Р 'кхв- наук Н. В. Калхунов, (Московский институт
коммунального хозяйства и строительства)
дроф-, д-р техн, наук А. В. Забегаев (МГСУО
Инженер10*16 сета, оборудование зданий и сооружений: Учеб-
11 62 ник/Е. Н. Бухаркин, В. М. Овсянников, К. С. Орлов и др.; Под
ред. Ю- П- Соснина.— М.: Высшая школа, 2001. — 415 с.
ISBN 5-06-003827-0
В книге о<Ражены последние достижения строительной техники в области
санитарно-тех»инески’[ систем, оборудования, теплогазоснабжения, вентиля-
ции и кондий0°ниРовання ‘W3- Учебник впервые снабжен упрощенными
схемами и структуризацией основных теоретических положений, дающими
возможность вспользовавия материала в дистанционном процессе обучения.
Для cmyffi*1”08 строительных специальностей вузов с заочной формой
обучения.
ISBN 5-06-003827-0 © ГУП «Издательство «Высшая школа», 2001
Опигиня п-мяяет данного издания является собствевностью издательства «Вы-
сшая школа» и ег° репродуцирование (воспроизведение) любым способом без
согласия издательсгэа запрещается
ПРЕДИСЛОВИЕ
Учебник «Инженерные сета, оборудование зданий и сооруже-
ний» предназначен для вузов, готовящих инженеров по специаль-
ностям (290300) «Промышленное и гражданское строительство»
и (290600) «Производство строительных материалов, изделий и кон-
струкций» по заочной форме обучения и в экстернатуре. Структура
и содержание учебника отражает действующую программу по дис-
циплине «Инженерные сети, оборудование зданий и сооружений»,
по которой до настоящего времени не было единого учебника.
В нем рассматриваются основные законы гидравлики и термодина-
мики, вопросы водоснабжения и водоотведения в городах, кондици-
онирования, вентиляции, тепло- и газоснабжения жилых и админи-
стративных зданий. Учебник может быть успешно использован
и при дистанционном обучении студентов заочных отделений, пото-
му что наиболее трудные разделы курса изложены в нем в виде
структурных схем, графиков и таблиц, что значительно упрощает
процесс усвоения материала по данной дисциплине. Студенты легко
могут проверить уровень своей подготовки, ответив на контроль-
ные вопросы, приведенные после каждой главы учебника.
В учебнике отражены последние достижения строительной тех-
ники в области санитарно-технических систем и оборудования зда-
ний и сооружений, использованы основные положения и требования
СНиПов и ГОСТов последних лет. Приведены компьютерные про-
граммы гидравлических расчетов водопроводных сетей с исполь-
зованием среды Excel. В приложении содержатся основные данные
для выполнения практических расчетов и заданий.
В разработке учебника принимал участие профессорско-препода-
вательский состав кафедр «Гидравлика и гидравлические машины»,
«Теплогазоснабжение и вентиляция» Московского государственно-
го открытого университета.
В главе 1 д-ром техн, наук, проф. Овсянниковым В. М. изложены
теоретические вопросы по гидравлике, основные особенности явле-
ния гидравлического удара в трубах рассмотрены д-ром техн, наук,
проф. Хачатуряном С. А., примеры и методы решения типовых
задач по гидравлике подготовлены канд. техн, наук, доц. Лелее-
вой Н. М.
Главы 2 — 6, посвященные вопросам водоснабжения и водо-
отведения в городах, эффективной работе очистных сооружений
по обработке питьевой и сточных вод, санитарно-техническому
оборудованию жилых зданий, проектированию временных сетей
водопровода и канализации на строительных площадках, разрабо-
таны проф. Самусь О. Р.
Основные особенности работы центробежных насосов, насосных
водопроводных и канализационных станции изложены канд. техн,
наук, доц. Спасским К. Н.
Примеры решения задач с использованием компьютера выпол-
нены д-ром техн, наук, проф. Овсянниковым В. М.
Глава 7 изложена канд. техн, наук, доц. Кушнирюком В. В.
Главы 8 — 9 написаны канд. техн, наук, доц. Кухаркиным Е. Н.
Глава 10 разработана д-ром техн, наук, проф. Сосниным Ю. П.
Главы 11, 12, 13 написаны проф. Орловым К. С.
Научное редактирование учебника провел д-р техн, наук, проф.
Ю. П. Соснин.
Авторы выражают благодарность проф. Трегубенко Н. С., проф.
Соскову В. И. за ценные советы и замечания при подготовке руко-
писи, а также Славгородской Т. Б., Ступковой Н. А. за помощь
в оформлении материала.
Замечания и предложения, касающиеся содержания учебника,
будут приняты авторами с благодарностью.
Авторы
ВВЕДЕНИЕ
Сети водоснабжения, водоотведения (канализации), отопления,
газоснабжения, вентиляции, кондиционирования воздуха относятся
к инженерным сетям и оборудованию зданий и сооружений.
Водоснабжение, отопление и газоснабжение основаны на исполь-
зовании природных ресурсов, запасы которых ограничены и поэто-
му требуют к себе экономного хозяйственного отношения. В этой
связи очень важна разработка научно обоснованных норм потребле-
ния воды, газа, тепла и использования более совершенного обору-
дования, обеспечивающего высокий уровень благоустройства жилья
и необходимых технологических процессов в промышленности
и сельском хозяйстве.
При проектировании и строительстве инженерных систем зданий
и сооружений уделяется большое внимание снижению стоимости
строительно-монтажных работ, экономии металла, дефицитных ма-
териалов при улучшении качества строительства и повышении наде-
жности работы оборудования в процессе его эксплуатации.
Качественная очистка сточных вод имеет важное санитарно-
гигиеническое, экологическое значение, сохраняя окружающую сре-
ду и предотвращая возникновение эпидемиологических заболеваний
населения.
Отечественная наука достигла больших успехов в области до-
бычи и транспортирования воды, газа и других энергоресурсов,
очистки сточных вод. Мировую известность получили работы
ученых Н. Е. Жуковского, В. Г. Шухова, М. А. Михеева, Б. С. Пе-
тухова.
Содержание представленного учебника «Инженерные сети, обо-
рудование зданий и сооружений» отражает основные направления
решения представленных выше проблем.
Специалисты, которые будут работать над их решением,
должны обладать знаниями в широком круге смежных специаль-
ностей. Поэтому в книгу включены разделы гидравлики, термоди-
намики, работы насосного оборудования. Значительное внимание
в учебнике уделяется вопросам эффективной работы сооружений
систем водоснабжения и канализации городов. Рассматриваются
вопросы проектирования насосных водопроводных и канализацион-
ных станций. Важное место занимают задачи, связанные с очисткой
сточных вод.
Описывается работа основных элементов, входящих в системы
внутреннего водопровода и канализации жилых зданий, приводится
методика гидравлического расчета внутреннего водопровода с ис-
пользованием компьютера. Даются рекомендации по эффективно-
му устройству временных сетей водопровода и канализации на
строительных площадках в условиях городов.
Использование газообразного топлива создает предпосылки для
самого экономичного получения тепловой энергии для коммуналь-
но-бытовых нужд современных зданий. Наша страна обладает зна-
чительными запасами природного газа, рациональное использова-
ние которого связано с применением передовых приемов его до-
бычи, транспортировки, сжигания. Знание современных сетей газо-
снабжения и газоиспользующего оборудования позволит с наиболь-
шим социально-экономическим эффектом потреблять природный
газ.
Современные технологии различных производств немыслимы
без осуществления современных отопительно-вентиляционных си-
стем и кондиционирования воздуха.
Главная цель отопления зданий — создание теплового комфор-
та в помещениях. Затраты на отопление зданий являются наиболь-
шими из всех затрат теплоты на коммунально-бытовые нужды:
отопление, вентиляцию, кондиционирование воздуха. Это объясня-
ется условиями эксплуатации зданий в холодный период года на
большей части территории страны, когда теплопотери через огра-
ждающие конструкции зданий значительно превышают внутренние
тепловыделения.
Качество воздушной среды помещений в течение года определя-
ется эффективностью действия систем вентиляции и кондициониро-
вания воздуха.
В настоящее время отопительно-вентиляционная техника и кон-
диционирование воздуха переживают бурное развитие в связи с не-
обходимостью коренной модернизации практически всех отраслей
хозяйства.
Для централизованного теплоснабжения промышленных, ком-
мунально-бытовых потребителей и объектов строительства широко
применяются паровые и водогрейные котлы, которые являются
источниками теплоты для тепловых сетей.
Тепловые сети являются связующим звеном между источниками
теплоты и потребителями ее на местах. Для теплоснабжения жили-
щно-коммунальных потребителей в качестве теплоносителя исполь-
зуют горячую воду, а промышленные потребители, кроме того,
используют водяной пар.
При теплоснабжении жилищно-коммунальных потребителей су-
щественное место отводится горячему водоснабжению. Горячая
вода для водозабора может приготовляться на местах в водяных
подогревателях (закрытая схема) или непосредственно отбираться
из теплосети (открытая схема). В тепловых сетях, а также в местах
теплового потребления имеют место разнообразные тепловые про-
цессы с паровым и водяным теплоносителями, физика которых
излагается в разделе «Термодинамика».
Раздел I. Водоснабжение и водоотведение
ГЛАВА 1. МЕХАНИКА ЖИДКОСТИ
Теоретической базой для расчета систем водоснабжения и водо-
отведения является механика жидкости, зародившаяся как экспери-
ментальная наука и получившая теоретическое обоснование в рабо-
тах Паскаля, Ньютона, Эйлера, Д. Бернулли, и оформившаяся
затем в современную гидродинамику, благодаря работам О. Рей-
нольдса, И. Е. Жуковского, Л. Прандтля.
Механика жидкости имеет три раздела: гидростатику, кинемати-
ку жидкости и гидродинамику. Предпошлем этим разделам раздел
с описанием общих свойств жидкости.
Движущаяся жидкость характеризуется скоростью, плотностью
и давлением.
Плотность — это отношение массы к объему, занимаемому
этой массой. Плотность в системе СИ измеряется в кг/м3 и для
воды составляет 1000 кг/м3. Система СИ использует в качестве
основных единиц длину, измеряемую в метрах (м), время, измеря-
емое в секундах (с), массу, измеряемую в килограммах (кг).
Давление — это отношение силы, действующей на площадку
в нормальном к площадке направлении, к площади площадки:
Для измерения давления в системе СИ используется единица
Паскаль (Па), равная силе в 1 Ньютон (Н), распределенной по
плошади 1 м2:
1 Па=1 Н/1 м2.
Имеются более крупные единицы — килопаскаль (кПа) и мега-
паскаль (МПа)
1 кПа—1000 Па, 1 МПа = 10* Па.
Нередко применяется внесистемная единица измерения давле-
ния — техническая атмосфера (атм)
8
1 атмаЮ’ Па=0,10 МПа.
Сжимаемость жидкости проявляется при очень больших давле-
ниях, имеющих величину порядка 20000 атм. Известно, что если
взять объем жидкости при нормальных условиях и приложить
давление 20000 атм, то первоначальный объем жидкости уменьшит-
ся в 2 раза.
При меньших давлениях сжимаемость жидкости проявляется
более слабо, однако в инженерных задачах это свойство жидкости
нужно учитывать. Коэффициент сжимаемости жидкости вводится
на основании следующего опыта. Если в сосуде имеется объем
жидкости w при давлении р и давление увеличилось на Др, то
изменение объема жидкости составит Aw или минус Дм>, если учесть
знак.
Коэффициентом сжимаемости жидкости называется величина
&=““ °0
Для воды величина коэффициента сжимаемости равна
&.=-----, атм х=------, Па
20000 2-10’
Приведем задачу, на основании которой может быть проил-
люстрировано влияние сжимаемости жидкости при сравнительно
небольших давлениях.
Трубопровод длиной L и диаметром d заполнен водой при
давлении 1 атм. Сколько надо добавить воды, чтобы давление
в трубопроводе повысить на величину Др=20 атм.
Задача относится к ситуации, когда вновь построенный трубо-
провод хотят проверить на герметичность и прочность сварных
соединений, т. е. провести опрессовывание трубопровода. Для мно-
гих установок, работающих при повышенном давлении, принято
производить испытание при давлении, на 25% превышающем то
давление, при котором этой установке придется работать. Для
решения задачи возьмем формулу (1-1), определяющую коэффици-
ент сжимаемости рт разрешим ее относительно Aw/w и подставим
в нее исходные данные:
(Aw)/w= —(Ap)pw= —(20, атм) (20000-1, атм)= —1/1000.
Это значит, что для проведения опрессовывания трубопровода,
заполненного водой, надо иметь 1/1000 долю от уже имеющегося
в трубопроводе количества воды.
9
Если трубопровод имеет большую протяженность и большой
диаметр, то количество жидкости, необходимой для опрессовыва-
ния, может быть достаточно большим.
1.1. ЗАКОН ПАСКАЛЯ
Гидростатика рассматривает жидкость и погруженные в нее тела
в состоянии покоя. На жидкость действуют объемные силы и по-
верхностные. Объемной силой является сила веса в поле земного
тяготения. Поверхностной силой является давление. Давление в
жидкости (и в газе) является сжимающим. Гидростатическое давле-
ние, как показали опыты, действует одинаково по всем направлени-
ям ориентации площадки, на которую оно воздействует. Поэтому
давление зависит только от координаты точки, в которой оно
рассматривается.
Давление обычно создается силой веса, действующей на жид-
кость, т. е. объемной (массовой) силой, воздействующей на слои
жидкости, лежащие выше рассматриваемой точки, и поверхностной
силой, действующей на свободную поверхность жидкости, напри-
мер со стороны атмосферного воздуха. В сосуде, наполненном
водой (рис. 1.1), давление воды р в точке, расположенной на глубине
h, будет определяться весом лежащего выше столба жидкости еди-
ничного поперечного сечения pgh и давлением на поверхности ра
p=pgh+pB,
зррсь g — ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с2. Давление
жидкости линейно возрастает с ростом глубины Л, что показано
в виде эпюры давления на рис. 1.1.
Давление, приложенное к внешней поверхности жидкости, пере-
дается всем точкам этой жидкости и по всем направлениям одина-
ково (закон Паскаля).
Величина превышения давления жидкости над атмосферным
давлением рл называется избыточным (манометрическим) давле-
нием
Р*=Р~Рь
Имеются случаи, когда давление в жидкости может быть мень-
ше атмосферного. Это бывает, например, в жидкости, движущейся
во всасывающей трубе насоса. Тогда говорят о вакуумметрическом
давлении р„, понимая под этим разность атмосферного давления
и давления в рассматриваемой точке жидкости р„=рв—р-
Если имеется водонапорная башня высотой Н, то избыточное
давление у подножья башни, создаваемое весом воды, pa=pgH.
10
Рис. 1.1. Распределение
гидростатического давле-
ния по глубине в сосуде,
наполненном жидкостью
Если водолаз опустился под воду на
глубину 10 м, то на него действует давле-
ние p=pgh+p„ где рл будет атмосферным
давлением, равным примерно 1 атм. Если
мы подставим р—1000 кг/м3, g=9,8 м/с2,
Л=10 м, то получим р—2’10s Па.
Таким образом на водолаза действует
абсолютное давление в 2 атм, первая ат-
мосфера от давления воздуха, а вторая
атмосфера от слоя воды.
Задачи гидростатики часто носят та-
кой характер. Имеется емкость с водой
и необходимо определить силу, действу-
ющую со стороны воды на некоторую
площадку (см. рис. 1.1) на стенке этой
емкости. Если площадка расположена на вертикальной стенке, то
горизонтальная сила Fc равна произведению давления вблизи пло-
щадки на ее площадь S'.
Трудности возникают тогда, когда вертикальная площадка име-
ет большую протяженность по высоте. В этом случае давление
в нижнем конце площадки является большим, а в верхнем конце
площадки меньшим. Тогда горизонтальная сила, действующая на
вертикальную площадку, равна площади, умноженной на давление
жидкости в центре площадки.
На рис. 1.2 показано несколько форм площадок. Для площадок,
имеющих вид круга, квадрата, ромба, приведенный выше способ
вычисления пригоден, а для треугольника, не имеющего осевой
симметрии относительно горизонтальной оси, такой способ расчета
непригоден. В частном случае, если прямоугольная площадка имеет
высоту h, совпадающую с глубиной слоя жидкости, то F-=Spgh(2,
где h - - глубина, S — площадь. Для прямоугольной площадки, ес-
ли сосуд имеет поперечную длину b, S=h b.
Несколько сложнее дело обстоит со случаем криволинейных
стенок. Если стенка имеет криволинейный вид и если ее спроектиро-
вать на вертикальную плоскость, то оказывается, что горизонталь-
ная сила, действующая на криволинейную поверхность, будет такая
же, как сила, действующая на плоскую вертикальную площадку.
Вычислим силы, действующие на криволинейную стенку, в слу-
чае цилиндрического затвора для водохранилища радиуса R (рис.
1.3). При необходимости выпуска воды цилиндрическая поверх-
ность поворачивается вокруг своей оси и выпускает часть воды. Для
вычисления горизонтальной силы криволинейная стенка заменяется
плоским шлюзом
Ft=Spghll.
Рис. 1.2. Формы площадок для иллюстрации метода расчета горизонтальной силы
гидростатического давления
Вертикальная сила, действующая на криволинейную стенку, мо-
жет быть вычислена с использованием закона: всякое тело, погру-
женное в жидкость, теряет в своем весе столько, сколько весит
вытесненная телом жидкость
Для того, чтобы вычислить вертикальную силу, выталкива-
ющую эту поверхность затвора из воды, надо в соответствии с за-
коном Архимеда одну четвертую часть площади круга умножить на
ширину затвора Ь, плотность р и ускорение свободного падения g
Fa=bpgnR2[4.
Если затвор имеет ось цилиндрической поверхности, располо-
женную на дне водохранилища, как показано на рис. 1.4, то на
криволинейную поверхность будет действовать сила FB=
=(R2-nR2/4)bpg.
Здесь (R2—nR2/4) представляет собой площадь сечения цилинд-
рического тела, опирающегося на цилиндрическую поверхность.
Таким образом, часть воды, находящаяся между свободной
поверхностью и криволинейной поверхностью, определяет величину
вертикальной силы. В обоих случаях, приведенных на рис. 1.3 и 1.4,
при вычислении вертикальной силы, действующей на криволиней-
ную поверхность, используется объем, называемый телом давления.
Тело давления заключено между криволинейной поверхностью, сво-
бодной поверхностью жидкости .и вертикальными проекциями ко-
нечных точек криволинейной поверхности. Для определения вер-
тикальной силы в обоих случаях надо вычислить вес жидкости,
заключенной в объеме тела давления, и придать силе правильное
направление
Рис. 1.3 Схема цилиндрического затвора Рис 1 4 Схема цилиндрического затво
ра с осью цилиндра, расположенной на
дне водохранилища
12
1Л. ЛАМИНАРНЫЙ И ТУРБУЛЕНТНЫЙ РЕЖИМЫ
ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ
Рассмотрим особенности движения несжимаемой жидкости.
Объемный расход жидкости Q измеряется в м3/с и равен Q—S'v,
где S — площадь поперечного сечения канала, м2, v — средняя по
сечению скорость жидкости, м/с. Для течений, близких к одномер-
ным, условие сохранения объемного расхода, протекающего через
сечения 1 и 2, записывается в виде формулы viS]—v2S2, выражающей
факт, что в канале переменного сечения средние скорости обратно
пропорциональны площадям сечений.
В 1880 г. Д И. Менделеевым было высказано предположение
о существовании двух отличающихся друг от друга режимов тече-
ния. В 1883 г. О. Рейнольдсом экспериментально были изучены эти
режимы. Опыты показали, что при невысоких скоростях наблюдает-
ся ламинарное (слоистое) течение без перемешивания частиц и пуль-
саций скорости (от лат. lamina — пластинка, полоска). Причем от-
сутствуют поперечные перемещения жидкости в процессе ее течения,
частицы жидкости перемещаются почти по параллельным траек-
ториям (рис. 1.5, а). При постоянном перепаде давления течение
имеет стационарный (независящий от времени) режим.
Другим, наблюдаемым при значительных скоростях, является
течение, в котором частицы жидкости перемещаются по достаточно
сложным траекториям. Скорости движения меняются по величине
и направлению, поэтому в потоке возникают вихри, слои жидкости
перемешиваются и отдельные частицы совершают неупорядочен-
ные хаотические движения по сложным траекториям (см. рис. 1.5,
6). Такое течение называется турбулентным (от лат. turbulentus —
бурный, беспорядочный; может переводиться как возмущенное).
Если в турбулентном потоке пустить по течению капельку краси-
теля, то окрашивается все сечение потока.
О. Рейнольдсом было установлено, что ламинарный режим тече-
ния происходит при малых скоростях течения, малых поперечных
размерах потока, малых плотностях и больших коэффициентах
вязкости. Турбулентные режимы течения характеризуются большой
скоростью, большим поперечным размером и малой вязкостью
текущей среды. Рейнольдсом было введено число, названное впос-
ледствии числом Рейнольдса, в виде комплекса
Re—vdplp,
। де ® — скорость, d — диаметр поперечного сечения потока, р —
плотность, р — коэффициент вязкости. В опытах было установлено,
что для труб круглого сечения напорных трубопроводов переход
наминарного течения в турбулентное происходит приблизительно
при значении числа Рейнольдса Re43=2300. При числах Re меньших
13
Рис. 1.5. 1 раектории частиц жидкости при а — ламинарном и б — турбулентном
режимах течения в трубе
2300 т ечение обычно бывает ламинарным, а при числах Re больших
2300 — турбулентным. Критическое число Рейнольдса зависит от
формы поперечного сечения канала. Для безнапорного течения
в открытом русле Re4,=900.
Примером турбулентного течения является процесс вытекания
газообразных продуктов ст орания из трубы котельной или печной
трубы.
Пример ламинарного течения — это истечение воды из крана
умывальника, если открыть очень малую струйку воды. Большинст-
во течений, окружающих нас в природе, турбулентные. Ламинарные
течения встречаются только в очень узких каналах, какими являют-
ся капилляры кровеносных сосудов человека, или при течениях
жидкостей с большой вязкостью в трубопроводах (например, мазу-
та). Число Рейнольдса является величиной, пропорциональной от-
ношению сил инерции к силам вязкости. Вязкость — свойство жид-
кости в случае прямолинейного слоистого движения сопротивлять-
ся скольжению (или сдвигу) ее слоев относительно друг друга
Коэффициент вязкости в гидродинамике вводится на основании
опыта, приведенного на рис. 1.6. Имеются две плоскости. Верхняя
плоскость движется со скоростью », а нижняя плоскость неподвиж-
на. Расстояние между плоскостями мало и составляет 3, а коор-
дината, перпендикулярная плоскостям и измеряемая ог нижней
плоскости, обозначается через у. Пространство между двумя плос-
костями заполнено вязкой жидкостью, и при движении верхней
плоскости в жидкости устанавливается линейный профиль скоро-
сти. Такое течение бывает в подшипнике, где между двумя твер-
дыми поверхностями имеется слой смазки.
Ньют оном в 1686 г. был предложен закон вычисления касатель-
ной силы грения, действующей на единицу площади т жидкости или
стенки твердою чела, находящегося в жидкости. Согласно этому
закону г определяется как отношение разности скоростей пластин
к расстоянию между пластинами 3. умноженное на коэффициент
вязкости
Т = livid.
В случае нелинейного профиля скорости »(у) в более сложных
течениях напряжение силы трения т вычисляется с использованием
14
Рис. 1.6. Поле скорости вязкой
жидкости в зазоре между движу-
щейся и неподвежяоЙ плоско-
стями
производной касательной скорости
и по нормальной к стенке коорди-
на те у
t=ltdvldy.
Закон о вязком трении Ньютона
был достаточно точно проверен экс-
периментально в 1883 г. профессо-
ром II. И. Петровым.
Типичной задачей, которая пока-
зывает влияние вязкости на режим
течения, является следующая. Опре-
делить, при каком значении коэффи-
циента вязкости произойдет переход ламинарного течения в тур-
булентное в нефтепроводе диаметром d с объемным расходом
нефти Q.
Задача решается с использованием значения критического числа
Рейнольдса
Re,p—®dp//i^2300
(1.2)
и уравнения для объемного расхода
G=«td2/4.
Из уравнения (1.2) мы вычисляем коэффициент вязкости ц
p=vdp/Retp.
Выразив среднюю скорость течения через объемный расход
1>=4£>/ти/2, получим выражение для коэффициента вязкости
p=4Cp/(n</Re4,).
Подставив в это выражение значения объемного расхода Q, плот-
ности нефти р, диаметра d трудопровода и критического числа
Рейнольдса, мы получим значение коэффициента вязкости р, при
котором происходит переход ламинарного течения в турбулентное.
Для воды коэффициент вязкости в системе СИ при температуре
20 °C
р=10-3, Па с.
В физической системе единиц Гаусса, использующей в качестве
основных единиц: длину в см, массу в г и время в секундах, единицей
вязкости является пуаз (Пз).
I Пз = 1 г/(1 см-1 с).
Вязкость воды составляет 0,01 Пз=1 сантипуаз =1 сПз.
Имеется также кинематический коэффициент вязкости v, ко-
торый является отношением коэффициента вязкости д к плотно-
сти р
В этом случае выражение для числа Рейнольдса принимает вид
Re=vd/v.
В системе СИ коэффициент кинематической вязкости для воды
при температуре 20 °C
v-Ю’6, м2/с.
В физической системе единиц Гаусса коэффициент кинематичес-
кой вязкости v выражается в см2/с и кинематическая вязкость воды
близка к v = 0,01 см2/с, что равно 0,01 стокса (Ст) или одному
сантистоксу 0,01 Ст= 1 сСт.
1.3. УРАВНЕНИЕ БЕРНУЛЛИ
Вскоре после создания Ньютоном механики твердого тела нача-
лось применение ее законов для описания движения жидкостей
и газов. Современное уравнение движения жидкостей и газов было
получено Леонардом Эйлером.
dvx 8р
Р—=------у
dt fix
р—=
dt By
dv- Bp
F dt Bz
(1.3)
где vx, t^, vz — составляющие вектора скорости по осям х, у, z.
Добавление в систему (1.3) членов, учитывающих потери механичес-
кой энергии за счет вязкости, дало уравнения динамики вязкой
среды Навье — Стокса, представляющие основу для всех современ-
ных гидрогазодинамических расчетов. Для расчета одномерных
течений струйки невязкой (идеальной) жидкости в 1738 г. получено
уравнение Бернулли
PgZi +pt +pv,2l2=pgz2+p2+pv22/2. (1.4)
Ifc
Здесь Zt, z2 — высоты первого сечения и второго сечения потока над
уровнем отсчета; р1г vt, рг, v2 — давления и скорости в первом
и втором сечениях потока соответственно; pgzi, pgz2 — потенциаль-
ная энергия положения единичного объема жидкости первого и вто-
рого сечений потока в поле тяжести.
Давленме р представляет собой потенциальную энергию сжа-
тия единицы объема жидкости. В механике твердого тела ип?/2
представляет собой кинет ическую энергию тела массой tn, а здесь
pv2/2 представляет собой кинетическую энергию единицы объема
жидкости Уравнение Бернулли для струйки тока идеальной
жидкости выражает закон сохранения механической энергии. Это
может быть проиллюстрировано на расчете течения идеальной
жидкости по каналу, который имеет широкое сечение, затем узкое
сечение, затем снова широкое сечение того же размера, показанного
на рис. 1.7.
Используя вместо давления i идравличеекие напоры жидкости
4i=pd{pg) и H2—P21(pg), уравнение (1.4) можно переписать в виде
z, + Ht +vt2i(2g)-z2+H1+v22K2g).
Уравнение Бернулли для невязкой (идеальной) жидкости утверж-
дает, что сумма потенциальной и кинетической энергии единицы
массы жидкости остается неизменной. Для горизонтального канала
z(=0, z2=0. В узком сечении скорость г>2 будет велика ввиду требо-
ваний соотношения сохранения объемного расхода жидкости, кине-
тическая энергия единицы массы pv22/2 будет тоже велика, а напор
//г, отражающий величину давления и потенциальной энергии, бу-
дет мал.
В широком сечении 3, следующем после узкого сечения, при
отсутствии потерь энергии величина напора 7Д повысится до на-
чального уровня И,. При течении вязкой жидкости, сопровожда-
ющемся потерями механической энергии и переходом ее в тепло, на-
пор Н3 окажется несколько ниже первоначального напора Н,.
Рис. 11 Схема установки для иллюстрации уравнения Бернулли
Высоты напора Н2, Н3 должны отмеряться от центра от
трубы, а не от стенки. При малом радиусе трубы отличие невелико.
При применении уравнения Бернулли к потоку вязкой жидко-
сти необходимо учесть неравномерность скорости по сечению по-
тока введением коэффициента Кориолиса а, так как у стенки канала
скорость равна нулю, а также введением потери напора на тре-
ние на местных сопротивлениях и потерь по длине трубы
АЛ. Уравнение Бернулли для потока вязкой жидкости принима-
ет вид
Z, +Я| + at>,2/(2g)=z2+Н2 +av22l(2g) 4- Айм+Ай.
Коэффициент Кориолиса для ламинарного режима течения жид-
кости в трубе в=2, а для турбулентного 1,1.
1.4. ПОТЕРИ НАПОРА ПРИ ТЕЧЕНИИ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ
В протяженных трубопроводах становятся существенными поте-
ри напора за счет трения жидкости о стенку трубы, приводящие
к превращению части механической энергии в теплоту. Эта часть
потерь напора называется потерями напора по длине трубы. К по-
терям напора приводят также повороты, резкие сужения, расшире-
ния и другие изменения геометрии трубы, способствующие вихре-
образованию, приводящему тоже к превращению части механичес-
кой энергии жидкости в теплоту. Эти препятствия потоку называ-
ются местными сопротивлениями.
Потери напора на местных сопротивлениях вычисляются по
формуле Вейсбаха
АЛ«=<^/(ад, (1.5)
где £ — коэффициент местного сопротивления. Для плавного пово-
рота трубы на 90°, например, £=1,2-И ,4.
В некоторых случаях площадь поперечного сечения потока до
и после местного сопротивления меняется, в результате чего сред-
няя по сечению скорость течения будет тоже различной. Если нет
специального замечания, то в формуле (1.5) в качестве г использу-
ется скорость течения потока после прохождения им местного
сопротивления.
Коэффициенты местного сопротивления получаются в большин-
стве случаев экспериментальным путем и только для случая внезап-
ного расширения — теоретически по формуле Борда
где »!, и2 — скорости жидкости до и после внезапного расширения
сечения трубы.
18
Расчет поля скорости при ламинарном течении в трубе дал закон
Пуазейля для потери напора на трение, распределенное по длине
трубы
AA=64Lw/(2gd2)
или
АЙ=128М'2/(л^4),
где L — длина трубы, d — диаметр, v —- кинематический коэффи-
циент вязкости, v — средняя по сечению скорость жидкости, Q —
объемный расход.
Закон Пуазейля гласит: при ламинарном течении потери напора
пропорциональны коэффициенту вязкости и объемному расходу
в первой степени и обратно пропорциональны диаметру в четвертой
степени.
Формулу закона Пуазейля можно привести к виду (1.5). Потери
напора на трение по длине трубы тогда даются формулой Дарси —
Вейсбаха (ее иногда называют формулой Дарси)
AA=Z(L/d)(«2/(2^)b (1-6)
где Л — коэффициент сопротивления, который характеризует влия-
ние числа Рейнольдса на режим течения
2=64/Re, (Re <2300). (1.7)
Отношение Ljd представляет собой длину трубы, выраженную
в калибрах диаметра. Таким образом комплексу ЩЦй) в формуле
(1.6) соответствует коэффициент местного сопротивления С в фор-
муле (1.5).
При турбулентном режиме течения потери напора по длине
определяют также по формуле Дарси — Вейсбаха, но используют
коэффициент сопротивления трения Л, полученный эксперименталь-
но. Обширные и тщательные измерения коэффициента сопротивле-
ния трения провел И. И. Никурадзе. Среди большого числа име-
ющихся формул следует выделить формулу Блазиуса для гидрав-
лически гладких труб
Л=0,3164/Ке"'“ (Re>2300). (1.8)
Так как коэффициент сопротивления Л незначительно меняется с из-
менением величины скорости «: обратно пропорционально v в степе-
ни 0,25, при турбулентном течении потери напора на трение соглас-
но формуле (1.6) приблизительно пропорциональны квадрату ско-
рости или квадрату объемного расхода.
Для гидравлически шероховатых труб при турбулентном режи-
ме течения
19
2=0,1 l(A/J+68/Re)0'35, (1.9)
где Д — эквивалентная абсолютная шероховатость, измеряемая
в тех же единицах, как и диаметр d, чтобы отношение Д/5 было
безразмерным. Это формула А. Д. Альтшупя. При больших значе-
ниях числа Рейнольдса Re член 68/Re выпадает и величина 2 пере-
стает зависеть от числа Re. Тогда закон зависимости потерь напора
Дй от скорости v становится квадратичным.
Три приведенные выше формулы (1.7), (1.8), (1.9) дают' зави-
симость коэффициента сопротивления 2 от числа Рейнольдса
Re, представленную на рис. 1.8 в области 1 — для ламинарного
течения, в области 2 — для турбулентного течения в гладких тру-
бах, в области 3 — для квадратичного режима течения в шерохова-
тых трубах с различной эквивалентной абсолютной шероховато-
стью Д.
В водопроводе коэффициент сопротивления 2 принято рассчиты-
вать по формулам Ф. А. Шевелева для стальных и чугунных труб.
При скорости и<1,2 м/с 2=(I,5'1/Re)fi'3; при скорости
*» 1,2 м/с 2=0,21/4°'э, где d — диаметр, м
Формулы получены на основании обобщения большого количе-
ства опытных данных, на водопроводных магистралях больших
диаметров.
При расчете потерь напора h по длине трубопровода используют
также понятие гидравлического уклона i, представляющею собой
величину потерь напора на единице длины трубы
Рис. 1.8. Характер зависимости
коэффициента сопротивления от
числа Рейнольдса при ламинар-
ном течении I и турбулентном
течении в гладких 2 и в шерохо-
ватых трубах с различной экви
валентной абсолютной шерохо-
ватостью 3
20
i^bhfL,
где L — длина трубы, на которой
происходит потеря напора Дй.
Движение жидкости в каналах
с открытой свободной поверхно-
стью, имеющих геометрический ук-
лон дна »д, происходит в безнапор-
ном режиме, так как поверхность
потока непрерывно соприкасается
с атмосферой. В конце XVIII в. фра
нцузским гидравликом Шези (Chezy)
была установлена формула для рас-
чета скорости течения в реках и ка-
налах
и объемного расхода воды
Q=o>C(Rifl,
где to — площадь живого сечения потока. R — гидравлический ра-
диус, R~tt3jx, х — смоченный периметр живого сечения потока,
С — коэффициент Шези.
Эти формулы были установлены первоначально для течений
с открытой поверхностью воды для так называемых безнапорных
течений, а затем были распространены на течения в трубах и кана-
лах с полным заполнением их поперечного сечения без открытой
поверхности (напорные течения). В конце XVIII в. полагали, что
С является постоянной величиной, равной 50 td ‘s/c при измерении
линейного размера (в м), а времени (в с) во всех остальных вели-
чинах. Дальнейшие обширные экспериментальные исследования,
обобщенные Н. Н. Павловским, дали для коэффициента Шези
формулу
где у =1/6, п — коэффициент шероховатости берется по данным
Гангилье — Куттера и составляет 0,011 для чугунных и железных
груб; 0,015 для кирпичной кладки; 0,035 для дна и берегов реки.
Анализ формул дал связь коэффициента Шези С с коэффициентом
сопротивления 2 для течения в трубе
C=(8g/2)c'5, где g=9,81 м/с2.
Подставив в эту формулу значение С~50 м°'5/с и разрешив ее
относительно 2, получим, что 2=0,0332. В действительности во
многих практически важных случаях коэффициент сопротивления 2,
вычисленный по формулам (1.7), (1.8), оказывается находящимся
в пределах 0,01 — 0,03.
Поток жидкости или газа, движущийся с большой скоростью,
может поднимать и переносить на большое расстояние твердые
частицы, обладающие значительно большей плотностью р„, чем
жидкость или газ. Проявление этого мы видим в реке, несущей
песок в придонных областях течения, в атмосфере при пылевой или
снежной буре. Подъем и взвешивание в потоке тяжелых твердых
частиц происходит за счет возникновения вихрей и турбулентных
пульсации скорости и давления, имеющих вертикальную состав-
ляющую, а также за счет действия подъемной силы на частицы
несимметричной формы.
Считается, что твердые частицы могут оказаться во взвешенном
состоянии, если скорость вертикальных пульсаций сравнима по
величине со скоростью осаждения частиц в спокойной неподвижной
среде, вычисляемой по формуле
21
v=gdz(p„-p)l(lSp),
где p — плотность жидкости или газа, д — коэффициент вязкости.
Было введено понятие критической скорости v^,, при которой
твердые частицы диаметра d и плотности рп будут взвешиваться
потоком и транспортироваться иа большие расстояния. Согласно
формуле Смолдырева в потоке воды критическая скорость vv со-
ставляет
где d— диаметр трубопровода, р — плотность воды, g—9,8 м/с2.
По этому принципу работают земснаряды и установки для
гидро- и пневмотранспорта сыпучих грузов на большие расстояния,
канализационные системы.
Важной характеристикой взвесенесущего потока является мас-
совая концентрация в нем твердого вещества с, являющаяся от-
ношением массы твердого вещества, содержащегося в единице объ-
ема лп,.., к массе т всего вещества в этом объеме (включая жидкую
фазу и газообразную)
Земснаряды и гидротранспортныс установки работают обычно
с концентрацией твердого с от 0,05 до 0,50. В канализационной
системе концентрация твердых включений составляет около
с» 0,01.
Рассмотрим теперь виды задач, которые решаются с использова-
нием формул для потерь напора при течении вязких жидкостей.
Связь потери напора ДЛ и объемного расхода Q=vnd2/4, записан-
ная с учетом одного из выражении для коэффициента сопротивле-
ния Л=Л(1?е), например, формулы А. Р. Альтшуля
Ай=о’1,(и+?) “ •
\</ vdpj d2g
позволяют легко найти потери напора при заданном диаметре
и объемном расходе. Задача усложняется, если надо найти диаметр
d при заданных Д/г, Q. Однако эта задача легко может быть решена
на компьютере итерационным методом решения трансцендентных
уравнении или просто подбором величины d.
Приведем программу для определения d при заданных ДЛ
и Q (рис. 1.9). Все величины будем использовать в физической
системе единиц Гаусса, основанной на размерностях г, см, с.
Войдем в среду Excel и в ячейку А2 введем значение ДА.
22
<^S « . - XI г <7 - ,. 1. •! Of «
A-JCy, ll-X- , p:«i -= S’-Д.-
Си ' ——
H icoo 1 Зю'1О1|=^*ёй'<3.14*В7,ВДМиб1/В2«68*ЬДУДЙ*В2*1)|=Е2*0Л5аЮ.11*ЕЭТ001ХГР2*О2<1|2*9В1*В2)
Я г
Рис. 1.9. Программа в среде Excel определения диаметра трубопровода при заданных
напоре и объемном расходе жидкости
В ячейку В2, предназначенную для диаметра d, введем первона-
чально значение 1.
В ячейку С2 введем значение объемного расхода Q, см3/с.
В ячейке D2 вычислим скорость течения v, см/с, выполнив в ней
команду
=4*С2/(3,14*В2’В2) ENTER
В ячейке Е2 выполним вычисления выражения в круглых скобках
правой час ти решаемого уравнения Л/с/+68д/(гф).
Для этого в ячейке Е2 выполним команду
=A/B2+68*p/(D2*B2*p) ENTER
где в качестве А, д, р набираем числовые значения эквивалентной
абсолютной шероховатости трубы (0,01), коэффициента вязкости
воды (0,01), плотности воды (1).
В ячейке F2 произведем возведение в степень 0,25, выполнив
команду
=Е2л0,25 ENTER
В ячейке G2 вычислим всю правую часть решаемого уравнения,
выполнив команду
=0,ll*F2*L*D2*D2/(2*g*B2) ENTER
где в качестве Lag набираются числовые значения длины трубы
(10000) и ускорения свободного падения (981).
Мы вычислили величину потерь напора для заданного объем-
ного расхода при использовании трубы диаметром 1 см. Меняя
в ячейке В2 диаметр в сторону увеличения или уменьшения, добива-
емся совпадения требующегося напора, полученного в ячейке G2,
с располагаемым напором, содержащимся в ячейке А2. Для этого
23
выделим ячейку В2, исправим имеющееся в ней значение диаметра
и выйдем из этой ячейки, выделив какую-либо свободную ячейку.
Результаты расчетов пересчитываются, и в ячейке G2 получится
новое значение требуемого напора. Произведя несколько уточнений
диаметра в ячейке В2, добьемся совпадения напоров в ячейках А2
и G2. В строке 1 можно написать заголовки, поясняющие содер-
жимое ячеек второй строки. Задав значения ДЛ=1000 см, 2=100
см3/с, д=0,01 г/(см-с), А=0,01 см, L= 10000 см, g=981 см/с, можно
получить диаметр 1»259 см (см. рис. 1.10).
Основной задачей гидравлики является расчет перекачки жид-
кости по трубопроводу и подбор необходимого для этого насоса.
Для транспортирования воды обычно применяют центробежный
насос.
Для него качественная зависимость давления р от объемного
расхода насоса Q представлена на рис. 1.11 убывающей функцией.
При малых значениях расхода Q насос создает некоторое давле-
ние р. При возрастании объемного расхода Q давление р держится
некоторое время постоянным, а потом падает до нуля. В такой же
плоскости р, Q можно построить зависимость потерь давления
в трубопроводе от объемного расхода. Сделаем это с учетом потерь
напора на трение по длине и потерь на местных сопротивлениях.
В формуле
ЛЛ=;.(£/4 („2/(2S))+z^2/ (2g),
С,- — коэффициенты сопротивлений для местных сопротивлений,
L — длина трубопровода, d — диаметр.
Выразим среднюю скорость v через объемный расход 2=t>rerf2/4,
тогда можно получить
p=pgh (2L/J гВД1ед2/(2.?Л4). (1-10)
Заметим, что зависимость (1.10) выражает не потерю напора,
а потерю давления. Таким образом получено уравнение параболы
Рис. 1.10. Результаты расчета в среде Excel диаметра трубопровода при заданны
напоре и объемном расходе жидкости
24
вида P=kQ2, где к — постоянный коэффициент. Эта характеристи-
ка трубопровода приведена на рис. 1.11 монотонно возрастающей
линией.
Точка пересечения сплошной и штриховой линий определяет
давление, которое должен создавать насос, и расход, которой будет
существовать в системе насос — трубопровод. Выбор рабочей точ-
ки на характеристике насоса делается обычно так, чтобы она была
в районе наибольшего значения коэффициента полезного действия
насоса. Эта точка бывает обычно в средней части характеристики,
где давление еще не стало сильно понижаться. Таким образом
выбирается насос необходимой марки с нужной характеристикой
для перекачки нужного количества жидкости по трубопроводу за-
данных длины и диаметра.
Для проведения этого расчета на компьютере войдем в среду
Excel и в столбце А, начиная с ячейки А2 до ячейки А10, заполним
значения объемного расхода от 2 м3/с до 10 м3/с. В столбце В,
начиная с ячейки В2, приведем значения напоров согласно харак-
теристике насоса. Пусть она дается формулой
77=10 10/(11 - Q, м3/с).
Для этого в ячейке В2 выполним команду
= 10-10/(11 - А2) ENTER
и протянем ее вдоль столбца В до ячейки В10, используя маркер
заполнения. Введем в ячейки А12 и В12 диаметр трубопровода
Рис. 1.11. Результаты расчета в среде Excel рабочей точки системы насос трубо-
провод
25
d=0,9 м и его длину £=100 м. В столбце С вычислим потери напора
h в трубопроводе в зависимости от объемного расхода Q, восполь-
зовавшись формулой
A=(A£8/(dsnzg))Cz, 2=0,03, я=3,14, Г=9,81.
Теперь для упрощения программы потери напора на местных со-
противлениях не учитываются, £f=0.
Выполним в ячейке С2 команду
=0,03*$BS12*((8/(3,14*3,14*9,81))/(SA$12a 5))*А2*А2 ENTER
и протянем ее, используя маркер заполнения, по столбцу С до
ячейки СЮ включительно. По результатам расчетов, приведенных
в столбцах В и С, можно построить графики, используя кнопку
мастера диаграмм. Получаются графики, приведенные на рис. 1.11,
дающие возможность определить рабочую точку системы трубо-
провод — насос в месте их пересечения.
При изменении величины диаметра в ячейке А12 результаты
в столбцах В и С сами пересчитаются и графики займут новое
положение, сместив рабочую точку в другое место.
1.5. РАСХОД ЖИДКОСТИ ПРИ ИСТЕЧЕНИИ ЧЕРЕЗ ОТВЕРСТИЕ
При работе с жидкостью возникает необходимость расчета ис-
течения жидкости из отверстий и щелей, предусмотренных конст-
рукцией аппарата или появившихся при аварии. Для анализа такого
течения рассмотрим истечение жидкости из резервуара через малое
круглое отверстие, в тонкой стенке в атмосферу или в пространство,
заполненное газом или той же жидкостью. Пусть отверстие рас-
положено на достаточно большой глубине Н под уровнем свобод-
ной поверхности жидкости и через него жидкость вытекает в воз-
душное пространство (рис. 1.12, а).
Это классическая задача, которую исследовал еще Ньютон.
В этом течении потенциальная энергия жидкости в поле тяготения
Земли превращается в кинетическую энергию струи жидкости. Нас
интересует величина скорости, которую достигает жидкость и ее
объемный расход. Пусть отверстие имеет острую кромку с внутрен-
ней стороны. Частицы жидкости втекают в отверстие по плавным
траекториям из всего объема резервуара. Никакая линия тока не
имеет нулевого радиуса кривизны, потому что жидкость обладает
инерционной массой и для очень малого радиуса поворота необ-
ходим очень большой перепад давления. Крайние линии тока от-
рываются от стенок и струя несколько сжимается, получив площадь
сечения Sc меньшую, чем площадь отверстия So. Это отношение
плошадей называется коэффициентом сжатия струи
26
E=SJSO.
Анализ уравнения Бернулли дает теоретическое значение для ско-
рости истечения идеальной (невязкой) жидкости в виде уравнения
Торичелли v=(2gH)i,z. С учетом потерь механической энергии
па трение и вихреобразование скорость истечения оказывается ме-
ньше
У=<№НУ'2,
где tp — коэффициент скорости, <р=0,97 — 0,98. Объемный расход
жидкости, вытекающей из отверстия,
Q=pSo(2gW)V2,
где ft — коэффициент расхода, который в широком диапазоне зна-
чений числа Рейнольдса можно считать равным /1=0,62:
ц=е<р.
Такая же закономерность получается для отверстия, расположен-
ного на боковой вертикальной стенке сосуда (см. рис. 1.12, б).
Здесь под величиной Н следует понимать расстояние от свободной
поверхности до центра тяжести площади сечения малого отверстия.
В случае больших отверстии, вертикальный размер сечения ко-
торых сравним с высотой Н, уже нельзя считать, что напор II оста-
ется постоянным для всех точек сечения. Рассмотрим случай прямо-
угольного отверст ия шириной сечения Ь и высотой Н, меняющейся
от значения Hi до Н7. Элементарный слой жидкости с высотой dh,
находящийся ниже свободной поверхности на величину Л, будет
иметь объемный расход
dQ-цЬ -jlgh dh
Интегрируя это равенство по h от значения напора Н। до значения
а) б)
Рис. 1.12. Схемы истечения жидкости из отверстия а — в дне иб - в боковой стенке
сосуда
27
Н2, получим для объемного
расхода через все прямоуголь
ное отверстие
Рис 1-13. Схема течения воды через
незатопленный водослив с тонкой
стенкой
Если струя жидкости перс
ливается через вырез в стенке,
расположенной перпендикуля-
рно потоку, то такое течение
называется водосливом. Од-
ним из наиболее простых явля-
ется водослив с тонкой стенкой, приведенный на рис. 1.13. Высота
превышения поверхности воды верхней кромки стенки, обозначен
ная на рис. 1.13 через Н, называется статическим напором водосли
ва. Ширину водослива, измеряемую в направлении, перпендикуляр
ном плоскости рисунка, обозначим через Ь. Нижним бьефом назы-
вается часть потока, расположенная ниже стенки по течению. Будем
рассматривать водослив с тонкой стенкой, в котором уровень жид
кости в нижнем бьефе расположен ниже ребра стенки. Такой водо-
слив называется незатопленным.
Основной величиной, интересующей инженера, является объем
ныл расход жидкости через водослив. Он определяется по теории
истечения жидкости из отверстия, если в последней формуле для
прямоугольного отверстия положить /ff=0, Я2=Я,
Q=(2/3)/1(>V?g№'2.
Обозначая через tn величину (2/3)д, получим основную зависимост ь
теории водосливов
Q=inb(2gy2H3t2,
где т - коэффициент расхода водослива. Эксперименты дают зна-
чения т в пределах 0,42 — 0,50 для течений воды в водосливе
метровых размеров.
пых с распространением волн давления в трубопроводах, в частно-
сти, явление гидравлического удара.
Допустим, что жидкость течет по трубопроводу постоянного
сечения/со скоростью иив начальный момент выход из трубы
перекрывается за малое время т. Тогда в выходном сечении ско-
рость жидкости обращается в нуль и, если бы жидкость была
полностью несжимаема, то из условия неразрывности следовало
бы, что за время т вся жидкость в трубопроводе сколь угодно
большой длины L остановится. Очевидно, что при остановке жид-
кость теряет количество движения pfwL и, следовательно, такую
величину должен иметь импульс сил давления, действующих на
жидкость со стороны задвижки, равный p*fx-
Таким образом, для давления на задвижке получим
(1-11)
Из формулы (1.11) следует, что, выбирая L достаточно боль-
шим, а т достаточно малым, можно получить сколь угодно большие
значения р*. Как видно, давление на задвижке оказывается прак-
тически неопределенным, что свидетельствует о неточности, кото-
рая усматрина етс я в предположении о мгновенной остановке всей
жидкости в трубе, вслед за остановкой жидкости у задвижки.
О пня ко это предположение само есть следствие допущения о не-
сжимаемости жидкости.
Таким образом, чтобы избавиться от неточного допущения
о мгновенном распространении остановки по всему трубопроводу,
необходимо учесть сжимаемость жидкости.
Сжимаемость жидкости может быть учтена в самой скорости
звука, зависящей от упругих и релаксационных свойств жидкости
и трубы.
где К* — приведенный модуль объемного сжатия, учитывающий
упругость стенок трубы. Если труба абсолютно жесткая, то 0
1.6. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАР В ТРУБОПРОВОДАХ
Называя жидкость несжимаемой или капельной, мы обычно
имеем в виду малую ее сжимаемость сравнительно с газами, при
изменении давления на 0,1 МПа объем жидкости изменяется всею
на сотые доли процента. Есть однако процессы, при которых и эти
изменения объема существенны и ими нельзя пренебрегать. К их
числу относится большая группа динамических процессов, связан
28
«де К — модуль объемного сжатия жидкости (Е — модуль уп-
ругости 1-го рода материала трубы, D — диаметр трубы, 6 —
толщина стенки трубы).
29
Для однородного трубопровода естественно предположить, что
от задвижки, закрытой за весьма малое время т с постоянной
скоростью с, распространяется отраженная волна, фронт которой
представляет собой границу между неподвижной жидкостью и жид-
костью, движущейся с прежней скоростью iv.
Неподвижность жидкости можно рассматривать как наложения
потока со скоростью w в том же сечении на первоначальный стаци-
онарный.
Допустим теперь, что начало координат у задвижки (рис. 1.14)
жидкость движется вправо.
Тогда, очевидно.
и=и>, x<—cl;
0>х> ct.
Выделим малую окрестность фронта волны и определим изменение
содержащегося в ней количества жидкости за малое время Д/.
Поскольку слева жидкость втекает в выделенный объем, а справа не
выгекает, то ton=fpwdt. С другой стороны, очевидно, что за время
Лт плотность увеличения на Др на учаегке длиной сД/, так что
hm—fcAt^p, где Др — изменение плотности жидкости при ее оста-
новке (на фронте волны). Откуда сразу же следует
Составим теперь баланс количества движения в выделенном объ-
еме. Изменение количества движения за время Дг составляет, оче-
видно,
&L—~pcv>fdt. (1-14)
Оно складывается из притока количества движения через левую
грань выделенного элемента и разности импульсов сил давления,
действующих на левую и правую границы элемента
Рис. 1.14. Схема возникновения гидравличес-
кого удара при мгновенном закрытии за-
движки в трубопроводе
ДА—pw2fdt—
-<Р+~Р )fdl. (1.15)
Приравнивая выражения
(1.14) и (1.15) и предпола-
гая, что получим
р+— p~=pcw. (1.16)
Эго формула II. Е. Жу-
ковского, связывающая из-
30
менение давления при гидравлическом ударе с потерянной скоро-
стью и скоростью распространения волны.
Считая жидкость слабосжимаемой, имеем
&рар,~^~^- (117)
Подставляя выражение (1.17) в (1.13), получаем формулу (1.12) для
скорости звука в капельной жидкости, которая уменьшается с уве-
личением сжимаемости и плотности жидкости, для воды она близка
к 1400 м/с. Фактически при увеличении давления не только сжимает-
ся жидкость, но и несколько увеличивается сечение трубопровода.
В результате скорость (с) немного снижается (примерно до 1200 м/с
в случае воды в стальных трубах). Подстановка численных значений
в формулу (1.16) показывает, что гидравлический удар может при-
водить к весьма серьезным последствиям- при w=l м/с возникает
ударное давление Др и это давление увеличивается с ростом потери
скорости. Др= 103 х 1400 х 1 = 1,4 МПа.
Необходимо обратить внимание на следующее обстоятельство:
закрытие задвижки можно рассматривать как внешнее воздействие,
а повышение давления у задвижки — как результат этого внешнего
воздействия, представленного в виде сигнала. Тогда время пробега
этого сигнала по всей длине трубопровода можно считать услови-
ем, определяющим согласованность отклика различных его участ-
ков на внешнее воздействие. Если это время мало по сравнению
с характерным временем изменения внешнего воздействия (корот-
кий трубопровод), то изменение режима всех участков трубопровод-
ной системы происходит согласованно и определяется одной вели-
чиной, например, расходом жидкости. В этом случае трубопровод
ведет себя как система с одной степенью свободы.
Если же временной масштаб внешнего воздействия меньше вре-
мени пробега сигнала, то из-за запаздывания сигнала «обмен ин-
формацией» между удаленными друг от друга участками трубопро-
вода не успевает происходить. Динамическое поведение трубопро-
вода в этом случае соответствует поведению системы со многими
(формально бесконечно многими) степенями свободы (система
с распределенными параметрами). Именно этот случай реализуется
при гидравлическом ударе вследствие мгновенного закрытия за-
движки.
Рассмотрим физическую картину возникновения гидравлическо-
го удара. Пусть в конце трубы, по которой движется жидкость со
скоростью Wo произошло мгновенное закрытие задвижки (рис.
1.15). Тогда скорость частиц жидкости будет погашена и ее кинети-
ческая энергия перейдет в работу деформации стенок трубы. При
этом стенки трубы растягиваются, а жидкость сжимается с повыше-
нием давления Дру.
31
Рис. 1.15. Физическая картина возникновения ги-
дравлического удара
Сечение п — п пере-
мещается вправо со ско-
ростью (с), называемой
скоростью ударной вол-
ны. Когда ударная вол-
на переместится до резе-
рвуара, жидкость окажет-
ся остановленной. Труба
по всей длине будет рас-
тянута. Под действием перепада давления Др, частицы жидкости
устремляются из трубы в резервуар и тогда сечение п — п переме-
щается в обратном направлении к задвижке, оставляя за собой
выравненное давление р0. Работа деформации стенок трубы пере-
ходит в кинетическую энергию. С этой скоростью жидкая колонна
стремится прорваться от задвижки, в результате возникает отри-
цательная ударная волна под давлением р0— Дру, которая направля-
ется к резервуару со скоростью с, оставляя за собой сжавшиеся
стенки грубы и расширившуюся жидкость. Кинетическая энергия
жидкости вновь переходит в работу деформации, но противополож-
ного знака.
Таким образом, гидравлический удар является типичным пере-
ходным процессом, возникающим при смене режимов движения.
Дальнейший ход анализа целесообразно вести с учетом аналити-
ческих соотношений. Для этого используем дифференциальные ура-
внения в частных производных, выведенные Н. Е. Жуковским и опи-
сывающие переходные процессы в однородных трубопроводах.
Bp Bw Л
Вх~ Р° Bt' I
f^Sw= -- |
дх Bt'J
(1.18)
где р и w — давление и скорость жидкости; t — время; х — коор-
дината вдоль оси трубопровода; р0— плотность жидкости при
атмосферном давлении.
Для получения закона волнового процесса в трубопроводе необ-
ходимо проинтегрировать уравнение (1.18).
Общее решение системы волновых уравнений имеет вид [15]
Р ~Ро=РоС [ф <x-ci)+ф (х+сф],
iv—и>0=<Р (х—ci)—<р (х+Ct),
(1-19)
где р0 и iVo - начальные значения р и iv.
32
Выражения (1.19) показывают, что возмущения, возникающие
в жидкости, заключенной в трудопровод, распространяются по
законам волнообразного движения. Функция <p(x—ct) выражает
процесс распространения прямой волны. Текущие значения функции
(p(x—ct) перемещаются со скоростью (с) в положительном направ-
лении оси X.
Пусть, например, в сечении х в момент I эта функция имеет
значение <p(x—ct). Определим ее величину в сечении х+Дх в момент
f'=»+At через промежуток времени
Л1=~. (1.20)
С
Значение произвольной функции при этих условиях равно
Таким образом, значения функции <р в сечении х+Дх повторяют
ее значения в сечении х с запаздыванием на промежуток времени,
определяемый равенством (1.20). Итак, прямой волной будем назы-
вать волну, распространяющуюся в положительном направлении
оси X.
Произвольная функции $(x+ci) выражает процесс распростра-
нения обратной (отраженной) волны. Текущие значения функции
^(х+сф перемещаются со скоростью с в отрицательном направле-
нии оси X- Величина этой функции в сечении х—Дх в момент
оказывается равной
ф-Дл+С(1+^У]=1Мх+сГ). (1.23)
Следовательно, значения функции ф в сечении х—Дх повторяют ее
значения в сечении х с запаздыванием на промежуток времени,
определяемый равенством (1.20).
Таким образом, обратной или отраженной волной будем назы-
вать волну, распространяющуюся в отрицательном направлении
оси х.
Если в сечении х действует только прямая волна, а обратная
отсутствует, давление в пределах прямой волны
pa=pv+pc<p(x—ct); (1-24)
2 А-249
33
скорость жидкости
wB=w0+tp(x—ci).
При наличии в сечении х только обратной волны
Pon=Po+pc^(x+ct); won=H>0—$(x+ci) (1-25)
из уравнения (1.24) находим
<р(х- ci)=(рв -р0)/(рс), (1.26)
а из первого уравнения (1.25)
^(х+с7)=(рот-р0)/(рс). (1-27)
Подстановка выражений 1.26 и 1.27 в первое равенство (1.19) дает
Р=Ри+Р™~Ро, (1-28)
т. е. приращение начального давления в трубопроводе при волнооб-
разном процессе представляет собой сумму приращения давления
прямой и обратной волн. По аналогии можно найти зависимость
скорости в сечении х при волновом процессе от скорости жидкости
в областях прямой и обратной волн:
u-=M'D+woa-»v0 (1.29)
Анализ выражении (1.28) и (1.29) показывает, что процесс изме-
нения во времени давления и скорости жидкости в сечении х трубо-
провода является результатом наложения двух волн, движущихся
во взаимно противоположных направлениях.
Подставив в равенство (1.12) значение приведенного модуля
упругости К*, получим приближенное выражение скорости распро-
странения по трубопроводу прямой и обратной волн в развернутом
виде:
Выражение (1.30) показывает, что чем меньше жесткость трубопро-
вода, т. е. чем меньше модуль упругости материала трубопровода
и отношение толщины его стенки к диаметру, тем меньше скорость
распространения волны.
Величина скорости распространения волны в стальном трубо-
проводе с водой при внутреннем его диаметре 20 мм и толщине
34
сгенки 1 мм, вычисленная по формуле (1-30), составляет с= 1310 м/с.
Если же представить себе, что трубопровод имеет абсолютные
жесткие стенки (что соответствовало бы бесконечно большому зна-
чению модуля упругости материала трубопровода), то получим
значение скорости с~ 1430 м/с.
Таким образом, упругая деформация стенок трубопровода
в данном примере снижает скорость распространения волны почти
на 9% по сравнению со случаем абсолютно жестких стенок.
Отметим, что в волновых уравнениях (1.18) не учитывается
влияние скорости самой жидкости на скорость распространения
ударной волны по трубопроводу. Такое допущение оправдано в том
случае, когда скорость с распространения волны значительно выше
скорости w жидкости.
Подсчитанные величины с показывают, что скорость распрост-
ранения упругой волны по трубопроводу приблизительно в 100 раз
превышает максимальные скорости жидкости в трубопроводах про-
мышленного назначения.
Формула Н. Е. Жуковского (1.16) справедлива при так называ-
27
емом прямом гцдроударе, длительность фазы которого Т=—, где
I — длина трубы, больше времени закрытия задвижки трубопрово-
да Т„ т. е. 7’>7’3. Это значит, что отраженная волна подойдет
к концу трубы в тот момент, когда задвижка уже будет полностью
закрыта. Приведем пример гидроудара в результате внезапного
закрытия задвижки при движении жидкости в стальной трубе диа-
метром 7)—600 мм при толщине стенок ё—10 мм н скорости
движения воды w0=2,5 м/с. Коэффициент упругости для стали
Е=2' 1011 —; для воды А=2,07• 109 Н по формуле (1.30) получим
м3 м2
г = 1430 |И5М
I 2,07 IO* 0,6 с
V 2 10й 0,01
и
Лр,=рнс= 102,8 -9,81- 2,5 1135 = 2861335 £
Так как большие давления, возникающие при гидравлическом уда-
ре, опасны для целости труб, то существует много методов борьбы
с гидравлическим ударом. Так, например, величину давления при
гидравлическом ударе можно значительно уменьшить за счет мед-
ленного закрытия трубопровода. При этом величина давления опре-
деляется по следующей приближенной формуле:
35
fyy=pwoc—, (1-31)
где T — длительность фазы удара, Т3 — время закрытия, с.
При Т3> Т возникает непрямой гидравлический удар. Очевидно,
повышение ударного давления &р'у по формуле (1.31) в этом случае
будет меньше, чем tSpy при прямом ударе. Влияние трения на
параметры гидравлического удара можно найти в работе [15], в ко-
торой приводится анализ поправок к формуле Н. Е. Жуковского,
предложенных Л. С. Лейбензоном. Показано, что влияние вязкости
заключается в повышении давления после перекрытия трубопрово-
да, причем этот эффект увеличивается с ростом гидравлических
потерь. Из этого следует, что давление при гидравлическом ударе
в трубопроводе существенно зависит от его длины и в вязкой
жидкости постоянно увеличивается со временем. Таким образом,
способы предотвращения и смягчения гидравлического удара сво-
дятся к увеличению времени срабатывания задвижек, уменьшению
длины трубопровода (для получения непрямого удара), а также
уменьшения скорости движения жидкости за счет увеличения диаме-
тра труб.
Для защиты от гидравлических ударов в гидравлических систе-
мах применяют компенсаторы. Поглощая часть энергии ударной
волны, компенсаторы снижают величину ударного давления. В ка-
честве компенсаторов применяют расширяющийся участок трубо-
провода, цилиндр с пневматической подушкой, цилиндр с поршнем
и пружиной. Таким образом, компенсатор гидравлического удара
представляет собой упругий элемент, характеризующийся большей
сжимаемостью, чем жидкость в трубопроводе.
Гидравлический удар может возникать не только в резуль-
тате перекрытия трубопровода, задвижкой. Так, например, прекра-
щение подачи энергии к насосам, включенным в систему напорных
водопроводов, вызывает гидравлический удар, так как после вне-
запной остановки насоса давление в водоводе резко падает по
сравнению с рабочим, а затем быстро повышается до величины
ударного.
Поэтому в настоящее время применяются специальные клапа-
ны — гасители гидравлических ударов, которые автоматически от-
крываются при повышении или понижении давления против нор-
мального и сбрасывают часть воды из трубопровода, тем самым
снижая давление. Из отечественных конструкций следует отметить
автоматический клапан -гаситель гидравлических ударов. При-
нцип действия такого гасителя основан на том, что при нормальной
работе водовода гаситель закрыт, так как рабочее давление, переда-
ющееся через трубки и распределитель в надпоршневое пространст-
во гасителя, прижимает клапан и гаситель находится в закрытом
36
состоянии. При внезапном выключении насоса давление в водоводе
до обратного клапана падает и последний закрывается. Давление же
после обратного клапана сначала падает, а затем в результате
гидравлического удара начинает подниматься. Поднимающееся да-
вление открывает клапан и соединяет водовод со сбросной трубой.
Вследствие этого давление не может подняться выше заданной
величины (обычно рабочего или статического давления) и удар
ликвидируется.
Итак, отметим, что гидравлический удар является типичным
переходным процессом, возникающим при смене режимов движе-
ния. Другую крайность представляют периодические неустановив-
шиеся движения, когда трубопровод работает в режиме стационар-
ных колебаний, например, поддерживаемых неравномерностью
подачи насосов. Задача расчета здесь состоит в определении харак-
теристик этих колебаний.
В заключение приведем примеры и методы решения задач по
гидравлике.
Задача 1. Определить манометрическое давление в емкости А,
если высота столба ртути по пьезометру й2=0,25 м. Центр емкости
расположен на Aj=0,4 м ниже линии раздела между водой и ртутью
(рис. 1.16).
Решение. Находим давление в точке В: рв=Рл~Рь8^ так как
точка В расположена выше точки А на величину hi. В точке С дав-
ление будет такое же, как в точке В, так как давление двух столбов
воды высотой А взаимно уравновешивается, т. е.
Pc=P^Pk~Pbghi.
Определим давление в точке С, учитывая атмосферное давление
Рв,
gh2.
Приравнивая оба уравнения, получим:
Рд ~ Pbg*i =Ра+ pprg' h2.
Отсюда манометрическое давление
Ра -p.=PpTgA2+Pbg^l-
Подставляя числовые значения
p„g= 133416 Н/м3 и />ь g=9810 Н/м3,
получим
Ра -Р. = 133416 0,25 + 9810 0,4 =37278 Н/м2.
37
Задача 2. Определить силу действия жидкости на криволинейную
поверхность АВ, представляющую собой часть круговой цилинд-
рической поверхности, если 77=6 м, а=60°, ширина поверхности
Ь= 10 м (рис. 1.17).
Решение. Вычислим радиус круговой цилиндрической поверх-
ности R— =-------=6,92 м
sina 0,867
Горизонтальная составляющая силы действия жидкости на кри-
волинейную поверхность определяется по формуле:
^T=pgkH b=pg^Rs'^) ь,
тогда
Л= 1000 9,81 .10= |7 66. Ш5Я
2
Вертикальная составляющая силы действия на криволинейную по-
верхность определяется по формуле:
Fb=pgW=pgb\---------I,
\ 360 2lRaJ’
где IV — объем тела давления. Подставив числовые значения, по-
лучим
Fft=1000 9,81 1o(3^-j92" 60-—^=14,56 105 Н.
\ 360 2(g60"/
Полная сила действия жидкости на криволинейную поверхность
Г=7т?+Т? = 7(17.66 105)2 +(14,56 1O’)S=23 • |0!Я.
Задача 3. Показание струйного водомера Л=200 мм. Диаметр
трубы £>=500 мм, диаметр горловины <7=150 мм. Определить
объемный расход воды Q (рис. 1.18).
Решение. Напи-
шем уравнение Бернул-
ли для двух сечений
трубы I-I и II-1I, прене-
брегая потерями на т ре-
ние hw ввиду малости
расстояния между сече-
ниями 1-1 и II-1I и плав-
ности перехода воды рис 1л8-Схема водомера
и трубы с диаметром
В в трубу с диаметром d (гидравлические сопротивления малы и мы
их не учитываем) (рис. 1.18).
За плоскость сравнения примем плоскость, проходящую через
ось трубы 0-0. В общем виде будем иметь
Pl Я1>, ₽? аи,
----1----= Zj4------f---,
Pg 2g pg 2g
j де можем принять для коэффициента Кориолиса а = 1,0-
Так как труба горизонтальная и за плоскость сравнения или
плоскость отсчета нами принята плоскость, проходящая через ось
трубы, то zt=z2=0.
Тоща уравнение Бернулли примет вид
Я
pg
2g pg 2g
В этом уравнении сделаем перестановку членов и получим:
Pt ~Pi
Pg 2g
Из схемы струйного водомера видно, что
А—----1
pg
38
Рис. 1.16. Схема измерепия маномет-
рического давления в емкости Л
Рис. 1.17. Схема цилиндрического
затвора
поэтому теперь уравнение Бернулли запишется так:
Ввиду того, что
h=^—
2g
4<2 4Q
«'1=—; и v2=—_>
nD* 4с?2
39
где Q — объемный расход, то
л»еу меу
У1111' __1У ед*ед4-**)
2g n2g D*J n2gd*D*
откуда
е*=”>^‘л
8(O*-rf4)
и, следовательно,
p s
8(D4-d*) 2 V 2(D*-d')v
Таккак-е/2!)2
2
для данного водомера — величина посто-
янная, то, обозначив ее через с, получим
В нашем случае
Q=c^/h.
2
=24,8, дм/с !=24,В, ли/с.
Объемный расход воды будет
6=с,/л=24,8-ч/2=35, дм’/с=35, л/с.
Контрольные вопросы:
I- Какие три единицы приняты за основные в системе СИ для измерения
расстояния, времени и массы?
2. Перечислите все известные вам единицы измерения давления,
3. Чему равно давление воды в самой глубокой впадине мирового океана?
4. Приведите пример квазиодномерного (почти одномерного) течения, в кото-
ром постоянство объемного расхода не выполняется.
5. Приведите примеры ламинарного течения жидкости.
6. Чему равно критическое значение числа Рейнольдса в круглой трубе?
7. Какие практически важные технические процессы и инженерные установки
отражает задача истечения жидкости из отверстия?
ГЛАВА 2. ВОДОСНАБЖЕНИЕ ГОРОДОВ
2.1. РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
Водоснабжение основано на использовании природного сы-
рья — воды. Объем поверхностного стока (для среднего по водно-
сти года) для северного, западного и центральных районов Рос-
сии 3430 км3/год, а подземного — 910 км3/год. Суммарный объем
эксплуатационных запасов подземных вод 3500 м3/с (без Во-
сточной Сибири и Дальнего Востока). Общее количество воды для
целей централизованного водоснабжения в России составляет в
настоящее время 7 км3/год, т. е. около 220 м3/с; 84% этого коли-
чества приходится на поверхностные источники, а 16% — на под-
земные.
Рациональное использование природных водных ресурсов
и охрана окружающей среды были и остаются одной из важнейших
задач. Среди первых указов Петра I в России (1718) был указ об
охране чистой воды и ограничений вырубки леса. В настоящее
время водные ресурсы нашей страны взяты под защиту государства
и их использование регламентируется статьями водного законода-
тельства. Действующими системами ГОСТов в этой области долж-
ны руководствоваться все организации, деятельность которых так
или иначе связана с использованием воды или ее очисткой.
Правовое регулирование водопользования для питьевых и быто-
вых нужд основывается на двух принципах: общедоступность питье-
вой воды для всех граждан и приоритет использования воды для
питья и бытовых нужд. При этом состав и свойства воды должны
отвечать определенным требованиям.
Для всех водопользователей установлен единый порядок сброса
сточных вод в водоемы. «Правила охраны поверхностных вод от
загрязнения сточными водами» устанавливают предельно допусти-
мые концентрации (ПДК) вредных веществ, влияющих на качество
воды водоемов. Действуют и «Правила санитарной охраны при-
брежных вод морей». Для очистки акватории моря, например, от
нефти требуется оборудование портов и портовых пунктов специ-
альными механизмами и судами, осуществляющими сбор нефти
и последующую утилизацию нефтяных остатков. И, наконец, очень
важной проблемой является охрана природных комплексов таких,
как Байкал, Селигер, Каспийское море и др.
Установлено, что человечество в день потребляет 7 млрд, т во-
ды. При этом ее основными потребителями являются промышлен-
ный и сельскохозяйственный комплексы. Например; для выплавки
41
одной тонны чугуна необходимо 200 т воды; для очистки одной
тонны нефти —-18 т воды. Поэтому рациональное использование
воды, в первую очередь, означает упорядочение объемов потребля-
емой воды непосредственно на предприятиях. Большое внимание
должно уделяться созданию систем повторного и оборотного водо-
снабжения на промышленных предприятиях и разработке бессточ-
ных схем канализации. Важным является разработка новых тех-
нологий с целью сокращения водоемких процессов производства
и исключения из технологических процессов канцерогенных ве-
ществ. Не менее важной с экономической точки зрения является
интенсификация уже известных методов очистки сточных вод, более
широкое использование способов доочистки биологически очищен-
ных стоков, а также создание новых эффективных очистных комп-
лексов.
Водохозяйственные балансы и прогнозы, составленные во всех
промышленно развитых странах, показали, что спрос на воду на-
много превышает предложение. Запасы пресной воды на Земле
уменьшаются катастрофически и по прогнозам ЮНЕСКО к 2100 г.
человечество будет испытывать настоящий водяной голод. Поэтому
многие страны мира включились в проведение исследований, напра-
вленных на уточнение данных о своих водных ресурсах, на решение
проблемы искусственного производства пресной воды и на создание
экономически выгодных способов и методов опреснения вод Миро-
вого океана
2.2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ
Выбор источника водоснабжения является одной из наиболее
ответственных задач при проектировании любой системы водоснаб-
жения. Источник водоснабжения определяет:
характер системы водоснабжения;
технологическую схему водоснабжения и состав сооружений,
входящих в нее;
экологическую стабильность объекта водоснабжения;
строительную и эксплуатационную стоимость системы водосна-
бжения.
Практически все используемые для целей водоснабжения при-
родные источники могут быть отнесены к двум группам:
поверхностные (реки, озера, водохранилища, моря);
подземные (грунтовые воды, артезианские воды, родники)
Правильное решение вопроса о выборе источника водоснабже-
ния для каждого данного объекта требует тщательного анализа
водных ресурсов района, в котором он расположен. При выборе
реки в качестве источника водоснабжения необходимо учитывать
сезонные колебания ее расхода. Периодически пересыхающие или
42
промерзающие реки не могуг быть использованы в качестве источ-
ника водоснабжения. Однако по своему дебиту средние, крупные
реки и водохранилища могут удовлетворить потребность в воде
большинства городов. Интенсивное же использование подземных
вод в качестве источников водоснабжения приводит к осушению
поверхности земной коры и возникновению тектонических подви-
жек грунтов.
Поверхностные источники характеризуются значительными ко-
лебаниями качества воды и количества загрязнений в разные пери-
оды года.
Вода рек и водохранилищ обладает значительной мутностью,
высоким содержанием органических веществ (особенно в период
паводков), значительной цветностью. Речную воду отличает не-
большая жесткость (содержание солей Са и Mg). Например, жест-
кость воды в Неве составляет 0,7 мг-экв/л, а в Москве-реке
2 — 5 мг • экв/л (для сравнения, жесткость питьевой воды должна
быть не более 10 мг зкв/л.) Кроме того, в речной воде содержится
значительное количество бактерий, включая патогенные (болезнет-
ворные), количество которых измеряют коли-титром (тот наимень-
ший объем воды, в котором еще содержится кишечная палочка) или
коли-индексом, числом кишечных палочек, содержащихся в 1 л во-
ды. Вода озер отличается малым содержанием взвешенных веществ,
малой мутностью, значительной минерализацией, цветностью.
Подземные воды, как правило, прозрачны и бесцветны. Аргезианс-
кие воды, перекрытые сверху водонепроницаемыми породами, за-
щищены от поступления проникающих с земли стоков. Они облада-
ют высокими санитарными качествами (т. е. не требуют глубокой
очистки). Однако подземные воды имеют повышенную жесткость,
часто содержат много железа и фтора, что требует использования
специальных установок по их удалению.
Сопоставляя основные показатели качества воды природных
источников с требованиями, предъявляемыми к качеству воды глав-
ных групп потребителей (см. § 2.23), можно сделать вывод, что для
целей водоснабжения населенных мест наиболее подходящими яв-
ляются подземные воды. Однако, принимая во внимание, что для
крупных населенных мест дебит подземных вод часто оказывается
недостаточным, водоснабжение большинства крупных городов пол-
ностью или в значительной степени базируется на использовании
поверхностных вод.
Источник водоснабжения должен отвечать следующим основ-
ным требованиям:
обеспечивать бесперебойное поступление требуемого количества
и качества воды с учетом роста потребности в водоснабжении;
обладать достаточной мощностью (отбор воды не нарушает
экологическое состояние жизнедеятельности водоема);
находиться на кратчайшем расстоянии от объекта водоснабже-
ния.
43
2.3. СЕТИ И СООРУЖЕНИЯ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДА
С ПОВЕРХНОСТНЫМ И ПОДЗЕМНЫМ ИСТОЧНИКАМИ
Системой водоснабжения города называется комплекс инженер-
ных сооружений, предназначенных для забора воды из источника
водоснабжения, ее очистки, хранения и подачи потребителям. Си-
стема водоснабжения должна обеспечивать снабжение водой дан-
ного объекта в требуемых количествах и требуемого качества без
снижения установленных показателей своей работы.
Вода расходуется потребителями на самые разнообразные нуж-
ды. Основными категориями потребителей являются:
водопользование для хозяйственно-питьевых нужд населения —
все расходы воды на питье, гигиенические нужды, приготовление
пищи и т. д., кроме того, сюда входят расходы воды для обеспече-
ния благоустройства городов и населенных пунктов, поливки улиц,
зеленых насаждений и т. п.;
водопользование для производственных целей на предприятиях
промышленности, транспорта, сельского хозяйства;
водопользование для целей пожаротушения;
использование воды на собственные нужды водопровода — про-
мывку фильтров, сети и т. п.
Все эти группы потребителей предъявляют различные требова-
ния к количеству, качеству и давлению воды. Поэтому при проек-
тировании необходимо решать вопрос о целесообразности сооруже-
ния единой или раздельной систем водоснабжения. Для отдельных
крупных промышленных объектов города, которые могут использо-
вать неочищенную воду, целесообразно устраивать самостоятель-
ные производственные водопроводы. Возможность объединения
противопожарного водопровода с хозяйственно-питьевым или про-
изводственным водопроводом решают на основе технико-экономи-
ческих расчетов. Обычно в городах устраивают единый хозяйствен-
но-противопожарный водопровод. Он подает воду и для хозяй-
сгвенно-питьевых нужд предприятий, расположенных на террито-
рии города, и для их технических нужд, если в технологических
процессах используется вода питьевого качества.
Классификация применяемых на практике систем водоснабже-
ния представлена на рис. 2.1. Из всего многообразия существующих
систем в курсе подробно изучаются системы хозяйственно-проти-
вопожарного водоснабжения городов с поверхностным и подземным
источниками.
Сети и сооружения системы водоснабжения города с поверхност-
ным источником представлены на рис. 2.2, а. Вода поступает в во-
дозаборные сооружения 1, откуда насосами насосной станции пер-
вого подъема 2 по водоводам первого подъема 3 подается на
очистные сооружения 4. После очистки из резервуаров чистой воды
5 она забирается насосами насосной станции второго подъема
44
Рис. 2.1. Классификация систем водоснабжения
б и по водоводам второго подъема 7 подается в наружную водопро-
водную сеть города 8, распределяющую воду по отдельным рай-
онам и кварталам города. Водонапорная башня 9 может распола-
гаться перед, в середине, либо за сетью города. В последнем случае
она называется контр-башней. Сеть города с водонапорной башней
соединяют водоводы 10. Все водоводы проектируются не менее чем
в две нитки на случай аварии. Аварийный водовод должен обеспечи-
вать пропуск не менее 70% суточного потребления воды городом.
По способу подачи воды водоводы могут быть нашетательными
или самотечными.
Взаимное расположение сооружений системы водоснабжения
и их состав могут быть различными. Насосная водопроводная
45
станция первого подъема может быть совмещена с водоприемным
сооружением, а насосная станция второго подъема располагаться
в одном блоке с резервуаром чистой воды. Существенное влияние
на расположение сооружений системы оказывает рельеф местности
При расположении источника водоснабжения на значительной вы-
соте по отношению к городу вода из источника подается без
помощи насосов, т. е. самотеком. Водонапорная башня всегда
располагается на возвышенности. При наличии вблизи населенного
пункта значительного естественного возвышения вместо водона-
порной башни проектируется нагорный резервуар.
Водонапорная башня в системе выполняет напорно-регулиру-
ющую функцию, т. е. компенсирует несовпадение режимов подачи
воды насосами и ее потребление городом в отдельные часы суток,
аккумулируя избыток подаваемой воды в одни часы и восполняя ее
недостачу в другие. При этом расход воды для тушения одного
внутреннего и одного наружного пожара в течение 10 мин хранится
в баке башни постоянно. Если водонапорная башня в системе
водоснабжения города отсутствует, то в часы минимального водо-
п) с паеертосчшм маочт ком
б) с поцзелтм ксгочтксм
Рис. 2.2. Сети и сооружения системы водоснабжения города:
I водозаборные сооружения, 2 насосная станция первою подъема; 3 - водоводы первого
подъема, 4 очистные сооружения оо очистке воды; 5 резервуар чистой воды; 6 - насосная
станция второго подъема, 7 - водоводы второго подъема, S - наружная водопроводная сеть
। орода; ₽ водонапорная башш; 10 водоводы, соединяющие водонапорную башню с сетью
города; 11 водозаборные скважины, 12 сборный резервуар
46
потребления подача воды в город осуществляется насосами мень-
шей производительности, расположенными на насосной станции
второго подъема.
Сети и сооружения системы водоснабжения города с подземным
источником представлены на рис. 2.2, б. Схема значительно упро-
щена по сравнению со схемой водоснабжения города с поверхност-
ным источником, так как отсутствует дорогостоящий комплекс
очистки воды, поскольку подземные воды обладают не только
прекрасными вкусовыми качествами, но также не требуют глубо-
кой очистки. В отдельных случаях могут применяться местные
установки для обезжелезивания или удаления избыточных солей,
а также для обеззараживания воды. Они устанавливаются на насос-
ной станции. Поэтому, согласно схеме (см. рис. 2.2, б), вода из
водозаборных скважин 11 поступает в сборный резервуар 12, а за-
тем насосами насосной станции б подается в городскую водопро-
водную сеть 8. Подача воды в город в ряде случаев может быть
и двусторонней.
Сравнительная характернстнка систем водоснабжения города
с поверхностным и поземным источниками обобщает основные
достоинства и недостатки описанных выше систем.
Виды СИСТЕМ Достоинства Недостатки
С поверхност- ным источником Обеспечивает подачу практи- чески любот о необходимого ко Большая строительная и экс- плуатационная стоимости. Гро
личесгва воды с учетом перепек - гивиого роста городов. Надеж- мсздкостъ. Экологичеасое несо- всраненство ввиду возможного увеличения объема очистных сооружений
С подземным ис- точником Обеспечивает высокое сани- тарное качество воды. Не нару- шает экологию окружающей среды Ограниченность применения из за недостаточной мощности водоносных горизонтов. Возмо- жность нарушения в ряде случа- ев несущей способности грунтов
2.4. ОРГАНИЗАЦИЯ ЗОН САНИТАРНОЙ ОХРАНЫ
ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ
Санитарная охрана источников питьевого водоснабжения осуще-
ствляется путем организации на водосборных бассейнах зон сани-
тарной охраны. Зона санитарной охраны поверхностного источника
водоснабжения представляет собой специально выделенную тер-
риторию, охватывающую используемый водоем и частично бассейн
его питания.
На этой территории устанавливается режим, обеспечивающий
надежную защиту источника водоснабжения от загрязнения и со-
хранение требуемых качеств воды. Проект зоны санитарной охраны
составляет неотъемлемую часть каждого проекта водоснабжения,
47
без которой он не может быть утвержден. Проект должен содер-
жать установление границ зоны санитарной охраны, перечень меро-
приятий по санитарному оздоровлению территории зоны и согласо-
вываться с органами Государственного санитарного надзора. Зона
санитарной охраны источника водоснабжения включает в себя три
пояса, имеющие установленные границы (рис. 2.3). Территория
первого пояса по возможности окружается зелеными насаждени-
ями. На территории запрещаются проживание людей и все виды
строительства кроме расширения головных водопроводных соору-
Источник водоснаб-
жения
Бассейн питания
нх-пукипка
Иервый i:oflc"cipoioro режима^
ВКЛЮЧАЮТ
Место забора вады Территорию головных водопро- водных сооружений Территорию по обе стороны реки
(при нормальномуровне воды)
такие же ,как и для рек
Рис. 2.3 Устройство зоны санитарной охраны поверхностных источников водоснаб-
жения
48
жений. В пределах второго, третьего поясов вводится ряд ограниче-
ний в хозяйственную деятельность людей, которая может оказать
влияние на качество воды источника водоснабжения. При наличии
судоходства на реках в границы второго пояса включается ак-
ватория, прилегающая к водозабору в пределах фарватера.
2.5. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ
ДЛЯ ЗАБОРА ВОДЫ ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ
Выбор типа водоприемных сооружений зависит от местных при-
родных условий: гидрогеологических характеристик водоемов; ха-
рактера самого источника водоснабжения. В ряде случаев при про-
ектировании крупных и ответственных водоприемных сооружении
приходится прибегать к методам моделирования и изучать режим
работы будущего сооружения на моделях в лабораторных условиях.
Разнообразие местных природных условий в сочетании с различ-
ными количествами забираемой воды обусловливает и разнооб-
разие типов и конструкций водоприемных сооружений (рис. 2.4).
Очень важной является задача выбора места установки водопри-
емного сооружения. Их-рекомендуется устанавливать:
На кратчайшем расстоянии до потребителя и гарантия беспере-
бойного получения воды наилучшего качества и требуемого ко-
личества;
устойчивом участке берега и дна водоема;
вне очагов образования ледяных заторов и донных наносов;
вне зоны работы ГЭС и гидроузлов;
вне зоны интенсивного движения судов;
выше по течению от.населенных мест, промпредприятий и мест
возможного сброса сточных вод в водоем (на расстоянии
L>300m);
с учетом организации зон санитарной охраны.
Следует также учесть, что при соблюдении всех перечисленных
условий место расположения водоприемника должно обеспечивать
возможность применения наиболее дешевого и простого способа
забора воды из источника.
Наиболее благоприятны для расположения водоприемников вог-
нутые берега реки, где отложения наносов не происходит, однако
при этом требуется проведение дополнительных работ по укрепле-
нию берега. Весьма существен при выборе места расположения
водозаборного сооружения учет возможности оползневых и сейс-
мических явлений.
49
Рис. 2.4. Классификация водоприемных сооружений из поверхностных источников
В данном курсе подробно рассматриваются принцип работы
и устройство водозаборных сооружений берегового и руслового
типов, которые наиболее часто применяются в практике водоснаб-
жения городов .
2,6. ПРИНЦИП РАБОТЫ ВОДОЗАБОРОВ БЕРЕГОВОГО
И РУСЛОВОГО ТИПОВ
Водозаборные сооружения берегового типа устраивают при на-
личии следующих условий в месте забора воды:
Крутой берег.
Значительная (более 10 м) глубина водоема.
Устойчивые плотные грунты в основании берега.
Амплитуды колебания уровней воды в водоеме более 6 м.
Благоприятные ледовые условия.
Незначительные образования донных наносов.
50
Принципиальная схема работы берегового водозабора раздель-
ного типа приведена па рис. 2.5, а. Он представляет собой колодец
1, выполненный, как правило, из железобетона и располагаемый на
склоне берега. Вода поступает в береговой водозабор через входные
окна 2, оборудованные с наружной стороны съемными решетками
для грубой механической очистки речной воды. Колодец разделен
перегородкой 3 на две камеры — приемную 4 и всасывающую 5.
В проеме перегородки между камерами устанавливают сетку 6. Из
всасывающей камеры вода забирается всасывающими патрубками
7 центробежных насосов 8, расположенными в насосной станции
первого подъема 9. Всасывающие трубы центробежных насосов для
защиты от повреждений и для облегчения их осмотра и ремонта
иногда располагают в специальной галерее 10. Над водоприемным
колодцем устраивают служебный павильон 11, из которого осуще-
ствляется управление арматурой и механизмами очистки сеток,
а также другие операции, связанные с эксплуатацией водозабора.
Решетки приемных окон выполняются из стальных стержней с зазо-
ром между ними 40 — 100 мм. Приемные окна располагаются в два
яруса при значительном колебании уровней воды в реке.
Рис 2.5. Принципиальная схема водозабора берегового типа:
с — раздельного; б — совмещенного, 1 — береговой колодец, 2 —приемные окна; 3— иерею
редка; 4 — приемная камера, 5 — всасывающая камера, б — съемная сетка; 7 —всасывающий
патрубок центробежного насоса, Я — центробежный насос; 9 — насосная станция первого подъ-
ема; It) — галерея для размещения всасывающих труб; 22 — служебный павильон: 22 — напор-
вые водоводы
51
Расстояние от низа возможного ледяного покрова до верха
верхнего приемного окна водозабора должно составлять не менее
0,2— 0,3 м. Порог между дном реки и низом нижнего приемно-
го окна, необходимый для исключения попадания в водозабор
донных наносов, составляет не менее 0,5 м. Средняя скорость
движения воды через решетки приемных окон — 0,2 — 0,6 м/с.
Сетка, вмонтированная в перегородку между приемной и всасыва-
ющей камерами, предохраняет всасывающую камеру от попадания
в нее крупных взвесей. На крупных водозаборных сооружениях
устанавливают вращающиеся сетки с непрерывной промывкой.
В предледоставный период переохлажденная вода кристаллизу-
ется на взвешенных частицах грунта, образуя глубинный лед, пере-
носимый течением водоема на значительные расстояния. Такие
насыщенные льдом потоки часто создают аварийные ситуации на
водозаборных сооружениях, полностью закупоривая отверстия при-
емных окон. Для защиты водозаборов от i дубинного льда рекомен-
дуется осуществлять следующие основные мероприятия:
уменьшать скорость течения воды через приемные окна водоза-
боров;
обогревать решетки приемных окон;
устраивать плавучие запани я коробы;
устраивать водоприемные ковши.
Для водозаборов средней производительности при малой высо-
те всасывания насосов и наличии неплотных грунтов в основании
берега устраивают береговые колодцы совмещенного типа (см. рис
2.5, б). При этом днище водоприемного колодца и насосной станнин
Рис. 2.6 Принципиальная схема работы водозабора руслового типа:
I — оголовок, 2— самотечные линии, 3 — береговой колодец, 4 — приемная камера; 5 — вса-
сывающая камера, б — перегородка, 7— съемвая сетка, Я— всасывающий патрубок центробеж-
ного насоса; ₽ — центробежный насос; 70 — насосная стапппя первого подъема, 77 — павильон;
12 — напорные водоводы
52
первого подъема выполняют общим. Благодаря своей относитель-
ной экономичности эти водоприемники имеют значительно боль-
шее распространение, чем раздельные.
Водоприемники берегового типа могут иметь в плане круглую,
эллипсоидальную или прямоугольную формы. Это зависит от:
условий обтекания водозабора водами реки; условий производства
строительных работ; используемого оборудования насосной стан-
ции.
Водозаборные сооружения руслового типа устраивают ври сле-
дующих условиях в месте забора воды:
Пологий берег
Малая (до 10 м) глубина водоема
Неустойчивые грунты в основании берега
Амплитуда колебания уровней воды в водоеме менее 6 м
Благоприятные ледовые условия
Незначительные образования донных наносов
Согласно принципиальной схеме работы водозабора руслово-
го типа (рис. 2.6), несовмещенного с насосной станцией первого
подъема, вода через оголовок I по самотечным линиям 2 поступает
в береговой колодец 3. Так же как и в водозаборе береговою типа,
берег свой колодец состоит из приемной 4 и всасывающей 5 камер,
разделенных перегородкой 6 с сеткой 7. Из всасывающей камеры
вода забирается всасывающими патрубками 8 центробежных насо-
сов 9, расположенных на насосной станции первого подъема 10
Применение самотечных линий от оголовка до берегового колодца
оправдано с экономической точки зрения. В некоторых случаях для
уменьшения глубины укладки самотечных линий их заменяют на
сифонные. При значительных колебаниях уровней воды в водоеме
иногда устраивают два
яруса самотечных труб
для возможности при-
ема воды с наимень-
шим количеством взве-
си. Скорость движе-
ния воды в самотеч-
ных линиях составляет
0,7 0,9 м/с во избе-
жание их засорения. Их
выполняют из сталь-
ных, железобетонных и
асбестоцементных труб
не менее чем в две нит -
км Для промывки са-
мотечных груб водоза-
снув нижней
Рис. 2.7. Схема устройства затопленного ого-
I — приемный конец самотечной линии, имеющей
форму раструба; 2—сваи, 3—съемная решетка рас-
труба
53
борные сооружения должны иметь соответствующее оборудование.
При прокладке самотечной линии по дну или подо дном водоема
она в месте приема воды должна заканчиваться вертикальным или
наклонным отростком с раструбом-оголовком.
Оголовки русловых водозаборов бывают:
Постоянно затопленные I тип. Только для укрепления и за-
щиты приемных концов самотечных
линий, забирающих воду из реки
II тип. Образующие водоприемную
камеру, куда поступает речная вода
и к которой присоединяются концы
самотечных труб
Затопляемые высокими
водами
Незатопляемые
Постоянно затопленные оголовки имеют в практике водоснаб-
жения наиболее широкое применение, так как значительно дешевле
незатопляемых. Они не подвергаются воздействию ледовых нагру-
зок, однако их обслуживание связано с определенными трудностями
и неудобствами.
Оголовки бывают: деревянными (свайными и ряжевыми); бетон-
ными; железобетонными.
Ряжевые оголовки широко применялись в практике водоснабже-
ния, но в последнее время они все чаще заменяются па бетонные
и железобетонные. На рис. 2.7 показана схема затопленного оголов-
ка (I типа), закрепляющего приемный конец самотечной линии 7,
имеющей форму раструба, на сваях 2. Раструб снабжен съемной
решеткой 3. В данном случае самотечная линия располагается над
дном реки.
2.7. ОРГАНИЗАЦИЯ ЗОН САНИТАРНОЙ ОХРАНЫ
ПОДЗЕМНЫХ ИСТОЧНИКОВ
Когда в качестве источников водоснабжения городов использу-
ются грунтовые воды, составлению проекта зоны санитарной охра-
ны подземных источников предшествует проведение специальных
изысканий на местности для выяснения гидрогеологических харак-
теристик района, направления и скорости подземного потока, усло-
вий его питания, возможных источников загрязнения подземных
вод, наличия нарушений почвенных слоев и т. д.
Устройство зоны санитарной охраны подземных источников
представлено на рис. 2.8-
Территория первого пояса должна быть спланирована для воз-
можности отвода поверхностного стока за границы пояса. В зоне не
54
Зоне сенипрной охрены подземных источников
Первый пояс ferporrm рвжтш) ] | ——| Второй пояс
Водозаборные сооружения Н- hji ||1|
Несосные станции
Сборное резервуары
i| &S.® Щ а
от загрязнения
Гагницы -эон устанавливаются
ПО СНиП 204.02-В4
Рис. 2.8. Устройство зоны санитарной охраны подземных источников
допускаются проживание людей и применение органических ве-
ществ для посадок и посевов.
На территории второго и третьего поясов должны проводиться
предупредительные мероприятия с целью защиты используемого
водоносного пласта от поступлений загрязнений с поверхности. Во
втором поясе зоны санитарией охраны не допускается проведение
работ, связанных с нарушением пород, перекрывающих сверху во-
доносный пласт. Контроль за содержанием зон санитарной охраны
подземных источников также осуществляется органами Государст-
венного санитарного надзора-
2,8. ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ПРИЕМА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД. УСТРОЙСТВО ВОДОЗАБОРНЫХ СКВАЖИН
Подземные воды обладают высокими санитарными качества-
ми и поэтому очень ценны для целей водоснабжения. Поскольку они
залегают на различных глубинах и в разных породах, существуют
несколько типов сооружений для их приема, широко применяемых
в практике водоснабжения городов (рис. 2.9). Выбор того или иного
сооружения зависит в основном от глубины залегания подземных
вод (й) и мощности водоносного горизонта (Н), которая определя-
ется слоем водовмещающей породы от зеркала грунтовых вол до
водоупора (устанавливается гидрогеологическими изысканиями).
Значения этих величин приведены для каждого типа соору-
жения.
Сооружения для приема родниковых вод получили назва-
ние каптажных сооружений. Восходящие родники образуются при
проникновении в поверхностные слои грунта напорных вод в ре-
зультате нарушения прочности перекрывающих их водонепрони-
цаемых пород. Нисходящие при выклинивании на поверхность
земли безнапорных водоносных пластов. Родниковая вода является
полезной и в ряде случаев может быть использована в лечебных
целях.
55
Горизонтальные водосборы представляют собой дренажи разных
типов или водосборные галереи, укладываемые в пределах водонос-
ного пласта (непосредственно на подстилающем водоупоре). Вода,
поступившая из грунта в дренажные трубы, подается по ним в сбор-
ный резервуар, а оттуда откачивается насосами.
Шахтные колодцы применяют для приема небольших количеств
воды. Вода в них поступает через их дно и частично стенки. В круп-
ных централизованных системах водоснабжения шахтные колодцы
применяются относительно редко. Их используют при индивиду-
альном пользовании, в сельской местности, во временных водопро-
водах.
Для целей централизованного водоснабжения наиболее часто
применяются несколько трубчатых колодцев или, как их часто
называют, водозаборных скважин, объединяемых в общую систему
водосборных сооружений. Характерной особенностью трубчатых
колодцев (скважин) является их малый диаметр и относительно
большая длина водозаборной части.
I Выбор тиля сооружения для яебора воны из подземных источников |
Гпубина залегания грунтовых 1 I Мощность водоносного I
«Я ft wj[ I горизонта (Н ы) |
На поверхности -----------Каптажные сооружения
3 < п <В -----------Гсрияснтапыаив водосборы------------- Небольшая
IS < h < 20 -------------—Для лучевых ----------—- Небольшая
В < 30 -«--------—-----Шахтные колодцы------------—- Небольшая
К > 10 -•--------Трубчатые колодцы (скважины) -----ы Значительная
Рис. 2.9 Сооружения для забора аоды из подземных источников
56
Чтобы лучше разобраться в работе водозаборных скважин, изу-
чим природу подземных вод, которые они могут принимать. Под-
земные воды бывают безнапорными, заполняющими водоносный
пласт «горизонт» неполностью и имеющие свободную поверхность,
т. е. зеркало грунтовых вод (рис. 2.10, а}- Напорные артезианские
воды перекрыты сверху водонепроницаемыми грунтами и поэтому
находятся под давлением больше атмосферного (рис. 2.10, б). Водо-
носный пласт (поры грунта, заполненные водой) подстилается плас-
том, называемым водоупором или ложем. Статический уровень
грунтовых вод (СТУГВ) устанавливается на той же отметке, на
которой вода была встречена при вскрытии пласта. При откачке
Рис. 2.10 Виды водозаборных совершенных скважин:
1 — схважпна (колодец); 2 — поверхность земли; СТУГВ — статический уровень грунтовых вод;
ДУГА — динамический уровень грунтовых вод; г — радиус скважины; Л—радиус влияния
скважины, S—глубина откачки; II—мощность водоносного горизонта; —мощность
ваооряого водоносного горизонта
57
уровень воды в скважине понижается и вода из водоносного пласта
начинает притекать к колодцу. В поперечном разрезе скважины
понижение уровня грунтовых вод изображают кривой депрессии.
Область, ограниченная кривыми депрессии, называется депрессион-
ной воронкой. Когда количество отбираемой воды станет равным
количеству воды, притекающей в колодец из грунта, движение
приобретает установившийся характер и в колодце устанавливается
динамический уровень (ДУГВ). Расстояние от центра скважины до
точки пересечения кривых депрессии со статическим уровнем грун-
товых вод называется радиусом влияния скважины (R). Расстояние
от статического до динамического уровней воды в скважине называ-
ется глубиной откачки (S) (см. рис. 2.10, а).
Вода поступает в колодец только из области грунтового мас-
сива, ограниченного радиусом влияния скважины. Поэтому при
проектировании нескольких скважин радиусы их влияния не долж-
ны пересекаться. Иначе грунты в зоне пересечения радиусов влияния
скважин не будут подавать воду.
Гидравлический расчет напорных и безнапорных скважин сво-
дится к установлению соотношения между удельным дебитом
(Q) — количеством воды, полученным при понижении ва один метр
уровня грунтовых вод, глубиной откачки (5), радиусом скважины
(г), при известных значениях коэффициента фильтрации грунтов
(Аф).
Методика этого расчета в данном курсе не рассматривается.
Если скважина (колодец) доведена до водоупора, она называется
«совершенной», если она заканчивается в толще водоносного пла-
ста — «несовершенной».
Устройство водозаборных скважин зависит от:
глубины залегания подземных вод;
характера проходимых пород;
способа бурения.
На рис. 2.11, а показана схема устройства скважины. Стенки
скважины после бурения закрепляют стальной обсадной трубой 1.
Эту трубу опускаюз приблизительно до верхней границы залегания
водоносных пород. В обсадную трубу 1 опускают трубу 2 меньшего
диаметра, которую доводят до нижней границы залегания водонос-
ных пород, немного заглубляя в водоупор. Затем в трубу 2 опуска-
ют фильтр 3, предназначенный для защиты колодца от занесения
в него вместе с водой частиц грунта. Фильтр 3 опускают с помощью
штанг и замков 4 в его верхней части. Затем трубу 2 удаляют из
скважины, а кольцевое пространство между стенками фильтровой
и обсадной труб уплотняют путем установки сальника 5. В ряде
случаев в грунте с внешней стороны обсадной трубы устраивает-
ся «цементный замок». Над скважиной устраивают специальный
58
в)
Рис. 2.11.
о устройство водгзаборвых скважин; б устройство фильтров водагабсрных скважин; а
конструкция сетчатого фильтра водозаборной скважины;
I - стальная обсадная труба; 2 - труба меньшего диаметра, в которую устанавливается
фильтр; 3 - фильтр; 4 - замок для установки фильтра; 5 — сальниковое уплотнение; 6 — ра-
ботая приемная часть фильтра; 7 нпжвяя глухая отстойная часть; R вадфилыровая глухая
часть; 9 — трубчатый каркас с круглой перфорацией; 10 подкладочные стержни, 11 - прово-
лока; 12 — сетка
павильон. Фильтр 3 является очень ответственной частью скважи-
ны. От его надежности зависит качество работы всей скважины.
Фильтр (рис. 2.11, б) состоит из рабочей (приемной) части б, через
которую в колодец поступает вода, надфильтровой глухой части
8 с замком 4 и нижней глухой части 7, которая служит сборни-
ком для проникающих в колодец мелких частиц грунта. На рис.
2.11, в представлена конструкция приемной части (сетчатый
фильтр). На трубчатый каркас с круглой перфорацией 9 и подкла-
дочные стержни 10 спирально (с расстоянием между витками 5 —
10 мм) наматывается проволока 11, а затем накладывается сетка
12 Сетки изготавливаются из латунной проволоки и имеют различ-
ное плетение.
Методы получения воды из водозаборных скважин зависят
от глубины расположения ее уровня. От самоизливающихся артези-
анских скважин вода отводится самотечными трубами в сборный
резервуар, из которого она перекачивается насосами. При неглубо-
ком расположении уровня напорных или неглубоко (10 м) залега-
ющем безнапорном водоносном пласте целесообразно соединять
скважины сифонными трубопроводами (рис. 2.12, а). При этом
сифонные соединительные линии 1 могут подавать воду в сборный
колодец 2, из которого она откачивается (по всасывающим трубам
3) насосами, установленными на насосной станции. Из верхних
точек 4 сифонной магистрали производится удаление воздуха с по-
мощью вакуум-насосов. В тех случаях, когда динамический уровень
воды залегает глубоко (свыше 10 м) от поверхности земли, каж;^ая
59
Рис. 2.12 Возможные метода получения воды из водозаборных скважин при различ-
ной глубяве залегания грунтовых вод:
а — до 10 м; б свыше 10 м;
I сифонные соединительные линия; 2-— холопеп; 3— веясывакшдае трубы насосов; 4
верхние точки сифонных линий; 5 — скважины; 6 — насосная станция; 7 — скважины, оборудо-
ванные артавансжими расосамв; 8 - вапорные трубопроводы; 9 — сборный резервуар
скважина оборудуется специальными артезианскими глубоковод-
ными насосами (см. рис. 2.12, б). Насосы подают воду но напорным
трубопроводам 1 в сборный резервуар 2. Отсюда вода забирается
насосами насосной станции 3 и подается по водоводам в городской
водопровод.
2,9. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ВОДОПРОВОДНЫХ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ
Насос - это гидравлическая машина, в которой механическая
энергия приводного двигателя преобразуется в гидравлическую
энергию (давления и кинетическую) движущейся жидкости. Насосы
поднимают жидкость на определенную высоту, подают ее па
60
определенное расстояние в горизонтальной плоскости, заставляют
циркулировать в замкнутой системе. Основными параметрами,
определяющими диапазон изменения режимов работы насосной
станции, состав ее оборудования и конструктивные особенности,
являются подача, напор, мощность и коэффициент полезного дей-
ствия (КПД). Подача определяется объемом жидкости, подаваемой
насосом в единицу времени, и измеряется обычно в м3/с, л/с
или м3/ч. Напор — это удельная энергия жидкости, полученная
на участке от входа до выхода из насоса. Например, напор в 100
м можно трактовать как энергию в 100 кГм /кг. Напор измеряется
в м, дм, см.
Мощность полезная расходуется на перемещение полезного рас-
хода Q и создание напора Н. Nv=pgQH, где р — плотность
жидкости, измеряемая в кг/м3, g=9.8l'>*— ускорение свободного
падения.
Мощность подведенная расходуется на создание полезной мощ-
ности и потери внутри насоса
Коэффициент полезного действия (КПД) — является отношением
№
полезном и подведенной мощности т/ — .
N
Наиболее распространенным типом насосов в насосных стан-
циях водоснабжения и канализации является центробежный насос,
что определяется таким его достоинством, как плавная и непре-
рывная подача перекачиваемой жидкости, относительно несложное
устройство, обеспечивающее высокую надежность и достаточную
долговенчность, возможность перекачивать загрязненные жид-
кости, простота соединения с двигателем, высокий КПД Устрой-
ство и принцип действия центробежного насоса показано на рис.
2.13. Центробежный насос состоит из рабочего колеса 1 с лопат-
ками 2, установленного на валу 3, и уплотнения 4 сальникового
или торцового типа,разделяющего внутренность корпуса 5 с атмос-
ферой.
Жидкость подводится по оси к всасывающему патрубку 6 и от-
водится по напорному патрубку 8. Всасывающий и напорный пат-
рубки соединены соответственно с всасывающим и напорным тру-
бопроводами 7 и 9.
Перекачиваемая жидкость получает энергию от вращающегося
с частотой 500 — 3000 об/мин рабочего колеса, в котором лопатки
воздействуют на жидкость (вследствие положительной разности
давлений на выпуклой, рабочей, и вогнутой, тыльной, сторонах
61
а) б)
Рис. 2.13. Центробежный одноступенчатый пасос’
а — продольный разрез по оси; б — поперечный разрез плоскостью, нормальной к оси вала;
I — рабочее колесо; 2 — попасти рабочего колеса, 3 — вел; 4 — уплотнение, 5 — корпус; б —
всасывающий патрубок, 7— всасывающий трубопровод, в—натяетательный патрубок; 9—
нагнетательный трубопровод, ГО — щелевое уплотнение
лопатки) и заставляют ее двигаться от оси к периферии рабочего
колеса. При этом напор Н=к - нарастает пропорционально окру-
гу
мной скорости, а давление р=кр ? пропорционально окружной
скорости и плотности жидкости, К - коэффициент от 0,7 до 1,5
в зависимости от угла наклона лопаток на выходе из рабочего
колеса 20D</?2n<150°. Обычно принимают рабочие колеса с углами
25э<02л<35°, так как при этом получается наибольший КПД
(60<г;<В5%), но относительно небольшие напоры, причем на-
ибольшие значения КПД соответствуют насосам с относительно
большими подачами Q и малыми напорами Н. Жидкость с высокой
скоростью поступает в спиральный корпус, где происходит преоб-
разование скорости в давление с таким расчетом, чтобы выпустить
поток в напорный патрубок с большим давлением и небольшой
скоростью, так как транспорт жидкости по длинному трубопроводу
с большими скоростями v приводит к серьезным потерям
Напор одноступенчатых серийных насосов достигает 150 м, подача
до 20 м3/с. Серийные многоступенчатые насосы развивают напор до
3000 м и подачу до 0,2 м3/с.
Основным недостатком центробежных насосов, установленных
на станциях водоснабжения и канализации, является отсутствие
способности самовсасывания, поэтому перед пуском их надо запол-
нять водой с помощью вспомогательных насосов (вихревых, цент-
робежно-вихревых, водокольцовых или струйных), которые устава-
62
вливаются рядом с центробежными насосами, выполняющими ос-
новные операции на станции. Эти же насосы используются для
санитарных работ.
2.10. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
Энергия перед входом в насос определяется по уравнению =
Р1 , V?
=zt +- -I—где zi — положение центра сечения всасывающего пат-
pg 2g
рубка над плоскостью уровня на всасывании (или уровня жидкости
в приемном резервуаре), pt — абсолютное давление в этом сечении,
т. е. отсчитанное от нуля давлений, — средняя скорость жидкости
в сечении 1.
Энергия на выходе £2=22+—+—, где те же величины уже от-
pg 2g
носятся к сечению 2 напорного патрубка. Напор насоса, измеренный
по приборам, Н=Е1—Е\. Тот же напор можно определить по пара-
метрам установки:
— это перепад потенциальной энергии между нижним (на
всасывании) и верхним (на нагнетании) уровнями в резервуарах
НС!=НТКК+------, где Н,№4 — геометрическая высота между у ров-
PS
нями, р„ и ря давления на нижнем и верхнем уровнях ha потери
в трубопроводах. Эти потери состоят из местных потерь /k=C—
коэффициент С определяется по
и потерь по длине /^=2-
справочникам, а коэффициент Л= для ламинарного режима
Re
^Re="1<23Oo) или 2=0,110+“)' для турбулентного режима
(Re >2300). Эквивалентная шероховатость — Д берется по справоч-
никам в зависимости от материала трубы и технологии ее изготов-
ления. Мощность и КПД насоса определяются по выше приведен-
ным формулам.
Основное уравнение лопастных машин Эйлера имеет вид:
g
где и — окружные скорости, при входе на лопатки рабочего колеса
на малом диаметре Dt (i/j) с индексом 1 и с индексом 2 на боль-
63
шом диаметре Л2 (и2) при выходе с рабочего колеса, a t>lu и г211 —
проекции абсолютных скоростей па окружные па тех же диамет-
рах.
Преобразуя это уравнение с помощью треугольника скоростей
(рис. 2.14), получим зависимость напора //, от расхода (),
О*
2nt>2
где со— угловая скорость; г* =Г2^1~л'5’пЛл—поправка Май-
зеля на конечное число лопаток, учитывающая уменьшение угла
потока (17 по сравнению с углом лопатки
где г„ — активный радиус, га<г2,
z — число лопаток рабочего колеса (2<z< 12),
ф2 — коэффициент стеснения потока лопатками на диаметре
D2 выхода из рабочего колеса,
Ь2 — ширина рабочего колеса на выходе,
Qt — расход через рабочее колесо,
Q — расход насоса,
е«=е+?>
q — внутренняя утечка.
Это уравнение теоретического напора для рабочих колес реаль-
ных с конечным числом лопает си. представляет собой
прямую в координатах QK—H[. При Q,—0', (г* со—гг®|и).
Рис- 2 14 Параллелей рамм скоростей на выходе иг рабочею колеса диаметра В2 (л);
теоретическая характеристика Qt — Нл насоса в построение действительной харак-
теристики Q — Н (б);
1, 2, 3 — теоретические характеристики QK — Нтс бесконечным числом лопаток и углами
выхода потока fi2 меньше 90", 90", больше 90" соответственно, теоретическая характеристика
Сг — Hr С конечным числом лопастей (о); потери трения в отводе (й), потери при смешении
потоков рабочего колеса н отвода (в); потеря на утечку и характеристика Q — II (а)
64
При 0х>О и Дл<90° Нт наклонная прямая 1, все значения которой
меньше Н^о, при (7»>0 и ^=90° Н=НТО горизонтальная прямая,
при всех значениям Qr и при Qt>C и $^>90 — это наклонная
прямая 3, все значения которой больше Н7О. См. рис. 2.14, б.
Действительная характеристика напора Н — насоса пойдет
ниже теоретической, так как в насосе имеются потери: трения, на
удар, на утечку. При этом напор будет уменьшаться с уменьше-
нием значения угла Дгл- Тем не менее, как правило, применяются
рабочие колеса с углами /^<90°, потому что при этих условиях
КПД получается наибольшим. Рабочие колеса с углами /^>90
применяют только в машинах малой мощности или вентилято-
рах.
2.11. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПОДОБИЯ
Из рис. 2.14 видно, что действительные характеристики Q — Н
насоса заметно отличаются от теоретических, поэтому при постро-
ении новых насосов или пересчете характеристик расчетных данных
оказывается недостаточно для точного построения характеристики
Q — Н насоса и характеристики мощности Q — N.
Проектирование новых модельных насосов и пересчет харак-
теристик насосов на другой диаметр рабочего колеса Di или другую
частоту вращения вала и делается с помощью теории подобия.
В основу теории подобия положено геометрическое подобие моде-
ли
ли и натуры по сходственным размерам — =• = const, кинематичес-
ки Вв
кое подобие сходственных скоростей —=—=const и динамическое
подобие, определяющееся равенством чисел Рейнольдса в модели
и натуре, Rev=ReK.
Отсюда получаются следующие упрощенные формулы пере-
е. /ЧД/Щ3 к. /ХД2/дД2
счета: расхода —=1 Jk \ J напора ^=1-1 I “ J * мощности
Y
Эти формулы пригодны при условии равенства плотностей и вя-
зкости на модели и в натуре. Если значения этих параметров
отличаются, то формулы пересчета получаются значительно слож-
нее. Однако в практике эти формулы используются либо для пере-
счета диаметров при обрезке рабочего колеса (числа оборотов
Ям=Яи остаются при этом без изменении), либо для пересчета по
оборотам (тогда D^=DB остаются без изменения). Такой пересчет
65
делают при регулировании характеристик насоса на заданный рабо-
чий режим по расходу и напору.
В том случае, когда формулы применяются для одного и того
же насоса и одной и той же жидкости, пересчет получается абсолют-
но точным. В случае обрезки рабочего колеса полного подобия нс
Л ж А.
получается и используют формулы пересчета: расхода —=—; на-
Подобные по характеристикам насосы определяются по равенст-
ву коэффициентов быстроходности л5. Этот коэффициент определя-
ет подобие насосов по типу и параметрам (расходу, напору). По его
величине можно представить конструкцию проточной части насоса.
Коэффициент получается комбинацией двух формул подобия по
расходу и напору, из которых исключается отношение диаметров,
а напор 74. = 1 ми подача QM=0,075 м3/с, т. е. мощность модель-
ного насоса принята равной 1 л. с.=75 кГм/с.
».=3,65"Д
И»4
где Н—напор на одну ступень насоса (если насос многоступен-
чатый), м, Q — на одну сторону рабочего колеса (если
рабочее колесо с двойным входом), м3/с, п — частота вращения
вала, об/мин.
Коэффициент быстроходности ns подсчитывается по оптималь-
ным значениям Q и Н при и^,., и для подобных насосов па1=пш
2.12. ЯВЛЕНИЕ КАВИТАЦИИ В ЦЕНТРОБЕЖНОМ НАСОСЕ
Кавитация — это нарушение сплошности потока жидкости в об-
ласти, где давление достигает величины давления насыщенного
пара Ри п при данной температуре. Наименьшая величина давления
в центробежном насосе получается на входных кромках лопаток
рабочего колеса. В этих местах образуется большое количество
пузырьков диаметром 1 — 1,5 мм. заполненных паром перекачива-
емой жидкости.
Эти пузырьки быстро уносятся потоком на больший радиус
рабочего колеса, где окружающее давление больше р„,п в пузырьке.
Пузырьки раздавливаются на поверхности лопатки с большой ско-
ростью (до 200 м/с и частотой до 10s герц). При этом возникает
66
эрозия поверхности лопатки и снятие защитной оксидной пленки на
металле. Повышение температуры на микроучастках до 300 °C
вызывает разложение жидкости на атомарный состав. Выделяется
свободный кислород, который реагирует с очищенной поверхно-
стью металла и вызывает активную коррозию. Кроме того, в связи
с большой разницей температур соседних микроучастков возника-
ют электролитические процессы. Все эти явления нарушают струк-
туру потока, обтекающего лопатки, и вызывают сильную вибрацию
и шум. Появляются зоны отрыва потока, в связи с чем уменьшается
напор, подача и КПД насоса. При длительной работе в режиме
кавитации начинается разрушение машины, так как нарушается
балансировка ротора.
Для предохранения насоса от возникновения явления кавитации
необходимо знать его кавитационные характеристики: допустимую
величину кавитационного запаса Дйдоп и кавитационный коэффици-
ент быстроходности
Для насоса среднего класса по качеству он имеет значения
900 <С< 1100 в оптимальном режиме. По приведенной формуле
определяется так называемое критическое значение кавитаци-
онного запаса, а допустимый кавитационный запас ДЛдап=1,2'Дйдр.
Далее рассчитывается высота всасывания по формуле:
На-Нл=Ы1аов,
н.=- -.iHr//,»«+*..
pg
где
Н„ — запас энергии в жидкости на входе в насос,
Р6 — барометрическое давление,
Рж.п — давление насыщенного пара,
р — плотность жидкости,
Нг — приведенная высота всасывания,
Нтпн — геометрическая высота всасывания (берется со знаком
плюс, если насос расположен выше уровня жидкости на
всасывании, и со знаком минус, когда этот уровень
выше насоса),
h„ — потери во всасывающем трубопроводе.
Кавитационный запас Д/i пересчитывается по формулам подо-
бия, так же как напор насоса, откуда следует, что с уменьшением
частоты вращения л ротора насоса ДЛ уменьшается, а Н, увеличива-
ет
ется и, следовательно, насосы с большой высотой всасывания
74»» всегда низкооборотные, а диаметры входа в рабочее колесо
увеличены, так как в этом случае уменьшаются меридианальные
и относительные скорости.
Если значение С по условиям установки насоса получается боль-
ше паспортного (либо ДА сАйИ0П), то надо уменьшить Hmu или
и об/мин, а если это невозможно, то подобрать другой насос с более
высокими кавитационными свойствами.
2.13. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧЕЙ ТОЧКИ. РЕГУЛИРОВАНИЕ
Характеристика Q — Н центробежного насоса и методы регули-
рования рабочего режима показаны па рис. 2.15. Рабочая точка
насоса получается пересечением его характеристики Q Нс харак-
теристикой потерь а в трубопроводе:
Q 4
где v=-.
па
Характерно ику по-
Рис. 2.15 Изменение положения
рабочей точки 1 в поле Q Н
при уменьшении диаметра рабо-
чего колеса от до D2* (1 — 2).
Смешение рабочей точки при ре-
гулировании задвижкой
(1 -2‘—2).
Д//3 — потеря напора в задвиж-
ке; кривая потерь в трубопрово-
де (о); кривая сопротивления .за-
движки (б); парабола подобных
режимов (в); п, — статический
напор; ij — КПД
терь а можно представить ура-
внением й„= k(72 параболы, где в
коэффициент К входят все коэф-
фициенты потерь, длина /, диа-
метр d трубопровода и ускорение
свободного падения g. При этом
начальная точка параболы 6=0 и
/7=0, если статический напор
Я„=0, в Q=0 в Н=Нт если
77С1>0.
Изменение режима работы на-
соса можно получить обрезкой
рабочего колеса по внешнему
диаметру (пределы обрезки указа-
ны в паспорте насоса), либо изме-
нением частоты вращения п, если
двигатель регулируемый. И то
и другое приводит к смещению
характеристики насоса, а новая
рабочая точка 2' по расходу и на-
68
I —приемный резервуар, 2 — сетка с обратным клапаном; 3 —бах всасывающий; 4 — васос
Д=200/95; 5 мановакуумметр; б —манометр; 7 —обратный клапан; 8 — задвижки, ₽ — на-
порный трубопровод. 10. II — задвижки для параллельного вкточения насосов; 12 — трубопро-
вод для промывки сетки; 13 — характеристика g II 1 пасоса; 14 характеристика Q - Н 2*
васосое, 15 — характеристика сопротивления мат астральною трубопровода, ffCT — статический
пору определяется пересечением новой характеристики Q — Н на-
соса для уменьшенного диаметра D’2 с прежней характеристикой
потерь а. Новая характеристика Q — Н строится по формулам
подобия. Смещение режимов 1-»Г при этом происходит по парабо-
лам подобия в. Обычно рекомендуется срезка рабочего колеса по
диаметру D2, или уменьшение в пределах 12 — 15% от первоначаль-
ного их значения и диапазон изменения подач Q в пределах 10%
снижения КПД. Тогда образуется поле Q — Н насоса или рекомен-
дуемая область применения (см. рис. 2.15).
Регулирование параметров работы насоса Q и Н можно полу-
чить и более простым путем, включив задвижку 6 на напорном
трубопроводе. Тогда, закрывая эту задвижку, получим увеличение
сопротивления трубопровода и смещение рабочей точки 1 в зону
меньших подач 2, но при этом теряется часть напора в задвижке
А27з- Регулирующая задвижка устанавливается только на напорном
трубопроводе, так как регулирование на всасывающем трубопрово-
де приводит к кавитационным явлениям. На всасывающем трубо-
проводе устанавливаются только монтажные задвижки или вен-
тили.
Характеристики в случае параллельной работы насосов показа-
ны на рис. 2.16.
При параллельной работе двух насосов подачи их при одина-
ковых напорах складываются. При последовательной работе двух
насосов складываются их напоры для одинаковых подач, т. е. надо
провести вертикальные линии, параллельные оси ординат, и на них
складывать напоры.
Если рассматривается параллельная (или последовательная) ра-
бота двух станции на общий коллектор, то характеристики по
каждой станции приводят к общей точке слияния двух потоков
и только после этого производят сложение по подачам (или по
напорам). Из заданной характеристики 13 вначале вычитают
внутристанционные потери, а затем делают операции, описанные
выше.
2.14. КОНСТРУКЦИИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ
ДЛЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Центробежные консольные насосы в одноступенчатом исполне-
нии изготавливаются с горизонтальным валом в двух модицика-
циях: К — на отдельной опорной стойке и КМ — моноблок с элек-
тродвигателем (рабочее колесо установлено на удлиненном валу
электродвигателя), рис. 2.17. Насосы типа КМ выпускаются с целью
экономии металла, так как в них отсутствует металлоемкая опорная
стойка. Пределы подач — от 5 до 360 м3/ч, напоров - от 10 до 90 м,
допустимый кавитационный запас 4 5 м, КПД 50 84%,
70
давление на входе не более 2 ’ 105 Па. Пример расшифровки мар-
ки насоса К20/30а-У2: К — консольный, 20 м/ч — подача, 30 м —
напор, а — вариант обточки рабочего колеса, У2 - климати-
ческое исполнение, в данном случае стационарные установки на
суше и на воде для тропического климата. Применяются для пере-
качивания пресной воды со взвесью крупностью до 0,2 мм и не
более 0,2% но массе. Уплотнение - мягкий сальник с охлаждени-
ем перекачиваемой водой. Опоры вала — шарикоподшипнико-
вые с консистентной или жидкой смазкой. Центробежные насосы
двустороннего входа, типа Д с горизонтальным валом и осевым
Рис 2 17 Насосы типов КМ (а) и EKM (fi):
Моноблоки а — с мягким уплотнением нала, 7 — разгрузочные отверстия; 2 — промежуточный
фонарь, 3 — фланец электродвигателя; 4 — лоясок уплотнения внутренаей утечки. 5 — резино-
вая манжета, б — корпус яасоса, б — с манжетным уплотнением
горизонтальным разъемом (рис. 2.18). Корпус с лолуспиральным
подводом. Материал — чугун, сталь. Диапазон подач — 100 —
12000 м3/ч, напоров — 20 — 125 м, допустимый кавитационный за-
пас — 3 — 7,5 м, КПД — 73 — 88%. Допускается последовательное
соединение насосов л давление на входе до 12,5 105 Па. Пример
расшифровки марки насоса Д-200/95 а УХЛ-4: Д — двустороннего
входа, подача 200 м3/ч, напор 95 м, УХЛ-4 для умеренно! о и холод-
ного климата, устанавливается на суще и на воде. Применяется для
перекачивания пресной воды со взвесью крупностью 0,2 мм и не
более 0,2% по массе. Уплотнение —- мягкий сальник с охлаждени-
ем. Опоры вала шарикоподшипниковые. Осевые силы достаточно
хорошо уравновешены, так как подвод жидкости симметричный.
Удобство конструкции заключается в том, что ревизия или замена
ротора делается без демонтажа корпуса насоса с трубопровода.
Рве. 2.18. Насос типа Д (двойного
всасывания):
а — продольный разрез по оси вала, б —
вял сбоку; 1 — кронштейн; 2 — шарико-
подшипник; 3 — сальник; 4 трубки,
5 — защитное и уплотняющее кольцо;
вые диски и втулка рабочего колеса;
10 — защитное и уплотняющее кольцо;
II—защитная втулка; 72—крышка
сальника; 13 — вал, 14 — муфта; 75 —
кольцо гидроувлотненпя; 16 — отвер-
стие для стока воды, 17— входной пат-
рубок; 18—выходной патрубок
72
Рис. 2.19. Насос погружной скважинный
ЭЦВ 8-25/300 (дал скважины 8 дюймов, подача
25 м3/ч, напор 300 м вод. ст.):
1 кабель, 2 перфорироввпный лист, 3 муфта,
4 обойма; 5 отвод; 6 втулка. 7 — промежуточ-
ный полшипянк; 8 средний корпус; У —-рабочее ко-
лесо; 10 — вал; II водоподъемная труба; 12
клапанная коробка; 13.14 - верклий и нижний сворные
подшипники
Центробежные вертикальные насо-
сы типа В, консольные одноступенча-
тые с осевым входом жидкости в рабо-
чее колесо предназначены для перека-
чивания воды и других чистых жидко-
стей Выпускается 28 типоразмеров
с подачей 1,6 — 25 м3/ч, напором 25 —
100 м, кавитационный запас — 6 — 10
м, КПД —85 -90%.
Пример расшифровки марки 600В-
1,6/100-У2: 600 — диаметр напорного
патрубка мм, В — вертикальный,
1,6 — подача в м3/ч, 100 — напор в м,
У2 — климатическое исполнение, в дан-
ном случае стационарные установки на
суше и на воде для тропического кли-
мата.
Центробежные многоступенчатые
насосы типа ЦНС с горизонтальным
валом для подачи воды в высотные
здания. Это секционные насосы, мно-
гоступенчатые с числом рабочих колес
от 2 до 10. Подача этих насосов от 8 до
850 м3/ч, напор — 40 — 1440 м, допу-
стимый кавитационный запас — 3 — 6
м, КПД — 67 — 77%. Напор этих на-
сосов можно изменить, уменьшая или
увеличивая число секций.
Пот ружные насосы для скважин ти-
па ЭЦВ и ЭПЛ (рис- 2.19). Изготав-
ливаются свыше 100 типоразмеров на
скважины диаметром от 100 до 400 мм
с подачей воды 2 — 360 м3/ч, напором
25 — 360 м, с общей минерализацией
не более 1500 мг/л (сухой остаток), с содержанием хлоридов не
более 350 мг/л, сульфидов не более 500 мг/л, сероводорода не более
1,5 мг/л. Насос — многоступенчатый. Рабочие колеса выполняют из
73
ударопрочного полистирола, направляющий аппарат—из полип-
ропилена с армированными чугунными кольцами. Корпус стальной
состоит из отдельных обойм Опоры вала резинометаллические,
смазываются перекачиваемой водой. Двигатель погружного типа
с мокрым статором. Достоинства конструкции определяются ма-
лым весом (по сравнению с артезианскими установками, у которых
двигатель на поверхности земли и длинный вал) и простотой мон-
тажа.
В реагентном хозяйстве станций водоподготовки и очистки пи-
тьевой воды применяют насосы типа НД. Это горизонтальные или
вертикальные дозировочные насосы плунжерного типа. Применя-
ются для перекачивания нейтральных и агрессивных жидкостей
с концентрацией неабразивных твердых частиц до 10% по массе
и размером до 1% от внутреннего диаметра входного патрубка.
Подачи насосов от 0,4 до 2500 л/ч, напор от 100 до 4000 м. Насо-
сы —- регулируемые. Величина подачи изменяется посредством из-
менения длины хода плунжера в момент работы насоса и на стоян-
ке. Погрешность дозирования не превосходит 2,5%. Насосы выпу-
скаются одно-, двух- и трехплунжерные с целью одновременной
дозировки трех различных компонентов.
2.15. ПРИВОДНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ
В качестве приводных двигателей обычно применяются асинх-
ронные или синхронные электродвигатели К электродвигателям
предъявляются ряд требований: возможность пуска под нагрузкой,
допустимость вращения в обратную сторону при отключении пи-
тания от сети и сливе воды из напорных трубопроводов, возмож-
ность частых без перегрева повторных пусков обмотки статора
и пусковой обмотки. Наиболее просты и надежны в эксплуатации
асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Пуск
этих двигателей осуществляется без дополнительных приспособле-
ний, что значительно упрощает схему автоматизации. Однако всле-
дствие увеличения пускового тока в 5 — 7 раз получается резкое
падение напряжения в сети, что неблагоприятно отражается на
других установках и приборах. Поэтому при большей мощности
применяют асинхронные электродвигатели с фазовым ротором.
В этом случае в цепь ротора вводится регулируемое сопротивление,
которым можно менять частоту вращения. Двигатель набирает
число оборотов постепенно и поэтому нет резких скачков повыше-
ния силы тока. Установки с горизонтальным валом в основном
комплектуются асинхронными электродвигателями с короткозамк-
нутым ротором серии 4 А мощностью от 0,06 до 400 кВт, напряже-
нием 220/380 и 380/660 В при частоте вращения л >3000 об/мин.
74
Установки с вертикальным валом комплектуются асинхронными
электродвигателями с короткозамкнутым ротором серии ВАН, мо-
щностью от 315 до 2500 кВт, напряжением 6 КВ и частотой враще-
ния от п=315 до 1000 об/мин.
Выпускается много модификаций асинхронных электродвигате-
лей. Так, например, многоскоростные электродвигатели, позволя-
ющие регулировать подачу и напор насоса изменением частоты
вращения вала п. Синхронные электродвигатели применяют на
установках большой мощности. Частота вращения синхронных эле-
ктродвигателей связана постоянным отношением с частотой тока
в сет и рн=3000, где р — число дар полюсов, л — частота вращения
вала. Ротор синхронной машины имеет специальную рабочую об-
мотку для создания магнитного поля, взаимодействующего с полем
статора. Эта обмотка запитывается постоянным током от возбуди-
теля. Основные преимущества синхронного электродвигателя: улуч-
шение совф сети, устойчивая работа при значительных колебаниях
напряжения в сети. Основной недостаток —нулевой момент при
пуске, поэтому их надо раскручивать до скорости, близкой к син-
хронной с помощью дополнительной обмотки асинхронного типа.
Для установок с горизонтальным валом применяют электродвига
тели серии СД2, СДН2 и СДЗ различных типоразмеров мощностью
от 132 до 4000 кВт и частотой вращения и=100 — 1500 об/мин при
напряжении 300 — 6000 В В установках с вертикальным валом
применяют две серии машин ВСДН мощностью 630 — 3200 кВт,
п=375 — 750 об/мин и ВДС, мощностью 4000 2500 кВт,
л=250 — 375 об/мин, напряжением 6 - 10 кВ.
К вспомогательному оборудованию относится оборудование си-
стем заливки основных насосов. Для повышения надежности рабо-
ты станции и облегчения автоматизации там, где это возможно,
основные насосы устанавливаются с подпором, под уровень источ-
ника или в приемном резервуаре.
Если насосы располагаются выше уровня источника, то заливка
может осуществляться перепуском из напорного трубопровода по
обводной линии. Однако такой вариант заливки возможен только
на установках, имеющих приемный клапан, что не очень желатель-
но, так как он создаст дополнительное сопротивление во всасыва-
ющем трубопроводе.
Заливку насоса можно производить с помощью струйною насо-
са, в сопло которого подается вода из напорного трубопровода по
обводной трубе.
Заливку насоса можно производить и с помощью водоколь-
цевого вакуум-насоса, как это делается на крупных станциях. Требу-
емую подачу вакуум-насоса определяют по формуле:
а=— —
НН„-И^
75
где О. — подача насоса в —;
мин
К? — объем воздуха во всасывающем трубопроводе, м;
К — объем воздуха в корпусе насоса;
Н„— напор, соответствующий среднему барометрическому да-
влению р6—98000 Па;
НЕ — геометрическая высота всасывания насоса, м;
t — время в мин, требуемое для заполнения системы, в соот-
ветствии с инструкцией для противопожарных насосов
принимается 2 мин, для насосов общего применения 3 — 5
мин.
По этой формуле можно подобрать подачу и требуемый насос
для данной системы и определить время заполнения системы при
условии работы насоса в режимах, отличных от оптимального (см.
схемы а, б, в на рис. 2.20).
Контрольво-нзмернтельная аппаратура. Для обеспечения нор-
мальной эксплуатации насосной станции необходимо контролиро-
вать основные технологические параметры: подачу, напор, вакуум
во всасывающей линии, уровень в приемной камере водозабора,
потери напора, температуру и ряд электрических параметров: на-
пряжение, силу тока, мощность, частоту тока и др. Подачи измеря-
ются скоростными водомерами двух типов: крыльчатыми водоме-
рами, оси вертушек которых нормальны к потоку, и водомерами
турбинного типа с осью, параллельной потоку.
Большое распространение получили сужающие устройства: диа-
фрагмы, сопла, сопла Вентури. Эти устройства создают перепад
давления в трубопроводе в месте их установки.
Этот перепад давления пропорционален подаче и прибор, его
измеряющий, может быть проградуирован прямо в единицах по-
дачи.
Сужающие устройства применяются для измерения подачи
в очень широком диапазоне с большой точностью (1,5%).
Достоинство этих приборов по сравнению с роторными водоме-
рами состоит в отсутствии движущихся частей, что позволяет при-
менять их для измерения подачи в сильно загрязненных жидкостях.
Для контроля давления используются манометры (для измере-
ния давления выше атмосферного), вакуумметры (для измерения
давления ниже атмосферного, разрежение) и мановакуумметры,
которые измеряют как избыточное давление, так и разрежение.
Датчиком давления является упругая трубчатая пружина (трубка
Бурдона). Класс точности приборов 0,6:1:1,6.
Дифференциальные манометры предназначены для измерения
перепада давления и подразделяются на расходомеры, дерепадоме-
ры и уровнемеры.
76
Рис. 2.20. Схема заливки центробежных насосоп-
а — перепуском жидкости с нагпсгавпя ва всасывайте; 6 с помощью эжектора; е с помо-
щью вакуум-насоса. (Приемный клапан ва всасывании обязателен только для схемы а)
Наибольшее распространение получили поплавковые, мембран-
ные и сильфонные дифманометры.
Питание приборов производится от сети переменного тока на-
пряжением 220 В и частотой 50 Гц.
Правилами технической эксплуатации насосного оборудования
предусматривается обязательная установка на каждом насосе следу-
ющих контрольно-измерительных приборов: вакуумметров на вса-
сывающей линии, манометров на напорной линии, амперметров,
ваттметров, водомеров на напорной линии, термометров на всасы-
вании и др
В машинном здании станции устанавливаются указатели уровня
воды в резервуарах и необходимая автоматика для сигнализации
и записи.
2.16. РЕЖИМ РАБОТЫ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ
ПЕРВОГО И ВТОРОГО ПОДЪЕМОВ
Определение подачи.
Подача воды насосными станциями первого подъема осуществ-
ляется по трем схемам: на очистные сооружения, в резервуары
чистой воды и, при соответствии качества воды требованиям ГОСТ
Р51232 — 98 «Вода питьевая», вода подается без очистки непосред-
ственно потребителям. [1, с. 148 — 162]
В случае подачи воды на очистные сооружения подача станции
, ® Отпдх
первого подъема рассчитывается по формуле: Q=---------, где
а =1,04 — 1,1 —коэффициент, учитывающий расход воды на со-
бственные нужды насосной станции и станции очистки воды; gmix —
максимальный суточный расход воды, подаваемый станцией в
дни наибольшего водопотребления; Т—время работы станции
в часах.
Подача воды без очистки в резервуары чистой воды обычно
возможна при использовании артезианских скважин. Такая схема
подачи воды потребителям позволяет установить равномерную
круглосуточную работу насосов, что позволяет сократить число
скважин, уменьшить их диаметр и улучшает режим работы сква-
жин. Часовая производительность рассчитывается по той же фор-
муле, но коэффициент а =1,01 — 1,02.
Непосредственная подача воды потребителям осуществляется
в случае благоприятных гидрогеологических характеристик источ-
ника. В этом случае отпадает надобность в строительстве резерву-
аров и насосной станции второго подъема. Артезианские скважины
в этом случае делят на основные и неосновные. Неосновные работа-
ют в часы максимального водозабора вместе с основными.
Необходимо предусматривать возможность форсированной
подачи в часы пополнения противопожарного запаса в резервуарах
станции второго подъема. В эти часы станция первого подъема
должна обеспечивать также и расчетную подачу на хозяйственно-
питьевые и производственные нужды. Восстановление противопо-
жарного запаса может производиться рабочими или противопожар-
ными насосами. В первом случае подача подсчитывается по фор-
муле:
е=е.+(з
где Qt средняя часовая подача, 3 Q, — полный пожарный рас-
ход за 3 ч (продолжительность тушения пожара), — суммар-
ный расход наибольшего водопотребления по графику в течение 3 ч,
Т - продолжительность пополнения пожарного запаса в соответст-
вии с требованиями СНиП 2.04.02 — 84.
78
Это время от 24 ч (на городских предприятиях) до 72 ч. в сельской
местности.
Если насосная станция первого подъема построена на артезианс-
ких скважинах и работает круглосуточно, то для пополнения проти-
вопожарного запаса должны быть предусмотрены резервные сква-
жины.
Расчетный режим работы насосных станций второго подъема
зависит от схем подачи воды в город. Различают три схемы:
безбашенную, с башней в начале сети, с контррезервуаром (баш-
ня за сетью). Насосы второго подъема подают воду прямо в сеть
и поэтому режим работы станции определяется потребителем. Про-
ведены расчеты станций второго подъема на следующие случаи:
в часы наименьшего и наибольшего водопотребления в сутки, ра-
бота системы при тушении пожара, работа при возникновении
аварий, работа при наибольшем транзите воды в контррезервуар.
В безбашенной схеме требуется установка большого числа насо-
сов, но отпадает надобность в строительстве напорного аккумуля-
тора. Число насосов, включенных параллельно, определяется по
формуле
Спил
---,
Сн
где — максимальная подача по графику, Q„ — подача насоса.
В аккумуляторной схеме при минимальном водопотреблении вода
запасается в аккумулирующие емкости и расходуется в часы с мак-
симальной подачей, а станция рассчитывается на какую-то среднюю
подачу. Режим работы насосов может быть равномерным для си-
стем водоснабжения не более 15 тыс. м3/сут., при этом объем
аккумулирующей емкости в процентах — В — 15%, при ступенча-
той работе насосов (когда часть из них может попеременно от-
ключаться и включаться) объем аккумулирующий емкости умень-
шается до 2 — 6%.
Оптимальная вместимость аккумуляторов определяется наложе-
нием графика работы станции на график водопотребления. Тогда
наибольшая из отдельных площадей, образуемых линией водопот-
ребления и линией работы насосов, определит необходимый объем
насосных станций первого и второго [1, с. 156, 157] подъемов
При подаче на очистные сооружения насосная станция первого
подъема должны создавать напор:
Я=Яг+М-1, м,
где Нг — подъем от уровня источника до уровня очистного соору-
жения и запас в первом, hB — потери напора во всасывающем
и нагнетательных трубопроводах.
79
При подаче воды в резервуары чистой воды из артезианских
скважин
Н=/7г4-йа1+Л12-ь1, м,
где Ht — разность отметок динамического уровня в скважине и ма-
ксимального уровня в сборном резервуаре; — потери напора
в скважине; h,a — потери напора в сборном трубопроводе.
Для насосов станций второго подъема в случае подачи в водона-
порную башню в начале сети
H~Hr+hB,
где Нт — подъем от уровня резервуара до уровня в баке водонапор-
ной башни, Ло — потери напора во всасывающем и напорном тру-
бопроводе до бака.
При максимальном недопотреблении в системе с контррезер-
вуаром, находящимся в конце сети, напор рассчитывается по фор-
муле
Н= Нт+
Hr+Hct<H„
где Нг — геометрическая высота подъема, т. е. разность отметок,
соответствующая наивысшей точке строения и уровня в резерву-
аре, й0 — потери напора в сети и На — свободный напор, по-
этому водоснабжение в сеть идет со станции и из контррезерву-
ара.
При максимальном водопотреблении в случае транзитной по-
дачи в водонапорную башню
H=Hr+hB,
где Нг — разность отметок уровня воды в резервуаре и предельного
уровня в баке водонапорной башни; ha — потери напора в сети.
Напор при минимальном водопотреблении получается макси-
мальным. По существующим правилам проектирования водопрово-
да работа насосной станции проверяется на случай возникновения
пожара. Подача полного расчетного расхода воды для тушения
пожара должна быть обеспечена в час максимального водозабора,
т. с. подача насосной станции +{?«>«. Потери в сети в этом
случае рассчитываются по этому расходу. Свободный напор
Н„ в наиболее удаленной точке должен быть не менее 10 м. Во
время тушения пожара можно использовать основные насосы стан-
ции в нерасчетном режиме, если не предусмотрена специальная
группа пожарных насосов с увеличенным напором.
80
При выборе типа насосов руководствуются следующими прави-
лами.
1. Число рабочих агрегатов одной группы должно быть пе менее
двух.
2. Необходимо устанавливать как можно меньше агрегатов.
3. Насосы должны работать в области наибольших КПД.
4. Целесообразно устанавливать насосы одного типоразмера для
удобства обслуживания и эксплуатации. Однако в ряде случаев
с целью повышения КПД станции подбирают разнотипные насосы.
5. Число резервных агрегатов принимается в соответствии с ка-
тегорией надежности насосной станции, но не менее двух.
Первая категория надежности допускает кратковременное (до
3 суток) снижение подачи воды (не более 30% расчетного расхода).
Допускается перерыв в подаче на 10 мин на время включения
резервного насоса.
Вторая категория допускает тоже снижение подачи на 30% на 15
суток и перерыв в подаче до 6 ч на проведение ремонта.
Третья категория — допуск тот же, что и во второй категории,
но перерыв в подаче до 24 ч. Насосные станции первого подъема
относятся ко второй категории, а второго подъема — к первой
категории надежности. На насосных станциях первого подъема
устанавливают 2 рабочих агрегата и 2 резервных.
На станции первого подъема, как правило, применяют крупные
вертикальные и осевые насосы, а на станции малой производитель-
ности горизонтальные центробежные насосы. Подбор оборудова-
ния на станциях второго подъема более сложный, так как они
работают по ступенчатому графику и насосы здесь разнотипные,
часто соединяются параллельно из соображения удобства компо-
новки станции. Обычно устанавливают 2 — 3 рабочих насоса и 2 ре-
зервных. При этом один рабочий насос работает круглосуточно,
а второй только часть суток. Компоновка станции в этом случае
делается в соответствии с графиком подач. При этом рассчитывает-
ся наиболее экономичное сочетание характеристик насосов, при
котором приходится производить обрезку рабочих колес.
На циркуляционных насосных станциях можно устанавливать
один насос или несколько насосов с малой подачей, чтобы можно
было регулировать подачу в соответствии с технологией процес-
са. Противопожарный насос обычно выбирают однотипный с рабо-
чим насосом, чтобы можно было использовать его в совместной
работе.
2.17. НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ ПЕРВОГО И ВТОРОГО ПОДЪЕМОВ
Насосные станции первого подъема чаще всего используют в ка-
честве источника водоснабжения открытые водоемы, поэтому их
приходится заглублять, чтобы обеспечить необходимую высоту
81
всасывания для насосов и простоту их заполнения перед пуском. На
рис. 2.21 приведена насосная станция раздельного типа, в которой
водозаборное сооружение и здание станции разделены. На станции
установлены три насоса 4 типа Д630/90, Д — двойного всасывания
с подачей 630 м3/ч и напором 90 м, из которых два рабочие насосы
и один резервный. Регулирование режима работы насосов осуществ-
ляется задвижкой б на нагнетательном трубопроводе 2. Такие же
задвижки 5 установлены на всасывающем трубопроводе 1 для от-
ключения насосов от трубопроводной сети. Для защиты насоса от
гидравлического удара и разгона ротора, при отключении электро-
питания и обратном сбросе воды с нагнетания на всасывание пре-
дусмотрен обратный клапан 7. Заглубление станции под уровень
водоисточника сделано с таким расчетом, чтобы при минимальном
уровне в источнике высота всасывания не превосходила допустимой
величины. Для заполнения рабочих насосов в случае опускания
уровня водоисточника ниже оси насосов установлены два вакуум-
насоса 9 типа ВВН-0,75 (водокольцевые).
Водозаборное сооружение станции состоит из двух изолирован-
ных камер 3, из которых крайние насосы 4 забирают воду по
индивидуальным всасывающим трубопроводам 1, а центральный
насос для повышения надежности работы станции питается из двух
камер. Нагнетательные трубопроводы индивидуальны для каждого
из насосов. Насосные станции первого подъема большой мощности
строят с комбинированным водозабором. Здание станции выполня-
ется из бетона, форма круглая. Цилиндрическая оболочка значите-
льно повышает прочность здания и размещение оборудования по-
лучается более удачным.
Такие станции применяются для коммунального и промышлен-
ного водоснабжения в России и за рубежом.
Насосные станции второго подъема могут быть заглубленными
и незаглубленными. При хозяйственно-питьевом водоснабжении на-
сосы располагают вблизи от резервуаров с чистой водой, что зна-
чительно сокращает строительные работы. На рис. 2.22 показана
типовая водопроводная насосная станция 2-го подъема с центро-
бежными насосами 10 моноблочного типа КМ160/30, с подачей 160
м3/ч, напором 30 м, частотой вращения вала 1450 об/мин. Насосы
установлены в машинном зале 1. Подвод и отвод воды осуществля-
ется по двум всасывающим трубопроводам 8 и двум нагнетатель-
ным трубопроводам 9. Регулирование подачи производится задвиж-
кой 12 на нагнетании. Отключение от трубопроводной сети делается
задвижками на всасывающих трубопроводах. Насосы защищены от
раскрутки ротора при отключении электропитания и действия гид-
равлического удара обратным клапаном 11. В помещении 2 рас-
полагается обслуживающий персонал, в помещении 3 — мастерс-
кая, 4 — помещение ВУ, 5 — камеры трансформаторов, б и 7 -
подсобные хозяйственные помещения. Такие станции применяются
82
для небольших населенных пунктов и промышленных предприятий.
Здание станции одноэтажное с заглубленным машинным залом.
Подземная часть выполнена из бетона, верхнее строение - из кир-
пича. На станции установлено 5 насосов КМ 160/30, из которых
3 используются как рабочие, а 2 как пожарные насосы. Вода
подводится двумя водоводами и подается в распределительную
Рис. 2.21. Насосная станция первого подъема раздельного типа:
1 -- всасывающий трубопровод; 2 — нагнетательный трубопровод, 3 — водосборный резерву
ар; 4 — насос типа Д630/90 двойного всасывания (подача 630 м1 * 3/ч, напор 90 м); 5,6 — всасыва
тощая п на! летательная задвижки, 1 — обратный клапан, 8 дренажные насосы. 9 — вакуум-
насосы
КЗ
Ряс. 2 22. Насосная станция второго подъема:
1 машиивый зал. 2— помещен» обслуживающего персонала; 3 — мастерская, 4 — помеще-
ния РУ; 3 — камеры трансформа-«:ров; 6.7 — козпомицения; 8 - - всасывающие трубопроводы;
9~ нагнетательные трубопроводы;/0 - насосы типа КМ 160/30; II обратный клапан; 12—
задвижки; 13 иасос ЦВ-4/85 дренажный
сеть двумя напорными трубопроводами. Схема переключения насо-
сов коллекторная, вентиляция машинною зала естественная, отоп-
ление от внешних источников или электрическое. Для откачки дре-
нажных вод установлен центробежно-вихревой самовсасывающий
насос ЦВ-4/85 13- Управление пожарными насосами дистанционное
из диспетчерского пункта. Работа основных и дренажных насосов
автоматизирована.
2.18. УСТРОЙСТВО И КОНСТРУКЦИЯ ВОДОНАПОРНЫХ БАШЕН
Назначение водонапорных башен в системе водоснабжения горо-
дов были описаны в § 2.3. Правильный выбор размеров водонапор-
ных башен и мест их расположения в системе водоснабжения имеет
большое экономическое значение.
Водонапорные башни позволяют обеспечить более или менее
равномерную работу насосных станций, гак как отпадает необ-
ходимость в подаче ими пиковых расходов воды, а также умень-
шить диаметр, а следовательно, и стоимость юродских водопро-
84
водных магистралей. Кроме того, они
способствуют повышению надежности
систем водоснабжения
Основными элементами каждой во-
донапорной башни являются резервуар
или бак 1 и поддерживающая конст-
рукция (ствол 2), представленные на
рис. 2.23.
В холодном климате бак башни
окружают шатром 3 для предохране-
ния воды от замерзания и частично от
засорения. Шатры делают облегченной
конструкции железобетонными, дере-
вянными или из других материалов (в
зависимости от конструкции башни).
В шатре вокруг бака устраивают лег-
кое перекрытие 4 и устанавливают ме-
таллическую лестницу 5 для входа
в бак. В шатер входят из подбаковой камеры б, устанавливаемой
в верхней части ствола башни. Башня имеет подвальное помещение
7, в котором располагают задвижки на водопроводных трубах. Но
даже в суровых климатических условиях при обеспечении достаточ-
ного обмена воды в баке башни или при использовании подземных
вод в качестве исгочника водоснабжения, имеющих, как правило,
постоянную температуру, можно обойтись и без шатра. В башнях
большой емкости шатры также отсутствуют. В бесшатровых баш-
нях над баком устраивают кровлю и кольцевой балкон.
Строящиеся водонапорные башни бывают:
Ряс. 2.23. Основные элемен-
ты водонапорной башни:
1 — бяж башни: 2 ствол (под-
держивающая жовстуущвя); 3 —
xuaiep; 4 — легкое переярытяе;
5 — лестница; 6 оодбаксвяя
камера: 7 — подвальное помеще-
железобетонные: со стволом в виде стакана, со стволом в виде
опорных колонн, с баком из железобетона;
кирпичные: со стволом в виде цилиндра, со стволом в виде
многогранника, с баком из стали;
металлические: только на сельских водопроводах;
деревянные: только на временных водопроводах.
Водонапорные башни оборудуются трубами и арматурой (рис.
2.24). Представленная на рисунке схема оборудования водонапор-
ной башни может быть применена при ее расположении в любой
точке сети.
В водонапорной башне устраивают одну общую подающе-раз-
водяшую трубу 1, подающую воду в бак башни 8. Эта груба
заканчивается на уровне наибольшего наполнения бака. Конец ее
оборудуется поплавковым клапаном 5, который автоматически за-
крывает подающую трубу при наполнении бака. Раздача воды из
85
Рис. 2.24. Оборудование водонапорных
башен:
1— подакице-разоодхщах труба; 3—тру-
бе, отводящая иоду; 2 обратный хладен;
4 - сетта; 5 — ЕиплавкоаыЙ кладов; 6 —
шатер, 7 — переливная ворота; 8 - - бал
башни; ₽ - грязевая труба; 10 — задвижка
ва грязевой трубе; II - переливная труба;
12 — ствол башив; 13 — задвижка для ОТ-
бака происходит по трубам
2 и ]. Конец трубы 2 оборуду-
ют сеткой 4 и располагают
у низа бака на высоте, предот-
вращающей засасывание в тру-
бу ила, который может пери-
одически скапливаться в ниж-
них точках бака. На трубе
2 устанавливается обратный
клапан 3, препятствующий по-
ступлению воды в бак по этой
трубе. Задвижка 13 служит для
отключения водонапорной баш-
ни от сети. Для слива воды
в случае переполнения бака
служит переливная труба 11,
заканчивающаяся в верхней ча-
сти воронкой 7. К переливной
трубе присоединена 1рязевая
труба 9, оборудованная за-
ДВИЖКОЙ 10.
1\ля подачи воды в бак
и разбора воды из него могут
выполняться отдельные трубы.
Однако при такой схеме ко-
клкпеяия башни ,'г сети МПОНОВКИ Труб Водонапорная
башня может быть расположе-
на только в начале сети. Кроме того, при такой схеме вся вода,
подаваемая в сеть, проходит через бак и насосы всегда работают
с напором, соответствующим наивысшему положению уровня воды
в баке, что приводил к увеличению напора насосов и перерасходу
энергии на подачу воды. Поэтому для вновь сооружаемых башен
такая схема оборудования не применяется.
Объем бака водонапорной башни определяется но формуле:
V=V9+Vv,
I де — регулирующий объем бака башни; V„ — запас воды для
тушения одного внутреннего и одного наружного пожара в течение
10 мин (хранится в баке банши постоянно).
Регулирующий объем бака в % от суточною расхода воды
городом можно определять графическим путем ио совмещенным
ступенчатым или интегральным графикам водопотребления и водо
подачи воды, приведенными на рис. 2.25. Графики построены ис
ходя из предположения, что насосы в течение всего периода их
86
Рис. 2.25. Графики определения регулирующего объема бака
водонапорной башни
работы подают в сеть постоянное количество воды, а сеть потреб-
ляет ее неравномерно по часам суток. По ступенчатому графи-
ку потребления и подачи воды (см. рис. 2.25, о) регулирующий
объем бака башни равен площади заштрихованных фигур, а по
интегральному графику (см. рис. 2.25, б) он равен сумме абсолют-
ных величин максимальной положительной и максимальной от-
рицательной разности ординат кривых подачи и потребления воды,
например, (13,024 6,14= 19.16%) среднесуточного расхода воды го-
родом.
2.19. УСТРОЙСТВО НАРУЖНОЙ ВОДОПРОВОДНОЙ
СЕТИ ГОРОДА И ТРЕБОВАНИЯ,
ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НЕЙ
Водопроводная сеть является одним из основных элементов
системы водоснабжения и неразрывно связана с работой водоводов,
насосными станциями, подающими воду в сеть, а также с регулиру-
ющими емкостями (водонапорными башнями и резервуарами). На-
ружная водопроводная сеть в отличие от водоводов не только
транспортирует воду, но и распределяет ее потребителям. До 60%
стоимости сооружения систем водоснабжения городов приходится
на долю устройства наружной водопроводной сети
Водопроводная наружная сеть должна удовлетворять следу-
ющим основным требованиям:
87
обеспечивать подачу заданного количества и качества воды по-
требителям под требуемым напором;
обеспечивать экологическую надежность и бесперебойность снаб-
жения водой потребителей (с учетом перспектив их роста);
быть экономичной.
Все эти требования достигаются решением следующих основных
задач:
выбором экологически чистого, экономичного и надежного ма-
териала труб;
правильным выполнением гидравлического расчета сети (опре-
деление экономически выгодных диаметров труб и потерь напора
в сети);
правильным выбором конфигурации наружной водопроводной
сети в плане.
Наружная водопроводная сеть состоит из:
системы магистральных линии, идущих в направлении движения
основных масс воды, транспортирующих воду в районы и кварталы
города (диаметры линий рассчитываются);
распределительной сети труб, подающих воду к отдельным домо-
вым ответвлениям и пожарным гидрантам (диаметры труб прини-
маются по величине пропускаемого пожарного расхода).
В практике водоснабжения используют два основных вида сетей:
разветвленные (тупиковые) (рис. 2.26, а) и кольцевые (рис. 2.26, б).
Последние представляют собой систему замкнутых контуров или
колец.
Однако в отношении надежности и обеспечения бесперебойной
подачи воды потребителям эти типы сетей не равноценны. Авария
и выключение на ремонт любого участка тупиковой сети (точка «а»,
см. рис. 2.26, а) ведут к прекращению подачи воды всем потреби-
телям, расположенным ниже места аварии по направлению движе-
ния воды. В кольцевой же сети при аварийной ситуации вода может
быть подана в обход по параллельно расположенным линиям. При
этом нарушается снабжение водой только тех потребителей, кото-
рые присоединены к выключенному участку. Кроме того, тупиковая
сеть гидравлически несовершенна из-за значительных потерь напора
ввиду частой смены диаметров труб. Однако ограниченность ее
применения (в небольших поселках, для снабжения водой отдален-
ных районов города или крупных объектов, таких как медицинские
центры, спортивные городки и т. д., находящиеся друг от друга на
значительных расстояниях) можно отнести скорее к ее достоинст-
вам, чем к недостаткам. Кольцевая сеть гидравлически более совер-
шенна. Кроме того, ее форма в известной мере парализует действие
гидравлических ударов, которые иногда возникают в водопровод-
ных сетях. Однако общая протяженность кольцевой сети всегда
88
Рис. 2 26. Виды водопроводных сетей:
- —- магистральные трубопроводы; — распределительная сеть; а* — место возможной ава-
рии ва трубопроводе
больше, чем разветвленной (для того же объекта), и поэтому ее
строительная стоимость выше.
В соответствии с требованиями, предъявляемыми к надежности
сетей водоснабжения, в городах устраивают кольцевые сети.
При трассировке (расположении) магистралей стремятся к тому,
чтобы подача воды в отдельные районы города и к отдельным
крупным потребителям происходила кратчайшим путем. Трасси-
ровку трубопроводов начинают только после того, как определено
место расположения напорно-регулирующих емкостей. Известное
влияние на выбор трассы магистралей оказывает рельеф местности.
Магистральные линии, по возможности, прокладывают по на-
иболее возвышенным точкам рельефа, что позволяет обеспечить
меньшее даление в трубах. Их прокладывают в две параллельные
нитки на расстоянии 400 — 800 м друг от друга. Магистральные
линии соединены между собой так называемыми перемычками,
которые служат для передачи воды из одной магистрали (при
аварии) в другую. Они расположены через каждые 600 — 1200 м.
При нормальной работе сети они загружены слабо.
89
2.20. МАТЕРИАЛ ВОДОПРОВОДНЫХ ТРУБ
И ТИПЫ ИХ СОЕДИНЕНИЙ
В современной практике строительства наружных водопроводов
применяется широкий диапазон материалов для изготовления водо-
проводных труб.
На выбор типа материала труб существенное влияние оказыва-
ют следующие факторы:
экология района прокладки: сейсмичность района прокладки, са-
нитарные условия, агрессивность грунтов и воды, климатические
условия, гидрогеология грунтов, их механическая прочность;
сроки эксплуатации груб;
статические расчеты: внутреннего гидростатического давления
в трубах, массы грунта и временных нагрузок, возможности
образования вакуума в трубах.
С другой стороны, трубы должны легко и быстро монтировать-
ся на строительной площадке и удовлетворять требованиям на-
ибольшей экономичности.
На рис. 2.27 представлены материалы водопроводных труб
и тип их соединений, наиболее широко используемых для наруж-
ных сетей водоснабжения. Чугунные раструбные трубы (ГОСТ
9583 — 75*) с противокоррозийным покрытием, выполненным в за-
водских условиях, широко применяются при устройстве наружных
водопроводов. Они долговечны, но плохо сопротивляются динами-
ческим нагрузкам и требуют большого расхода металла. Асбестоце-
ментные трубы (ГОСТ 539 — 80*) прочны, стойки к коррозии, ма-
лотеплопроводны, имеют малую массу, но плохо сопротивляются
ударам, динамическим нагрузкам и не экологичны. Железобетонные
напорные трубы (ГОСТ 12586.01 — 83* и ГОСТ 12586. 1 — 83*) из
готавливаются в большом диапазоне диаметров на различные внут-
ренние давления, широко применяются для прокладки магистраль-
ных водопроводов и водоводов.
Полиэтиленовые трубы (ГОСТ 18599 — 83*) стойки против кор-
розии, обладают небольшой массой, достаточно механически про-
чны, долговечны, но имеют большой коэффициент линейного рас-
ширения.
Стальные трубы электросварные (ГОСТ 10704 — 91*, 8696 —
74*) в системах водоснабжения применяют в основном для водово-
дов, работающих при значительных внутренних давлениях, а также
для водопроводных линий при их укладке в сейсмических районах,
при устройстве дюкеров.
90
Рис, 2.27. Материал водопроводных труб и типы их соединений для наружных
водопроводных сетей
При проектировании наружного водопровода в настоящее время
ориентируются на применение напорных железобетонных и поли-
этиленовых труб.
2.21. АРМАТУРА НА НАРУЖНЫХ ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЯХ.
КОЛОДЦЫ НА СЕТИ. ГЛУБИНА ЗАЛОЖЕНИЯ ВОДОПРОВОДНЫХ ТРУБ
И ОСОБЕННОСТИ ИХ ПРОКЛАДКИ
На наружных водопроводных сетях для обеспечения их пра-
вильной и надежной эксплуатации применяются следующие типы
запорной арматуры (рис. 2.28). Например, с помощью задвижек,
91
Рис. 2.28. Типы арматуры на водопроводных сетях и водоводах
установленных на водопроводных линиях, можно, меняя степень их
открытия, изменять расход воды в линиях или совсем прекращать
в них движение воды для выключения на ремонт отдельных участ-
ков. Чтобы снизить возможность возникновения в трубах тидрав-
лических ударов, устройство всей применяемой на сети запорной
арматуры основано на принципе их постепенного закрывания. За-
движки обычно устанавливаются в колодцах.
Бссколодезная установка задвижек (2.29), снижающая стоимость
оборудования водопроводной сети, широко применяется в Японии
и Германии. В российских городах такая установка применяется
достаточно редко.
Водоразборные колонки устраивают для разбора воды из водо-
проводной сети жителями, проживающими в домах, не оборудован-
ных внутренним водопроводом. Колонки устанавливают на про-
чном основании с обязательной отмосткой для отвода воды (радиус
действия одной колонки не более 10 м). Давление в сети должно
быть не менее 0,1 МПА.
Пожарные гидранты устанавливают на наружной водопровод-
ной сети для целей пожаротушения. Более широкое применение
имеют подземные гидранты. Гидраты этого типа полностью рас-
полагаются в колодце. Высота гидранта зависит от глубины укла-
дки труб и колеблется в пределах 500 -2500 мм. Гидранты раз-
92
мещают иа сети на расстоянии не
более 100 — 200 м друг от друга (в
зависимости от диаметра труб),
5 м от стен здания и 2,5 м от края
проезжей части.
Предохранительные клапаны не
допускают повышения давления
в сети сверх допустимого.
Обратные клапаны допускают
движение воды только в одном на-
правлении. Они применяются, в ос-
новном, для оборудования напор-
ных патрубков центробежных насо-
сов, на водоводах и трубах специ-
ального назначения.
Редукционные клапаны служат
для понижения давления на отдель-
ных участках сети или на вводе во-
допровода в здание. Они устанавли-
ваются в достаточно редких случаях.
Приямок
Рис. 2.29. Бесколодезная уста-
новка задвижек
Компенсаторы представляют со- 1 —задвижка; 2 — ток
бой устройства, воспринимающие
температурные удлинения металлических трубопроводов, если сты-
ки труб сами их не компенсируют. Их устанавливают на стальных
трубопроводах, прокладываемых в туннелях, в просадочных грун-
тах, при жесткой заделке концов стальных труб в стенки колодцев
или резервуаров.
Спускные краны (выпуски), представляющие собой патрубок с за-
движками, примыкающие к нижней части трубы, устанавливают на
пониженных участках сети для их опорожнения, отключения на
ремонт или промывки (рис. 2.30).
Воздушные вантузы устанавливают для удаления воздуха, скап-
ливающегося в возвышенных точках водоводов и магистральной
сети, в особенности при пересечении ими водоразделов (рис. 2.31).
Если воздух не будет удален, то могут образовываться «воз-
душные пробки», нарушающие работу трубопровода. На рис.
2.32 представлено устройство одного из применяемых в практике
участок сети
Рис 2.30. Установка спускного крана
Bassi,uien>n,it
_ участок сети
Выпуск воздухе
Рис. 2.31 Установка вантуза для вы
пуска воздуха
93
Рис. 2 32. Устройство воздушного вантуза;
чугунный корпус; 2 жрышта, 3 стальной шар с верпиальным штохом: 4 — сбросной
патрубок, 5 клапан дпх выпуска воздуха
воздушных вантузов. В чугунном корпусе I с крышкой 2 помещает-
ся стальной полый шар 3 с вертикальным штоком. Выделяющийся
из воды воздух через патрубок 4 проходит в корпус вантуза и скап-
ливается в его верхней части. При накоплении здесь воздуха и опу-
скании вследствие этого уровня воды шар тоже опускается, от-
крывая соединяющийся с ним клапан 5, и воздух выходит наружу.
После этого вода, заполняющая вантуз, поднимает шар и закрывает
клапан. Вантуз размещают в колодце и соединяют патрубком
4 с фланцевым отростком тройника, установленного в повышенной
точке профиля водопроводной линии. Подобный вантуз может
быть использован и для впуска воздуха (рис. 2.33).
При резком закрытии задвижки может произойти разрыв спло-
шности потока в месте изменения уклона трубы. Для предотвраще-
ния явления гидравлического удара и срыва работы насоса в месте
изгиба сети и устанавливают вантуз для впуска воздуха.
Колодцы на наружной водопроводной сети проектируют из
монолитного и сборного железобетона. Наиболее совершенны
и экономичны при массо-
вом строительстве сбор-
ные железобетонные ко-
лодцы круглой формы. Ос-
новные части колодца при-
ведены на рис. 2.34.
В незамещенных ме-
ссах дорог люки колодцев
должны незначительно воз-
вышаться над поверхно-
стью земли с устройством
Вантуз для впуска
воздуха
Рис. 2.33. Установка вантуза для впуска воз-
духа
Задвижка
Обратный клапан
94
отмостки шириной 1 м вокруг
люка и с уклоном от него. На
проезжей части улицы с усовер-
шенствованным покрытием лю-
ки располагают на одном уров-
не с поверхностью покрытия.
При наличии грунтовых вод
водонепроницаемость колодцев
обеспечивается гидроизоляци-
ей дна и стенок на высоту не
менее 0,5 м выше уровня этих
вод. Проемы в стенках колод-
Рис. 2.34. Устройство водопроводною
колодца в сухих грунтах:
V
цев, через которые проходят
трубы, заделывают просмолен-
ной прядью и асбестоцемент-
ным раствором.
Раструбные соединения, при-
мыкающие к стенкам колодца,
должны быть обращены рас-
трубом внутрь колодца для
удобства заделки раструба.
] — кольца; 2 — плита перекрытия; 3 — ка-
менная сгмоспа; 4 — ходовые скобы; 3
Сопроводи
В противном случае расстояние между раструбом и стенкой прини-
мается менее 0,5 м. Минимальное расстояние от низа трубы до дна
колодца принимается 0,15 м (при d трубы до 400 мм) и 0,25 мм при
большем диаметре.
Во избежание замерзания воды в трубах глубина их заложе-
ния (до низа трубы) должна быть больше глубины промерзания
грунта.
Диаметр труб d, мм d труб <300 </труб=300 600 d труб >600
Глубива заложевин труб (до низа трубы), м Ниром +Q,2d H^+OJd
Но минимальная глубина заложения водопроводных труб долж-
на обеспечивать их защиту от динамических нагрузок и составлять
не менее 1 м до верха трубы.
В местах поворотов водопроводной сети, тройниках и тупико-
вых концах вследствие внутреннего давления возникают силы, дей-
ствующие вдоль оси трубы и вызывающие продольное растяжение.
Это явление может привести к повреждению раструбных соедине-
ний труб. Поэтому во всех указанных выше местах устанавливают-
ся упоры (рис. 2.35). На чугунных трубопроводах при рабочем
давлении I МПа и угле поворота до 10° упоры можно не устанавли-
вать.
Перед прокладкой водопроводных труб производят разбивку
трассы водопроводной сети на местности. Трассу и отметки заложе-
95
Рис. 2.35. Бетонные упоры для отводов:
отвод; 2 упор; 3 подушха
ния водопроводных труб увязывают с расположением труб, кана-
лов и тоннелей иного назначения. При этом следует совмещать
прокладку соседних линий в одной траншее.
Трубопроводы при пересечении с железными и автомобильными
дорогами следует прокладывать в водопропускныхтрубах под насы-
пями или в путепроводах. При отсутствии такой возможности
водопроводные линии укладываются в футляре, представляющем
собой трубу диаметром на 300 мм превышающим диаметр трубо-
провода. Водопроводные трубы в месте ими пересечения реки или
оврага укладывают по дну в виде дюкера. В фарватерах судоходных
рек трубопроводы заглубляют на 1 м (ниже дна) во избежание его
повреждения якорями судов.
96
2.22. ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
И ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ
Определение расчетных расходов воды на хозяйственно-питье-
вые нужды.
Сооружения водопровода должны иметь пропускную способ-
ность, достаточную для всего расчетного срока его действия. За
расчетный расход принимают расход в часы максимального водо-
разбора суток с наибольшим недопотреблением.
Расчетный суточный (средний за год) расход воды, м3/сут,
на хозяйственно-питьевые нужды в городе определяют по форму-
ле:
Q^=g.NI«m, (2.1)
где — норма водопотребления на хозяйственно-питьевые нужды,
принимаемая согласно СНиП 3.05.04 — 85* в зависимости от степе-
ни благоустройства районов жилой застройки и климатических
условии (см. Приложение I), N — расчетное число жителей.
Расчетные расходы воды в сутки наибольшего и наименьшего
водопотребления, м3/сут, определяют по формулам:
Cmaxcr =-^maxcyiCcp.c)n4 (2.2)
Qtnin сут = Апив cyrQcp.:^ (2.3)
где Ащису, и А^дсу, — максимальный и минимальный коэффициенты
суточной неравномерности, зависящие от степени благоустройства
зданий, режима водопотребления по сезонам года и дням недели:
А^мх<тт= 1.1...1.3; 0.7...0.9.
Расчетные часовые расходы воды в м3/ч определяют по фор-
мулам:
^галх ч Ащи tfQra&x ^/24, (2.4)
9пщ1ч = 'Кп1пч<2ит<ут/24, (2-5)
где А^ис.4 и Лада, — максимальный и минимальный коэффициенты
часовой неравномерности, определяемые по формулам:
(2-6)
^щОч = «тш^П1м, (2.7)
где а — коэффициент, зависящий от степени благоустройства зда-
ний и режима работы предприятия: аашх = 1.2...1.4; amia=0.4...0.6; /? —
коэффициент, зависящий от числа жителей в городе:
/U=1...4.5;/U=0.01...1.
97
Основы гидравлического расчета водопроводных сетей. Целью
гидравлического расчета водопроводной сети является определение
экономически выгодных диаметров труб, достаточных для пропуска
заданных расходов воды, и определение потерь напора в сети.
Последнее необходимо для установления высоты водонапорной
башни и напора, который должны создавать насосы.
При расчетах сетей принимают упрощенную схему водоразбора
(отдачи) воды, предполагая, что на промпредприятия вода подается
в виде сосредоточенных расходов, а в города равномерно по длине
сети. Расход, приходящийся на 1 м длины сети, называется удель-
ным расходом:
?„=е/2:ь,л/с, (2.8)
где Q — общий расход (отдача) воды сетью, равномерно распреде-
ленный по длине сети, из которого вычитаются расходы, потребля-
емые промпредприятиями, банями, прачечными и пожарные рас-
ходы; LL — суммарная длина магистральных линий.
Рассмотрим произвольный участок водопроводной сети (рис.
2.36).
Расход воды, который проходит по всей длине участка (ВБ-3)
и поступает в следующий участок (3 — 2), называется транзитным
расходом Q,P.
Расход воды, отдаваемый каждым участком водопроводной се-
ти, называется путевым — QE (см. рис. 2.36).
Тогда на участке сети (ВБ-3) расчетный расход - СР=Сп+Сп»
т. е. сумме транзитного и путевого расходов.
Путевой расход — QB=qyBL, л/с.
Обычно при расчетах принимают упрощенную формулу:
еР=е^,+о,5 л/с. (2.9)
С достаточной степенью точности мы получим те же расчетные
расходы, если разделим путевой расход пополам и приложим его
в начальной и конечной точках рассматриваемого участка.
Таким образом, путевые расходы переводятся на расходы, со-
средоточенные в узловых точках сети.
Узловой расход сети равен полусумме путевых расходов участ-
ков, примыкающих к данному узлу, — Суз.=0.5Х<2„.
Такая схема позволяет получать в соответствии с формулой 2.9
значения расчетных расходов участков, уже не считаясь с путевыми
расходами.
Для определения диаметров труб участков магистральных ли-
ний сети применяют известную гидравлическую формулу:
= wv—Ttd2t>/4,
98
ОТКуда Всдонагкркая _
/ башня
d—y/Aqpjnv, (2.10) / _____ _ '
ьь(
где qp — расчетный расход во-
ды в трубах, м3/с;»— скорость з г'
движения воды в трубах, м/с;
к= 3.14. Рис. 2 ₽асчетаая схема участка сети
Величиной скорости можно
задаться исходя из значении экономических скоростей для различ-
ных диаметров труб.
При d = 100 — 300 мм скорость ®э—0.6—0.9 м/с. При rf>300 мм
«э=0.9 1.2 м/с.
Расчет сети проводится на случай максимального водопотреб-
ления.
В практических расчетах диаметры труб можно подобрать по
величине известного расчетного расхода (при максимальном водо-
потреблении) по таблицам гидравлического расчета Ф. А. Шевеле-
ва. При этом выбранный диаметр должен соответствовать экономи-
ческой скорости движения воды в трубопроводе. По этой же табли-
це определяют потери на единицу длины — 1000г (для выбранного
диаметра).
Потери напора на участке сета могут быть определены:
Л=£х ЮООг/ЮОО,
(2.П)
где L — длина участка сети, м.
Потери напора в сети на местные сопротивления ввиду их
малости при расчете наружных водопроводных сетей не учиты-
ваются.
Для расчета (увязки) кольцевых сетей в настоящее время су-
ществуют несколько методов с применением вычислительных
или аналоговых машин, которые в данном курсе не рассмат-
риваются.
2.23. КОМПЛЕКС СООРУЖЕНИЙ ПО ОЧИСТКЕ ВОД
ИЗ ПРИРОДНЫХ источников
Как показал анализ качества вод природных источников (см. §
2.1), их применение для целей водоснабжения возможно только
после проведения комплексных мероприятий по их очистке. Основ-
ные методы и сооружения по обработке вод природных источников
приведены на рис. 2.37. Рассмотрим задачи каждого из представлен-
ных способов.
Осветление — это процесс, с помощью которого из воды удаля-
ются содержащиеся в ней взвешенные вещества. Осветление может
99
осуществляться отстаиванием воды в отстойниках. Для улучшения
этого процесса применяют коагуляцию, т, е. вводят в воду химичес-
кие реагенты, которые способствуют укрупнению и более быстрому
осаждению взвешенных веществ. Как видно из рис. 2.37, коагуляция
в свободном объеме протекает в смесителях и камерах хлопьеоб-
разовапия. В настоящее время широко применяется контактная
коагуляция. При этом воду осветляют в осветлителях со взвешен-
ным осадком Процесс контактной коагуляции может протекать
и в зернистой загрузке фильтров.
После отстойников и осветлителей вода подвергается более
глубокому осветлению фильтрованию, в процессе которого она
проходит через слой фильтрующего материала фильтров.
Обеззараживание воды осуществляется с целью уничтожения
бактерий, главным образом болезнетворных (патогенных). Наибо-
лее распространенными способами обеззараживания воды (см. рис.
2.37) являются хлорирование, озонирование и бактерицидное облуче-
ние.
В ряде случаев применяется специальная обработка воды.
| Основные методы и сосружетмя по обработке литьевой воды [
| ОСВЕТЛЕНИЕ | | ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ | [сЛЕЦИДЛЬГМЯ ОБРАБОТКА ВОДЬ|[
Рис 2.37 Основные методы и сооружения по обработке питьевой воды
100
Например, подземные воды иногда подвергаются обезжелезива-
нию.
Питательная вода котельных установок и ТЭЦ требует пред-
варительного ее умягчения на реагентных и катионовых установках
(см. рис. 2.37). Вода некоторых источников водоснабжения должна
быть обессолена до подачи ее потребителям
Для предотвращения коррозии трубопроводов и арматуры, а та-
кже выпадения в трубах солеи осуществляют стабилизацию воды
путем добавления в нее химических реагентов.
Таким образом, очистные станции представляют собой комплекс
сооружений, в которых вода подвергается очистке, приобретая ка-
чества и свойства, необходимые потребителю.
Выбор методов очистки и состав очистных сооружений в свою
очередь зависит от ряда факторов:
качества воды в источнике водоснабжения;
назначения водопровода;
производительности станции очистки;
местных условий;
экологической и технико-экономической целесообразности при-
менения способов очистки.
Остановимся на более подробном изучении методов очистки
воды для хозяйственно-питьевых нужд и примем в качестве источ-
ника водоснабжения города — реку.
В хозяйственно-питьевых водопроводах, использующих речную
воду, на очистные сооружения возложены задачи осветления,
фильтрации и обеззараживания воды. Попутно решаются задачи
устранения из воды неприятных запахов и привкусов, вопро-
сы умягчения воды (если это необходимо), устранение ее цветно-
сти.
Основные показателя качества питьевой воды
(ГОСТ 1*51232 — 98 «Вода питьеван»)
Запах и привкус................................... не более 2 баллов
Активная реакция — концентрация ионов водорода (PH) 6,5<рН <8,5
Мутность — количество взвешенных частиц........... не более 1,5 мг/л
Температура воды (оптимальная) ................... 7 — 10 °C
Число кишечных палочек в 1 титре воды (коли-андекс) . не более 3
Наименьший объем воды, в котором еще обнаруживается
кишечная палочка (коли-зитр) .................нс менее 300
Цветность сю платино кобальтовой шкале 20'
Жесткость содержание солей Са и Mg ......... 7 10 мг экв.'л
Содержание железа ................................ нс более 0,3 мг/л
Содержание фтора ...... .......................... 0,7 1,5 мг/л
Содержание свинца .......................... ...... не более 0.1 мт/л
Содержание урана природного и урана 238 .................. 1,7
Содержание остаточного активною хлора ____......... не менее 0,3 в не бо
лее 0,5 мг/л
101
Очистные сооружения являются одним из составных элементов
системы водоснабжения города и тесно связаны с ее остальными
элементами. Очистные сооружения обычно стараются располагать
в незначительном удалении от насосной станции первого подъема.
Наибольшее распространение в практике водоочистки имеют схемы
очистных сооружений с самотечным режимом движения воды. Это
означает, что вода из поверхностного источника водоснабжения,
поданная насосами насосной станции первого подъема, самотеком
проходит все очистные сооружения и поступает в резервуар (чистой
воды), из которой забирается насосами насосной станции второго
подъема.
В случае, когда один из основных процессов очистки (осветление
или фильтрация) осуществляется несколько раз, технологическая
схема называется двух-, трех- или многоступенчатой. При односту-
пенчатой схеме очистки воды ее осветление осуществляется на
фильтрах или в контактных осветлителях (без использования от-
стойников).
На рис. 2.38 показан комплекс очистных сооружений, осуществ-
ляющий очистку воды для хозяйственно-питьевых целей, по двух-
ступенчатой технологической схеме.
Вода, подаваемая насосами насосной станции первого подъема,
поступает в смеситель 1, куда вводится раствор реагентов, пригото-
вляемых в реагентном хозяйстве 2, необходимых для проведения
коагулирования, где и происходит их смешивание с водой. Из
смесителя вода поступает в камеру хлопьеобразования 3, где осуще-
ствляется укрупнение взвеси. Затем вода последовательно проходит
отстойники 4, где происходит осаждение взвеси, а затем фильтры 5,
в которых она проходит более глубокое осветление. В трубу, по-
дающую воду из фильтров в резервуар чистой воды 6, вводится
хлор из хлораторноЙ 7. Необходимый для обеззараживания контакт
воды с хлором происходит в резервуаре 6. В ряде случаев хлориро-
вание воды осуществляется дважды — перед смесителем (первичное
хлорирование) и после фильтров (вторичное хлорирование). Про-
цесс обесцвечивания воды происходит одновременно с процессом
коагулирования и осветления воды.
Основные очистные сооружения в зависимости от производите-
льности станции могут располагаться отдельными блоками или
объединяться. Кроме того, типы и конструкции этих сооружений
зависят от климатических условий. В большинстве случаев все
очистные сооружения выполняются из железобетона
При проектировании комплекса очистных сооружений необходи-
мо не только наметить их размещение на плане отведенной под
строительство площадки, но и составить предварительную «высот-
ную схему станции», т. е. установить предполагаемые отметки
102
лодьема
Рис. 2.38. Комплекс очистных сооружений по очистке воды для хозяйственно-питье-
вых целей по двухступенчатой технологической схеме:
1 смеситель. 2 реагентное хозяйство, 3 — хамера хлопьеобразования; 4 отстойники; 5
фильтры, б резервуар чистой воды; 7 хлораторляя
расчетных уровней воды во всех сооружениях. На рис. 2.39 показана
высотная схема цени основных очистных сооружений. За нулевую
отметку в данной схеме принят наивысший уровень воды в резерву-
аре чистой воды. Величину потерь в сооружениях и в соединяющих
их трубах определяют на основании опыта их проектирования
и эксплуатации. За дем прибавляют величину эзих потерь к огмегке
в резервуаре чистой воды и получают отметку уровня воды в смеси-
теле. Она является наивысшей и но ней определяется требуемый
напор насосов станции первого подъема.
Воду для сооружений peaiCHTHOro хозяйства, имеющих уровень
воды выше, чем в смесителе, как правило, подкачивают (на необ-
ходимую величину) ввиду сравнительно малых объемов воды, тре-
бующихся для их работы.
Рассмотрим более подробно сущность основных процессов во-
доочистки.
Коагулированием примесей называют процесс укрупнения мель-
чайших коллоидных частиц, происходящий вследствие их взаим-
ного слипания под действием молекулярного притяжения.
Коллоидные частицы, содержащиеся в воде, имеют чаще всего
отрицательный заряд и находятся во взаимном отталкивании, по-
этому не оседают. Реагент (коагулянт), добавленный в воду (про-
цесс протекает в смесителе), образует положительно заряженные
ионы. Это способствует взаимному притяжению противоположно
заряженных коллоидов и приводит, как показано на схеме, к об-
разованию укрупненных частиц или, как их принято называть,
«хлопьев» в камерах хлопьеобразования:
До впадения коагулянта
Коллоидные частицы
103
Таким образом, коагулирование примесей производят в целях
интенсификации процессов осаждения взвеси. В качестве коагулян-
тов применяют сернокислый алюминий AL^SQ,),, сернокислое же-
лезо FeSO4, хлорное железо FeClj.
Опишем процесс коагуляции в виде химических реакций:
AL2(SO4)3 2AL3+ + 3SO42
После введения в воду коагулянта катионы алюминия взаимо-
действуют с ней:
AL3+ +3H2O=AL(OH)3j+3H+T
Катионы водорода связываются присутствующими в воде бика-
рбонатами:
Н* + НСОз -»CO2f+H2O
Если содержащихся в воде бикарбонатных ионов недостаточно,
в воду добавляют соду:
2Н4 +СОз-2 -» Н2О+СО2
На схеме приведены разновидности конструкций сооружений,
обеспечивающие протекание процесса коагуляции на станциях
очистки:
После коагуляции вода направляется в отстойники, а затем на
фильтры. При применении контактной коагуляции, протекающей
в осветлителях со взвешенным осадком, отстойники не нужны. Вода
сразу подается на фильтрацию. Этот метод осветления применим
только при условии предварительной обработки воды (введение
коагулянта), лишающей частицы взвеси агрегативной устойчивости.
В слое взвешенного осадка происходит процесс прилипания частиц
взвеси к образовавшимся в воде хлопьям коагулянта, т. е. процесс
контактной коагуляции- Осветлители со слоем взвешенного осадка
в настоящее время широко применяются для осветления мутных
вод при их обесцвечивании, а также при реагентом умя|чении
104
Рис. 239- Высотная схема расположения основных очистных сооружений по обработ
ке воды из поверхностных источит od:
1 • оолача воды; 2 реагеатаое хозяйство; 3 вертихальаый смеситель; 4 яамера хлооье-
обраэования водоворотвого типа; 5 - вертихальаый водопроводный отстойвиа; б фильтр;
7 хлораторная; 8 - резервуар чистой воды
воды. Контактная коагуляция может протекать и в зернистой за-
грузке скорых фильтров. При этом мельчайшие коллоидные и взве-
шенные частицы, проникающие в толщу слоя с потоком фильтру-
емой жидкости, сближаются с поверхностью зерен загрузки и при-
липают к ним и к ранее прилипшим частицам, образуя вокруг
каждого зерна скопление геля с характерной сетчатой структурой.
Таким образом, отделение твердой фазы обрабатываемой воды от
жидкости происходит под действием молекулярного притяжения
между мельчайшими частицами взвеси и зернами фильтрующего
материала. Контактная коагуляция в зернистой загрузке фильтров
также ускоряется при добавлении коагулянта.
К ее достоинствам следует отнести сокращение доз коагулянта
и отсутствие необходимости в подщелачивании воды. Она хорошо
протекает при малых концентрациях взвеси в воде.
Рассмотрим принципиальные схемы работы ряда сооружений,
широко используемых в практике очистки воды для хозяйственно-
питьевых целей. К ним относятся реагентные хозяйства, которые
осуществляют мокрый способ дозирования реагентов (рис. 2-40).
При этом способе комья коагулянта загружают в растворный
бак 1 с водой, откуда после растворения коагулянт поступает в рас-
ходные баки 2, в которых приготавливается раствор определенной
концентрации. Этот раствор направляется в дозировочный бачок 3,
а из него подается в обрабатываемую воду. Обычно устанавливают
два растворных бака, работающих попеременно.
В растворный бак для лучшего растворения коагулята пода-
"ют сжатый воздух или пар. Иногда применяют механические ме-
шалки.
105
Рис. 2 41. Схема перегородчатого смеси-
I — подача волы в смеситель, 2 — трубопровод
для подачи коагулянта; 3 — перелив, 4 — пере-
городки с отверстиями, 5 — водосток; б — отвод
Рис. 2.40. Устройство для приготов-
ления реагентов (мокрый способ):
1 — растворный бак; 2 расходные ба-
ки; 3 дозировочный бачок
воды в камеру хлопьеобраэовялик
Для равномерного перемешивания коагулянта со всей массой
воды служат, как указывалось ранее, смесители. Конструкция пере-
городчатого смесителя представлена на рисунке 2.41.
Перегородчатая камера хлопьеобразования (рис. 2.42) представ-
ляет собой железобетонный резервуар /, разделенный продольными
перегородками 2 на коридоры 3. Их число может меняться в зави-
симости от мутности воды. Вода проходит по ним со скоростью
0,2 — 0,3 м/с, чтобы хлопья в коридорах не выпадали в осадок и не
разбивались. Их осаждение происходит в отстойниках.
Водоворотные камеры конструктивно объединяют с вертикаль-
ными отстойниками (рис. 2.43). Вода поступает в камеру через два
насадка, подобных насадкам в сегнеро-
вом колесе, расположенных в ее верх-
ней части. Эти насадки направляют
струи воды по касательным к цилинд-
рическим стенкам трубы. Благодаря
этому получается вращательное движе-
ние воды в верхней части камеры. В
нижней ее части устраивается гаситель
в виде решетки, преобразующий вра-
щательное движение жидкости в посту-
пательное.
Процесс отстаивания основан на
том, что при малых скоростях движе-
ния воды взвешенные в ней частицы
под действием силы тяжести осажда-
ются со скоростью U. Поскольку жид-
кость в период осаждения взвеси юже
двигается со скоростью V, то (в грубом
Рис. 2.42. Схема перегородча-
той камеры хлопьеобразова-
1 — камера (железобетонный ре-
зервуар). 2 — продольные пере-
городки; 3— коридор
106
приближении), чтобы частицы взвеси успели выпасть в осадок за
время пребывания очищаемой воды в отстойнике, должно соблю-
даться неравенство (7>К При этом считается, что жидкость по
отстойнику движется равномерно.
Скорость выпадения взвешенных частиц, а следовательно, и про-
должительность отстаивания неодинаковы для вод различных ис-
точников. При отсутствии данных лабораторных исследований ско-
рость осаждения принимают по данным эксплуатации отстойников,
работающих в аналогичных условиях. Ориентировочно скорость
осаждения взвеси для мутных вод, содержащих более 250 мг/л
взвешенных веществ (с предварительной коагуляцией), составляет
U = 0,5 — 0,6 мм/с.
Процесс отстаивания происходит в отстойниках.
Пр направлению движения осветляемой в них воды они подраз-
деляются на:
горизонтальные;
радиальные.
Горизонтальные отстойники применяются на станциях очистки
производительностью более 30000 м3/сут. Вертикальные — до
3000 м3/сут. Радиальные отстойники чаще всего проектируются
в системах промышленной очистки и на станциях производитель-
ностью более 400 м3/сут.
Рис. 2 43. Принцип работы вертикального водопроводного отстойника со встроенной
в центральную трубу камерон хлопьеобразования водоворотного типа:
I— вертикальный отстойник, 2 — центральная труба с вмонтированной камерой хлоньеоб-
раэовалня всдоворотного типа; 3— нижняя коническая часть отстойника; 4 — трубопровод
подачи воды в центральную трубу; 3 •— гаситель скорости, б — сборные желоба осветленной
воды; 7 — труба для отвода осветленной воды на фильтрацию, б — труба для удалевия осадка,
Н — высота эоны отстаивания; 0.9Н —• высота камеры хлопьеобразования; D — диаметр от-
стойника (10 м)
107
Рассмотрим подробно устройство и принцип действия верти-
кального водопроводного отстойника (рис. 2.43). В вертикальном
отстойнике вода движется вертикально снизу вверх. Отстойник
представляет собой круглый (иногда квадратный) в плане резервуар
1 с центральной цилиндрической трубой 2 и конической (или пира-
мидальной) нижней частью 3. В данном случае центральная труба
2 — это встроенная в отстойник камера хлопьеобразования водово-
ротного типа. Вода додается в нее по трубе 4, проходит камеру
сверху вниз и через гаситель скорости 5 поступает в нижнюю часть
отстойника. Далее вода движется вверх. Осаждение взвеси проис-
ходит во время восходящего движения воды в отстойнике. Обе
скорости направлены вертикально, но в противоположные стороны,
как показано на рис. 2.43. Осветленная вода через водослив или
борт отстойника попадает (из верхней части отстойника) в сборный
желоб 6 и посредством отводной трубы 7 направляется на фильтра-
цию. Осадок, скапливающийся в нижней части отстойника 3, пери-
одически удаляется по трубе 8 (без выключения отстойника из
работы).
Количество взвешенных веществ в воде после прохождения ею
осветления в отстойнике составляет примерно 10 — 12 мг/л.
Фильтрование воды через зернистые материалы позволяет улуч-
шить ее качества и довести их до требуемых стандартов, позволя-
ющих использовать се для питьевых целей. Слой фильтрующего
мелкозернистого материала задерживает содержащиеся в воде ча-
стицы мелкой взвеси. В качестве фильтрующего материала приме-
няют кварцевый песок, гравий, дробленый антрацит и другие мате-
риалы. Фильтры могут быть классифицированы по ряду основных
признаков, представленных на рис. 2.44.
Выбор той или иной системы фильтров определяется техноло-
гическими и технико-экономическими показателями. Медленные
фильтры могут применяться для фильтрования не коагулированной
воды, содержащей относительно мелкую взвесь. Скорость фильт-
рования принимается при этом равной 0,2 м/ч. Фильтры, работа-
ющие по принципу скорого фильтрования «скорые фильтры», широ-
ко применяются в практике очистки воды. Скорость фильтрации
составляет 6 — 12 м/ч в зависимости от типа фильтров и крупно-
сти зерен загрузки. Они используются для фильтрации мутных
и цветных вод после их коагулирования и отстаивания. Сверх-
скоростные фильтры применяют на очистных станциях большой
производительности. Они всегда напорные. Движение воды в них
через фильтрующую загрузку происходит под напором, создава-
емым насосами. Скорые фильтры чаще всего проектируют откры-
тыми (безнапорными). Движение воды через них происходит под
напором, равным разности отметок уровней воды в фильтре и на
выходе из него.
Крупнозернистые скорые фильтры применяют для частичного
осветления воды, используемой для технических целей. В последние
108
Классификация фильтров
Рис. 2.44. Классификация фильтров
годы стали применять двухслойные фильтры, загружаемые сверху
на высоту 400 — 500 мм дробленым антрацитом, а ниже на высоту
600 — 700 мм кварцевым песком. Такие фильтры обладают боль-
шой грязеемкостыо. Их производительность почти в два раза боль-
ше производительности однослойного фильтра.
Рассмотрим принцип работы скорого однопоточниго открытого
фильтра (рис. 2.45). Вода поступает в фильтр через карман 3 и же-
лоба 4, проходит через слой фильтрующей загрузки (кварцевый
песок) 1 и поддерживающий слой гравия 2. Профильтрованная вода
отводится через дренажные устройства 5, расположенные в нижней
части фильтра. Расчетная скорость фильтрования, Bbicoia фильтру-
ющей загрузки зависят от крупности зерен последней:
Крупность мрей неси, мм Скорость v, м/ч Высота слоя веска Л, мм
0,5 - 1,25 6 700
0,7 — 1,6 8 1200- 1300
0.8 2 10 1800 2000
Поддерживающий гравийный слой предотвращает вымывание
фильтрующего материала. Этот слой устраивают высотой 650 мм
из частиц крупностью 2 40 мм.
Очистку скорых фильтров производят, исходя из опыта их эксп-
луатации, I — 2 раза в сутки (в паводки чаще).
109
гуххримлрован-
ной воды
воды на
фильтрацию
б)
Рис. 2.45. Принципиальная схема скорого однопоточвого открытого фильтра:
о ври фильтрования веды, б при промывке фильтра;
I фильтрующий слой песта; 2 поддерживающий спой гравия; 3 карман; 4 желоба,
через которые подается вя фильтрацию вода, 5 дренажные устройства для отвода про-
фнльтрованвой воды; б — задвижка
При этом промывку фильтрующего материала осуществляют
обратным током чистой воды, подаваемой снизу через дренаж 5.
При промывке фильтр выключается из работы. Промывка длится
5 — 7 мин. Скорость промывки фильтра в несколько раз больше
скорости фильтрования. Вода взмучивает песок и интенсивно про-
мывает его от поступивших в процессе фильтрования загрязнений.
Промывная вода отводится через желоба 4.
В результате отстаивания и фильтрования из воды удаляется до
95% бактерий. Для уничтожения оставшихся в воде болезнетворных
бактерий воду обеззараживают.
Способы, применяемые для этих целей, были приведены па рис.
2.37.
Использование озона для целей обеззараживания воды получает
в настоящее время широкое распространение. Озонирование осуще-
ствляется пропуском через воду озонированного воздуха, т. е. воз-
духа, в котором кислород частично переведен в трехатомную форму
(О3). Озон обладает высокой бактерицидностью и обеспечивает
надежное обеззараживание воды. В ряде случаев применение озона
является целесообразным для обесцвечивания воды, борьбы с запа-
сами и привкусами. Озон в виде озоно-воздушной смеси получают
в электрических озонаторах из кислорода воздуха.
Метод обеззараживания воды бактерицидным облучением осу-
ществляется с использованием ультрафиолетовых лучей, облада-
ющих бактерицидными свойствами. В качестве источника излуче-
ния применяют ртутно-кварцевые лампы высокого и низкого давле-
ния. Этот метод, как правило, применяют для небольших количеств
воды поверхностных и подземных вод.
Наиболее распространенным методом обеззараживания воды
перед ее подачей в хозяйственно-питьевые водопроводы является
хлорирование.
110
Для этого используются жидкий хлор и хлорная известь (для
станций небольшой производительности).
Воду хлорируют жидким или газообразным хлором, под дейст-
вием которого большинство бактерий погибают, в результате окис-
ления веществ, входящих в состав протоплазмы клеток. Правильное
назначение дозы хлора является исключительно важным. Недоста-
точная доза хлора может привести к тому, что он не окажет
необходимого бактерицидного действия, излишняя — ухудшает
вкусовые качества воды. Поэтому доза хлора должна быть установ-
лена в зависимости от индивидуальных качеств очищаемой воды на
основании опытов с этой водой. Расчетная доза хлора при проек-
тировании обеззараживающей установки должна приниматься ис-
ходя из необходимости очистки воды в период ее максимального
загрязнения (например в период паводков).
Показателем достаточности принятой дозы хлора является на-
личие в воде остаточного хлора, концентрация которого для питье-
вой воды (как указывалось ранее) составляет 0,3 — 0,5 мг/л.
Хлорирование уже осветленной воды производится перед ее
поступлением в резервуар чистой воды, где она контактирует с ним
30 мин
Иногда применяют предварительное хлорирование, т. е. хлор
добавляют в воду до смесителя. Это позволяет уменьшить дозу
коагулянта и обеспечивает хорошее санитарное качество самих
очистных сооружений. Вводя хлор до и после очистных сооружений,
можно снизить общий расход хлора по сравнению с расходом
его при предварительном хлорировании, сохраняя преимущества
последнего.
При использовании жидкого хлора процесс обеззараживания
осуществляют с помощью хлораторов напорного или вакуумного
типов. Недостатком напорных хлораторов является возможность
утечки из них хлора. Эта опасность устранена в вакуумных хлора-
торах. Поэтому они наиболее часто используются в установках для
обеззараживания воды.
Контрольные вопросы
1. Дайте сравнительную характеристику систем водоснабжения города с поверх
постным и подземным водоисточником.
2. Какие водозаборные ссорукевяя для забора воды из поверхностных источ-
ников вы знаете?
3. От каких основных факторов зависит выбор водозаборного сооружения для
забора воды из подземных источников?
4. В чем состоит назначение и принцип работы водонапорной башни?
5. Какого типа насосы устанавливаются на насосных станциях первого и второго
подъемов?
6. Что называется рабочей точкой центробежного насоса в зачем она опре-
деляется?
7. Дайте характеристику материалам водопроводных труб, применяемых в прак-
тике водоснабжения городов.
111
8. Дайте сравнительную характеристику тупиковым и кольцевым наружным
водопроводным сетям.
9. В чем состоит цель гидравлического расчета водопроводных сетей?
10. Чему равна минимальная глубина заложения водопроводных труб в районах
с наличием глубины промерзания грунта и без нее?
И. Перечислите основные методы и сооружения по обработке воды из поверх-
ностных источников для хозяйственно-питьевых целей.
12. Чем отличается контактная коагуляция от коагуляции в свободном объеме?
13. Какие типы отстойников и фильтров применяются для обработки воды для
хозяйственно-питьевых целей?
14. Какое количество взвешенных веществ содержится в обрабатываемой для
хозяйственно-питьевых целей воде после ее'осветления в отстойниках?
15. Перечислите основные нормативные показатели качества питьевой воды.
ГЛАВА 3. ВОДООТВЕДЕНИЕ
3.1. ВИДЫ СТОЧНЫХ ВОД И НАЗНАЧЕНИЕ
КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Сточной жидкостью называются воды, которые в процессе ис-
пользования получили дополнительные загрязнения, изменившие
их состав или физические свойства, а также воды, стекающие с тер-
риторий городов и промышленных предприятий в результате выпа-
дения атмосферных осадков или поливки улиц.
Исходя из данного определения сточные воды можно разделить
на следующие категории:
бытовые или хозяйственно-фекальные (от жилых, администра-
тивных и общественных зданий; от производственных зданий);
производственные (от различных технологических процессов
промпредприятий);
атмосферные (дождевые; талые).
Состав загрязнений сточных вод имеет важное значение при
проектировании систем их отведения и очистки. По химическому
составу и физическому состоянию сточные воды разнообразны.
Вещества, их загрязняющие, могут быть плавающими, взвешен-
ными, коллоидальными и растворенными.
Хозяйственно-фекальные сточные воды характеризуются в ос-
новном содержанием органических, минеральных и бактериальных
соединений. Производственные сточные воды содержат и органику,
и минеральные примеси. В них могут также содержаться ядовитые
и бактериальные соединения. Однако условно чистые производст-
венные воды загрязнены только минеральными примесями. Атмос-
ферные сточные воды содержат, в основном, загрязнения минераль-
ного происхождения, однако атмосферные воды, стекающие с тер-
риторий ряда химических заводов, нефтебаз, бензоколонок, мясоко-
мбинатов и т. д., могут иметь в своем составе значительное количе-
ство органических и вредных веществ. Степень загрязнения сточных
вод характеризуется количеством загрязнений^ содержащихся в еди-
нице их объема концентрацией, мг/л или г/м . Концентрация зави-
сит от:
нормы потребления, т. е. степени разбавления загрязнений водо-
проводной водой (для бытовых сточных вод)-,
характера производства, видя выпускаемой продукции, особенно-
сти технологического процесса производства (для производственных
сточных вод);
места образования осадков, продолжительности и интенсивности
осадков (для атмосферных осадков).
Канализации представляет собой комплекс инженерных сооруже-
ний и мероприятий, обеспечивающих
из
прием сточных вод всех видов в местах их образований;
транспортировку сточных вод на очистные сооружения;
очистку и обеззараживание сточных вод;
утилизацию полезных веществ, содержащихся в сточной воде
и в их осадках;
спуска очищенных сточных вод в водоем.
Существует два вида канализации — вывозная и сплавная. При
вывозной канализации жидкие загрязнения сточных вод из прием-
ников-выгребов вывозятся на поля ассенизации для их дальнейшей
обработки. Вывозная канализация применяется только в небольших
населенных пунктах или в сельской местности.
При сплавной канализации сточные воды по подземным трубо-
проводам (коллекторам) транспортируются на очистные сооруже-
ния. Для устройства сплавной канализации необходимо наличие
внутреннего водопровода в зданиях (норма недопотребления со-
ставляет не менее 60 л/сут на одного человека), что обеспечивает
необходимую степень разбавления содержащихся в сточной воде
загрязнений, для возможности их транспортирования по трубопро-
водам.
Комплекс канализационных инженерных сооружений при сплав-
ной канализации включает: внутренние канализационные устрой-
ства административных и жилых зданий, которые обеспечивают
прием сточных вод в местах их образования и их транспортировку
в наружную канализацию;
наружную канализацию, которая служит для транспортировки
сточных вод на очистные сооружения;
насосные канализационные станции для перекачки сточных вод;
очистные сооружения, которые обеспечивают очистку, обеззара-
живание сточных вод, обработку осадков и их утилизацию;
выпуск сточных вод для спуска очищенных сточных вод в во-
доем.
Внутренние канализационные устройства в зданиях состоят: из
приемников сточных вод (унитазов, раковин, моек, ванн, писсуаров,
умывальников, трапов и др.); из сети отводных труб, стояков,
выпусков, транспортирующих сточные воды в колодцы наружной
канализационной сети.
Каждый из приемников сточных вод снабжен гидравлическим
затвором (сифоном), предохраняющим помещения от попадания
в них запахов из канализационной сети. Стояки устанавливают
в отапливаемых помещениях и выводят выше кровли зданий, что
создает условия для вентиляции внутренней канализации. Конст-
руктивные особенности проектирования и устройства внутренней
канализации зданий подробно рассматриваются в гл. 6 данного
учебника, а описание работы остальных канализационных сооруже-
ний приведены ниже.
114
3.1 СИСТЕМЫ КАНАЛИЗАЦИИ ГОРОДОВ
Под системой канализации понимается совместное или раздель-
ное отведение всех видов сточных вод на очистные сооружения.
В настоящее время применяются следующие системы: общесплав-
ная, раздельная (полная, неполная), полураздельная, комбинирован-
ная.
При общесплавной системе канализации (рис. 3.1, а) сточные
воды от промышленных предприятий города 1, пройдя предвари-
тельную очистку на местных очистных сооружениях промышлен-
ных предприятий 4 и сточные воды от жилых кварталов 2, а также
атмосферные воды (дождь) поступают в один коллектор 7, который
транспортирует их на очистные сооружения 3. Для разгрузки обще-
сплавной сети в период интенсивных дождей на ней устанавливают
разделительные камеры — ливнеспуски 8, через которые часть сто-
чных вод сбрасывается без очистки в водоем б. Схема устройства
ливнеспуска приведена на рис. 3.17.
К достоинствам общесплавной сети следует отнести уменьшения
ее строительной стоимости за счет того, что ее протяженность на
30 — 40% меньше, чем раздельной- Однако эта система не эконо-
мична. Кроме того, периодический сброс в водоем части неочищен-
ных стоков ухудшает его экологическое состояние.
При неполной раздельной системе (рис. 3.1, б), которая является
промежуточной стадией строительства полной раздельной системы,
дождевые и условно-чистые производственные воды отводятся в во-
доем без очистки по открытым лоткам 10, а загрязненные производ-
ственные воды и бытовые стоки по общему коллектору 7 на очист-
ные сооружения.
При полной раздельной системе (рис. 3.1, в) проектируют сеть
7 для отвода бытовых сточных вод и загрязненных производствен-
ных вод, прошедших местную очистку 4, на очистные сооружения
и устраивают самостоятельную производственно-дождевую кана-
лизационную сеть 9 для приема дождевых и условно-чистых произ-
водственных вод, которая отводит эти воды в реку без очистки
(допускается проектирование отдельной дождевой сети для приема
и отведения только дождевых вод и сети для транспортирования
условно-чистых производственных вод). Кроме того, для отвода
производственных сточных вод, не допускаемых к совместному
отведению с бытовыми стоками, проектируется самостоятельная
сеть.
При полураздельной системе устраиваются те же сети, что и при
полной раздельной системе, но на производственно-дождевой сети
9 устанавливают специальные устройства — водосбросные камеры
11 (рис. 3.1, г), позволяющие перепускать дождевые воды (при
малых расходах), а также наиболее загрязненные первые порции
115
a) СХяцеатаенвя система
б) Неполная раздельная система
1 Дождь
Г) Полураздеяьная система
очистные сооруже-
Рис. 3.1. Системы канализации городов:
1— промпредприякия (П); 2 - жилые и административные здания (Ж), 3 ___________rj____
ния (О.С.); 4 - местные очистные сооружения на ороморедприятиях (МО); 5 - выпуск сточных
вод в водоем; б река; 7 — коптектор хозяйственно-бытовой книализапии; 8 -—ливнеспуск;
9 — трубопровод производственно -дождевой сети, 10 — лотки; 11 — водосборная камера
дождя в сеть 7 для производственно-бытовых вод, а при интенсив-
ных ливнях сбрасывать их непосредственно в водоем без очистки.
При такой системе сеть 7 необходимо прокладывать ниже произ-
водственно-дождевой, чтобы обеспечить прием загрязненных дож-
девых вод.
Комбинированная система канализации появилась в результате
расширения городов, имеющих общесплавную систему канализа-
ции.
3.3. ЭЛЕМЕНТЫ НАРУЖНОЙ КАНАЛИЗАЦИИ
Наружная канализация состоит из разветвленной сети подзем-
ных труб и каналов, отводящих сточные воды самотеком к насос-
ным станциям или на очистные сооружения. На рис. 3.2. представ-
лены объекты канализования, от которых отводятся сточные во-
ды, и указаны места прокладки канализационных сетей. Внутрик-
вартальная сеть транспортирует сточные воды от зданий данного
квартала в уличную канализацию. Она оканчивается контроль-
ным колодцем (КК), расположенным за пределами квартала перед
красной линией застройки. Участок сети, соединяющий контроль-
ный колодец с уличной сетью, называется соединительной веткой.
Уличная сеть городов сильно разветвлена и охватывает обшир-
ные территории, поэтому для создания условий приема сточных
вод из уличных сетей территорию города разбивают на бассей-
ны канализования (часть канализуемой территории, ограниченная
водоразделами). Участок сети, собирающий сточные воды от одно-
го или нескольких бассейнов канализования, называется коллек-
тором бассейна канализования. Таким образом, уличная канализа-
ция (в пределах каждого бассейна) объединяется одним или не-
сколькими коллекторами бассейнов канализования, которые отво-
дят ее за пределы бассейна в главные коллекторы. Загородные кол-
лекторы (отводные) не имеют присоединений. Они отводят сто-
чные воды транзитом за пределы объекта канализования к насос-
ным станциям, очистным сооружениям или к месту их выпуска
в водоем.
Поскольку наружная канализационная сеть работает в самотеч-
ном режиме, а при больших заглублениях коллекторов этого режи-
ма добиться не удается, в пониженных участках сети устраивают
насосные станции для подъема сточных вод на более высокие
отметки. Участок сети от насосной станции до самотечного коллек-
тора или очистных сооружений называется напорным коллектором.
Трубопровод, предназначенный для отведения в водоем очищен-
ных сточных вод, называется выпуском. Каналами называют коллек-
торы большого диаметра. Они проектируются только в крупных
городах.
117
Элементы наружной канализат/ят
Объекты каналтэоваяяя, ot которых отводятся Названия элементов Места прокладки сетей
От выпусков отдельно стоящих зданий Дворовая катализация В пределах одного дворового участка
♦
От зданий квартала Внутриквартальная канализация По городским проездам в пределах кварталов
♦
От внутриквартальных г- Уличная канализация По пониженной стороне квартала
♦
От уличных сетей в пределах бассейна канализования Коллекторы бассейнов канапоокпшя В пределах границы каждого бассейна ка /алкэовчиия
♦
От двух или нескольких коллекторов бассейна кенапизования Гпавный коллектор По генеральному проекту плантфовки города
♦
Присоемненяй
не имеет
Загородный
коллектор
-----f-----
За пределы объекта канализования к насосным станциям.
очистным сооружениям, к месту впуска в водоем
Рис. 3.2 Элементы наружной канализации
Проектирование канализационной сети начинают с разбивки
территории города на бассейны канализования, выбора места рас-
положения очистных сооружений и выпуска очищенных сточных
вод в водоем. Границы отдельных бассейнов канализования нано-
сят на план города с горизонталями. Их определяют по рельефу
местности и проекту вертикальной планировки города. По бассей-
нам канализования выявляю! направления движения сточных вод
и районы, для которых требуется перекачка сточных вод. Ее пре-
дусматривают, как указывалось ранее, только при невозможности
обеспечения самотечного режима работы сети. Затем приступают
к трассировке наружной канализации.
Трассировкой называется начертание сети в плане. Она проводит-
ся в такой последовательности.
1)8
Прокладывают главные и загородные коллекторы, затем коллек-
торы бассейнов канализования, а потом уличные и внутриквар-
тальные сети.
3.4. СХЕМЫ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СЕТЕЙ
Рассмотрим подробно возможные варианты взаимного располо-
жения (в плане) основных элементов наружной канализация, т. е.
схемы канализации. От правильного их решения зависит стоимость
канализации города в целом.
Из рис. 3.3 следует, что на выбор схемы канализации оказывают
влияние ряд факторов, из которых определяющим является рельеф
местности. При плавном его понижении следует использовать пере-
сеченную схему; при отсутствии обратных уклонов — перпендику-
лярную; при резком уклоне местности к водоему — параллельную.
При сложном рельефе — радиальную, а при неравномерном его
падении — зонную.
Назначение каждой из представленных схем канализации приве-
дено на рис. 3.3.
Параметры, впняюирте на выбор схемы канализации
Экологические условия района
Наименование схем канализации |—
Технико-чкономлческие показатели
]-
Грунтовые условия
| Место расположения очистных сооружений [—
| Размеры канализуемой территории |—
Рельеф местности |—
ч_____________________
—| Плавное понижение
—J Резкое понижение в сторону водоема
Нет обратных уклонов
]-
Пересеченная (при реконструкций I
перпендикулярной схемы) |—
J(уменьшает уклоны труб>|—
—| Неравномерное падение рельефа
или поясная (горные районы/^—
Сложный рельеф
J___►^Зонная
___^Радиальная (при расширении застройки |—
Рис. 3.3 Параметры, влияющие на выбор схемы канализации
119
Рис. 3.4. Схемы канализации
а— перпендикулярная; б —- пересеченная, и — параллельная; г— зонная; i — радиальная.
7 — коллекторы бассейнов каналичовапия, 2 — главный коллектор; 3 — насосная станция; 4
очистные сооружения; 5 — выпуск очищенных вод в водоем; б — напорная ветка, 7 — отводной
коллектор; d —главный коллектор верхней зоны, 9 --главный коллекторнижней эоны города,
10— 14 главные коллекторы районов города; 13 — районная васосная станция
Рассмотрим подробно их устройство.
Перпендикулярная схема (рис. 3.4, а), применяемая только для
отвода в реку чистых атмосферных вод, предусматривает, что кол-
лекторы бассейнов канализования 1 трассируют по наикратчай-
шему расстоянию к водоему перпендикулярно ему.
Пересеченная схема (рис. 3.4, б) применяется в городах. При этой
схеме коллекторы бассейнов канализования 1, идущие к водоему,
перехватываются главным коллектором 2, транспортирующим сто-
чные воды на насосную станцию 3, откуда они по напорной ветке
б поступают на очистные сооружения 5. При этом главный коллек-
тор 2 прокладывается параллельно водоему. Эту схему применяют
при реконструкции перпендикулярной схемы.
При параллельной схеме коллекторы бассейнов канализования
1 прокладываются параллельно или с небольшим уклоном к напра-
влению движения воды в реке (рис. 3.4, в) и перехватываются
главным коллектором 2, отводящим стоки на очистные сооруже-
ния 4.
Зонная (поясная) схема предусматривает наличие двух главных
коллекторов — 8 в верхней и 9 в нижней зоне города (рис. 3.4, г).
При этом из главного коллектора 9 нижней зоны стоки перекачива-
ются насосной станцией 3 в отводной коллектор 7. При радиальной
схеме коллекторы бассейнов канализования 1 имею! радиальное
направление от центра города к его периферии. Каждый район
имеет свой главный коллектор 10 —14, очистные сооружения и,
если необходимо, свою насосную станцию 15 (рис. 3.4, а). Эта схема
удобна тем, что при расширении застройки города не требуется
перестройка действующих коллекторов.
ЗЛ. СПОСОБЫ ТРАССИРОВКИ УЛИЧНЫХ СЕТЕЙ.
ГЛУБИНА ИХ ЗАЛОЖЕНИЯ
Важное значение имеет правильное трассирование уличных кана-
лизационных сетей.
На рис. 3.5 приведено графическое изображение применяемых на
практике способов трассировки: объемлющей, по пониженной сторо-
не квартала и чрезкварталыюй, а также даны обоснования их при-
менения.
На глубину заложения уличной сети влияют следующие па-
раметры:
обеспечение приема сточных вод от: внутриквартальных сетей
зданий специального назначения промышленных предприятий;
защита труб от механических повреждений;
предохранение труб от замерзания.
Наименьшую глубину заложения канализационных труб h (до
низа лотка трубы) определяют по СНиП 3.05.04 — 85*, исходя из
121
Способы трассировки (прокладки)
уличных канализационных сетей
Названия способов
тржхкросхм
Сети опоясьвают каждый
квартал с четырех сторон
по проездам
По понижет юи
стороне квартала____
Сеть проюжеыв только
с пониженной стороны
квартала
Черескеартальнал
Сеть расположена внутри
квартала трямопинойно,
что сокращает длину сети,
но затрудняет ее
эксплуатацию
Условия применения
Плоский рельеф,
большие кварталы,
отсутствие застройки
Явно вьрюкенньй
уклон местности
в определенном
направлении
Уклон местности в
сторону соседнего
квартала
ОСынмкхцая
Рис 3.5. Способы трассировки канализационных сетей:
1.1 кварталы: 3 — здания квартала
глубины промерзания грунта (Ниром) с учетом того, что температу-
ра транспортируемых стоков — 10 — 15 °C. Но от поверхности
земли до верхней образующей трубы должно соблюдаться расстоя-
ние не менее 0,7 м, что сохранит трубу от механических поврежде-
ний. Тогда можно записать:
А=Нщт1 -(0,3—0,5» 0,7+
Данное утверждение проиллюстрировано на рис. 3.6.
Начальную глубину заложения уличной сети находят по фор-
муле:
Hm=h + i(L+1)- (Z, -Z0+2W,
где h — наименьшая глубина заложения труб сети от поверхности
земли до лотка трубы в наиболее удаленном колодце внутриквар-
тальной сети (см. выше); i — уклон внутриквартальной сети; L+1—
длина внутриквартальной сети от наиболее удаленного колодца до
места присоединения ее к уличной сети; Zj и Zj— отметки поверх-
ности земли у наиболее удаленного колодца внутриквартальной
122
сети и у места се присоединения к уличной сети; Ad— разница
диаметров трубопроводов уличной и внутриквартальной сети у ме-
ста их соединения.
Наибольшая 1лубиия заложения канализационных труб зависит
от способа их прокладки. При открытом способе работ глубина
заложения коллекторов составляет, как правило, 10 15 м в сухих
I руптах и только 5 — 7 м в мокрых. Однако обычно коллекторы
прокладывают на значительной глубине (более 20 м), что делает
применение открытого способа работ невозможным либо очень
дорогим. Кроме тою, в условиях плотной городской застройки
использование закрытого способа прокладки не создает лишних
неудобств для пешеходов и транспорта.
Из всех существующих методов закрытой проходки наиболее
часто применяется щитовой. При этом способе производства работ,
как видно из графика (рис. 3.7), стоимость (С) производства работ
по прокладке канализационного коллектора практически не зависит
от его глубины заложения (Л) — линия 2, тогда как стоимость при
открытой прокладке (С) растет пропорционально глубине заложе-
ния (й) коллектора — линия 7.
Прокладку сети рекомендуют производить в пределах проезжей
части и в зонах зеленых насаждений. На пересечении с железнодо-
рожными путями, трассами метрополитенов, вблизи уникальных
зданий следует предусматривать дублируюшне линии с камерами
для их связи.
Совмещенная прокладка трубопроводов и коллекторов различ-
ного назначения позволяет более экономично и рационально ор-
ганизовать пронзводсгво работ.
Укладку всех видов сетей необходимо вести параллельно оси
уличного проезда или красной линии застройки. При пересечении
канализационных труб с водопроводными, как правило, первые
прокладывают ниже водопроводных с расстоянием в свету между
трубами по вертикали не менее 0,4 м. В противном случае водопро-
вод заключается в кожух длиной не менее 5, а в фильтрующих
грунтах - 10 метров в обе стороны (по горизонтали) от места их
пересечения.
Рис. 3 6. Схема определения мини-
мальной гл} б ины заложения кана-
лизационных труб
С, руб
Рис. 3.7 График зависимости сто-
имости строительства (С, руб ) кол-
лектора от глубины его заложения
(*. м)
123
3.6. ОСНОВЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО расчета
КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СЕТЕЙ
Канализационную сеть рассчитывают ва пропуск максималь-
ного секундного расхода сточных вод:
где N — численность населения города; дж — норма водоотведения
бытовых вод принимается равной норме водонотребления (см. При-
ложение I); Ковш — общий коэффициент неравномерности водоот-
ведения бытовых сточных вод (см. Приложение II) определяется
в зависимости от величины среднего секундного расхода:
При расчете канализационных сетей удобно вычислять расходы,
используя понятие модуля стока, л/(с • га) по формуле:
?о=/’9ж/86400;
(3-3)
где р — плотность населения ва 1 га (см. Приложение I);
F — площадь кварталов в жилой зоне канализуемой территории,
тогда
^flTUX.C Qo
(3.4)
Максимальный секундный расход для производственных сточных
вод:
(3.5)
где — норма водоотведения на единицу продукции, м3; Пт —
количество продукции в смену с максимальной выработкой про-
должительностью Т, ч; К, — коэффициент часовой неравно-
мерности водоотведения производственных сточных вод, завися-
щий от технологических условий (см. Приложение II).
Расчетный расход сточных вод на участке канализационной сети
определяется по формуле:
^р Цтр К (7ооо К
124
где q^ — транзитный расход воды, поступающий в расчетный уча-
сток сети из боковой сети; qBOB — попутный расход, поступающий
в расчетный участок сети от зданий прилегающего квартала. Этот
расход условно считают присоединенным в начале участка сети,
к которому примыкает квартал; qc — сосредоточенный расход от
промышленного предприятия.
Просуммировав указанные расходы, получим расчетный рас-
ход — qr на участке (1 — 2) канализационной сети
Бытовую канализацию рассчитывают па частичное наполнение
труб — Н/D (рис. 3.8). Расчетные наполнения в трубопроводах бы-
товой канализации рекомендуется принимать в зависимости от
диаметра труб:
D, мм | | 150 - 300 | | 350 — 450 ! | 500 - 900 i Г >900
H/d 1 1 0.7 J | O,7S 0.8
Минимальные диаметры трубопроводов сетей уличной канали-
зации принимаются в зависимости от системы канализации:
Полная раздельная система (Хя|₽ст1гаввая система Хозяйственно Бытовая система Дождевая система
D, мм | 200 250 250 250
Расчетной скорос тью называют скорость течения при расчетном
расходе и наполнении. Минимальной скоростью (самоочищающей)
называют наименьшую допустимую скорость течения, при которой
обеспечивается самоочищение труб:
Р, мм 1150 250|300 400)450 500 |60Г)--800)900 1200)1300 -1500| >1300
Г, м/с I 0,7 | 0,8 | 09 J 1 | 1,15 | 1.3 ~ | 1,5
Наибольшую расчетную скорость движения сточных вод следует
принимать 8 м/с — для металлических труб и 4 м/с — для неметал-
лических труб.
Канализационные трубы прокладывают с уклопом.
Наименьшим уклоном трубы называется уклон, обеспечива-
ющий при расчетном наполнении трубы скорость самоочищения.
Наименьшие уклоны груб бытовой канализации принимают для
труб диаметром 1 *>0 мм — 0,08, 200 мм — 0,005, 250 мм и более
125
О диаметр грубы
круглого'
сечения
Т Н. высота слоя
f воды в трубе
обеспечивает вентиляцию]
сети дня удаления газов j
создает определенный резерв
в сечении труб для пропуска
|расхода q>qr,„ ___________
Рис. 3.8. Схема определения наполнения канализационных труб
определяют гидравлическим расчетом в зависимости от допуска-
емых минимальных скоростей. Ориентировочно минимальный ук-
лон можно определить по выражению: i^^ifd, где d— диаметр
трубы в мм.
В ходе гидравлического расчета канализационной сети по полу-
ченным значениям расчетных расходов сточных вод определяют
диаметры труб, уклоны, обеспечивающие требуемые значения рас-
четных скоростей и наполнений. Практические расчеты выполняют-
ся с использованием графиков, номограмм и таблиц для шдрав-
лического расчета канализационных сетей.
3.7. СООРУЖЕНИЯ НА КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СЕТЯХ
На канализационных сетях сооружают колодцы и камеры. На
рис. 3.9 представлены основные виды колодцев и камер, применя-
емых на практике, и указаны места их расположения. Камеры соору-
жают на всех канализационных сетях в местах соединния несколь-
ких линий больших диаметров в один коллектор. Трубы внутри
колодцев и камер заменяют открытыми лотками с бермой с неболь-
шим уклоном от стенок колодца к лотку.
Устройство лотков в колодцах различного назначения приведе-
но на рис. 3.10. Как видно из рисунка, поворотный колодец отлича-
ется от линейного формой лотка, который имеет криволинейное
очертание в виде плавной кривой с минимальным радиусом искрив-
ления, равным двум — трем диаметрам груб. Угол поворота не
должен быть более 90°.
Устройство типового круглого колодца из стандартных железо-
бетонных колец для уличной сети представлено на рис. 3.11. При
устройстве колодцев в слабых грунтах в районах вечной мерзлоты
и в сейсмических районах под колодцы предусматривается специ-
альное основание. Степки внутри колодцев рекомендуется гермети-
зировать. Соединение труб разных диаметров хозяйственно-быто-
вой канализации чаше всего осуществляется способом «шелыга
в шелыгу», т. е. по верхним образующим труб, как это показало на
рис. 3-12.
126
Рис. 3 9 Сооружения на канализационных сетях и места вх установки
а) б)
Рис. 3.10. Лотки смотровых колодцев:
а— б — поворотные, в — узловые, 1 — стенки колоддев; 2— тотвв; 3 — трубы
Рис. 3.11. Устройство типового круглого колодца из стандартных железобетонных
колец дм уличной сети диаметром 150 — 600 мм:
1 — круглый люк с крышкой; 2 регулировочные бетонные камни; 3 опорное кольцо; 4 —
кольцо диаметрам 700 мм и высотой 300 - 600 мм; 5 - плита; б — кольцо; 7 — регулировоч-
ные камни; 8 основание; 9 — щебеночная подготовка; 10 — скобы для спуска в колодец
Рис. 3.12. Сс
га в шелыгу»
Отметки верхних образующих труб (шелыг) V1=V2, а отметки
лотков труб отличаются на разность диаметров этих груб’ V«=
=<?юо)-
Принцип построения продольного профиля канализационных
сетей подробно рассматривается в гл 6.
128
3.8. МАТЕРИАЛ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ТРУБ
Ввиду того, что канализационные трубы транспортируют сто-
чные воды, обладающие различными свойствами, к их материалу
предъявляется ряд требований (рис. 3.13).
На рис. 3.14 и 3.15 представлены материалы канализационных
труб, коллекторов и каналов, наиболее часто встречающиеся в прак-
тике проектирования канализационных сетей.
Для напорных коллекторов применяют чугунные, железобетон-
ные, стальные и асбестоцементные трубы. Стальные трубы преиму-
щественно используют при прокладке дюкеров, монтажа трубопро-
водов в насосных станциях, для устройства выпусков сточных вод
в сейсмических районах.
Трубы чугунные для безнапорных трубопроводов выпускают по
ГОСТ 6942 — 98-
Для прокладки самотечных канализационных сетей широко при-
меняются безнапорные асбестоцементные (ГОСТ 1839 — 80*),
пластмассовые ГОСТ 22689.089, бетонные (ГОСТ 20054 — 82). же-
лезобетонные (ГОСТ 6482 — 88), керамические (ГОСТ 286 - 82)
трубы.
Коллекторы проектируют из круглых железобетонных труб,
а при отсутствии нужного размера труб — из сборных желеэобетон-
| Требования, предъявляемые к материалу канализационных
—| Прочность
J | Водонепроницаемость |-| | Нестираемость |
j Химическая стойкость [~
От внешних
От инфильтрации
L Гигравлшчижая
Г | гладкость
Н Давлены
грунта
J- j От эксфильтрации |-
1Ог бедоедакиях токов
(злектрскоррозии) ।
Нагрузки от I
наземного I
транспорта |
j Термостойкость
Гбг воздействия вод с
температурой
выше 40 С
От внутреннего давления
Возникающего
самотечных
при засорен
Расчетного при работе
дюкеров и напорных труб
Рис. 3 13. Требования, предъявляемые ж материалу канализационных груб
5а-з« 129
Рис. 3.14. Материал канализационных труб и тип их соединения pH — концентрация
ионов водопровода в воде, характеризующая степень кислотности и шелочпостн
воды: pH=7 — вейгральная,рН<7 — кислотная, pH>7 — щелочная
Ма>еричл коллекторов и каналов
Кирпич Керамические или оетоннье блоки Сборный железобетон
t „
,. ....
Только для реконструкции существующих коллекторов При закрытом способе про- При открытой прокладке коллекторов и каналов
и каналов
Рис. 3.15. Материал коллекторов и капалов
ных элементов. При прокладке коллекторов на большой глубине
способом щитовой проходки устраивают коллекторы круглого се-
чения из бетонных или железобетонных блоков (в водоносных
j рунтах могут применяться блоки из чугуна — тюбинги).
3.9. УСТРОЙСТВО ДОЖДЕВОЙ КАНАЛИТЛЦИИ
Начертание дождевой (водосточной) сети в плане зависит от:
рельефа местности;
размера территории;
расположения подземных коммуникаций.
Дождевые воды, стекающие с поверхности земли, поступают
в закрытую водосточную сеть через дождеприемники (рис. 3.16).
Дождеприемник представляет собой колодец, перекрытый сверху
приемной решеткой 1. Из дождеприемника дождевая вода по соеди-
нительной ветке 2, закладываемой в низовой части дождеприемника,
поступает в подземную водосточную сеть. Дождеприемники быва-
ют круглыми, диаметром не менее 0,7 м или прямоугольными
(размером 0,6 х 0,9 м). Основание дождеприемника без осадочной
части закладывается на глубину не менее 0,8 м. Приемные решетки
изготовляют из чугуна или стали. Размещение дождеприемников
предусматривается во всех пониженных местах, а также у перекрест-
ков до створа орт авизованных переходов улиц. Расст ояние между
дождеприемниками принимается в зависимости от уклона улиц от
50 до 80 м друг от друга (при ширине улиц до 30 м в условии, что
в дождеприемники не поступают
кварталов). При отводе дождевых
вод с внутренней стороны квар-
тала расстояние между дождеп-
риемниками принимается по рас-
чету.
В целях уменьшения сечения
и длины дождевой (водосточной)
сети ее трассируют вдоль горо-
дских проездов по кратчайшему
расстоянию от мест сброса. При
ширине проезда до 30 м подзем-
ная водосточная сеть проходит по
его середине. При большей шири-
не проезда водосток можно про-
кладывать в две линии по обеим
его сторонам.
Как указывалось в параграфе
3.2, при интенсивных дождях часть
дождевые воды с территории
ijwip
Рис 3.16. Схема устройства железо-
бетонного дождеприемника:
1 —приемная решетка, 2 — соедини-
тельная ветка, 5 -— лоток с набивкой,
4 — нестааая подушка; J — основание
(размеры лапы в сантиметрах)
131
Рис. 3.17. Схема ливнеспуска:
1— оголовок ливнеотвода; 2 - - ливнеотвод; 3 — береговой коллектор; 4 камера ливнеспуска;
3 — ВОДОСЛИВ
сточных вод через ливнеспуски сбрасывается в водоем без очистки.
Схема работы ливнеспуска приведена на рис. 3.17.
3.10. ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА РАБОТЫ НАСОСНЫХ
КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ
Канализационные насосные станции (КНС) строят, когда рельеф
местности не позволяет отводить сточные воды и атмосферные
осадки самотеком к месту очистки. Эти станции необходимо стро-
ить, если глубина канализационных коллекторов превосходит 4 — 8
м (в зависимости от грунтов). Наиболее целесообразно располагать
канализационные насосные станции на свободных территориях
вблизи промышленных предприятии, складских помещений и зеле-
ных массивов.
Выбор места расположения КНС должен быть согласован с ор-
ганами санитарного надзора. Расположение КНС вблизи очистного
сооружения приводит к сокращению строительства вспомогатель-
ных производственных помещений, а если ее располагать у канали-
зируемого объекта, то отпадает надобность в строительстве до-
рогого самотечного коллектора. Решение определяется технико-
экономическим расчетом.
КНС разделяются на четыре группы: для перекачивания бы-
товых сточных вод, производственных сточных вод, атмосферных
вод и осадков (на очистных сооружениях). Станции первой группы
могут быть районными, перекачивающими сточную жидкость из
отдельных коллекторов в главный коллектор, и главными, перека-
чивающими сточную жидкость на очистные сооружения. На станци-
ях второй группы предусматривается защита оборудования от
агрессивной сточной жидкости и периодическая промывка оборудо-
вания. Станции третьей группы предусматриваются в сети дож-
девой канализации, когда отвод дождевой воды самотеком на дан-
ном участке местности невозможен. Станции четвертой группы
входят в состав очистных сооружений и обработки осадков. Эти
станции служат для перекачивания осадка из первичных сборников
на сооружения по обработке активного ила, песка, а также для
повышения напора в канализационных магистралях большой про-
тяженности.
132
Наличие КНС в технологической схеме не обязательно н опреде-
ляется рельефом местности и пропускной способностью станций
очистки. Технологический процесс перекачивания состоит из двух
операций: освобождение жидкости от твердых 1абаритных отбро-
сов, песка, камней и перекачивания относительно чистой жидкости.
Поэтому всегда строят два помещения: помещение с приемным
резервуаром и очистными решетками, дробилками и насосный зал.
Эти помещения могут быть разделены или совмещены и, соответ-
ственно, станции называются: раздельного или совмещенного типа.
КНС бывают незаглубленные (до 4 м относительно поверхности
земли), нолузаглубленные (до 7 м) и шахтного типа (свыше 8 м)
Рис. 3.18. Канализационная насосная станция шахтного типа:
I — подводящий коллектор, 2 — очистные механизированные решетив; 3— приемный резерву,
яр; 4. 5—всасывающие и напорные трубопроводы; 6—электродвигатель, 7 вясос СДВ
160/45. подача— 160 мI * э/ч, напор— 45 м, 8— обратный клапан; 9— задвижки
133
с насосами горизонтального, вертикального или осевою тина,
с ручным или автоматическим управлением.
На рис. 3.18 показана схема КНС шахтного тина с совмещенным
расположением приемного резервуара 3 и машинного зала с элект-
родвигателями 6 и центробежными насосами 7 чипа СДВ 160/45,
вертикальными с подачей на 160 м3/ч и напором 45 м, чистотой
вращения вала 1450 об/мин. Подводящий коллектор 1 на входе
в резервуар 3 имеет механизированные решетки 2 чипа МГТ для
задержания отбросов, которые могут засорить проточную часть
насосов. Всасывающие (4) трубопроводы индивидуальны для каж-
дого из насосов (7), нагнетательный трубопровод 5 общий с ре-
гулирующими задвижками и обратным клапаном для каждою из
насосов.
Центробежные насосы для перекачивания сточных вод должны
удовлетворять некоторым специальным требованиям, обусловлен-
ным характеристикой жидкости: наличием примесей песка, твердых
включений в виде камней и всевозможных отбросов. Такой состав
жидкости приводит к существенным изменениям конструкции рабо-
чего колеса и спиральною огвода, которые делаются упрощенной
формы и с широкими проходами. 11редусматриваются люки-реви-
зии, а в зону уплотнения вала подается промывочная вода. Выпу-
скаются насосы двух типов: СД центробежные и СДС свобод-
новихревые. По расположению вала эти насосы могут быгь горизо-
нтальными, вертикальными и полупогружлыми. На рис. 3.19 пока-
Рис 3 19 Насос типа СД для сточных вод (горизонтальный).
I — вал, 2—корпус; 3— рабочее колесо; 4 —крышка корпуса, 5—входной пягрубок, б —
люки ревизии, 7 —защитные упяогнятошпе кольца, S— передний п чаяний диски рабочего
колеса. 9 — выходной патрубок; /о — подвод чистой воды; II — сальниковое уптотаепие, 12 —
зашвтвия втулка
134
Рис. 3.20. Насос типа СДВ для сточных вод (вертикальный)
1 — защитное жольцо; 2 — рабочее жолесо; 3 — регулируемое уплотняющее кольцо; 4 — нвжвяя
жрышхя корпуса; 5 — люк-прочистяя; б — корпус; 7 — защитные диски; И — верхняя крышка
короуса, ₽—подшипник скольжении; 10 — торцовое уплотнение вала, II — вал; 12—• фун-
даментная ПЛЕТЯ
зан центробежный насос типа СД, предназначенный для перекачива-
ния неагрессивных жидкостей плотностью 1050 кг/м3 с pH = 6 —
8,5, температурой до 80 °C и содержанием абразивных частиц
размером до 5 мм не более 1% по массе. Серия таких насосов
выпускается с диапазоном подач от 1,9 до 3000 л/с и напоров от 5,5
до 110 м, КПД 45 — 83%. Конструкция насоса позволяет демонти-
ровать рабочее колесо, не снимая сам насос с фундаментной плиты.
Уплотнение мягкий сальник с промывкой водой под давлением,
превышающим давление насоса на 0,5 — 1 атм. Ротор насосов
небольшой мощности (до 100 кВт) установлен в подшипниках каче-
ния. В более мощных насосах применяются подшипники скольже-
ния (резиновые или лигнафолевые) с промывкой чистой водой как
в насосе типа СДВ с вертикальным валом на рис. 3.20. Конструкция
135
этого васоса отличается защитными бронедисками и удобством
демонтажа и обратной установки всего ротора насоса без отделения
его корпуса от фланцев трубопровода. Основные детали насоса
выполнены литьем из чугуна.
Контрольные вопросы
1. Какие вы знаете системы канализации?
2. От каких основных факторов зависит выбор схемы канализации?
3. Назовите основные элементы наружной канализационной городской сети,
4. Перечислите основные способы трассировки уличных сетей канализации.
5. Как определить минимальную глубину заложения канализационных труб?
6. Что называется наполнением канализационных труб?
7. Как соединяются в колодцах канализационные трубы разных диаметров?
8. Дайте характеристику материалам канализационных труб и типам их соедине-
ний.
9. В каком режиме, в основном, работает городская система канализации?
10. Где устанавливаются узловые и оерепадные канализационные колодцы?
11. Какие способы сооружения канализационных сетей вы знаете?
ГЛАВА 4. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД
4.1. ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЗАГРЯЗНЕНИЙ СТОЧНЫХ ВОД.
МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ вод
По физическому состоянию загрязнения сточные воды делятся
на:
нерастворимые примеси, находящиеся в воде в виде крупной
взвеси (диаметром более десятых долей миллиметра) и в виде
суспензии, эмульсий и пены;
коллоидные частицы;
растворенные, находящиеся в воде в виде молекулярно-дисперс-
ных частиц (диаметром менее 0,001 мк).
По своей природе загрязнения делятся на минеральные, ор-
ганические и бактериальные (рис. 4.1). Как следует из рис. 4.1,
основным химическим элементом загрязнений растительного про-
исхождения является углерод. Загрязнения животного происхожде-
ния содержат много азота.
Бактериальные загрязнения представляют собой различные ви-
ды микроорганизмов, в том числе и болезнетворных бактерий. По
своему химическому составу они относятся к загрязнениям органи-
ческого происхождения, но выделяются в особую группу ввиду их
особого взаимодействия с другими видами загрязнений. Наблюда-
ется колебание концентрации загрязнений (количество за-
грязнений, приходящееся на единицу объема воды, мг/л или г/м3)
сточных вод, поступающих на очистные сооружения. Обычно ма-
ксимальные концентрации загрязнений бывают зафиксированы
в утренние и вечерние часы, а минимальные — ночью. В зимний
период концентрация загрязнений выше, чем летом, так как во-
доотведение на одного жителя зимой уменьшается. Приведенный
химический анализ состава загрязнений сточных вод позволяет
понять, что количество содержащихся в них полезных элементов,
таких как азот, калий, фосфор, кальций и др., делают их прекрасным
удобрением. Однако для того, чтобы использовать загрязнения
сточных вод в качестве удобрений, их необходимо сначала выделить
из них, а затем подвергнуть определенной обработке. Для этого
могут быть использованы следующие методы очистки: механичес-
кая, биологическая, физико-химическая. Для ликвидации бактери-
альных загрязнений сточных вод (см. рис. 4.1) последние под-
вергают дезинфекции. В результате механической очистки сточных
вод из нее удаляются нерастворенные и частично коллоидные заг-
рязнения минерального происхождения. Биологическая очистка осно-
137
Рис. 4.1. Химический апали.з загрязнений в сточных водах
вана иа жизнедеятельности микроорганизмов, способствующих
окислению органических веществ, содержащихся в сточной жид-
кости в виде тонких суспензий и в растворе. Если необходима
высокая степень очистки сточных вод (см. далее) применяют пол-
ную биологическую очистку. Физико-химические методы очистки -—
сорбция, экстракция, электролиз применяются преимущественно
для очистки производственных сточных вод.
4.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПОЛНОЙ
БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Выбор метода очистки зависит от состава загрязнений, находя-
щихся в сточной жидкости и требований, предъявляемых к качеству
очищенных стоков перед их спуском в водоем. Поскольку в сточных
водах городов содержатся минеральные, органические и бактери-
альные загрязнения, для их очистки применяют полную биологичес-
кую очистку.
Технологическая схема полной биологической очистки представ-
ляет собой комплекс очистных сооружений, которые располагаются
138
таким образом, что сточная жидкость, проходя их последовательно
одно за другим, подвергается механической, биологической очистке
и дезинфекции перед спуском ее в водоем. В каждом сооружении
комплекса в процессе очистки сточной жидкости образуется осадок.
Он состоит из твердых веществ, разбавленных водой, имеет непри-
ятный запах, является опасным в санитарном отношении, так как
содержит огромное количество бактерий. Поэтому в технологичес-
кую схему полной биологической очистки обязательно включаются
сооружения для его специальной обработки.
Технологическая схема полной биологической очистки представ-
лена на рис. 4.2.
Механическая очистка сточных вод производится на решетках,
песколовках и первичных отстойниках. Биологическая очистка про-
текает на сооружениях-окислителях. Во вторичных отстойниках
происходит осветление сточной жидкости перед ее дезинфекцией,
которая протекает в смесителях и контактных резервуарах. Затем
сточная жидкость выпускается в водоем. Осадок после решеток
измельчается в дробилке, а затем в виде пульпы поступает опять
в канал перед решеткой. Песок после песколовок сушится на песко-
вых площадках, а затем используется либо для нужд станции либо
вывозится. Осадок после первичных отстойников, содержащий ор-
ганику, поступает в сооружения по обработке осадка, где он подвер-
гается сбраживанию. В эти же сооружения частично поступает
осадок после вторичных отстойников, прошедший уплотнение на
илоуплотнителе. После сбраживания осадок обезвоживается, затем
термически обрабатывается и утилизируется в качестве удобрений.
Для очистных станций большой производительности перед первич-
ным отстойником устанавливается преаэратор для предваритель-
ной аэрации сточной жидкости с целью улучшения протекания
процессов осветления в первичных отстойниках.
В биологически очищенных сточных водах может содержаться
значительное количество азота, который отрицательно влияет на
качество воды водоемов. Поэтому во многих странах его содержа-
ние в очищенных стоках строго регламентируется. Удаление азота
может осуществляться различными способами в ходе доочистки
биологически очищенных сточных вод. Рассмотрим некоторые из
них.
Иловая смесь после аэротенка подается в денитрификатор,
в который вводится реагент (метанол). В денитрификаторе про-
исходит медленное перемешивание и поддерживаются бескис-
лородные условия. Затем смесь подается, как обычно, во вторичный
отстойник. Требуется 2,4 — Змг метанола, чтобы снизить со-
держание азота на I мл. Основным и наиболее универсальным
методом глубокой доочистки биологически очищенных стоков
является их адсорбционная очистка активными углями. При
139
Выпуск О МЦвЮЫХ СГОКОВ
Рис. 4.2. Технологическая схема полной биологической очистки
непосредсгвенном применении адсорбционной очистки сточные во-
ды отбирают сразу после вторичных отстойников. Если активные
угли применяются в виде фильтрующего плотного слоя в колопнах-
сорбфильтрах, то воду после вторичного отстойника следует от-
стаивать в буферном пруду, либо фильтровать через песчаные
140
фильтры для снижения содержания взвешенных веществ до 10 мг/л.
Установка, где доочистка осуществляется путем фильтрования че-
рез колонны, загруженные активным углем, состоит из пяти адсор-
бционных колонн диаметром 1,8 м и высотой 4,8 м каждая. Высота
слоя активного угля в колонне 2,9 м. Четыре колонны работают
последовательно, один сорбфильтр резервный. Слой угля в первой
колонне промывают ежедневно. Остальные колонны промывают по
мере необходимости. Общее расчетное время контакта воды с ад-
сорбентом составляет около 40 мин. Адсорбционную способность
углей восстанавливают в процессе его регенерации. Адсорбционная
очистка позволяет существенно снизить содержание органических
соединений в биологически очищенных стоках. После доочистки
дезинфекция сточных вод обязательна.
43. СООРУЖЕНИЯ ПО УДАЛЕНИЮ КРУПНЫХ ВЗВЕСЕЙ И ПЕСКА
ИЗ СТОЧНЫХ ВОД
К сооружениям по удалению крупных взвесей из сточных вод
(см. рис. 4.2) относятся решетки и дробилки.
Решетки должны устанавливаться на всех очистных станциях,
независимо от способа подачи на них сточных вод — самотеком
или под напором. Решетки представляют собой прутья с прозорами
различной величины (в зависимости от требуемой степени очистки
сточной воды), поставленные вертикально или наклонно (60 — 70°
к горизонту) на пути движения сточных вод. Прутья решеток быва-
ют прямоугольной, реже круглой формы.
Чаще применяют неподвижные решетки.
Неподвижная решетка представляет собой металлическую ра-
му, внутри которой установлен ряд параллельных стержней, постав-
ленных на пути движения сточной воды. При ручной очистке от-
бросы регулярно удаляются граблями и сбрасываются на дрени-
рованную площадку (дырчатое корыто). Удаление отбросов в этом
случае производится в закрытых контейнерах. При количестве за-
держиваемых отбросов более 0,2 м3/сут применяется механизиро-
ванная очистка решеток и устанавливаются дробилки. Транспор-
тирование отбросов от решеток к дробилкам должно быть механи-
зировано. На станциях очистки допускается установка решеток
в отдельных зданиях, где устраивают приточно-вытяжную венти-
ляцию.
Решетки-дробилки представляют собой комбинированные меха-
низмы. Задержание и дробление загрязнений производится непо-
средственно в канале без подъема их из воды, что улучшает сани-
тарные условия станции очистки. Кроме того для их устройства не
требуется строительство специальных помещений.
Наибольшее распространение в отечественной практике очистки
получили неподвижные решетки с механизированной очисткой. При
141
количестве отбросов 1 т/сут принимают одну рабочую и одну
резервную дробилки.
После прохождения решеток сточная жидкость поступает на
песколовки (см. рис. 4.2). Песколовки представляют собой резерву-
ары, в которых при протекании сточных вод со скоростью 0,15 —
0,3 м/с задерживается песок крупностью 0,2 — 0,5 мм.
Песколовки бывают горизонтальные с прямоточным и круго-
вым движением воды, тангенциальные, вертикальные, аэрируемые.
Песколовки сооружают из сборных железобетонных унифициро-
ванных элементов.
Работа песколовок основана на использовании гравитационных
сил. Рассчитываются песколовки таким образом, чтобы в них осе-
дал песок и другие тяжелые минеральные частицы, но не выпадал
легкий осадок органического происхождения. Из песколовки осе-
вший песок удаляют с помощью гидроэлеватора и в виде песчаной
пульпы подают на песковые площадки — участки земли, разбитые
на карты ограждающими валиками высотой 1 — 2 м. Профильт-
рованную воду после сушки песка на площадках собирают дренаж-
ной системой и направляют в канал перед песколовками. Песковые
площадки устраивают на крупных очистных станциях. На станциях
производительностью до 80000 м3/сут для обезвоживания песка
рекомендуется предусматривать песковые бункеры, приспособлен-
ные для последующей погрузки песка в автомашины, гидроциклоны
и горизонтальные шнековые центрифуги.
4.4. КЛАССИФИКАЦИЯ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ОТСТОЙНИКОВ
Отстойники служат для задержания грубодисперсных примесей,
содержащихся в сточной жидкости. Выпадение взвеси в первичном
отстойнике происходит с момента поступления в него сточных вод
после песколовок. В нем задерживаются все частицы, успевающие
осесть на дно отстойника за период пребывания в нем сточной
жидкости. Принцип осаждения взвеси в канализационных отстой-
никах имеет ряд особенностей, вследствие того, что при отстаива-
нии бытовых сточных вод приходится иметь дело с частицами
взвеси, изменяющими в процессе осаждения свою форму, удельный
вес, размеры, и, следовательно, скорость выпадения. Кроме того,
процесс осаждения взвеси протекает при постоянно движущимся
потоке жидкости. Падение их на дно при таких условиях тормозится
вследствие наличия в потоке так называемых «взвешенных скоро-
стей» w. Таким образом, величина действительной скорости осажде-
ния частиц и в канализационных отстойниках меньше скорости их
осаждения под действием силы тяжести щ, определенной в лабора-
торных условиях, на величину взвешенной скорости w Тогда
и=и0— w. При правильной работе отстойников должно соблюдать-
142
Класснфиквфя канагжзвцькя-ных отстсйниксв
Рис. 4.3. Классификация яяяализапионных отстойников
ся правило — скорость осаждения частиц u~ (и0—и) должна быть
больше средней скорости движения воды в отстойнике u>vcp.
Классификация канализационных отстойников, применяемых
в практике очистки сточных вод, приведена на рис. 4.3. Выбор типа
и конструкции отстойников при прочих равных условиях должен
производиться на основании технико-экономических расчетов с уче-
том местных условий их применения.
Горизонтальный канализационный отстойник (рис. 4.4) представ-
ляет собой прямоугольный в плане железобетонный резервуар,
применяемый при производительности очистной станции более
15000 мэ/сут. Обычно строят два или несколько параллельно рабо-
тающих отделений отстойника, чтобы при ремонте или очистке
143
Зона осаждения
осадка
Рис. 4,4. Принципиальная схема работы горизон-
тального канализационного отстойника'
J входной лсггох; 2 полувогрухные перегородки;
хироэой лоток; 4 жировая труба; J приямки
для сбора осадка; 6 — иловая труба; 7 — сборный ло-
ток осветленвой воды; Я днище отстойника; 9 —
иловый колодец; 10 — задвижки; 11 — распределвтель-
вая камера
одного из них не вы-
ключать из работы все
сооружения. Сточная
жидкость поступает в
торцевую часть отстой-
ника через входной ло-
ток 1, равномерно рас-
пределяется по ширине
сооружения и движется
горизонтально вдоль
отстойника, со скоро-
стью 0,7 мм/с. Осве-
тленная вода собирает-
ся в сборный лоток 7.
Около обоих лотков
расположены полупог-
руженные перегородки
2, передняя из которых
служит для распределе-
ния поступающей жидкости по глубине отстойника, а задняя — для
удержания всплывающих веществ (жиров, масел и т. д.), последние
удаляются из отстойника через жировой лоток 3 и жировую трубу
4. На 1/3 длины отстойника (от его начала) устраивают один или
два приямка 5 с углом наклона 45° для сбора осадка. Из приямка
осадок удаляется по иловой трубе 6 под действием гидростатичес-
кого напора. Между проточной и осадочной частями отстойника
должен быть создан нейтральный слой (высотой 0,3 м от днища
отстойника), препятствующий всплыванию осадка. Продолжитель-
ность отстаивания сточной жидкости в первичном отстойнике со-
ставляет 1,5 ч.
Вертикальный канализационный отстойник обычно применяют
при производительности очистной станции до 20000 м3/сут при
наличии плотных грунтов с низким уровнем грунтовых вод. При-
нципиальная схема работы вертикального отстойника приведена на
рис. 4.5. Сточная жидкость по подводящему лотку У поступает
в центральную трубу 2 и опускается по ней вниз. При выходе из
нижней части центральной трубы, оборудованной отражателем
3, она меняет направление движения и медленно поднимается по
отстойнику вверх. При этом из сточной жидкости выпадают нераст-
воренные вещества. Отражательный щит 3 необходим для равно-
мерного распределения воды по отстойнику и предотвращает взму-
чивание осадка. Осветленная вода собирается в сборные лотки 4.
Удаление осадка в вертикальных отстойниках осуществляется по
иловой трубе 5 под действием гидростатического напора.
Вертикальные отстойники имеют ряд преимуществ по сравне-
нию с горизонтальными:
144
удобство удаления ила;
меньшую занимаемую площадь.
Однако они имеют и ряд недостат-
ков:
большую высоту;
необходимость в применении боль-
шего числа отстойников, так как их
диаметр не превышает 10 м;
большую строительную стоимость.
В радиальных канализационных от-
стойниках вода движется от центра
отстойника к периферии. Радиальные
отстойники обеспечивают высокий эф-
фект осветления сточных вод и поэ-
тому их применяют при производи-
тельности станций свыше 20000
м3/сут.
Рис. 4.5. Принципиальная схе-
ма работы вертикального ка-
центрапьвяя труба слсгойшпа;
3 отрицательный щит; 4 - -
сборные лотки для отвода освет-
ленной воды; 5 — иловая труба
для отвода осадта сточных вод;
б — заданна
4.5. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ
СТОЧНЫХ ВОД. СООРУЖЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ очистки
Органические загрязнения, находящиеся в сточной жидкости
в растворенном состоянии, удаляются из нее в процессе биологичес-
кой очистки.
Сущность биологической очистки состоит в окислении раство-
ренных в сточной воде органических соединений с помощью специ-
альных микроорганизмов «аэробов», которые сорбируют (выделя-
ют) на своей поверхности органические соединения, а затем окисля-
ют их в присутствии кислорода. Поэтому степень загрязнения сто-
чных вод органическими веществами определяется по количеству
кислорода, необходимого для их окисления в процессе жизнеде-
ятельности аэробов. Эта величина носит название биохимической
потребности в кислороде, обозначается ВПК и численно выражается
количеством кислорода в мг/л или г/м3. ВПК часто определяют
за 5 дней (ВПК5) и через 20 сут (БПК20), которая равна БПКД0ЛН
для многих видов сточных вод. Поскольку концентрация всех заг-
рязнений в сточной воде, в том числе и органических, как от-
мечалось выше, с увеличением нормы водоотведения уменьшается,
то и величина ВПК (LJ бытовых сточных вод может быть опреде-
лена в зависимости от нормы водопотребления q в л/сут на одного
человека:
Д = 1000 • a]q, мг/л, (4.1)
145
где а — БПКм, для отстоснной воды составляет 40 г/сут; q
водоотведения на одного человека, л/сут.
Для городских сточных вод БПКЯ обычно составляет 100 —
400 мг/л, а после полной биологической очистки она уменьшается
до 15 мг/л. Для более полной оценки количества органических
веществ, содержащихся в сточной воде, особенно если она представ-
ляет собой смесь бытовых и производственных вод,кроме БПК
определяют химическую потребность в кислороде (ХПК). Для быто-
вых сточных под БПКИ составляет 86% от ХПК.
В процессе доочистки биологически очищенных сточных вод
величина ХПК снижается до 6 мг/л.
В искусственных условии*
В естественных условиях
> вист о действия
бяопоптческой пленкой
Рассредоточенное
вытеснитель
прокзеодитепьности |—
Аэротенк-
смеситепь
| Сооружения биологической очистки сточных вод |
От способа
ввода сточных
вод
Кяпяпьныя
культур)
По способу подачи воздухе
С искусственной вонтнтяцием
От способа
аэрации
Совмещает аэротенк
и вторичный
Для фильтрации
(только для
(очистка сточных
вод и выращивание
отстойником
Контактно-
турбоаэрацкей
Рис. 4.6. Сооружения биологической очистки сточных вод
146
Биологическая очистка о искусственных и естественных условиях
осуществляется на сооружениях, представленных на рис. 4.6.
Сущность биологической очистки в естественных условиях за-
ключается в том, что сточная жидкость фильтруется через почву.
В верхнем ее слое задерживаются взвешенные вещества, образу-
ющие на поверхности частичек грунта густонаселенную микроор-
ганизмами пленку. Эта пленка адсорбирует и окисляет органические
загрязнения, находящиеся в сточной жидкости. При этом использу-
ется кислород, проникающий в поры грунта из воздуха. Этот
способ очистки сточных вод известен с древних времен. Особенно
широкое распространение он получил в середине XIX в., когда
с развитием городов увеличилось количество сточных вод, подлежа-
щих удалению.
При биологической очистке в естественных условиях использу-
ются поля орошения — специально спланированные участки земли,
предназначенные для очистки сточных вод с одновременным ис-
пользованием этих участков для выращивания сельскохозяйствен-
ных культур (рис. 4.7). На сельскохозяйственных полях орошения
очистка сточных вод и выращивание культур представляют единый
процесс, тогда как главной задачей коммунальных полей орошения
является очистка сточных вод, а выращивание культур носит вспо-
могательный характер. При устройстве и эксплуатации полей оро-
шения этих двух типов запрещается орошать их неочищенными
сточными водами при выращивании на них овощей, употребляемых
в пищу в сыром виде. Поэтому в таких случаях рекомендуется
предварительное отстаивание сточных вод, в процессе которого
число бактерий уменьшается на 50 — 60%.
Если учаегки земли предназначены только для очистки сточных
вод, то они называются полями фильтрации.
Сточная жидкость распределяется по картам полей орошения
оросительной сегыо двумя способами — напуском по бороздам
или полосам Очищенная вода, профильтровавшаяся через слой
почвы, отводится осушитель-
ной сетью. Поля не устра-
иваются на землях, располо-
женных близко ог мест вы-
клинивания водоносных го-
ризонтов. Их рекомендуется
располагать вниз по тече-
нию грунтового потока от
водозаборных сооружений на
расстоянии не менее 200
500 м (в зависимости от гру-
нтов).
По контуру полей обыч-
но высаживают иву и другие
/а'А а-.it.'i!..,t it ». -
ттттгт
о
Канава для подвода Канава для отвода
СТОЧНОЙ воды СТОЧНОЙ воды
. карта .
Прёнвжный трубопровод7^-'?
Рис. 4 7. Поля орошения
147
влаголюбивые деревья. Для полей фильтрации межполивной пери-
од колеблется от 5 до 10 сут, а для полей орошения он устанавлива-
ется в соответствии с режимом полива выращиваемых культур.
В биологических прудах и окислительных каналах сточная вода
протекает через водоем, куда кислород поступает за счет реаэрации
или механической аэрации. Биологические пруды могут быть ис-
пользованы для очистки сточных вод как самостоятельные соору-
жения, а также для их доочистки в сочетании с другими сооружени-
ями.
Использование значительных площадей, требуемых для полей
орошения и фильтрации, в связи с непрерывным увеличением коли-
чества сточных вод и дороговизны пригородных земель привело
к тому, что в начале XX столетия началась разработка искусствен-
ных методов очистки сточных вод. В настоящее время сооружения
биологической очистки в искусственных условиях — биофильтры
и аэротенки различных конструкций (см. рис. 4.6) широко применя-
ются в практике очистки сточных вод.
В искусственных условиях процесс очистки происходит в процес-
се жизнедеятельности семейств микроорганизмов — активного ила
в аэротенках и биологической пленки в биофильтрах.
Принципиальная схема работы аэротенка представлена на рис.
4.8.
Обычно аэротенки выполняют в виде длинных железобетонных
резервуаров глубиной 3 — 6 м и шириной 6 — Юм. Сточная жид-
кость после осветления в первичных отстойниках 1 поступает
в аэротенк 2 и смешивается с циркулирующим активным илом 5.
Смесь сточной жидкости и активного ила по всей длине аэротенка
продувается воздухом 7, поступающим из компрессорной станции.
Аэробы, населяющие активный ил, сорбируют (выделяют) на своей
поверхности органические вещества из сточной жидкости и в прису-
тствии кислорода окисляют их. Из аэротенка смесь сточной жид-
кости с активным илом направляется во вторичный отстойник 3, где
активный ил оседает. В результате роста микроорганизмов масса
ила в аэротенках непрерывно возрастает. Поэтому насосная станция
4 перекачивает избыточный акт ивный ил б из вторичного отстой-
ника 3 в илоуплотнители, а циркулирующий активный ил 5 опять
в аэротенк. Процесс окисления органических веществ в аэротенках
протекает в три фазы:
Окисление трудноокисляе- ж._______________________
мых веществ н регс.к-рация монийных солей в нитрн-
Сорбция органических ве-
ществ и окисление легкоокис-
ляюшихся органических ве- (восстановление) активного ты и нитраты. Скорость
ществ. ВПК стоков снижает- «ла. Скорость потребления потребления -------------
ся на 50 70%, а скорость кислорода (О2) снижается (О2) возрастает
потребления кислорода (О2)
максимальная
Превращение азота ам-
кислорода
148
Рис. 4.8. Принципиальная схема работы аэротенка:
1 первичный отстойник; 2 — аэротенк; 3 - вторичный отстойник; 4 насосная станция;
5 циркулирующий активный ил; б - избыточный мшаный ил; 7 - подача воздуха в вэро-
Общая продолжительность процесса очистки в аэротенках со-
ставляет б —-8ч для бытовых сточных вод. Аэротенки можно
применять для полной и для частичной очистки сточных вод. По-
следнюю применяют, если местные условия позволяют использо-
вать самоочищающую способность водоема. Разновидности приме-
няемых конструкций аэротенков приведены на рис. 4.6.
4.6. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД
Дезинфекция (обеззараживание) сточных вод, прошедших био-
логическую очистку перед ее спуском в водоем, обязательна, несмо-
тря на то, что большая часть патогенных (болезнетворных) мик-
роорганизмов погибает в биофильтрах и аэротенках. Более на-
дежными являются методы почвенной очистки на полях орошения
и фильтрации, которые обеспечивают (при условии нормаль-
ной нагрузки на поля) высокий эффект бактериальной очистки (до
99%). Ввиду сложности определения содержания патогенных мик-
робов в сточной воде, прошедшей биологическую очистку, приме-
няют метод оценки их обеззараживания по титру кишечной па-
лочки.
Обеззараживание сточных вод может осуществляться различ-
ными способами: озонированием, ультрафиолетовыми лучами, эле-
ктролизом, хлорированием и др. После озонирования количество
бактерий в сточной воде уменьшается на 99,8%, но применение
этого метода является достаточно дорогим и сложным. Исполь-
зование облучения очищенных стоков ультрафиолетовыми лучами
эффективно только при небольшом содержании в годе взвешенных
веществ.
149
Простым, достаточно дешевым и надежным методом дезин-
фекции сточных вод является электролиз, который может осуществ-
ляться без применения хлорсодержащих веществ, что исключает
перевозку реагентов, устройство хранилищ, принятие мер по пре-
дотвращению утечки токсичного газа и т. д. Однако наиболее
применяемым методом для обеззараживания очищенных сточных
вод остается хлорирование, т. е. введение в сточную воду опреде-
ленного количества жидкого хлора, хлорной извести или гипох-
лорита натрия.
Дезинфекция малых количеств сточной жидкости (1000 м3/сут)
осуществляется хлорной известью, а больших масс воды жидким
хлором. Сточную жидкость подвергают обеззараживанию после
прохождения ею вторичного отстойника (см. рис. 4.2).
Сооружения для дезинфекции сточных вод включают: хлоратор-
ную, смеситель и контактные резервуары.
В хлораторной устанавливают оборудование для приготовления
жидкого раствора хлорного газа или хлорной извести. Смеситель
служит для смешения хлорного раствора со сточной жвдкостью.
Контакт хлора со сточной жвдкостью осуществляется в течение 30
мин в контактных резервуарах, которые устраиваются по типу
вертикальных или горизонтальных отстойников. После дезинфек-
ции сточная жидкость может быть спущена в водоем.
Установка для дезинфекции сточных вод хлорной известью обы-
чно состоит из затворных баков (одного или двух), двух растворных
(рабочих) баков и одного дозировочного бачка. В затворном баке
происходит затворение хлорной извести, в результате чего получа-
ют раствор концентрацией 10 — 15% (по активному хлору).
Этот раствор поступает в один из растворных баков, где допол-
нительно перемешивается с водой до получения раствора с концен-
трацией не более 2,5% (по активному хлору). Воду для приготовле-
ния раствора получают из водопровода или местного источника
водоснабжения, или используют очищенную воду, взятую после
контактного резервуара.
Из растворных баков сточная вода поступает в дозирующий
бачок, а затем в смеситель.
Жидкий хлор вводят в сточную жидкость непосредственно или
при помощи хлоратора. Последний способ получил более широкое
применение. Для дезинфекции сточных вод применяют хлораторы
непрерывного действия. Лучшими из них являются вакуумные,
в которых дозируемый газ находится под разрежением, что предот-
вращает его проникновение в помещение. Хлораторы (рабочие и ре-
зервные) располагаются в хлораторной.
Из хлоратора хлорная вода по полиэтиленовым трубам поступа-
ет в смеситель со сточной водой. На крупных очистных станциях
устанавливают вакуумные хлораторы производительностью 20 —
50 кг/ч с автоматизированным дозированием хлора.
150
4.7. УСЛОВИЯ СПУСКА СТОЧНЫХ ВОД В ВОДОЕМЫ.
ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ВЫПУСКОВ
ОЧИЩЕННЫХ сточных вод
Искусственное загрязнение водоемов является результатом спус-
ка в них недостаточно очищенных сточных вод от промышленных
предприятии и городов.
Запрещается спуск в водоем тех сточных вод, которые могут
быть устранены иными путями:
применение рациональной технологии производства;
повторным использованием отработавшей воды в системах обо-
ротного водоснабжения и использованием сточных вод в целях
сельскохозяйственного орошения.
Указанные мероприятия позволяют резко уменьшить количест-
во сточных вод, подлежащих спуску в водоемы. Условия спуска
сточных вод в водоемы регламентируются «Правилами охраны
поверхностных вод от загрязнения сточными водами» и «Правиламш
охраны прибрежных районов морей». На их основании различают
водоемы по характеру их использования:
для целей питьевого назначения;
для культурно-массового использования;
для рыбохозяйственных целей.
Перечисленные категории водоемов предъявляют различные
требования к качеству очистки спускаемых в них сточных вод.
В табл. 4.1 приведены основные нормативные показатели качест-
ва воды в водоемах различного водопользования после спуска в них
сточных вод.
Таблица 4.1. Освовпые нормали вы с показатели качества воды
для водоемов различного водопользования после спуска в них сточных вод
Водоемы различного
водопользования Растворенный кислород, мг/л БПК„ реакция PH Увеличение взвешса- вых веществ, мт/л
Питьевого Культурно- массового Для рыбохозяй- ственных целей не ниже 4 не ниже 6 (зимой) не ниже 4 не ниже 6 до 2 до 2 до 2 g g g Г- «А KI «о' «о" «о" не более чем на 0,25 не более чем на 0,75 не более чем на 0,15
Првчечяжае. Количество растворенного кислорода в воде водоема после смещения с»
сточными водами определяется в любой период года в пробе, отобранной в 12 часов дня.
Значение ВПК, приведено для вод с температурой 20°С.
Приведенные нормативы качества воды водоемов относятся
к створам, расположенным на проточных водоемах в 1 км выше
ближайшего по течению пункта водопользования (водозабор для
151
хозяйственно-питьевого водоснабжения, места купания или органи-
зованного отдыха, территория населенного пункта и т. д.), а на
непроточных водоемах и водохранилищах — к створам в 1 км в обе
стороны от пункта водопользования.
Очищенные сточные воды после их дезинфекции отводятся по
каналу к местам спуска их в водоем. Отводной канал обычно
заканчивается береговым колодцем, из которого очищенные сто-
чные воды через выпуск сбрасываются в водоем.
Конструкция выпуска во многом определяет благоприятные
условия для перемешивания сбрасываемых сточных вод с водами
водоема, что дает возможность лучше использовать его самоочи-
щающую способность.
По конструкции выпуски бывают сосредоточенные, когда выпуск
сточных вод осуществляется через одно отверстие, и рассеивающие,
имеющие несколько выпускных отверстий.
На практике применяют и другие выпуски, однако конструкция
рассеивающего выпуска наиболее совершенна, так как обеспечивает
лучшее смещение сбрасываемых сточных вод с водой водоема.
В этой связи интерес представляет использование рассеивающего
фильтрующего струйного выпуска. Он выполнен в виде стальной
перфорированной трубы с приваренной к ней по всей длине метал-
лической обоймой со щелевыми отверстиями. Обойма заполнена
крупным гравием. Крышка обоймы тоже имеет отверстия, через
которые сточная жидкость выпускается в водоем.
При сбросе очищенной сточной воды в водохранилище или море
устраивают береговые или глубоководные выпуски. Последние вы-
полняются из стальных, чугунных, железобетонных труб, защищен-
ных от коррозии.
Оголовки выпусков всех типов выполняются из сборного желе-
зобетона.
Выпуски следует располагать в местах с повышенной турбулент-
ностью потока (сужениях, притоках, порогах и т. д.).
Выпуск в реку рекомендуется располагать на определенном рас-
стоянии (вниз по течению) от границ канализуемого населенного
места, водоприемных сооружений, участков водоема, используемых
для спортивных целей и купанья, а также для водопоя скота. При
выборе места выпуска очищенных сточных вод следует принимать
во Внимание нормальные условия пользования водой водоема ни-
жележащих населенных мест.
Место выпуска обязательно согласовывается с органами Госу-
дарственного санитарного надзора. Рыбоохраны и с другими заин-
тересованными организациями.
4.8. СООРУЖЕНИЯ ПО ОБРАБОТКЕ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД
ПРИ БИО ЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКЕ
При очистке сточных вод на канализационных станциях очистки
выделяются осадки, состоящие из твердой фазы и воды. Обработка
осадков, задерживаемых на решетках и в песколовках, рассмат-
ривалась в § 4.3.
Осадок, образующийся в первичных и во вторичных отстой-
никах, имеет влажность 95 — 98%. Твердая фаза осадка бытовых
сточных вод состоит в основном из органических соединений. Сы-
рой осадок содержит ценные вещества — азот, фосфор, калий. Он
легко загнивает и содержит многочисленные и разнообразные виды
бактерий (в том числе и патогенные), а также яйца гельминтов. При
использовании сырого осадка ценные органические вещества плохо
усваиваются растениями. Поэтому он периодически удаляется из
отстойников и подвергается анаэробному сбраживанию в сооруже-
ниях по обработке осадка, а затем проходит дальнейшую обработку
(рис. 4.2). Из вторичных отстойников осадок (ил) сначала уплотня-
ется на илоуплотнителях (их конструкция аналогична конструкциям
отстойников), а затем перекачивается в сооружения по обработке
осадка. В илоуплотнителе ил находится 3 — 15 часов. Влажность
его за это время снижается, а объем сокращается в четыре раза.
При анаэробном сбраживании осадок подвергается воздействию
ряда анаэробных микроорганизмов.
Микробиологические процессы анаэробного разложения твер-
дой фазы осадка очень сложны. Распад органических соединений
в анаэробных условиях происходит в две фазы:
Первая фаза (кислая иди водородная) Вторая фаза (щелочная пли метановая)
Осуществляется под действием дрожже- вых бактерий При разложении углеводов, жиров и бе- лков образуются жирные кислоты, водо- род, углекислый газ, аммиак, сероводород Осуществляется под действием метано- вых бактерий Происходит разрушение выделившихся в первой фазе кислот с образованием уг- лекислоты, метана, водорода и оксида уг-
и др. Осадок предрасположен к дальнейшему загниванию череда Осадок не имеет запаха и тенденции к загниванию
Процесс сбраживания протекает медленно. Для его ускорения
и уменьшения объема сооружений, где происходит сбраживание,
применяют искусственный подогрев ила. При этом значительно
эффективнее идет выделение газа метана, который улавливается
и может быть использован в качестве горючего. В зависимости от
температуры, при которой происходит сбраживание, различают два
типа процесса:
мезофильный режим -1° = 30 — 35 °C,
термофильный режим —1°=50 — 55 °C.
153
Важным фактором, предопределяющим весь ход распада орга-
нического вещества, является отношение объема вновь поступаю-
щего сырого осадка к объему зрелого и бродящего, находящегося
в иловых камерах сооружений ио обработке осадка — доза загруз-
ки. Чем меньше доза загрузки, тем быстрее и полнее происходит
распад органических соединений.
Для обработки и сбраживания осадка применяют сооружения,
представленные на рис. 4.9.
Септиком называют сооружения, где в одной емкости одновре-
менно происходит осветление воды и перегнивание выпавшего из
нее осадка. Ввиду крупных недостатков, свойственных этим соору-
жениям, в настоящее время их применяют только на станциях
небольшой производительности. Сооружения, в которых отстойная
часть отделена от гнилостной (септической камеры), расположенной
в нижней части сооружения, называются двухъярусными отстой-
никами. Они получили широкое распространение как в отечествен-
ной, так и в зарубежной практике. Усовершенствованной конструк-
цией двухъярусного отстойника является осветлитель-перегнива-
тель. Для обработки осадка в настоящее время широкое распрост-
ранение получили сооружения только для его сбраживания — ме-
тантенки.
Двухъярусный отстойник, принципиальная схема работы кото-
рого представлена на рис. 4.10, представляет собой резервуар круг-
лого или прямоугольного сечения. В верхней части (яруса) рас-
положены осадочные желоба /, работающие по принципу горизон-
Сооружения по обраСоте осадка в процессе бкоюгтескоЯ очистки
Рис. 49. Сооружения по обработке осадка сточных вод в процессе биологической
очистки
154
тальиых отстойников. Время отстаивания
в них воды составляет 1,5 ч, скорость
движения воды 1,5 — 5 мм/с. В днище
желобов устроена продольная щель 3,
шириной 12 15 см, через которую оса-
док поступает в септическую камеру
5. Нейтральный слой 4 (шириной 0,5 м)
препятствует взмучиванию осадка. Глу-
бина осадочных желобов принимается
2 м.
Сточная вода распределяется по жело-
бам с помощью лотков равномерно.
Осветленная вода отводится во сбор-
ным лоткам 2. Осадок в септической (гни-
лостной камере) подвергается сбражива-
нию в мезофильном режиме. Удаление
сброженного осадка осуществляется по
иловой трубе б под действием гидроста-
тического напора. Объем гнилостной ка-
рие 4.10. Принципиаль-
ная схема работы двухъя-
русного отстойника:
I — осадочные желоба; 2 —
оды; 3 щель; Г ней-
тральный слой, 3 гаилост-
вая хамера; б иломятруба
для удаления осадка; 7 - яа-
движта
меры определяется расчетом.
На современных станциях очистки в метантенк на сбражива-
ние поступает не только осадок из первичных отстойников, но и,
как указывалось ранее, избыточный активный ил после илоуп-
лотнителей. Поэтому в нем сбраживается смесь осадка с актив-
ным илом. В метантенк подается пар для подогрева осадка. Схе-
му работы метантенка можно представить следующим обра-
зом.
Подача ипа из первичных огсгсИнтв
Подача ила из мпоуплогнигеля
Для интенсификации процессов сбраживания осадок в метантен-
ках подвергается перемешиванию различными способами: мешал-
ками, гидроэлеваторами, насосами.
На рис. 4.11 представлена принципиальная схема устройства
метантенка. Он представляет собой цилиндрический или прямо-
угольный резервуар с коническим днищем и герметическим пе-
рекрытием 1 с колпаком для сбора и отвода газа 2. Впуск ила
осуществляется по трубе 3 насосом 4 в верхнюю часть метантенка
выше уровня стоящей над осадком иловой воды в целях разру-
шения корки (твердое образование над осадком, периодически
удаляемое), которая образуется несмотря на перемешивание осадка
в метантенке. Для подогрева осадка пар подается во всасываю-
155
Рис. 4.11. Принципиальная схема работы ме-
тангеяха:
щую трубу центробежно-
го насоса. Перемешива-
ние производится тем же
насосом 4 путем переклю-
чения задвижек 9.
Ил поступает из ниж-
ней части метантенка в
трубу 7 и перекачивается
по той же подающей тру-
бе 3 в верхнюю его часть.
При впуске в метантенк
свежей порции осадка 5
соответствующее количе-
ство иловой воды над
I — перехрытвс; 2 - холпах; 3 труба для впусха
ила; 1 центробежный насос; 5 — подача свежего
ала; 6 иловая труба; 7 — труба для перемешива-
ния ила; 8 — труба для отвода иловой воды; ₽ —
заднижхи ва всасывающих трубах насоса; 10 - зя-
уровнем осадка перелива-
ется в отводную трубу 8.
Эта вода содержит рас-
творенные и нерастворен-
ные органические соеди-
нения, поэтому она вновь
поступает на очистку в пе-
рвичные отстойники с ос-
новной массой сточной
диижха ва нагнетательной трубе насоса, 11 за-
движка ва иловой трубе
жидкости. Сброженный осадок удаляется из метантенка по иловой
трубе б под действием гидростатического напора. Сбраживание
осадка в метантенках осуществляется как в термофильном, так
и в мезофильном режимах.
Выбор режима сбраживания зависит от технико-экономических
показателей и способов дальнейшей обработки осадка. Газ, выдели-
вшийся в метантенках,собирают и сжигают в котельных установках
или используют в качестве горючего. На крупных станциях для
аккумулирования газа и регулировки его давления устраивают мок-
рые газгольдеры. Наиболее рациональной является эксплуатация
метантенка, при которой загрузка и выгрузка осадка происходит
одновременно и непрерывно.
Двухступенчатые метантенки состоят из двух ступеней. Метан-
тенки первой ступени — это обычные метантенки, а вторые — от-
крытые неподогреваемые резервуары, в которых происходит от-
деление твердой фазы осадка от иловой воды. Метантенки такой
конструкции широко применяются за рубежом.
4.9. СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ОСАДКОВ
СТОЧНЫХ ВОД
Сырой осадок после сбраживания на метантенках имеет влаж-
ность 90%, а после двухъярусных отстойников 98%. В таком виде
он не может быть использован в качестве удобрений. Сооружения,
используемые для обезвоживания и сушки сырого осадка, представ-
лены на рис. 4.12. Наиболее простым и распространенным способом
обезвоживания сырого осадка является его сушка на иловых пло-
щадках. Иловые площадки представляют собой спланированные
участки земли, разделенные на карты земляными валиками. Высота
слоя осадка, напускаемого на карты, 0,2 — 0,25 м. Площадки устра-
иваются на естественном основании при глубине залегания грун-
товых вод не менее 1,5 м (от поверхности карт). Влага из осадка
частично испаряется и частично просачивается в грунт. Объем
осадка и, следовательно, его объемным вес при этом уменьшаются.
Подсушенный осадок получает структуру влажной земли. Его вы-
возят к месту использования. Иловую воду отводят с площадок
трубчатым дренажом. В зимнее время глыбы осадка скалывают
и вывозят на поля.
Рис 4 12 Сооружения для обезвоживания осадков сточных вол
157
Иловые площадки с отстаивани-
ем и поверхностным удалением ило-
вой воды представляют собой ка-
скад прудов, где происходит уплот-
нение осадка и удаление иловой во-
ды с поверхности. Каскадные ило-
вые пруды имеют 4 — 7 ступеней.
В каждой ступени устраивают 4 — 8
карт. Выделившуюся иловую воду
перекачивают в канал перед первич-
ным отстойником. Из иловых пло-
щадок с уплотнительным резервуа-
ром с водонепроницаемыми стенка-
ми и днищем воду удаляют через
отверстия в стенках, перекрытые
шиберами и расположенные на раз-
ных высотах.
На очистных станциях большой
производительности механическое обезвоживание осадка осу-
ществляется в искусственных условиях (см. рис. 4.12). Чаще всего
для этих целей используется вакуум-фильтр (рис. 4.13). Он представ-
ляет собой горизонтальный цилиндрический барабан 2,обтянутый
капроновой или хлорвиниловой тканью. Барабан, разделенный
на несколько секторов перегородками 3 и частично погруженный
в корыто с осадком 1, медленно вращается. В его секторах, пог-
руженных в корыто, вакуум-насосом создается вакуум, в результате
чего осадок прилипает к фильтрующей ткани, а вода, пройдя че-
рез эту ткань, попадает внутрь барабана, откуда отводится по тру-
бе. Осадок отделяется от ткани ножом 4. Для облегчения сня-
тия осадка в зоне ножа компрессором создается повышенное дав-
ление. Обезвоженный осадок 5 удаляется из вакуум-фильтра по
транспортеру б. Осадок перед подачей на вакуум-фильтры подвер-
гается дополнительной обработке. Осадок промывается в течение
15 — 20 мин, затем продувается воздухом, уплотняется на илоуп-
лотнителях, поступает в резервуар уплотненного осадка и коагули-
руется.
Такая сложная схема подготовки осадка для его обезвоживания
на вакуум-фильтрах облегчается, если осадок подвергнуть тепловой
обработке, заключающейся в прогревании его паром в реакторе при
температуре 160 — 200 °C перед уплотнением на илоуплотнителе.
Одним из существенных достоинств описанного способа подготов-
ки осадка является обеспечение его полной стерильности. В послед-
ние годы для обезвоживания осадков сточных вод все чаще приме-
няются центрифуги.
158
Обработанный и просушенный осадок представляет собой эф-
фективные удобрения, основными компонентами которых являются
углеводы, жироподобные и белковые вещества сложного состава.
Они широко применяются в агрокультурных целях.
Контрольные вопросы
1. Каков химический анализ загрязнений в хозяйственно-бытовых сточных во-
дах?
2. В чем сущность биологической очистки сточных вод?
3. Назовите сооружения биологической очистки сточных вод в искусственных
условиях.
4. Чем отличаются поля орошения от полей фильтрации?
5. В каких сооружениях происходит обеззараживание сточных вод после их
биологической очистки?
б. Какие типы отстойников применяются для осветления сточных воД?
7. Где осуществляется обработка осадков сточных вод в процессе их Биологичес-
кой очистки с применением биофильтров и аэротенков?
8. Какие основные конструкции выпусков сточных вод вы знаете?
ГЛАВА 5. СЕТИ ВОДОПРОВОДА И КАНАЛИЗАЦИИ
НА СТРОИТЕЛЬНЫХ ПЛОЩАДКАХ
5.1. ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ НА СТРОИТЕЛЬНЫХ ПЛОЩАДКАХ
Организация водоснабжения и канализации на строительной
площадке должна проводиться с учетом технико-экономических
показателей без нарушения экологии участка строительства.
Для этого необходимо определить потребность в воде основных
категорий потребителей и режим водопотребления, правильно вы-
брать источник водоснабжения, запроектировать оптимальный спо-
соб утилизации сточных вод и экономические диаметры труб, со-
гласовать способы их прокладки.
Вода на строительных площадках расходуется на:
хозяйственно-питьевые, производственные и противопожарные
нужды.
Расход воды на хозяйственно-питьевые нужды рабочих, заня-
тых на строительной площадке, принимается от 15 до 25 л в сме-
ну на одного рабочего в смену. На строительных площадках с
непродолжительным сроком строительства используют передвиж-
ные вагон-столовые на 28 посадочных мест, оборудованные умы-
вальней на две раковины. В этом случае расход воды составля-
ет 10—15 л на одного обедающего. Определение расхода воды при
устройстве стационарных столовых на крупных стройках осуществ-
ляется по соответствующим нормам предприятий общественного
питания. На строительной площадке должны быть обязатель-
но предусмотрена гардеробная, умывальная и душевая, из расче-
та одна душевая сетка на двадцать человек, пользующихся ду-
шем.
Норма на противопожарные нужды принимается в каждом кон-
кретном случае по согласованию с органами пожарного надзора.
Как правило, она составляет от 10 до 20 л/с на один пожар
в зависимости от площади застройки (10 — 20 га и более).
Значения расходов воды на основные производственные нужды
строительства приведены в Приложении Ш. Общий расход воды на
эти нужды определяется в соответствии с объемом и очередностью
строительства, а также в соответствии с количеством применяемых
механизмов и оборудования.
160
К качеству воды, используемой на строительной площадке,
предъявляется рад требований. На хозяйственно-бытовые и проти-
вопожарные нужды (как правило, противопожарный водопровод
объединяют с хозяйственно-питьевым) используется вода питьевого
качества по ГОСТ Р51232 — 98. Вода питьевая.
Для различных производственных нужд можно использовать
менее очищенную воду. Однако следует учитывать, что для про-
мывки заполнителей бетона, например, нельзя применять воду с вы-
сокой мутностью Вода для приготовления растворов, бетонов
и ухода за ним не должна содержать нефть, жиры, щелочи, масла,
кислоты и т. д., pH воды не должно быть ниже 6,5. Нельзя приме-
нять воду с содержанием красителей для гашения извести.
Для охлаждения двигателей внутреннего сгорания и компрессор-
ного оборудования вода должна иметь жесткость не более 5
мг экв/л и мутность не более 25 мг/л. А для питания паровых
котлов временных силовых установок жесткость воды составляет не
более 3,5 мг/л. Для заливки радиаторов машин используется вода
с невысокой мутностью и с возможно минимальной жесткостью
(3,5 мг экв/л).
5.2. УСТРОЙСТВО ВОДОПРОВОДОВ
НА СТРОИТЕЛЬНЫХ ПЛОЩАДКАХ
Для снабжения водой строительства должны по возможности
использоваться постоянные источники водоснабжения. Наиболее
экономично применять для этих целей действующие городские во-
допроводы. При проектировании водопроводов целесообразно
устраивать объединенную сеть с подачей воды, количество и качест-
во которой удовлетворяли бы все нужды строительства.
В отдельных случаях целесообразно подавать воду из наружного
водопровода на хозяйственно-питьевые и противопожарные нужды,
а для производственных процессов применять воду из местного
поверхностного или подземного источника с учетом вышеизложен-
ных требований к качеству используемой для различных технологи-
ческих процессов воды. Особенно осторожно нужно применять воду
подземных источников, потому что она может оказаться сильно
минерализованной и агрессивной по отношению к бетону. При
невозможности использования существующих водопроводных сетей
на строительных площадках устраивают временный водопровод.
Его устройство должно быть простым и экономичным.
Для получения воды, например, из поверхностных источников
может быть использована насосная установка, располагаемая на
понтонах или при малых колебаниях уровней воды в водоеме — на
сваях. При получении воды из подземных источников могут быть
применены шахтные колодцы и водозаборные скважины
бА-249 161
Рис. 5.1. Схема оборотного водоснабжения для мойкн машин:
1 - пост мойки, 2 - - грякотстойник; 3 — нефтеловушка, 4 - — многоярусный (полочный) от-
стойник, 5 — маслосборник; б — фильтр; 7 — вторитный отстойник, 8 — насос для перекачки;
9 — сборный резервуар; 10- подпитка яз водопровода; 11 — нооысвтельвыб насос па напор до
40м
Для обеспечения необходимого запаса воды на строительной
площадке сооружаются временные водонапорные банши из дерева
или металла. Запас воды на противопожарные и производственные
нужды может храниться и в открытых резервуарах, дно и откосы
которых для обеспечения их водонепроницаемости покрывают ас-
фальтовым или асфальтобетонным слоем. Эти резервуары устра-
ивают на подушке слоем 300 — 350 мм из жирной глины по утра-
мбованному грунту.
Объем резервуаров может быть принят на больших объектах до
100 м3.
Для подачи воды от источника водоснабжения на строительную
площадку устраивают разводящую водопроводную сеть. Трубы
сети должны легко монтироваться и демонтироваться.
Временная водопроводная сеть должна иметь минимальную
протяженность. Сеть укладывают в грунт по поверхности земли или
на эстакадах, применяя для этих целей не только трубы, но я гибкие
шланги с разъемными соединениями. Для временных водопроводов
используют трубы из полиэтилена низкой плотности, водогазо-
проводные трубы. В зимнее время трубы утепляют. Колодцы на
временных сетях для установки арматуры допускается не соору-
жать.
Для устройства на строительных площадках обязательных моек
для построечного транспорта целесообразно применение схемы
оборотного водоснабжения (рис. 5.1).
53. УСТРОЙСТВО КАНАЛИЗАЦИИ
НА СТРОИТЕЛЬНЫХ ПЛОЩАДКАХ
Сточные воды, образующиеся на строительных площадках, до-
пускаются к спуску в канализационную сеть населенного пункта.
Для отвода сточных вод с территорий строительных площадок сеть
стараются прокладывать по кратчайшему расстоянию к централи-
зованной системе канализации. Для строительства участков сети,
которые в дальнейшем не могут быть использованы, кроме керами-
ческих труб могут быть применены и гончарные.
Для канализования объектов строительства можно применять
временные, стационарные, передвижные канализационные сооруже-
ния и установки.
При продолжительном сроке строительства на площадке реко-
мендуется установка сборно-щитового дома с туалетными ком-
натами. Наилучшим в санитарном отношении видом временного
санитарно-технического оборудования строительной площадки яв-
ляется применение контейнерных (инвентарных) санузлов, биоту-
алетов.
Биотуалет (рис. 5.2) работает точно так же, как унитаз типа
«Компакт», но занимает меньше места и не требует вентиляции
туалета.
Малый вес биотуалета позволяет легко доставить его в любое
нужное место. Его принцип работы заключается в том, что чистая
вода из наполняемого бачка, который вместе с унитазом образует
двухкомпонентную часть туалета, смывает отходы в расположен-
ный внизу герметичный приемный резервуар 2.
В нем отходы подвергаются дезодорации и химической обработ-
ке быстрорастворимыми гранулами.
Нижняя часть биотуалета легко отсоединяется от основной кон-
струкции, после чего ее можно легко до-
ставить к месту выброса отходов (компост-
ная яма или грунт) и аккуратно слить содер-
жимое.
Конструкции биотуалетов могут быть
снабжены электрической системой смыва,
работающей от аккумуляторной батареи,
и индикатором уровня отходов.
Могут применяться установки с водоне-
проницаемыми выгребными емкостями
(люфт-клозеты). Они состоят из нескольких
кабин, размещаемых во временных построй-
ках на расстоянии не менее 20 м от жилых
и общественных зданий.
При расположении строительной пло-
щадки в сельской местности целесообразно
Рис. 5.2. Биотуалет:
7 — верхний смывной ре-
зервуар, 2 — нижний при-
емный резгрвуар
163
a)
Рис. 5.3. Схемы сооружений малой канализации:
а — ^житамеряыЙ септик; 6 — фильтрующая траншея, в — фильтрующий колодец.
7 — распределительный трубопровод; 2 — дренажный трубопровод, ?—вентиляция. «
рижательный щиток
применять клозеты с засыпкой нечистот растительной землей или
сухим торфяным порошком — пудр-клозеты. Тогда нечистоты мо-
жно использовать в качестве удобрений на близлежащих сельскохо-
зяйственных участках.
При невозможности отведения сточных вод в централизованную
систему канализации и при их объеме более 2 м3/сут на строитель-
ной площадке могут применяться очистные сооружения малой ка-
нализации. Они должны располагаться с подветренной стороны от
жилых зданий.
Самыми простыми и надежными сооружениями этой системы
являются септики (рис. 5.3, а). Рекомендуется принимать типовые
многокамерные септики из сборных железобетонных элементов.
Прошедшие в септиках неполную биологическую очистку сточные
воды подлежат дальнейшей обработке. Для этого можно применить
фильтрующую траншею (см. рис. 5.3, б). В траншее предусматрива-
ется укладка двух трубопроводов, располагаемых один под другим
и разделенных слоем песка. Из одного трубопровода происходит
просачивание воды в фильтрующий слой, а другой предназначен
для сбора и отвода воды. Днище траншеи должно иметь ширину 0,5
м, а глубина ее составляет 1,2 — 1,5 м. Стенки траншеи могут не
крепиться досками в тех случаях, когда грунт обладает высокой
устойчивостью. При устройстве траншей обязательно предусмат-
ривается вентиляция как для распределительной, так и для рас-
положенной под ней дренажной трубы путем присоединения к их
концам вентиляционных труб, которые выводятся на поверхность.
Сточные воды, прошедшие предложенную очистку, считаются био-
логически очищенными и могут быть спущены в водоем. В том
случае, если участок строительства значительно удален от водоема,
сточные воды отводятся в почву через фильтрующие колодцы (рис.
5.3, в). Расстояние от днища колодца до уровня грунтовых вод
должно быть не менее 1 м. Днище колодца делают водопроница-
емым. В стенках устраивают ряд отверсгий-
Контролмые вопросы
1. Назовите основные категории потребителей воды на строительных площад-
ках.
2. Дайте краткую характеристику качеству воды, применяемой для технологи-
ческих нужд строительства.
3. Каким образом устраиваются временные водозаборные сооружения для забо-
ра воды из поверхностных источников?
4. Как осуществляется отведение сточных вод со строительных площадок?
5- Какие очистные сооружения малой канализации могут быть применены на
строительных площадках?
ГЛАВА 6. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ
ВНУТРЕННЕГО ВОДОПРОВОДА
И КАНАЛИЗАЦИИ ЗДАНИЙ
6.1. УСТРОЙСТВО ВНУТРЕННЕГО ВОДОПРОВОДА ЗДАНИЙ
Внутренним водопроводом называется система холодного водо-
снабжения здания. Она обеспечивает иодачу воды от наружного
водопровода под напором ко всем водоразборным устройствам
внутри здания.
В состав системы внутреннего водопровода входят: ввод, водо-
мерный узел, разводящая сеть, стояки, подводки к санитарно-тех-
ническим приборам, технологическим установкам и оборудованию,
запорная, регулировочная, предохранительная и смесительная ар-
матура, различные соединительные и монтажные элементы для
Рис. 6 1. Элементы внутреннего водопровода:
1 — ввод, 2 — водомерный узел; 3 — разводящая магистраль; 4 стоякп; 5 — подводки к во-
доразборной арматуре в квартирах, б — водоразборные устройства, 7 — поливочный край;
166
труб (стоны, колена, фитинги, переходники и т. д.}. В случае необ-
ходимости в систему включаются установки для повышения давле-
ния в сети, специальные емкости, создающие запас воды в системе
на пожарные, аварийные и регулирующие нужды.
Основные элементы внутреннего водопровода показаны на
рис. 6.1 с использованием условных обозначений (см. Приложение
IX).
Из наружной водопроводной сети через ввод 1 вода подается
под давлением в разводящую магистраль 3 внутри здания и далее
через стояки 4 и подводящие трубы 5 поступает в водоразборные
устройства б. Для определения расхода воды на вводе в здание
устанавливается водомерный узел 2, состоящий из водомера и ар-
матуры. Поливочные краны 7 используются для ухода за прилега-
ющей к зданию территории.
К водоразборной арматуре относятся различные краны, смеси-
тели для ванн, умывальников, моек, поплавковые клапаны для
смывных бачков унитазов. Запорная арматура включает вентили,
задвижки, проходные пробковые краны. Регуляторы давления уста-
навливаются на вводах в здание и на этажах во многоэтажных
зданиях. Для поддержания расчетного напора воды перед водораз-
борными устройствами применяются предохранительные клапаны.
Обратные клапаны обеспечивают движение воды в трубопроводах
только в одном направлении.
62. СИСТЕМЫ ВНУТРЕННЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ
По назначению системы водоснабжения здания подразделяют-
ся на:
хозяйственно-питьевые, предназначенные для подачи воды, по
ГОСТ Р 51232 — 98 «Вода питьевая» для питья, умывания, купания,
приготовления пищи и т. д.;
производственные системы водоснабжения обеспечивают подачу
воды для технологических процессов производства. Требования,
предъявляемые к качеству подаваемой воды, разнообразны и опре-
деляются технологическими требованиями производства;
противопожарные системы водоснабжения предназначены для
тушения огня в здании при возникновении пожара. В этих системах
может быть использована вода и не питьевого качества.
Объединение всех видов систем внутреннего водопровода в од-
ну — хозяйственно-производственно-противопожарную с подачей
воды питьевого качества на все нужды не всегда бывает оправдано
с экономической точки зрения ввиду относительно высокой сто-
имости питьевой воды, большого расхода воды на производст-
венные нужды и ряда других факторов. В этом случае проекти-
руются либо раздельные системы, либо комбинации объединения
водопроводных сетей: хозяйственно-питьевая и противопожарная,
167
хозяйственно-питьевая и производственная, производственно-про-
тивопожарная. Выбор системы водоснабжения производится исходя
из назначения объекта, технологических, противопожарных, гиги-
енических требований с учетом технико-экономических показателей.
Например, жилые и общественные здания могут быть оборудованы
объединенным хозяйственно-противопожарным водопроводом
с подачей воды питьевого качества.
По принципу действия внутренние водопроводы можно под-
разделить на системы: без повысительных устройств; с напорно-
запасными баками; с повысительными насосами; с комбинацией
напорно-запасных баков и повысительных центробежных насосов;
с гидропневматическими установками; зонные системы.
Выбор одной из указанных систем прежде всего зависит от
соотношения величины требуемого напора Нг, обеспечивающего
подачу нормативного расхода воды к наиболее высокорасполо-
женному и удаленному от ввода (диктующему) устройству с учетом
потерь напора на преодоление сопротивлений по этому пути дви-
жения воды, и напора в наружном водопроводе у места присоеди-
нения к нему ввода водопровода здания Hg (гарантийного на-
пора).
Он может быть больше, равен или меньше напора, кото-
рый требуется для нормальной работы внутреннего водопрово-
да/^.
Если Hg>H„ система действует под напором насосов наружной
городской сети (рис. 6.1). В связи с повышением этажности со-
временных зданий эта схема применяется все реже.
При периодическом недостатке напора в городской сети прини-
мается система с повысительным водонапорным баком (рис. 6.2, с).
При этом, когда Н?>Н„ вода из наружной сети подается и к водо-
разборным кранам и в напорный бак, когда же напор в городской
сети снижается ниже расчетной величины потребители
обеспечиваются водой из водонапорных баков, расположенных в са-
мой высокой точке здания. Эти системы рационально используют
энергию насосов городского водопровода. К недостаткам системы
следует отнести ухудшение качества воды при неправильной эксплу-
атации баков.
На рис. 6.2, б приведена схема оборудования водонапорного
бака 4. Они могут быть круглыми или прямоугольными в плане. Их
изготавливают из металла (листовой стали). Снаружи и внутри
баки покрывают антикоррозионной защитой. Сверху баки закрыва-
ют крышками 9, в которых устраивают люки. Помещение для
установки баков должно быть теплым и вентилируемым. Расстоя-
ние между баком и перекрытием принимается 0,6 м, а между
стенами и баком — не менее 0,7 — 1м. Баки устанавливают на
поддоне 10, на котором предусмотрены подкладочные бруски 11.
168
Рис. 6.2. Система водоснабжения здания с водонапорным баком (а); оборудование
водонапорного бака трубопроводами и арматурой (б)'
I ввод; 2 - водомерный узел; 3 - подающий стояк, 4—водонапорный бак; 5 разводящий
трубопровод; 6 — подводки водопровода в квартиры; 7 — стояки; 8 поплавок, 9 крышка
10 — поддон; 11 — подкладочные бруски; 12 — переливвая труба; 13 спускная труба,
14 грязевая труба; 15 - отводной участок трубопровода из бака, 16 - обратный клапан;
17 задвижка, IS - промежуточный приемный бачок; 79 сифон, 20 жаналпзаднонный ияп
водосточный стояк, 21 вентили; 22 поплавковый клапан
На представленной схеме подающий стояк 3 объединен с отводя-
щим участком воды из бака 15. Трубопровод, непосредственно
подающий воду в бак, снабжается, как правило, двумя поплав-
ковыми клапанами 22. На отводящем участке 15 устанавливают
обратный клапан 16 и задвижки 17. Переливной трубопровод 12
присоединяют к баку па высоте максимально допустимого уровня
воды в нем. Бак имеет спускную трубу 13 с вентилем 21 и грязевую
169
трубу 14 (из поддона). Вода, сливаемая из бака через трубопроводы
12, 13 и 14, поступает в промежуточный приемный бачок 18, соеди-
ненный через сифон 19 с канализационным или водосточным стоя-
ком 20. Бак оборудован сигнализацией уровня воды.
Система с повысительными насосами принимается, koi да на-
пор в городской сели постоянно или периодически ниже требуемо-
го в здании (//,,<//,) (рис. 6.3). Эти системы получили широкое
применение, однако их использование приводит к значительному
перерасходу электроэнергии, так как насос работает постоянно,
независимо от того, есть ли потребность в воде в данный момент
времени.
Комбинированные системы с напорно-запасными емкостями
и дополнительными насосами устраиваются в случаях, когда напор
в городской сети постоянно ниже требуемого для нормальной
работы внутреннего водопровода, но из-за большой неравномер-
Рис. 6.3. Система водоснабжения здания с повысительной насосной установкой
(кольцевая сеть с нижней разводкой):
1— ввод № J; 2 — обратный клапан, 3— перемычка, 4 —оодводга; 5 — пожарный стояк.
б — пожарные краны, 7 — запорные веакили стояков, 8 — поливочный тфан, 9 — спуск (проб-
ка): 70 - кольцевая магистраль, II — ввод № 2,12 — водомерный узел; 13 — насосная установ-
ка, 14 — задвижки
170
ности потребления воды в здании постоянная эксплуатация насосов
экономически не целесообразна. В таких системах насос запускается
в работу по мере необходимости, что приводит к экономии элект-
роэнергии.
Системы с гидропневматическими установками не имеют не-
достатков, присущих системам с баками. Они просты в эксплу-
атации и позволяют регулировать давление по времени суток (рис.
6.5).
Зонные системы водоснабжения проектируются во многоэтаж-
ных зданиях. При этом нижняя зона здания работает под напором
наружного водопровода, а верхняя — от повысительных насосов.
Высота зоны определяется максимально допустимым гидростати-
ческим напором в самой нижней точке сети.
63. НАСОСНЫЕ И ГИДРОПЛЕВМАТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
При проектировании системы внутреннего водопровода с
насосной установкой в жилых зданиях ее вместе с водомерным
узлом размещают, как правило, в помещениях центральных теп-
ловых пунктов. Для оборудования насосной установки широко
применяют насосы с рабочим колесом, установленным на удли-
ненном валу электродвигателя типа КМ При необходимости
бесперебойной подачи воды проектируют установку резервных на-
сосов.
На рис. 6.4 показан пример оборудования насосном установки.
Насосы устанавливают на виброизолирующих основаниях.
При установке насосов 1 необходимо предусматривать обвод-
ную линию 4 с установкой на ней обратного клапана 5 и задвижек.
На всасывающей линии 2 каждого насоса устанавливаются только
задвижки, а на напорных трубопроводах — задвижки и обратные
клапаны.
Автоматизация работы насосов решается различно в зависимо-
сти от радиуса их действия.
Напор насоса Нр определяется по формуле:
(6.1)
где Нг — требуемый напор в здании, определяемый в ходе гидрав-
лического расчета внутреннего водопровода (см. § 6.6); Hg -— гаран-
тийный напор в сети наружного водопровода.
Гидропневматические установки могут быть переменного и по-
стоянного давления. Установка состоит из герметичного водяного
бака, насоса, установки пополнения запаса воздуха (компрессора,
воздушного бака, комплекта приборов автоматического управле-
171
Ряс. 6.4. Оборудование насосных установок
1— насосные нгрегагы; 2 — всасывающие пинии насосов; 3 — валорные ливни насосов; 4 —
обводная линия; 3 — обратный клашш; 6 - эадвижтп; 7 — манометры; 8 — трехходовой хран;
9 — гибгие исгавхи
ния. При работе установки вначале в водяной бак подается сжатый
воздух (или запасается в воздушном баке) под большим давлением.
По мере водоразбора в водопроводной сети давление в баке будет
снижаться. Когда его снижение достигнет допустимого минимума,
автоматически включается двигатель насоса, который начинает
подавать воду в бак. Давление в баке при этом будет возрастать до
первоначального предела. При достижении максимального давле-
ния насос также автоматически отключается. Струйный регулятор
запаса воздуха восполнит его неизбежные потери. Таким образом
гидропневматическая установка работает в цикличном режиме.
Промежутки между включениями насосов возрастают с уменьшени-
ем недопотребления в водопроводной сети. На рис. 6.5 приведена
схема типовой автоматической насосной установки с гидропнев-
матическими баками.
Эта установка (АНУ-90 х 33) оборудована двумя рабочими и
одним резервным насосными агрегатами. Один из насосов поми-
мо подачи воды потребителю одновременно пополняет запас воз-
духа в баке с помощью струйного устройства. Управление насос-
ными агрегатами осуществляется раздельно с помощью трех реле
давления, отрегулированных так, чтобы включать и выключать
насосы поочередно в зависимости от изменения расхода воды по-
требителем. Установки типа АНУ предназначены для повышения
172
Рис. 6.5. Схема типовой насосной установки с гидропиевматическими баками:
1 —работае насосные aiperanj; 2 - резервный насосный агрегат; 3 - обратный ж.тапав; 4 —
чадвихтя; 5 шхаф управления; 6 — реле давления (13 шгух); 7 - трехходовой хрен с маномет-
ром; 8 струйный регулятор запаса воздуха: 9 - гвдровнсвматический бах
напора в водопроводах зданий или микрорайонов с суточным водо-
потреблением до 2500 м3. Они размешаются аналогично размеще-
нию насосных агрегатов.
6.4. СХЕМЫ ВНУТРЕННЕГО ВОДОПРОВОДА
Схемы водоснабжения здания бывают: тупиковые, кольцевые,
зонные, комбинированные.
По расположению магистральных трубопроводов: с нижней
и с верхней разводками.
Кольцевые сети применяют при недопустимости перерыва в во-
доснабжении здания водой во многоэтажных зданиях с противопо-
жарным водопроводом, а также в производственных зданиях (рис.
6.3).
Комбинированные сети (тупиковые и кольцевые) применяют
в крупных зданиях с большим разбросом водоразборных устройств.
Зонные сети представляют собой несколько сетей в одном зда-
нии, соединенных друг с другом или раздельных. Сети отдельных
зон могут иметь самостоятельные вводы и насосные установки. Они
применяются только в зданиях повышенной этажности.
При нижней разводке магистральные трубопроводы размещают
в нижней части здания, а при верхней на чердаке или под потолком
верхнего эгажа. Если здание допускает перерыв в подаче воды
и количество пожарных кранов в здании не превышает 12, устраива-
ется тупиковая схема.
Рассмотрим подробно устройство и конструирование тупиковой
схемы водопровода жилого здания с нижней разводкой магистрали
173
2280
Рас. 6.6. Схемы планировочных решений санитарных узлов жилых зданий
(см. рис. 6.1). Особое внимание при ее проектировании уделяется
рациональному размещению санитарно-технических устройств
в здании. Санитарные узлы и водоразборную арматуру группируют
поэтажно, располагая их друг вад другом, трубопроводы проклады-
вают по кратчайшему расстоянию. При решении планировки поме-
щений и санитарно-бытовых узлов рациональным является линей-
ная планировка, при которой приборы размещаются на одной
монтажной стене. На рис. 6.6 показаны примеры типовых решений
санитарных узлов жилых зданий.
6.5. УСТРОЙСТВО ВВОДОВ
Ввод — это трубопровод, соединяющий наружный водопровод
с внутренним водопроводом здания (рис. 6.7). Он состоит из узла
присоединения к наружной городской сети 1, 2, подземного трубо-
провода 3 и водомерного узла 4. Узел присоединения (врезки)
ввода, состоящий из тройника и задвижки (для возможности от-
ключения ввода на ремонт), размещается в колодце (диаметром не
менее 700 мм) в месте его присоединения к наружному водопроводу.
Подземный трубопровод прокладывается с уклоном 0,003 — 0,005
в сторону наружной сети. Водомерный узел располагается внутри
здания (если запроектирована система без повысительной насосной
установки). Он может быть установлен на расстоянии I м от
наружной стены подвального этажа здания. При этом предполага-
ется, что помещение подвального этажа сухое с плюсовой тем-
пературой. Водомерный узел жестко крепится к ст ене на кронштей-
174
Рис. 6.7. Устройство ввода в пдаяие и его элементы:
а косой ввод; б — два ввода (при проектировании кольцевой сети внутри здания):
1 — врезка ввода в наружный водопровод; 2 задвижка, 3 подземный трубопровод; 4
водомерный узел; 5 наружный водопровод; б - обратный клапан
нах. Ось водосчетчика должна быть расположена на 0,3—1 м от
пола. При проектировании тупиковой схемы внутреннего водопро-
вода, когда допустимы перерывы в подаче воды, в водомерном узле
обязательно предусматривается обводная линия, на которой уста-
навливается опломбированная задвижка. В зданиях устанавливают-
ся водомерные узлы унифицированных конструкций с крыльчатыми
и турбинными водомерами (рис. 6.8).
Ввод водопровода проектируется по возможности по кратчай-
шему расстоянию к зданию.
При расчетном диаметре (d до 65 мм) ввод может быть запроек-
тирован из стальных водогазодроводных труб, соединяемых на
сварке с обязательной противокоррозионной гидроизоляцией,
с применением рулонных гидроизоляционных материалов по ГОСТ
30547 97. При диаметре (d>65 мм) применяются чугунные рас-
трубные грубы (рис. 6.9, а) с обязательной заделкой стыка (рис. 6.9,
б). В последние годы для прокладки вводов используются пластмас-
совые трубы. Они долговечны и имеют достаточную механическую
прочность.
175
050
Рис. 6.8. Схема водомерйого узла с обводной линией и крыльчатым водомером:
1 типовая вставка, 2 обводная Ливия; 3 - задвижки; 4 опломбированная задвижка с эле-
ктроприводом; S -переход стальной; б—крыльчатый водомер; 7—манометр, 8— края
трехходовой: 9 - фильтр магнитный муфтовый; 10 — спускной кран
Минимальную глубину заложения ввода можно принять ниже
глубины промерзания грунта на 0,5 м (до низа трубы). Пересечение
ввода со стенами подвала следует выполнять в сухих грунтах с за-
зором 0,2 м между трубопроводом и строительными конструкци-
ями с заделкой отверстия в стене водонепроницаемыми и газонеп-
роницаемыми (в газофицированных районах) эластичными матери-
алами, как показано на рис. 6.10. В мокрых грунтах пересечение
трубы ввода со стеной подвала устраивается с помощью саль-
никовых уплотнений.
Расстояние по горизонтали в свету между вводами хозяйст-
венно-питьевого водопровода и выпусками канализации или во-
достоков должно быть не менее 1,5 м при диаметре ввода до
200 мм (включительно) и не менее 3 при диаметре ввода более
200 мм.
В ряде случаев возникает необходимость врезки трубы ввода
в действующую наружную водопроводную сеть. Это можно осу-
ществить с помощью специальных устройств (рис. 6.11). Устрой-
ство, представленное на рис. 6.11, а, состоит из патрубка, камеры
с сальником и краном для сброса давления воды, режущего инст-
румента (фрезы со сверлом). В патрубке, приваренном к трубе вво-
да, имеется клапан. После высверливания отверстия вал со сверлом
176
Рис. 6.9- Соединение чугунных водопроводных труб-
I общий вил труб; П хадалха стихов:
а раструбное с эадслвоВ пеньковой прядью и цементом; б — то же, с резиновым уплотни-
телем; в — то же, фальцевое с резиновым уплотнителем;
I — глалхий конец трубы; 2 — цемент; 3 пеньковая прядь; 4 раструб; 5 - резиновые уп-
Рис. 6.10. Пересечение трубы ввода со стеной подвала здания в сухих грунтах:
а — через стену подвала в сухих грунтах; 6 — по ленточным фундаментам,
I — труба ввода; 2 — смоляная прядь; 3 — мятая жирная глина; 4 — ш гухатурка с цементным
раствором; 5 — гпльэа (стальная труба); 6 — бетонный упор
Рис. 6.11 Прнспособлепие для врезки вводов внутреннего водопровода в дейст-
вующий стальной наружный водопровод:
а — фреювое приспособление, крепящееся ва сварке; 6 - - то же, с помощью седелки;
1 - сверло; 2 чашечная фреза; J клапан; 4 - тросик клапана; 5 сальник тросика; 6
вал; 7 — сальник вала, 8 — подающее устройство; 9 присоединяемая труба ввода; 10 - пере-
ходной патрубок; И — действующий трубопровод; 12 - фланец; 13 спускной крав; 14
хомут, 15 - седелка резьбовая; It резиновая прокладка; 17 пробковый кран; 18 — место
присоединения трубы ввода; 19 фланцевая седелка; 20 раструбная седелка; 21 заглушка
поднимают, клапан закрывают, сбрасывают давление в верхней
камере. Головку с верхней камеры снимают н приваривают клапан
(заглушку). При необходимости высверливания в трубе отверстия
(диаметром не более 1/3 диаметра трубы) применяется седелка (см
рис. 6.11, б). Она представляет собой чугунную фасонную деталь,
которая крепится к трубе хомутом на резиновой прокладке для
присоединения запорной арматуры (проходного пробкового крана).
Для высверливания в трубе отверстия к запорной арматуре прикре-
пляется сверлильное приспособление. После высверливания отвер-
стия приспособление снимают и присоединяют трубу ввода (пози-
ция 18). По конструкции седелки бывают резьбовые, фланцевые,
раструбные (см. рис. 6.11, б).
178
6.6. КОНСТРУИРОВАНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ВОДОПРОВОДНОЙ СЕТИ
При нижней разводке магистральный трубопровод прокладыва-
ют под потолком подвального этажа здания (на 0,5 м от него) или
технического подполья. В качестве средств крепления магистраль-
ного трубопровода к строительным конструкциям могут исполь-
зоваться кронштейны, подвески и т. д. (рис. 6.12).
При отсутствии подвала и технического подполья магистраль
может прокладываться в подпольных каналах 1 этажа, иногда
вместе с трубопроводами отопления, горячего водоснабжения. Она
может располагаться под ними или проходить рядом с ними.
Прокладка магистральных линий в земле под полом не допуска-
ется. Подпольные каналы бывают непроходные высотой 0,3 —
0,7 м, проходные высотой 1,7 1,8 м и нолупроходные высотой
0,8 1 м. Ширина каналов принимается от 0,3 до 1 м. Каналы
выполняют из несгораемых материалов. Сверху их перекрывают
съемными плитами.
Уклон магистрали принимается 0,003 — 0,005 в сторону ввода.
При прокладке магистрального трубопровода, стояков, подводок
к поливочным кранам следует предусматривать их тепловую изо-
ляцию. В настоящее время применяются экологически чистые теп-
лоизоляционные материалы нового поколения. Например, пенофо-
лыированный утеплитель служит не только термо-, но также и гид-
роизолятором. При его применении (рис. 6.13) по трубам прикле-
иваются кольца из пенофольгированного утеплителя, а сверху пол-
ностью закрывают им трубу. Тогда внутреннее пространство между
трубами и утеплителем будет иметь свойства термоса.
Стояки и подводки к водоразборным устройствам прокладывают
двумя основными способами - - открытой прокладкой — по колон-
нам, балкам, фермам, стенам и скрытой — в бороздах, каналах
и панелях, санитарно-технических кабинах вместе с трубопровода-
ми другого назначния. Поскольку к отделке зданий предъявляются
повышенные требования, предпочтение отдается скрытой проклад-
ке трубопроводов. Борозды и каналы для трубопроводов должны
Рис. 6 12 Средства крепления трубопроводов:
— хомут; 5— крепежная пробка со спиралью
/ — труба, 2—шайба; 3-
179
быть выполнены при произ-
водстве строительных ра-
бот. Они заделываются шту-
катуркой по сетке или обли-
цовкой, а в местах установки
Рис. 6.13. Изоляция труб внутреннего во-
допровода от конденсации с применением
певофольгнрованного утеплителя
арматуры предусматривают-
ся дверки. В местах пересече-
ния вертикальных трубопро-
водов с перекрытиями на
трубы надевают гильзы вз толя, листовой стали и т. д.
В настоящее время распространены следующие методы монтаж-
ных работ санитарно-технического оборудования: монтаж труб рос-
сыпью; с использованием типовых блоков и панелей; с использова-
нием объемных санитарно-технических кабин.
Последовательный метод монтажа труб россыпью подразумева-
ет монтаж всех трубопроводов после окончания строительных ра-
бот и установки санитарно-технического оборудования. Он начина-
ется либо с нижнего, либо с верхнего этажа здания.
Параллельный метод применяют в строящихся зданиях одно-
временно с выполнением общестроительных работ, начиная мон-
таж с нижних этажей.
Монтаж санитарно-технических систем с применением типовых
блоков и панелей (рис. 6.14) широко используются в настоящее
время. Однако этот способ монтажа, несмотря на свою экономич-
ность, имеет ряд существенных недостатков, связанных с большим
объемом монтажных работ по установке санитарных приборов
и применением i азоэлектросварки в условиях проведения основных
строительных работ.
По-прежнему применяются унифицрованные санитарно-техни-
ческие кабины из сборного железобетона. Кабина представляет со-
бой объемный конструктивный элемент санитарного узла с отдел-
кой, который собран в заводских условиях (рис. 6.15). В кабине
смонтированы трубопрово-
ды санитарно-технических
систем, размещены вентиля-
ционные каналы, сделана эле-
ктропроводка и установле-
ны санитарные приборы.
Монтажные санитарно-
технические работы в этом
случае сводятся лишь к подъ-
ему кабин, их установке на
место и соединению стояков
по высоте здания. Основные
трубопроводы распела! ают-
Рис 6 14. Укрупненные санитарно-техни-
ческие элементы*
ся в монтажных шахтах.
180
В шахте имеется монтажный люк, расположенный сбоку кабины
для удобства монтажа при стыковке стояков по всей высоте здания.
Стояки холодного водопровода располагаются в шахте по оси
унитаза и так же, как и магистраль, изолируются от конденсации
влаги. Для соединения стояков из водогазопроводных труб при
монтаже санитарно-технических кабин успешно применяются удли-
ненные компенсирующие муфты (диаметром 25, 32 и 100 мм). Их
применение значительно повышает качество и надежность монтажа.
По размещению санитарных приборов различают кабины разоб-
щенные, т. е. с изолированными помещениями для туалетной и ван-
ной и совмещенные.
Для хозяйственно-питьевого водопровода допускается примене-
ние труб из материалов, разрешенных для применения Госком-
санэпидемнадзором России:
стальные водогазопроводные, медные, бронзовые, латунные,
пластмассовые и т. д.
Для соединения труб применяют сварные, муфтовые, резьбовые
и раструбные соединения.
На рис. 6.16 представлены отдельные соединительные части
стальных водопроводных труб. Прокладка пластмассовых труб
должна предусматриваться преимущественно скрытой — в каналах,
шахтах, потому что они менее прочные, чем стальные, имеют
значительный коэффициент линейного расширения и подвержены
старению. Допускается открытой только прокладка подводок из
Рис. б. 16. Отдельные соединительные ча-
сти стальных водопроводных труб:
1 — сгон; 2—муфта переходная; 3—пробка;
4 — крестовина; 5 — угольник, <5 —тройник
этого материала к водораз-
борным устройствам. При-
менение санитарно-техничес-
ких кабин с использованием
пластмассовых труб разре-
шается в зданиях до 12 эта-
жей. Допускается примене-
ние коллекторной системы
с присоединением водораз-
борной арматуры гибкими
автономными подводками.
Трубы внутреннего водо-
провода и фасонные изделия
должны выдерживать посто-
янное давление воды, равное
рабочему давлению в сета,
но не менее 0,45 МПа при
постоянной температуре хо-
182
Рис. 6.171 Основные виды водоразборной арматуры. Смесители:
а СМ-УМ-Ц с верхней смесительной камерой в с центральной установкой на умывальнике
(елотаа); б—- однорукояточный Смеситель тина 20575-F; в — общий для ванны и умывальника
с душевой сеткой ва гибком шланге; г — поплавковый клапан Смывного бачка унитаза
1 — корпус; 2 — седло; 3 — ось; 4 — рычаг; 5 — поплавок
лодной воды — 20 °C в течение 50-летнего расчетного периода экс-
плуатации.
К водоразборной арматуре, устанавливаемой в здании, как от-
мечалось ранее, следует отнести туалетные краны умывальников,
смесители моек, ванн и умывальников; поплавковые клапаны смыв-
ных бачков унитазов (рис. 6.17). В настоящее время в зданиях
устанавливается качественная водоразборная арматура отечествен-
ного и зарубежного производства. Водоразборная арматура во
многом определяет успешное функционирование всей системы во-
допровода здания. Поэтому на подводке водопровода в квартиру
после запорного вентиля рекомендуется устанавливать грязевик
с фильтром (рис. 6.18), что обеспечивает оптимальные условия для
183
Рис. 6.18. Грязевик с фильтром
из нержавеющей стали
в-в
Рис. 6.19. Установка поливочного врана:
1 — поливочный жран; 2 ниша; 3 отключа-
ющий вентиль; 4 тройник с пробкой; 5 заделка
цементным раствором
эксплуатации смесительной арматуры. В последние годы получили
распространение, вместо широко применяемых для смывных бач-
ков поплавковых клапанов противодавления, клапаны попутного
давления, которые отличаются тем, что при увеличении давления на
подводке к ним возрастает и усилие их закрытия, т. е. этот клапан
закрывается крепче ночью, когда в поплавковых клапанах проис-
ходят утечки.
На сети внутреннего водопровода устанавливается запорная ар-
матура. При d<50 мм — вентили, а при d>50 мм — задвижки.
Запорная арматура устанавливается: у основания стояков; у клапа-
нов смывных бачков унитазов; у газовых водонагревателей; в водо-
мерном узле; на вводе водопровода в квартиру; у поливочных
кранов; на разветвлениях магистрали.
Количество поливочных кранов зависит от периметра здания.
Принимается один поливочный кран на каждые 60 — 70 м пе-
риметра здания. Они располагаются в нишах наружных стен здании
на высоте 0,35 м от отмостки тротуара (рис. 6.19). На подводке
к поливочному крану от сети внутреннего водопровода устана-
вливаются вентиль и спускной кран (пробка) для опорожнения
кранов на зимний период.
6.7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ РАСХОДОВ ВОДЫ
ВО ВНУТРЕННЕМ ВОДОПРОВОДЕ
Сети внутреннего водопровода рассчитываются на пропуск рас-
четных секундных расходов воды ко всем водоразборным устрой-
ствам в здании.
Показателем водообеспеченности сети служит подача норматив-
ного расхода к диктующему водоразборному устройству (наиболее
высоко и далеко расположенному) от ввода водопровода в здание
с максимальным значением свободного напора — й^-(см. Приложе-
184
ние IV). Расчет сети внутренних водопроводов производится по
максимальному секундному расходу воды.
Максимальный секундный расход воды в здании q(q , q, q) л/с
определяется по формуле:
}=5а?о> л/с, (6.2)
где 9o(9oW. 9о, 9о), л/с, — секундный расход воды одним прибором
(см. Приложение VI).
При отсутствии данных о расходах воды и технических харак-
теристик санитарно-технических приборов в жилых и общественных
зданиях допускается принимать: §ottrt=O,3 л/с, а для подачи холод-
ной воды §oc=9bh=O,2 л/с, где а — коэффициент, зависящий от
произведения общего числа приборов N, т. е. a—f(PN); при Р>0,1
и JV<200a (см. табл. 1 Приложения V), а при других значениях
Р и N (см. табл. 2 этого же Приложения).
Вероятность действия водоразборных устройств Р (Ptot, Рс, РЬ) при
наличии одинаковых потребителей в здании может быть определена
по формуле
P=5Uut7/3600ffoV, (6-3)
где — норма расхода воды, л, потребителем в час наибольшего
недопотребления, принимаемая по Приложению VI — норма
расхода холодной воды потребителем, л/ч; /°'ь.и -— общая норма
расхода воды потребителем, л/ч), U — количество жителей в зда-
нии. Эту величину можно определить, зная санитарную норму
площади на одного человека/(региональный показатель), количест-
во квартир в здании «п и жилую площадь квартиры /ж. Тогда
средняя заселенность квартиры Uo определится из выражения
U^-F^f а значение U по формуле:
U=U(ina. (6.4)
В зданиях с одинаковыми потребителями на расчетных участках
принимают значение Р, определенное для всей системы водоснабже-
ния, т. е. для N водоразборных устройств в здании.
Приведем конкретный пример определения максимального се-
кундного расхода на участке сети внутреннего водопровода. Для
примера примем 4-этажное здание с количеством водоразборных
устройств в квартире (смеситель ванны с душевой сеткой,
смеситель мойки, умывальника, клапан смывного бачка унитаза).
Количество жителей в здании 67=72 чел.
По расчетной (безмасштабной) аксонометрической схеме холод-
ного водоснабжения определяется количество водоразборных
устройств на расчетных участках (рис. 6.20).
185
Рис. 6.20.
расчетная (безразмерная) аксонометрическая схема внутреннего водопровода; б - пример
определения количества подводок водопровода N на расчетных участках;
магистральный трубопровод; 2 — расчетный стояк; 3 — подводки к водоразборным устрой-
ствам; 4 диктующее водоржтборкое устройство (душевая сетка 'меоакеля ванны)
При оборудовании здания централизованным горячим водосна-
бжением принимаем:
%с=0,2 л/с — расход холодной воды санитарно-техническим
прибором;
/ья=5>6 л/ч— норма расхода холодной воды в час наиболь-
шего водопотребления для домов с ваннами, оборудованными ду-
шами, <?’0,ъг.«—<7’,1к.и= 15,6—10=5,6 (л/ч) (см. Приложение VI).
Вероятность действия водоразборных устройств по формуле 6.3
будет равна:
Р=5,6 72/3600 - 0,2 96 = 0,00583.
Определяем произведение NP на участке сети (ВУ-ВВОД), где
2V=96. JVP=O,00583- 96=0,5596= 0,56.
Коэффициент а определяется по табл. 2 Приложения V. Если
вычисленное значение NP в таблице отсутствует, то значение а при-
нимается для ближайшего большего NP. В данном случае: а=
=0,717.
Максимальный секундный расход холодной воды на этом участ-
ке, вычисленный по формуле 6.2, будет равен:
186
tf=5 qDa— 5- 0,2-0,717—0,72 л/с.
Расчетный суточный расход воды в здании может быть опреде-
лен по формуле:
Qv*=£^9«,о,/1000, м3/сут, (6.5)
1
где Ut — число потребителей в здании, д™ — общая норма расхода
воды одним потребителем в сутки наибольшего водопотребления,
л (см. Приложение VI).
Расчетные максимальные часовые расходы вычисляются по ме-
тодике, аналогичной методике определения максимальных секунд-
ных расходов. Исходными параметрами являются часовые расходы
воды водоразборной арматурой tfoCtfaU tfo, tfo.hr). определяемые по
Приложению VI.
Расчетный часовой расход (q£, q£,, tf £,), м3/ч, определяется по
формуле
tfhr=0,OO5tfo.hr at, (6-6)
где ate определяется по таблицам Приложения V. При этом между
величинами Р и Phl имеется следующее соотношение:
3600
Ры=------РЯч-
(6.7)
При выборе водомера учитываются его гидрометрические харак-
теристики и допустимые потери напора. Подбор водомера рекомен-
дуется проводить в первую очередь на пропуск хозяйственно-питье-
вого расхода. Желательно, чтобы выбранный типоразмер водомера
пропускал и противопожарный расход воды. Но в случае, если это
невозможно, противопожарный расход пропускается, минуя счет-
чик, через открытую задвижку на обводной линии. При этом потери
в водомере будут равны нулю. Тип водомера и его сопротивление
S определяется по Приложению VIII. Потери в водомере:
h=Sq2, м, (6.8)
где tf, л/с, — максимальный секундный расход воды в здании на
участке (ВУ — ввод) (рис. 6.20). Потери в крыльчатых водомерах не
должны превышать 5 м, а в турбинных — 2,5 м.
6.8. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВНУТРЕННЕГО
ВОДОПРОВОДА
Целью гидравлического расчета является определение экономи-
чески выгодных диаметров труб для пропуска расчетных расходов
воды и потерь напора от диктующего (водоразборного устройства
в здании) до места присоединения ввода к наружной водопроводной
сети. Он проводится в следующей последовательности.
Зная место расположения ввода в здание, на плане подвала
здания проектируется разводка сети внутреннего водопровода
и строится расчетная аксонометрическая схема внутренней водо-
проводной сети (см. рис. 6.20, а). На схеме выбирается расчетный
стояк (самый удаленный от ввода) и расчетное направление от
диктующего устройства до места присоединения ввода к наружному
водопроводу
Аксонометрическая схема разбивается на расчетные участки так,
чтобы в пределах участка не изменялся расход (см. рис. 6.20, а).
Определяется количество водоразборных устройств N на расчет-
ных участках.
Определяется расчетное количество жителей U в здании (фор-
мула 6.4).
Определяется величина вероятности действия водоразборных
устройств Р (формула 6.3).
На каждом участке определяется произведение Р и N приборов,
снабжающихся водой на данном участке (PN), а затем по получен-
ному значению этого произведения определяется коэффициент
а (см. Приложение V).
На каждом расчетном участке вычисляется секундный расход: q,
л/с (формула 6.2).
Определяются длины расчетных участков.
По полученному расходу по таблицам гидравлического расчета
(см. Приложение VII) выбирается диаметр d, мм, каждого расчет-
ного участка, исходя из значения экономических скоростей движения
воды ®э=0,9 — 1,2 м/с.
Максимальная скорость во внутреннем водопроводе не должна
превышать 3 м/с.
Для каждого выбранного диаметра расчетного участка опреде-
ляют потери на единицу длины — 1000/ (для удобства обращения
с малыми числами значение i увеличено в 1000 раз) (см. Приложение
VII
Определяются потери напора на каждом расчетном участке
Hi = 1000/Х1 + А/УЮ00, (6.9)
где коэффициент Kj учитывает потери на местные сопротивления
в соединениях труб и арматуре. Для хозяйственно-питьевых водо-
188
проводов он принимается равным 0,3; L — длина расчетного участ-
ка сети, м.
Определяется сумма потерь напора в здании от диктую-
щего водоразборного устройства до водомерного узла. Потери на
участке от водомерного узла до места присоединения ввода к на-
ружному водопроводу (ВУ — Ввод) составляют потери на вводе
Гидравлический расчет внутренней водопроводной сети сводит-
ся в табл. 6.1 (рис. 6.24).
Геометрическая высота подачи воды в здание Hecom определяет-
ся как разность отметок изливного отверстия диктующего водо-
разборного устройства и отметки поверхности земли над точкой
присоединения ввода к наружному водопроводу. На рис. 6.21 пока-
заны установочные размеры основных санитарно-технических при-
боров.
Потери напора в водомере определяются по формуле 6.8.
Величина свободного (рабочего) напора у диктующего устрой-
ства — Hf, как указывалось ранее, определяется по Приложению
IV.
Определяется величина требуемого напора в здании Нл, м:
б)
Рис. <5.21. Установочные размеры основной водоразборной арматуры.
а — поплавковый клапан смывного бачка унитаза; 6 — центральный смеситель умывальника,
л — ленгрэчьныл смеситель мойки; г — душевая сетка смесителя ванны, д — настенный смеси-
тель; е— смеситель с нижней камерой смешения
189
Ят=Нгвв+Яи0.+Н..4-Л+Я/м. (6.10)
Подбор диаметров труб внутреннего водопровода здания может
быть проиллюстрирован на компьютере в среде EXCEL, проводя-
щийся с некоторым упрощением.
6.9. ВЫБОР ДИАМЕТРОВ ТРУБ
ВНУТРЕННЕГО ВОДОПРОВОДА В ЗДАНИИ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СРЕДЫ EXCEL
Выполним после включения компьютера команды: Пуск, Про-
граммы, Microsoft Excel. На экране появятся столбцы А, В, С и
т. д., разбитые на строки с номерами 1, 2, 3 и т. д.
Заполним в столбце А, начиная с ячейки А2, номера участков
водопровода от диктующего устройства до ввода 0, 1; 1, 2; 2,3...,
водомерный узел — ввод (рис. 6.22, 6.23). В столбце В, начиная
с ячейки В2, укажем длины этих участков в метрах. В столбце С,
начиная с ячейки С2, укажем число приборов, снабжающихся водой
данным участком. Вычислим вероятность действия прибора Р по
формуле (6-3). Пусть получилось, что Р=0,012. Заполним это число
в ячейку А13. В столбце D, начиная с ячейки D2, вычислим произ-
ведение вероятности использования прибора Р на число приборов,
Рис. 6.22 Программа в среде Excel для выбора диаметров труб внутреннего водо-
провода в здании (начало)
190
снабжающихся водой на рассматриваемом участке. Для этого вы-
полним в ячейке D2 команду
=SA$13*C2 ENTER,
подведем экранный указатель к маркеру заполнения ячейки D2,
превратив его в черный крест, и протянем, нажав левую кнопку
мыши, по столбцу D для всех рассчитываемых участков.
В столбце Е предполагается вычислить функцию a—a(PN), за-
висящую от произведения PN, приведенного в столбце D, по
формуле
«=0,2+(0,7*РЛ)м,
достаточно точно аппроксимирующей таблицу СНиПа для малых
значений PN. Для этого в ячейке Е2 выполним команду
=0,2+((0.7*D2)A0,8) ENTER,
подведем экранный указатель к маркеру заполнения в ячейки Е2,
превратив его в черный крест, и протянем, нажав левую кнопку
мыши, по столбцу Е для всех рассчитываемых участков.
В столбце F вычисляется расход воды q по формуле
q = 5а?0,
где <j0— 0,2 л/с для случая централизованного приготовления го-
IK*» tMw» »Н1 Встдета ’ОДцяг
с?и ieiyii -
'liZScr " 7 к ’I ж к я II
•ЛЪ*1
«Т ».УММ{Х? Л1)
=12*82’1,3/1000
=В*ВЗ*13/1000
-И’ВПЗЛООО
=Б*В5Ч 3/1000
=e*eei д/1000
=17-871Д/1000
= 3*8813/1С00
=8*09*13/1000
t *0001
№ 1000’0XBH2*H2/p’9JB1*G2D.O01)
3_ -1D00"0JB3*H3-H3/p^31*G3T),001)
9 1осс*о.аз*н«-нлрчя1*сл-о.сю1)
5? KXC*0,03‘H5*«/p,9.81-G5D.001)
Si 1DCD’OjD3*H6-H6/p^.81*G6'OB01)
to 1OCC73T0-H7*H7/p4B1-G7'O.GO1J
' 1ОЭ?0ДЗ'Н8-Не/р^.81’68ТЗД01)
10pj*0/03TS4-&p*9B1-G9T.D3l) .........
ira*oj03-HitrHitizp*9jei'Gitrojooi) =110*010-13/1000.
1СОЗ*0ЛЗ-Н11-Н11/р^В1*611*0Л01)=|11-ВЙ-1,ЗлЬ00
|=СУММ(ХЫ1Ц"~1
Рис. 6.23. Программа в среде Excel для выбора диаметров труб внутреннего водо-
провода в здании (окончание)
191
рячей воды и q0=0,3 л/с для случая использования газовых нагрева-
телей. Для этого выполним в ячейке F2 команду
=5*Е2*0,2 ENTER
или
=5*Е2*0,3 ENTER
соответственно, затем подведем экранный указатель к маркеру
заполнения ячейки F2, превратив его в черный крест, и протянем,
нажав левую кнопку мыши, по столбцу F для всех рассматриваемых
участков.
Заполним в столбце G диаметры трубы каждого из участков
водопровода сначала равными 25 мм, начиная от ячейки G2, для
всех рассчитываемых участков. Исходя из этого размера и расхода
q, приведенного в столбце F, вычислим в столбце Н среднюю по
сечению скорость воды в м/с. Воспользуемся формулой
Для этого выполним в ячейке Н2 команду
=F2*4*!000/(3,14*G2*G2) ENTER,
подведем экранный указатель к маркеру заполнения ячейки Н2,
превратив его в черный крест, и протянем, нажав левую кнопку
мыши, по столбцу Н для всех рассчитываемых участков.
В столбце 1 вычислим гидравлический уклон i, умноженный на
коэффициент 1000, воспользовавшись формулой
где Л «0,03, или
1000 1— 1000*0,03*г2, м^с2/^^!, м/с2 </, мм 0,001, мм/м).
Для этого в ячейке 12 выполним команду
= 1000*0,0^*H2*H2/(2*9,81*G2*0,001) ENTER,
подведем экранный указатель к маркеру заполнения ячейки 12,
превратив его в черный крест, и протянем, нажав левую кнопку
мыши, по столбцу 1 для всех рассчитываемых участков.
192
Вычислим потери напора на каждом участке по формуле
+0,3X1000i)/1000,
учитывающей потери напора на местных сопротивлениях в размере
30% от потерь по длине трубы. Для этого в столбце J в ячейке J2
выполним команду
= 12*В2*1,3/1000 ENTER.
подведем экранный указатель к маркеру заполнения ячейки J2,
превратив его в черный крест, и протянем, нажав левую кнопку
мыши, по столбцу J для всех расчетных участков.
Просуммируем потери напора на всех расчетных участках. Для
этого выделим ячейки столбца J с потерями напора на каждом из
участков и щелкнем кнопку суммирования с буквой X, расположен-
ную в верхней части экрана. Результат суммирования получится
в нижней ячейке заполненной части столбца J (рис. 6.24). Чтобы
скорость течения воды оставалась в пределах экономической от 0,9
м/с до 1,2 м/с, выделим ячейку столбца G с диаметром 25 мм
в строке, в которой произошло превышение скорости (столбец Н)
верхней границы интервала значения 1,2 м/с (G8 в случае, приведен-
ном на рис. 6.24).
Наберем с клавиатуры в этой ячейке новое значение диаметра
трубы, например 32 мм, и выделим следующую более низкую
ячейку столбца G. После этого результаты, сосчитанные в ячейках
Рис. 6.24. Результаты расчетов в среде Excel диаметров труб внутреннего водопрово-
да в здании
193
Н8, 18, J8, J12, сами автоматически пересчитаются и скорость
воды в ячейке Н8 станет меньше. Действуя таким образом, пе-
реправим значения нужных ячеек столбца G на большие диаметры,
берущиеся из стандартного ряда 25 мм, 32 мм, 40 мм и т. д.
(см. рис. 6.24). При этом потери напора на участках и их сумма
автоматически пересчитываются на значения, соответствующие но-
вым значениям диаметра.
Для завершения оформления программы в первой строке сто-
лбцов А, В, С, D, Е, F, G, Н, I, J пишутся заголовки столбцов: номер
участка, длина, число приборов N, PN, a, q, d, скорость, 10001,
Hj соответственно.
Набранному файлу присвоить имя и занести в содержимое нуж-
ной папки. Полученные результаты следует отпечатать, выло пнин
команды Файл, Печать. В результате расчетов по представленной
выше учебной программе получаются численные результаты, неско-
лько отличающиеся от результатов ручного счета по таблицам
Ф. А. Шевелева и СНиП. Причины расхождений связаны со следу-
ющими сделанными в программе упрощениями, которые при необ-
ходимости несложно устранить.
1. Табличная зависимость a—a(PN) заменена достаточно про-
стой функцией.
2. Расчет средней по сечению скорости воды в трубе по извест-
ному объемному расходу считался без учета толщины стенки.
3. При вычислении гидравлического уклона коэффициент со-
противления труб принимался равным 0,03 вместо расчета по зави-
симостям Ф. А. Шевелева.
6. 10. КОНСТРУИРОВАНИЕ ВНУТРЕННЕЙ КАНАЛИЗАЦИИ ЗДАНИЯ
Внутренняя канализация состоит из элементов, представленных
на рис. 6.25.
Сточная жидкость из приемников сточных вод 1 (ванн, умываль-
ников, моек и унитазов), расположенных в санитарных узлах квар-
тир по отводным трубопроводам 2, поступает в канализационный
стояк 3 (в здании их несколько), который транспортирует сточные
воды в выпуск 4 (один или несколько), располагающийся в подваль-
ном этаже здания или техническом подполье, который в свою
очередь транспортирует сточную жидкость в колодец дворовой или
внутриквартальной сети 5.
В систему входят устройства для прочистки б, 7 и вентиляции
сети 8.
В жилых зданиях устанавливаются различные модификации при-
емников сточных вод: ванн, умывальников, кухонных моек, унита-
зов, биде отечественного и зарубежного производства (рис. 6.26,
а — д).
194
Благодаря высоким санитарным качествам наиболее широ-
ко в жилых и общественных зданиях применяются тарельчатые
унитазы с низкорасполагаемым смывным бачком типа «Компакт».
Унитазы выпускают с прямым и косым выпуском. Унитазы с косым
выпуском позволяют присоединить прибор непосредственно к кана-
лизационному стояку или к отводному трубопроводу, уложенному
на т ом же перекрытии, где установлены унитазы. Такое присоедине-
ние удобно при монтаже труб в сантехкабинах. Гигиенический
индивидуальный душ-биде в настоящее время также широко ис-
пользуется в жилых зданиях. Умывальники выпускают различной
формы — круглые, прямоугольные и т. д. Они выполняются из
керамики (фаянса, фарфора), пластмассы и оборудуются выпус-
ком с решеткой, переливом, приставным гидроэат вором, а также
Рис. 6.25. Устройство внутренней канализации жилого дома (основные элементы):
1 приемники сточных вод; 2 — отводные трубопровода; 3 — канализационный стоя», 4
выпуск, 5 —смотровой колодец, 6 — ревизии; 7 — прочистки; К — вытяжная часть канализаци-
онного стояка, 9 —отвод
195
водопроводной смесительной арматурой. В последние годы широко
применяют умывальники на постаменте, закрывающие выпуск
и трубы. Ванны выпускают различных форм и размеров в зависи-
мости от требований эксплуатации, комфортности и назначения.
Мойки для отвода хозяйственных стоков устанавливают в кухнях.
Их изготовляют чугунными эмалированными, пластмассовыми
и стальными из нержавеющей стали на одно и два отделения (рис.
6.26, д. в).
Все приемники должны быть оборудованы гидравлическими за-
творами (сифонами), кроме тех, в конструкциях которых уже име-
ется гидрозатвор, например, унитазы. Гидравлический затвор пред-
ставляет собой изогнутый канал или трубу, заполненную водой
слоем высотой 60 мм, надежно закрывающий выход газов после
сброса стоков в канализационную сеть. Наибольшее распростране-
ние получили гидрозатворы, представленные на рисунке 6.27, а — г.
Для ванн устанавливают напольный сифон с тройником для присо-
единения переливной трубы (6.27, г). Сифоны изготавливают из
чугуна, керамики, пластмасс.
с)
в)
Рис. 6.27. Гидроэатворы-
U-образные; л— бутылочный; г—напольный пля ванн с присоединением переливной
трубы,
)лт, 2 — крышка; 3 — тройник. 4 - накидна» гайка; 5 — переливная труба; б — водоое
релввная решетка; 7 — выпуск
197
Рис. 6.28. Монтажное положение труб
Монтажное положение элементов системы канализации и ее
оборудования зависит от их типа и способа прок падки. Один из
возможных вариантов монтажного положения отводных труб при-
веден на рис. 6.28.
Отводные трубы от приборов могут быть проложены по полу
открыто, либо скрыто в бороздах, панелях и монтажных коридорах.
Все отводные трубы прокладываются по кратчайшему расстоянию
к стояку. От ванн, моек и умывальников отводные трубы проклады-
ваются диаметром d = 50 мм с уклоном 0,035 к стояку, для обеспече-
ния самотечного режима движения сточных вод. От унитаза отвод-
ная труба проектируется d=100 мм с уклоном 0,02. Наибольший
уклон трубопровода не должен превышать 0,15. Двустороннее при-
соединение отводных труб от ванн к одному стояку на одной
отметке допускается только с применением косых крестовин (рис.
6.29, с).
Размещают приемники сточных вод по этажам здания друг над
другом в целях уменьшения количества стояков. К стоякам отвод-
ные трубы могут присоеди-
няться и с помощью косых
тройников (рис. 6.29, d). Для
присоединения унитаза не-
посредственно к стояку ис-
пользуются отводы-кресты
(рис. 6.29, ж). Двухпло-
скостная крестовина на стоя-
ках (рис. 6.29, з) использует-
ся для присоединения отвод-
ных линий 50 и 100 мм, рас-
положенных в разных плос-
костях.
Конструктивно диаметр
канализационных стояков
принимается одинаковым по
Рис. 6.29. Основные соединительные части
канализационных труб (обшиб вил):
<1 — косая арестовала; б — прямая крестовина,
в -колено; г — отвод 135°, 6 — косой тройник;
t отступ, ЗК CSTBOPrSJXCV, т — двухпло-
скосТная крестовина
198
всей высоте и равным наибольшему диаметру присоединяемых
отводных труб. Стояки размещают либо открыто у стен и перего-
родок (ближе к углу), или скрыто в монтажных шахтах кабин.
При тупиковой схеме и наличии не эксплуатируемого подва-
ла выпуски могут быть проложены по полу подвала на столбиках
или подставках с обеспечением плавных присоединений к стоякам
(двумя отводами по 135°) (рис. 6.30). Конструктивно диаметр вы-
пуска можно принять по большему диаметру присоединяемых сто-
яков. В двухподъездных зданиях обычно проектируется два выпус-
ка. При устройстве одного выпуска из здания, к которому присо-
единяются все стояки, его диаметр обязательно принимается по
расчету.
Для систем канализации с учетом требований прочности, кор-
розионной стойкости и экономии расходуемых материалов при-
меняют при самотечном режиме чугунные, асбестоцементные,
бетонные, железобетонные, пластмассовые и стеклянные трубы.
Но в жилых зданиях чаще всего применяются чугунные и пласт-
массовые трубы из поливинилхлорида (ПВХ) и из полиэтилена
высокой плотности (ПВП) Пластмассовые грубы соединяются
на сварке, с помощью клея на сильных растворителях и с помощью
раструбного соединения с резиновым уплотнением в виде кольца.
Номенклатура фасонных частей для пластмассовых труб ана-
логична номенклатуре уже рассмотренных чугунных соединитель-
ных частей. Чугунные раструбные трубы монтируются так, чтобы
Рис. 6.30. Монтаж выпуска и канализационного стояка*.
I — стоя»; 2 — ревизия; 3 — крепление стальным крючком под раструб; 4 — отвод с утлом 135’;
5 — пробка прочистки, б — забивка из смоляного каната, 7 — цементный раствор
199
Рнс. 6.31. Схема определения мини-
мальной глубины заложения выпуска
раструбы были обращены в
противоположную направле-
нию движения сточных вод сто-
рону. Выпуск пропускается че-
рез стену подвала, как это по-
казано па рис. 6.10.
Минимальная глубина за-
ложения выпуска может быть
определена: Н^^ — 0,3 м (до
низа трубы). Но при этом от верха трубы до поверхности земли
должно соблюдаться расстояние не менее 0,7 м, исходя из необ-
ходимости предохранения труб от механических (рис. 6.31) повреж-
дений.
Для прочистки внутренней канализационной сети применяют
ревизии и прочистки.
Стояки прочищают с помощью ревизий, которые располагаются
на стояках на высоте 1 метра от пола до центра ревизии и устанав-
ливаются на первом и последнем этажах, а также одна ревизия на
каждые три этажа (рис. 6.32, а, б).
Трубопроводы внутренней канализации прочищают с помощью
прочисток (рис. 6.32, в). Прочистки устанавливаются:
— в начале участков (по движению стоков) отводных труб при
числе присоединяемых приборов 3 и более:
— на поворотах сети;
— на прямолинейных участках
сети в зависимости от диаметра
труб: при d = 50 мм — 8 м, при
d= 100 - 150 мм 15 м.
Внутренняя система канализа-
ции, как и наружная, работает в са-
мотечном режиме с неполным напо-
лнением труб (см. рис. 3.8). Напол-
нение для диаметра труб 50 —
100 мм следует принимать:
0,8 >///£) >0,3,
а для D> 100 не более 0,6.
Скорость движения сточных вод
по трубам внутренней канализации
должна быть принята не менее «са-
моочищающей» скорости (для труб
d=150 мм включительно)
>0,7 м/с.
При движении сточных вод в тру-
бах скапливаются i азы. Для их уда-
а)
Ряс. 632. Ревизии и прочистки:
а, б — ревизия; в — орочпегкя,
I — резиновая прокладка, 2 —
крышка, 3— болты; 4 -заглушка;
200
ления предусматривается вентиляция канализационных стояков, ко-
торая осуществляется выводом канализационного стояка выше кро-
вли здания:
при плоской — 0,3 м;
при скатной — 0,5 м;
при эксплуатируемой — 3 м.
Диаметр вытяжной части канализационного стояка равен диаме-
тру его сточной части.
Допускается объединение поверху вытяжных частей канализаци-
онных стояков одной секции здания (но не более 6).
Выводимые выше кровли вытяжные части канализационных сто-
яков следует размещать от открываемых окон и балконов на рас-
стоянии не менее 4 м (по горизонтали).
Длина выпуска из здания считается от прочистки или ближайше-
го стояка до оси смотрового колодца и зависит от диаметра вы-
пуска:
d трубопровода, мм 50 100 150 и более
Длина выпуска, м ....._8 12 15
При необходимости проектирования большей длины выпуска
устраивается дополнительный смотровой колодец.
Водостоки предназначены для отвода дождевых и талых вод
с крыш зданий. Они делятся на наружные я внутренние. В современ-
ных зданиях устраиваются внутренние водостоки, отводящие воду
по трубопроводам, расположенным внутри здания. Они надежны
и просты в эксплуатации. Система внутренних водостоков состоит
из водосборных воронок, которые соединяются со стояками непо-
средственно или с помощью отводных (подвесных или подпольных)
трубопроводов, выпусков, устройств для прочистки и осмотра сети
(прочистки, ревизии, смотровые колодцы).
Водосточные воронки размещают на кровле здания. На плоских
неэксплуатируемых кровлях жилых зданий устанавливают одну во-
ронку на каждую секцию, размещая их по внутренней продольной
оси здания.
Стояки монтируют из стальных, асбестоцементных и пластмас-
совых труб в отапливаемых помещениях у стен, перегородок или
колонн, открыто или в бороздах стен, в коробах и шахтах.
Для прочистки водосточной сети также применяют ревизии
и прочистки, конструкции которых аналогичны применяемым во
внутренней канализационной сети. На водосточном стояке должна
предусматриваться установка ревизии (1 м от пола) и над отступом
(если таковой имеется). Для прочистки подпольной сети предусмат-
ривают прочистки при изменении направления сети, на прямых
участках на расстоянии не более 30 м друг от друга. Ревизии
устанавливаются в ревизионных колодцах.
201
Рис. 6.33. Схема выпусков внутреннего водостока здания:
а — в ливневую хаиалпзахдею, б - - то же. на отмостку (при расчетной температуре воздуха до
-«•су,
/ — водоприемная воронка; 2 — водосточный стояк; 3 - - бетонный упор; 4 теплоизоляция;
5 — цементная штукатурка
Выпуски отводят воду от стояка или объединяющей водосточной
сети на отмостку около здания или в наружные сети дождевой
канализации (закрытый выпуск) (рис. 6.33). При проектировании
открытого водостока в районах с низкими зимними температурами
на выпуске следует предусматривать установку гидрозатвора.
«.II. КОНСТРУИРОВАНИЕ ДВОРОВОЙ СИСТЕМЫ КАНАЛИЗАЦИИ
Дворовая канализация проектируется в пределах границы канали-
зования здания — красной линии и служит для транспортировки
сточных вод самотеком от канализационных выпусков здания в кон-
трольный колодец, а затем в колодец внутриквартальной или улич-
ной городской канализационной сети.
На рис. 6.34 показан пример проектирования дворовой канали-
зации.
Выпуски из здания проектируются в сторону дворового фасада (к
подъездам). Колодцы КК-1, КК-2 расположены в местах присо-
единения выпусков канализации, колодец КК-3 — установлен на
повороте линии сети. Колодец КК-4 является контрольным (рис.
6.34). На прямых и длинных участках смотровые колодцы размеща-
ют на расстоянии друг от друга:
35 м при d= 150 мм; 40 — 50 м при d> 150 мм.
202
Колодцы дворовой сети выполняют из сборных железобетонных
элементов диаметром 1 м.
Минимальное расстояние от стены здания до оси смотрового
колодца дворовой сети принимается 3 м в сухих грунтах и 5 м —
в мокрых.
Дворовая система канализации проектируется, как правило, из
керамических, асбестоцементных раструбных труб, а в просадочных
и вечномерзлых грунтах — из чугунных труб. Трубы разных диаме-
тров в колодцах дворовой сети канализации соединяются способом
«шелыга в шелыгу» (см. рис. 3.12). Напомним, что при таком
способе соединения труб в колодцах их верхние образующие имеют
одну отметку, а отметки лотков различаются на разность диамет-
ров этих труб. Поскольку в городском колодце уличного коллек-
тора (КК-5) дворовая канализация присоединяется к уличной сети
(которая значительно заглублена по сравнению с дворовой) выше-
указанным способом, чтобы не заглублять дворовую канализацию,
в контрольном колодце (КК-4), расположенном за 1,5 — 2 м от
красной линии со стороны здания, запроектирован перепад. Перепа-
ды устраивают по бетонному водосливу высотой до 0,3 м в виде
открытого лотка (открытый перепад) при большей высоте в виде
закрытого стояка с отводами того же диаметра, что и у подводяще-
го трубопровода. Трубы между колодцами должны иметь один
общий уклон (без перегибов) и быть одного диаметра.
Уклон дворовой сети при диметре труб 150 мм рекомендуется
принимать в пределах 0,0008 — 0,0015 в сторону уличного коллек-
тора Он должен обеспечивать движение расчетного расхода сто-
чных вод со скоростью не менее самоочищающей (V>0,7 м/с) при
соответствующем расчетном наполнении (0,3<Н/Р<0,6) для при-
нятого диаметра труб.
6.12. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТМЕТОК ЛОТКОВ ТРУБ
ДВОРОВОЙ КАНАЛИЗАЦИИ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СРЕДЫ EXCEL
Отметки лотков труб определяют для возможности составления
профиля канализационной сети.
Сначала выбирают расчетное направление сети от диктующего
колодца до контрольного, а затем до городского колодца уличной
сети. В качестве диктующего колодца может быть принять колодец,
к которому присоединяется выпуск из здания с минимальной глуби-
ной заложения и наиболее удаленный от колодца городской сети.
Для запроектированного варианта дворовой сети (рис. 6.34) в каче-
стве диктующего выбран колодец КК-1, к которому присоединяется
выпуск 1 из здания.
203
КК-1 0150; kW м 1=0,015 КК-2 0150; f=20 M;t=0,015
Рис. 6.34. Фрагмент генплана участка:
1 - даукподъсздное здание; 2 ввод водопровода; 3 дворовая н уличная
сети канализации К!;
КК-1. КК-2 яолодцы ва сета в месте присоединения выпусков из здания;
КК-3 — поворотный колодец; КК-4 кщпрочьный переоадной колодец; КК-
5 — колодец городхой уличной сети
Традиционная методика определения лотков труб достаточно
проста. Для составления профиля канализационной сети определя-
ют отметки лотков труб в колодцах. При этом необходимо знать
диаметр сети, ее уклон, расстояние между колодцами, рельеф мест-
ности.
Чтобы определить отметку лотка грубы в любом колодце
канализационной сети, необходимо от отметки лотка трубы в пре-
дыдущем колодце вычесть произведение длины участка — L на
его уклон — f. При определении отметок лотков труб следует
учитывать принятый способ соединения труб в колодцах. С ис-
пользованием среды Excel расчет отметок лотков труб еще более
упрощается.
Рассмотрим пример их определения для варианта дворовой сети
(рис. 6.34). Задача расчета состоит в определении необходимой
высоты перепада в контрольном колодце сети — КК-4, которая
удовлетворяла бы возможности присоединения дворовой сети
к уличной в колодце КК-5 способом «шелыга в шелыгу» с приня-
тым уклоном сети — 0,0015.
В рассматриваемой программе нужный перепад определяется
подбором из условия прихода дворовой канализации на глубину
канализационного колодца КК-5 городской уличной сети.
Примем в программе следующие обозначения колодцев:
КК-1- К1;
КК-2- К2;
204
Рис. 6.35. Программа в среде Excel профиля дворовой канализации
КК-3- КЗ;
КК-4- КК;
КК-5- КУС.
Включим компьютер, щелкнем кнопку ПУСК, указав в открыв-
шемся меню строку Программы, войдем в Excel, щелкнув дважды
в открывшемся меню строку Microsoft Excel.
В открывшейся таблице, в столбце А, начиная с ячейки А2,
заполним названия лотков по номерам колодцев, которые они
соединяют:
К1.К2
К2, КЗ
КЗ, КК,
КК, КУС, включая контрольный колодец (КК) и городс-
кой канализационный колодец уличной канализации (КУС) (рис.
6.35).
В столбцах В, С, D, начиная с ячеек В2, С2 и D2, соответственно,
укажем диаметры выбранных лотков этих участков, их уклон и дли-
ну участка. В столбце Е в ячейке Е2 укажем глубину левого (началь-
ного) конца участка KI, К2. Глубина правого конца лотка участка
KI, К2 вычисляется в ячейке F2 выполнением в ней команды
=E2+C2*D2 ENTER и соответствует увеличению глубины заложе-
ния лотка на величину, определяющуюся уклоном лотка и его
длиной.
205
Глубина левого (начального) конца лотка К2, КЗ в ячейке ЕЗ
вычисляется выполнением команды
=F2 ENTER.
Глубина укладки правого конца лотка К2, КЗ вычисляется в ячейке
F3 выполнением команды = E3+C3*D3 ENTER.
Участок КЗ, КК и последующий имеют такой же расход сто-
чных вод, как и участок К2, КЗ, и поэтому имеют тот же уклон, как
участок К2, КЗ.
В колодце КЗ изменения глубины лотков не происходит, поэто-
му вычисление глубины начального (левого) конца участка КЗ, КК
в ячейке Е4 производится выполнением команды
=F3 ENTER,
а правого конца участка КЗ, КК в ячейке F4 выполнением ко-
манды
=E4+C4*D4 ENTER.
В контрольном колодце происходит перепад глубины лотков,
приходящего и уходящего из колодца, неизвестаыи до окончания
построения.
Величину перепада будем вычислять в ячейке А7. Занесем в нее
пока нулевое значение. Вычислим глубину левого (начального) кон-
ца участка КК, КУС в ячейке Е5 выполнением команды
= F4+A7 ENTER,
учитывающей наличие перепада, хотя пока и нулевого.
Вычислим значение глубины правого конца лотка КК, КУС
в ячейке F5, сначала исходя из нулевого перепада в перепадном
колодце, выполнив команду
=E5+D5*C5 ENTER.
Полученное значение будет меньше глубины колодца уличной
канализационной системы, заданной в исходных данных.
Выделим ячейку А7, в которую было введено нулевое значение
перепада в контрольном колодце. Увеличим перепад в ячейке А7
до такого значения, чтобы глубина правого конца лотка КК,
КУС совпала бы с глубиной колодца уличной канализационной
системы. Если щелкнуть левой кнопкой мыши в любой свободном
ячейке экрана, то набранные ранее команды выполнятся, исходя из
нового значения перепада, и в ячейке F5 сразу появится новое
уточненное значение глубины правого конца лотка КК, КУС (см.
рис. 6.36).
206
Рис. 6.36. Результаты расчетов п среде Excel профиля дворовой канализации
Для построения диаграммы в столбце G укажем вычисленные
глубины всех колодцев со знаком минус. Для этого выполним
в ячейке G2 команду
= —Е2 ENTER,
в ячейке G3 команду
=-ЕЗENTER,
в ячейке G4 команду
= -Е4 ENTER,
в ячейке G5 команду
= —Е5 ENTER,
в ячейке G6 команду
= —Е6 ENTER.
Щелкнем кнопку Мастер диаграмм. Укажем тип Гистограм-
ма и щелкнем кнопку диалога Далее. В качестве диапазона пост-
роения диаграммы укажем ячейки G2:G6 и щелкнем кнопку Го-
тово. Получим диаграмму глубин колодцев. Меняя величину пере-
пада в ячейке А7, увидим изменение глубины колодцев на диаг-
рамме.
207
Сделанную программу сохранить, щелкнув Файл меню в верхней
части экрана, а затем в открывшемся нисподакицем меню строку
Сохранить как, набрав имя нужной папки и имя файла и отве-
тив ОК. Для определения отметок лотков груб в колодцах
необходимо из проектных отметок земли (у колодцев) вычесть
полученные в результате расчета глубины колодцев.
По полученным в результате расчета данным составляют про-
филь дворовой канализационной сети (рис. 6.37).
208
При его составлении обычно принимают горизонтальный масш-
таб по генплану, а вертикальный может быть принят 1:50, 1:100
или 1:200.
Контрольные вопросы
1. Какие системы водоснабжения здания вы знаете?
2. При каких условиях в здания проектируется тупиковая схема водопровода
с нижней разводкой?
3. Какие способы монтажа санитарно-технического оборудования применяются
в настоящее время?
4. С каким уклоном рекомендуется прокладывать ввод водопровода в здание?
5. Как определить минимальную глубину заложения ввода?
6. Какие способы врезки ввода в наружную стальную водопроводную магист-
раль вы знаете?
7. Где в здании (при тупиковой схеме с нижней разводкой) расположены водо-
мерный узел, разводящая водопроводная магистраль?
8. Где при монтаже труб в сантехкабвнах располагаются водопроводные сто-
яки?
9. Зачем необходима теплоизоляция водопроводных труб?
10. Из каких материалов проектируется внутренний водопровод здания?
П. От чего зависит количество устанавливаемых в здании поливочных кранов?
12. Зачем санитарно-технические приборы оборудуются гидрозатъорами?
13. Как и зачем осуществляется вентиляция внутренней канализационной сети?
14. Как конструктивно определяется диаметр канализационных стояков?
15. Как определить минимальную глубину заложения канализационного выпус-
ка из здания?
16. Дайте характеристику материалов труб внутренней канализации.
17. Где на канализационных стояках следует предусматривать ревизии?
18. Где и зачем устанавливаются на внутренней канализационной сети про-
чистки?
19. На каком минимальном расстоянии от стены здания в сухих грунтах проек-
тируются колодцы дворовой канализации?
20. С какой целью в контрольном колодце дворовой сети проектируется пере-
пад? От чего зависит его конструктивное решение?
Раздел IL Теплогазоснабмсение и вентиляция
ГЛАВА 7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
Термодинамика — наука, изучающая превращение энергии в раз-
личных процессах, сопровождающихся тепловыми эффектами. Ме-
тоды термодинамики основаны на универсальном законе приро-
ды — законе сохранения энергии.
Каждая система характеризуется рядом величин, которые приня-
то называть термодинамическими параметрами.
Давление обусловлено взаимодействием молекул рабочего тела
с поверхностью, численно равно силе, действующей на единицу
площади поверхности тела по нормали к ней. В соответствии с мо-
лекулярно-кинетической теорией давление газа определяется соот-
ношением
где п — число молекул в единице объема; т — масса молекулы;
с2 — средняя квадратичная скорость.
В международной системе единиц (СИ) давление выражается
в паскалях (1 Па= I н/м2).
Температурой называется физическая величина, характеризу-
ющая степень нагретости тела. С молекулярно-кинетической точки
зрения температура есть мера интенсивности теплового движения
молекул. Численное значение связано с величиной средней кинети-
ческой энергии молекул
где к — постоянная Больцмана, равная 1,380662-10"23 Дж/К. Тем-
пература Т называется абсолютной.
В системе СИ единицей температуры является Кельвин (К);
на практике широкое распространение получил градус Цельсия
(°C).
210
Соотношение между абсолютной температурой и стоградусной
температурой t имеет вид:
/+273,15.
Удельный объем V - это объем единицы массы вещества. Если
однородное тело массой М нанимает объем V, то по определению
v= V[M, единица удельного объема 1 м3/кг
Переход энергии одного вида в другой происходит ио закону
эквивалентности, т. е. определенному количеству энергии данною
вида всегда соответствует одно и то же количество энергии другого
вида. Эквивалентность между теплотой и работой выражается урав-
нением
или
Q=AL
LEQ,
где L — работа, перешедшая в теплоту, кгсм; Q — теплота, полу-
ченная за счет работы, кДж; А — коэффициент пропорционально-
сти, называемый термическим эквивалентом; Е — механический эк-
вивалент теплоты.
Термодинамический процесс, состоящий из непрерывного ряда
равновесных состояний, называется равновесным. Первое начало
термодинамики устанавливает количественную зависимость между
подводимой к системе т еплотой, ее внутренней энершей и соверша-
емой системой работой. Таким образом, первый закон термодина-
мики можно сформулировать так: вся теплота, подводимая к систе-
ме, расходуется на изменение внутренней энергии системы и на
совершение внешней работы.
Для исследования в термодинамике используют Р ^-диаграмму,
в которой осью абсцисс служит удельный объем, а осью ординат
давление. Для удобства термо-
динамических расчетов вводит-
ся новый параметр состояния
рабочего тела энтропия.
Очень важным вопросом те-
плотехники является подсчет
теплоты, подведенной к двига-
телю и отведенной от него.
Этот вопрос легко решается
графически в /’^диаграмме
рис. 7.1.
При изменении состояния
газа меняются его параметры.
Рис. 7 1 Термодинамический процесс
на ТХ-дпаграмме
211
Сделанную программу сохранить, щелкнув Файл меню в верхней
части экрана, а затем в открывшемся нисподающем меню строку
Сохранить как, набрав имя нужной папки и имя файла и отве-
тив ОК. Для определения отметок лотков труб в колодцах
необходимо из проектных отметок земли (у колодцев) вычесть
полученные в результате расчета глубины колодцев.
По полученным в результате расчета данным составляют про-
филь дворовой канализационной сети (рис. 6.37).
208
При его составлении обычно принимают горизонтальный масш-
таб по генплану, а вертикальный может быть принят 1:50, 1:100
или 1:200.
Контрольные вопросы
1. Какие системы водоснабжения здания вы знаете?
2. При каких условиях в здании проектируется тупиковая схема водопровода
с нижней разводкой?
3. Какие способы монтажа санитарно-технического оборудования применяются
в настоящее время?
4. С каким уклоном рекомендуется прокладывать ввод водопровода в здание?
5. Как определить минимальную глубину заложения ввода?
6. Какие способы врезки ввода в наружную стальную водопроводную магист-
раль вы знаете?
7. Где в здании (при тупиковой схеме с нижней разводкой) расположены водо-
мерный узел, разводящая водопроводная магистраль?
8. Где при монтаже труб в сангехкабинах располагаются водопроводные сто-
яки?
9. Зачем необходима теплоизоляция водопроводных труб?
10. Из каких материалов проектируется внутренний водоггровод здания"?
11. От чего зависит количество устанавливаемых в здании поливочных кранов?
12. Зачем санитарно-технические приборы оборудуются гидрозатворами?
13. Как и зачем осуществляется вентиляция внутренней канализационной сети?
14. Ках конструктивно определяется диаметр канализационных стояков?
15. Ках определить минимальную глубину заложения канализационного выпус-
ка из зданий?
16. Дайте характеристику материалов труб внутренней канализации.
17. Где на капа.шзационных стояках следует предусматривать ревизия?
18. Где и зачем устанавливаются на внутренней канализационной сети про-
чистки?
19. На каком минимальном расстоянии от стены здания в сухих грунтах проек-
тируются колодцы дворовой канализации?
20. С какой целью в контрольном колодце дворовой сети проектируется пере-
пад? От чего зависит его конструктивное решение?
Раздел И. Тепло газоснабжение и вентиляция
ГЛАВА 7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
Термодинамика — наука, изучающая превращение энергии в раз-
личных процессах, сопровождающихся тепловыми эффектами. Ме-
тоды термодинамики основаны на универсальном законе приро-
ды — законе сохранения энергии.
Каждая система характеризуется рядом величин, которые приня-
то называть термодинамическими параметрами.
Давление обусловлено взаимодействием молекул рабочего тела
с поверхностью, численно равно силе, действующей на единицу
площади поверхности тела по нормали к ней. В соответствии с мо-
лекулярно-кинетической теорией давление газа определяется соот-
ношением
где п — число молекул в единице объема; т — масса молекулы;
сг — средняя квадратичная скорость.
В международной системе единиц (СИ) давление выражается
в паскалях (1 Па= 1 н/м2).
Температурой называется физическая величина, характеризу-
ющая степень нагретости тела. С молекулярно-кинетической точки
зрения температура есть мера интенсивности теплового движения
молекул. Численное значение связано с величиной средней кинети-
ческой энергии молекул
те2 3, _
—=-*Т,
2 2
где к — постоянная Больцмана, равная 1,380662'10 23 Дж/К. Тем-
пература Т называется абсолютной.
В системе СИ единицей температуры является Кельвин (К);
на практике широкое распространение получил градус Цельсия
CQ.
210
Соотношение между абсолютной температурой и стоградусной
температурой t имеет вид:
Т= г+273,15.
Удельный объем V это объем единицы массы вещества. Если
однородное тело массой М занимает объем У, то по определению
ю= У/M, единица удельного объема 1 мэ/кг.
Переход энергии одного вида в другой происходит по закону
эквивалентности, т. е. определенному количеству энергии данного
вида всегда соответствует одно и то же количество энергии другого
вида. Эквивалентность между теплотой и работой выражается урав-
нением
Q=AL
или
L=EQ,
где L — работа, перешедшая в теплоту, кге м; Q — теплота, полу-
ченная за счет работы, кДж; А — коэффициент пропорционально-
сти, называемый термическим эквивалентом; Е — механический эк-
вивалент теплоты.
Термодинамический процесс, состоящий из непрерывного ряда
равновесных состояний, называется равновесным. Первое начало
термодинамики устанавливает количественную зависимость между
подводимой к системе т еплотой, ее внутренней энергией и соверша-
емой системой работой. Таким образом, первый закон термодина-
мики можно сформулировать так: вся теплота, подводимая к систе-
ме, расходуется па изменение внутренней энергии системы и на
совершение внешней работы.
Для исследования в термодинамике используют PF-диаграмму,
в которой осью абсцисс служит удельный объем, а осью ординат
давление. Для удобства термо-
динамических расчетов вводит-
ся новый параметр состояния
рабочего тела — энтропия.
Очень важным вопросом те-
плотехники является подсчет
теплоты, подведенной к двига-
телю и отведенной от него.
Этот вопрос легко решается
г рафически в /^-диаграмме
рис. 7.1.
При изменении состояния
таза меняются его параметры.
Рис 7.1. Термодинамический процесс
на TS диаграмме
211
Изменение состояния связано с подводом к газу или отводом от
него теплоты и с механическими воздействиями на газ.
Изохорный процесс. При изменении состояния газа по изохоре
его удельный объем остается постоянным. Уравнение процесса
V=const.
В координатах PV изохора изображается вертикальной линией:
при нагревании направленной вверх, при охлаждении — вниз.
Изобарный процесс протекает при постоянном давлении. В PV-
диаграмме изобара изображается прямой линией, параллельной оси
абсцисс.
Изотермический процесс протекает при постоянной т емпературе
(7’=const7).
В соответствии с уравнением состояния для идеального газа
получим
PV=RT= const.
Адиабатный ироцесс. Выше были рассмотрены процессы измене-
ния состояния газа с обязательным подводом к нему или с отводом
от него теплоты. При адиабатном изменении состояния газа до-
пускают, что к нему не подводят и от него не отводят теплоту.
Процессы же расширения и сжатия газа протекают только вследст-
вие изменения его внутренней энергии.
В реальных условиях адиабатический процесс получить нельзя.
Политропным процессом называется процесс, все состояния кото-
рого удовлетворяют условию
PV=const,
где п — постоянное для данного процесса число, называемое пока-
зателем политропы, он может принимать любые значения.
Изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы
идеального газа являются частным случаем политропного.
Процессы, в которых рабочее тело, пройдя ряд различных состо-
яний, возвращается в исходное состояние, называются круговыми
процессами или циклами. Циклы бывают прямые и обратные. Пря-
мые циклы осуществляются в тепловых машинах, в которых тепло-
та переходит в работу, а обратные в холодильных установках, где
работа переходит в теплоту. Если процессы, входящие в цикл,
равновесные и обратимые, то цикл обратимый.
Полезная за цикл эквивалентна площади, ограниченной верхней
и нижней кривыми на рис. 7.2, равна
212
ce=e. а-
Формулировка второго закона
термодинамики гласит: теплота
не может самопроизвольно пере-
ходить от более холодного тела
к более нагретому (Клаузиус),
и третья формулировка второго
закона термодинамики (Карно):
там, где есть разница температур,
возможно совершение работы.
Цикл Карно. Цикл Карно об-
Рис. 7 2. Круговой процесс на PV-
диаграмме
ратим, он состоит из четырех процессов: двух изотермических
и двух адиаба тических (рис. 7.3).
Термический КПД цикла Карно определяется по формуле
Термический КПД цикла Карно больше КПД произвольного
цикла. Этот факт формулируется во второй теореме Карно: об-
ратимый цикл Карно является наивьн однейшим в заданном ин-
тервале температур.
Термодинамика и теплопередача составляют основы теплотех-
ники. Теплота самопроизвольно переносится от горячего тела к хо-
лодному. Теплопередача изучает закономерности распределения те-
плоты. В зависимости от физического механизма переноса различа-
ют три элементарных способа передачи теплоты:
Теплопроводность — это процесс переноса теплоты, осуществля-
емый микрочастицами тела (молекулами, атомами, электронами),
имеющими различную энергию и обменивающимися ею при своем
движении и взаимодействии.
Рис, 7.3. Цикл Карно на PV- и Т.У-диасраммах
213
Конвекция — это перенос теплоты движущейся массой жидкости
или газа из области с одной температурой в область с другой.
Тепловое излучение — это процесс передачи внутренней энергии
тела в виде энергии излучения.
Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью, этот
процесс называют конвективным теплообменом. В реальных усло-
виях передача теплоты происходит тремя способами одновреме-
нно.
Совокупность значений температуры во всех точках рассмат-
риваемого тела в данный момент времени называют температур-
ным полем. Если температура любой точки тела неизменна во
времени, поле называют стационарным.
Поверхность внутри тела или на его границах, имеющую оди-
наковую температуру, называют изотермической.
Тепловой поток. Количество теплоты (Дж), проходящее через
изотермическую поверхность F в единицу времени (1 с), называют
тепловым потоком q (Вт). Тепловой поток, проходящий через еди-
ницу площади (1 м2), называют плотностью теплового потока
(Вт/м2).
Закон Фурье — основной закон теплопроводности. Чем резче
изменяется температура в теле, т. е. чем больше градиент тем-
пературы, тем больше тепловая нагрузка переносится теплопровод-
ностью,
q=— Agradt (7.1)
здесь знак минус показывает, что векторы q и grad/ направлены
по одной прямой в противоположные стороны; Л — коэффициент
теплопроводности материалов. Например, если теплопро-
водность стали Я=50 Вт/(мК), это означает, что при изменении
температуры на расстоянии I м на 1 К через 1 м2 изотермиче-
ской поверхности внутри стали проводится тепловая мощность
50 Вт
Теплопроводность плоской стенки. Пусть температура в стенке
(рис. 7.4) изменяется только в направлении оси х. Изотермические
поверхности представляют собой плоскости, перпендикулярные оси
х. Тогда закон Фурье примет вид
q= -iAtfbx.
При этом тепловая нагрузка q постоянна, т. е. не изменяется от
одного сечения х к другому х+Ах. Из уравнения (7.1) следует, что
градиент температуры htjLx также остается постоянным вдоль оси
х. Таким образом график изменения температуры стенки вдоль оси
214
х представляет собой прямую линию.
В этом случае
grad/=А//Дх= (6—/1 )/й (7.2)
Из этого уравнения следует, что темпера-
тура изотермической поверхности, нахо-
дящейся на расстоянии х от начала коор-
динат,
Рис. 7.4- Теплопроводноса,
плоской степки
г=/1-(/|-/2)х/г
Из уравнений (7.1) и (7.2) плотность теп-
лового потока
Величину «5/Л К/(Вт/м2) называют термическим сопротивлением.
Тепловой поток, передаваемый через площадь F стенки,
Единство процессов переноса теплоты конвекцией и теплопрово-
дностью в изотермическом потоке жидкости или газа называю!
конвективным теплообменом. На практике чаще всего интересуют-
ся конвективным теплообменом между жидкостью (газами) и стен-
кой канала, в котором она течет. Конвективный теплообмен между
стенкой и жидкостью (на стенке) называют теплоотдачей. Количе-
ственно интенсивность теплоотдачи характеризуется коэффициен-
том теплоотдачи а, Вт/(м2 • К), определение которого дает закон
Ньютона — Рихмана:
а=qlkt^=QJFbt^
где Яс — плотность теплового потока на поверхности, Вт/м2; А/Ж.с=
=tc— /ж или А/жл:=/ж—4 — температурный напор между стенкой
и жидкостью, К; Qc — тепловой поток на стенке, Вт: F - площадь
поверхности теплоотдачи, м2.
Уравнения, описывающие процесс конвективного теплообмена
и теплоотдачи, очень сложны; во многих случаях их по удается
решить. Поэтому теплоотдачу изучают в лабораториях эксперимен-
тально. При этом надо уметь обоснованно переносить результаты
единичного опыта на многие другие случаи, встречающиеся в прак-
тике. Эго удается сделать с помощью теории подобия
215
Ряс. 7.5. Характер течения и теплоотдачи в трубе
На плоской поверхности тела образуется гидродинамический
пограничный слой. При теплоотдаче при вынужденном течении
жидкости в трубах, на начальном участке (рис. 7.5) гидродинамичес-
кий и тепловой пограничные слои нарастают вдоль трубы и смыка-
ются на ее оси. Участок на котором происходит смыкание на оси
трубы теплового пограничного слоя, называются начальным участ-
ком тепловой стабилизации. На этом участке теплоотдача а умень-
шается вдоль трубы, так как растет толщина пограничного слоя 6.
В стабилизационной зоне х^еит, теплоотдача а вдоль трубы не
изменяется.
Теплоотдача при вынужденном омывании пучков труб. В теплооб-
менниках часто используют пучки труб, омываемых с наружной
поверхности однофазным потоком жидкости. Пучки бывают кори-
дорные и шахматные.
Все тела излучают электромагнитные волны. Излучение, причи-
ной которого является возбуждение атомов и молекул вещества
вследствие их теплового движения, называется тепловым. Лучистый
поток — это энергия излучения (Дж), проходящего в единицу вре-
мени (с) через поверхность F во всех направлениях пространства
Поток, проходящий через единицу поверхности, называют плот-
ностью потока излучения
Е=ДС/ДГ(Вт/м2).
Часть энергии Ети, падающей на тело, поглощается Eh, часть
отражается Ек и часть проникает сквозь него Еа и таким обра-
зом
^гад. = Ал + Ек + Ев.
Величина А=Ел]Евш называется коэффициентом поглощения, R—
=Ер1Етл — коэффициентом отражения, д=£'в/£'„яд коэффициен-
том пропускания. Тело, пот л отдающее все подающее на нею излуче-
ние, называется абсолютно черным. Для этого тела А= I. Тела, для
которых коэффициент А<1, называются серыми. Для абсолютно
белого тела R— 1, для абсолютно прозрачно! о д — 1.
216
Закон Кирхгофа. При термодинамическом равновесии отноше-
ние излучательной способности тела к его поглощательной способ-
ности не зависит от природы тела, а является одинаковой для всех
тел функцией температуры и равно излучательной способности
абсолютно черного тела при той же температуре:
Д/Л=E2IA^E0IAts=Ea=j{T}-
В многочисленных теплообменных устройствах, применяемых
в любой области промышленности, основным рабочим процессом
является теплообмен между теплоносителями. Такой теплообмен
называют теплопередачей:
q=k(h-t^.
Величину к называют коэффициентом теплопередачи Вт(мг °C),
а величину, обратную коэффициенту теплопередачи, называют пол-
ным термическим сопротивлением теплопередачи:
1/Л=1/а1+й/Л+1/а2.
Контрольные вопросы
1. Какие законы природы рассматриваются технической термодинамикой?
2. Что следует понимать под реальными и идеальными газами?
3. Назовите основные параметры состояния газа.
4. Что такое термодинамический процесс?
5. Что такое внутренняя энергия рабочего тела и от чего она зависит?
6. Назовите основные процессы изменения состояния идеальных газов.
7. Назовите способы переноса теплоты в пространстве и теплообмена между
телами.
8- Что представляет собой процесс теплопроводности?
9. Какой процесс теплообмена называется теплопередачей?
ГЛАВА 8. ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ
8.1. ТОПЛИВО. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОПЛИВЕ
В настоящее время твердое и газообразное топливо использует-
ся, как правило, в естественном состоянии, жидкое топливо исполь-
зуется в качестве конечного продукта переработки исходного сы-
рья — нефти.
Состав топлива. Рабочим называется состав, включающий все
компоненты топлива, т. е. горючие, балластные и влагу. Состав
топлива задается в % (весовых для твердого и жидкого и объемных
для газового). Ценность топлива определяется содержанием в нем
горючих элементов, главными из которых являются углерод С и во-
дород Н. Горючей является также часть серы S2, однако ее содержа-
ние во всех видах топлива невелико (1...3%). Негорючие состав-
ляющие образуют балласт, подразделяющийся на пассивный и ак-
тивный. Пассивный балласт представлен компонентами, которые
в процессе горения не выделяют теплоту’ — азотом N, кислородом
О, негорючей частью серы а также золой А.
Активным балластом является влага W, которая в процессе
горения требует затраты теплоты на переход из жидкого в парооб-
разное состояние. Помимо рабочего, различают сухой (без влаги)
и горючий (включающий только горючие компоненты) составы
топлива.
Основной теплотехнической характеристикой топлива является
теплота сгорания — количество теплоты, выделяющейся при сжи-
гании 1 кг твердого (или жидкого) топлива или 1 м3 газообразного
топлива.
Высшей теплотой сгорания Q* называют количество выделив-
шейся теплоты, включая теплоту, затраченную на испарение влаги
топлива. Низшая теплота отличается от высшей тем, что не
учитывает теплоту парообразования. Для сравнения различных ви-
дов топлива введено понятие «условное топливо», низшая теплота
которого составляет 29300 кДж на 1 кг твердого (или жидкого) или
на 1 м3 газообразного топлива. В соответствии с этим каждому
топливу свойствен свой тепловой эквивалент 3^=^/29300.
Из твердых топлив наиболее распространены угли, подразделя-
ющиеся на бурые, каменные и антрациты. Бурые угли самые моло-
дые, они содержат наибольшее количество летучих веществ и золы,
характеризуются низкой теплотой сгорания. Каменные угли средне-
го геологического возраста имеют содержание углерода 40...70%,
теплота их сгорания составляет 23 103...27 • 103 кДж/кг. Наиболее
218
старый вид угля — антрацит имеет наибольшее содержание углеро-
да (до 90%) и теплоту сгорания 25'103...30' 103 кДж/кг.
Угли классифицируются -по размеру кусков, мм: плита —
более 100, крупный 50—100, орех 25...50, мелкий 13—25, семечко
6...13, штыб менее 6; по содержанию летучих веществ: ант-
рацит менее 9%, каменные угли —- более 9%, бурые угли — от 9 до
40%.
В качестве жидкого топлива используется мазут, который почти
целиком состоит из горючих веществ (С—84... 87%, Н = 11—13%)
и имеет теплоту сгорания 38 • 103...39,50'103 кДж/кг.
Газообразное топливо — природный газ так же, как мазут, со-
стоит почти целиком из горючих компонентов — метана СИ;, угле-
водородов С2Н6, СзН8, С Jim, CjH12. Теплота сгорания природного
газа составляет 35'103...36'103 кДж/м3.
8.2. ПРОЦЕССЫ ГОРЕНИЯ. КЛАССИФИКАЦИЯ
И ХАРАКТЕРИСТИКА ТОПОЧНЫХ
УСТРОЙСТВ
Для обеспечения устойчивого зажигания и горения топлива не-
обходимо: 1) поддержание температуры выше порога воспламене-
ния топлива, 2) подача в зону горения необходимого количества
воздуха, 3) отвод образовавшихся продуктов сгорания. Температу-
ра воспламенения зависит от содержания в топливе легковоспламе-
няющихся летучих веществ и составляет: для дров и торфа
250—300 °C, для каменных углей 450—500 °C, антрацита
600—700 °C, мазута 500 °C, природного газа 600—700 °C.
Горение топлива может организовываться двумя способами: а)
в зону горения подается предварительно подготовленная топливо-
воздушная смесь; б) в зону горения топливо и воздух поступают
отдельными потоками. Характер горения зависит также от вида
топлива. В случае сжигания газообразного топлива смешение его
с окислителем и горение происходит в объеме и имеет место гомо-
генный процесс горения. При сжигании твердого и жидкого топлива
горение осуществляется на поверхности частиц и называется гетеро-
генным.
В том случае, когда топливо подается в зону горения пред-
варительно смешанное с воздухом, реализуется кинетический про-
цесс горения. Если воздух подается в топку отдельно от топлива
и смешивается с ним в процессе горения, то процесс имеет диффузи-
онный характер. В большинстве топочных процессов организуется
смешанный кинстически-диффузионный процесс, в котором часть
необходимого для горения воздуха заранее смешивается с возду-
хом, называемый первичным, а другой (вторичный воздух) подво-
дится в зону горения.
219
Количество необходимого для горения воздуха определяется
материальным балансом процесса окисления горючих элементов
топлива. Применительно к твердому и жидкому топливу эти урав-
нения могут быть представлены следующим образом.
C+O2+3,76N2=CO2+3,76N2 (8.1)
или в молекулярной форме
12+2 16+3,76 -2 14=(12+2 16)+3,76 2 14, (8.2)
отсюда на 1 кг С приходится
(2 16+3,76 28)/12= 11,46 кг (8.3)
или 8,89 м3 воздуха
2H2+O2+3,76N2=2H2O+3,76N2 (8.4)
2 2+2-16+3,76 2 14=2(2+16)+3,76 2 14, (8.5)
отсюда на 1 кг Н2 приходится
(2 16 + 3.76 28)/(2 2)=34,4 кг (8.6)
или 26,5 м3 воздуха.
Так как состав топлива задается в процентах, получаем, что
объем воздуха Ув, необходимый для сжигания углерода и водорода
топлива, составит
Го=0,0889(С1,+0,265Яр). (8.7)
Соответственно при сгорании 1 кг С получается (12+2-16)/12=
=3,67 кг или 3,67/1,966=1,866 м3СО2, при сгорании 1 кг Н2 получа-
ется 2(24 16)/2=18 кг или 18/0,804=22,4 м3 Н2О.
Аналогично определяется объем азота в продуктах сгорания.
Топочные устройства. Сжигание твердого топлива в котлах небо-
льшой и средней мощности производится в слое. Котлы мощ-
ностью до 1...1,5 МВт могут работать с ручным забросом топлива
на неподвижную колосниковую решетку (рис. 8.1, а). Процесс горе-
ния в таких немеханизированных топках имеет циклический харак-
тер: порция заброшенного топлива подсушивается, разогревается,
выделяются и загораются летучие, затем горит твердый остаток,
производится сброс шлаков (в зольник или через дверцу в пред-
топок). Применение механизированного заброса топлива враща-
ющимся забрасывателем (рис. 8.1, б) в топках котлов мощностью
до 6...7 МВт делает процесс сжигания непрерывным: в каждый
момент времени по длине решетки одновременно осуществляются
220
все стадии горения от подсушки свежезаброшенного топлива до
дожигания остатка. Другим вариантом механизации процесса в гон-
ках с неподвижной колосниковой решеткой является применение
периодически движущейся шурующей планки (рис. 8.1, в), представ-
ляющей собой трехгранную балку с крутым передним и пологим
задним скосом. Планка при прямом ходе проталкивает топливо из
бункера на решетку и сбрасывают шлак в бункер, а при обратном
ходе шурует слой.
В топке с движущейся колосниковой решеткой прямого хода
(рис. 8.1, г) топливо поступает на решетку из бункера самотеком
и перемещается к задней стенке, проходя по пути последовательно
все стадии горения, и у задней стенки шлак сбрасывается в бункер.
В цепной решетке обратного хода (рис. 8.1, д) топливо забрасывает-
ся к задней стенке и движется к передней стенке В топках с движу-
щейся решеткой в каждой зоне происходи! определенная стадия
прения топлива. Воздух для горения подается под решетку вен-
тилятором, причем наибольшее его количество направляется в сред-
нюю зону интенсивного горения, а в крайние зоны начального
разогрева топлива и догорания остатков подается меньшее его
количество
е 1'18 Л ». Й
Рис 8.1. Схемы топочных устройств для слоевого сжигания твердого топлива:
а — с неподвижной колосниковой решеткой и ручной загрузкой топлива, б — с забрасывателем
на неподвижную колосниковую решетку, л — с шурующей плавкой, г — с движущейся решеткой,
h — с забрасывателем ня движущуюся решетку;
I — колосниковая решетка, 2 — загрузочная дверца. 3 - поддувало, 4 — забрасыватель, 5 —
шлаковый бункер, б — топливный бункер. 7 — регулятор толщины слоя. S — шурующая планка
9 — подача воздуха
221
Во всех слоевых топках реализуется диффузионный принцип
сжигания — скорость горения определяется скоростью подвода
воздуха к поверхности горения, которой в слоевых топках является
поверхность кусков топлива, относительно небольшая по величине.
В котлах большой мощности твердое топливо сжигают измельчен-
ным до пылевидного состояния (рис. 8.2, й). Наружная поверхность
при размоле многократно увеличивается, что позволяет сжигать
в единицу времени большее количество топлива. Горение пылевид-
ных частиц распределено в объеме топочного пространства, а не
ограничено плоским зеркалом горения, как в слоевых топках. Схема
пылеприготовления показана на рис. 8.2, а. Нагретый в воздухопо-
догревателе 8 воздух вентилятором 7 подается в углеразмольную
мельницу I. Готовая пыль вместе с более крупными частицами
выносится в сепаратор 2, в котором крупные частицы отделяются
и возвращаются па домол в мельницу. Готовая пыль выносится
воздухом в циклон J, в котором отделяется от воздуха и ссыпается
в короб подачи дутьевого воздуха и далее в горелку 5, в которую
дутьевым вентилятором 4 поступает основной поток горячего воз-
духа.
Размол твердого топлива производится в мельницах: бурого
и мягких каменных углей в шахтных, твердых каменных углей
и антрацита в шаровых барабанных. В обоих случаях для облег-
чения размола процесс совмещается с сушкой угля горячим воз-
духом или дымовыми газами. На рис. 8.2, б показана углеразмоль-
ная шахтная мельница. На дне вертикальной шахты вращаются
насаженные на ось била молоткового типа. Сверху в шахту пода-
ется горячий воздух и топливо, готовая пыль выносится воздухом
в горелочную амбразуру, на выходе из которой и осуществляет-
ся горение. Достоинством шахтных мельниц является предель-
ная простота схемы пылеприготовления, а недостатком — быст-
рый износ бил и необходимость частой остановки котла для их
замены.
На рис. 8.2, в показана шаровая барабанная мельница. Она
представляет собой слегка наклонный к горизонту цилиндрический
барабан, изнутри покрытый толстой волнистой броней и загружен-
ный чугунными шарами. При вращении барабана шары захватыва-
ются волнистыми выступами на высоту выше оси барабана и при
падении размалывают куски угля, поступающего из бункера. По
осевому патрубку в мельницу подается горячий воздух или топоч-
ные газы, которые сушат уголь и выносят готовую пыль в сепара-
тор, в котором отделяются крупные частицы и возвращаются на
домол в мельницу. Готовая пыль вместе с воздухом поступает
в горелку.
Сжигание в пылевидном состоянии производится в камерных
топках.
222
Рис. 8.2. Схема пыленриготовжния и конструкции углеразмольяых мельвиц:
а —общая схема пылепрпготсепентис 1—мельница, 2 —сепаратор, 3 — циклов, 4— вен-
тилятор подачи воздуха в горелку, 5 — горелка; б, г — схемы устройства шахтных молотковых
мельниц: аксиальной (б) и тангендвальной (г): 1 — короб горячего воздуха, 2 — ввод горячего
воздуха, 3 —ротор с молотками, 4 —- подача угля, 5 — корпус, 6 —шахта, 7 — электродвига-
тель; в — схема устройства шаровой мельницы: 1 — подача топлива, 2— корпус, 3 — сепаратор
пыля, 4 — выход готовой пыли, 5 — члежтродЕитагель
Передача теплоты от продуктов сгорания к теплоносителю
в трубах во всех конструкциях современных котлов осуществляется
последовательно в радиационных и конвективных поверхностях
нагрева. В топках котлов при сгорании топлива развивается высо-
кая температура и согласно закону излучения, по которому его
мощность пропорциональна четвертой степени температуры газов,
передача теплоты осуществляется радиационным способом. Повер-
хности нагрева в топке располагаются на ее стенках и являются
экранами, защищающими обмуровку от перегрева. В топках газы
охлаждаются до t = 1200... 1300 К, при этих температурах интенсив-
ность теплопередачи излучением снижается и дальнейшее охлажде-
ние газов производится непосредственным их контактом с теплооб-
менными трубами конвективным способом в пучке труб, занима-
ющем весь теплообменный объем.
8.3. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.
КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
Тепловой баланс представляет собой распределение введенной
теплоты сгорания топлива между полезно использованной в уста-
новке теплотой и тепловыми потерями согласно соотношения
100 = 91 +?2+9з+?4+9з+?в, (8.8)
где ft — полезно воспринятая теплота, q2 — потери с уходящи-
ми газами, q3, qt — потери от химического и механического недо-
жога, 9, — потери в окружающую среду, q6 — с очаговыми остат-
ками.
Коэффициент полезного действия котельной установки rfa пред-
ставляет собой отношение полезно воспринятой теплоты б„ол к
затраченной бэатр- Для парового котла он определяется из фор-
мулы
(8-9)
для водогрейного котла
(8.Ю)
гдеЛ0> G. — расход, кг/ч: пара и нагреваемой воды; in, in.„ — энталь-
пии, кДж/кг: пара и питательной воды, ть т2 — температура воды
на входе и выходе котла, Вг, бр — расход, кг/ч, и располагаемая
теплота топлива, кДж/кг (твердое и жидкое топливо), кДж/м3 (газо-
образное), сЕ — теплоемкость воды, кДж/кгК.
Величина коэффициента полезного действия необходима для
определения расхода топлива котлом Вт.
224
Значение t]ry согласно уравнениям (8.9), (8-10) называется КПД
по прямому балансу и может быть определено в результате испыта-
ния конкретной установки, при котором измеряются расходы топ-
лива В,, пара Dn или воды G„ a определяется по элементному
составу топлива или по справочным данным.
Во многих случаях при испытаниях нет возможности определить
расходы топлива или количества пара (воды). Это в особенности
относится к установкам, работающим на твердом топливе, для
которых измерение расхода топлива возможно лишь в эпизодичес-
ких случаях. В этих условиях величину 9,.у определяют по уравне-
нию обратного баланса, вычитая из располагаемой теплоты сгора-
ния топлива вышеуказанные тепловые потери, отнесенные к еди-
нице сжигаемого топлива (1 кг твердого и жидкого или 1 м3
газообразного)
9жу—100—(9г+9з+?4+в5+5б)- (8-П)
При сжигании жидкого и газообразного топлива всегда имеют
место потери теплоты: с уходящими газами (д2\ в окружающую
среду (9s), а в случае неполного сгорания — от химического недожо-
га (9з). При сжигании твердого топлива в пылевидном состоянии
в камерных топках к указанным добавляются еще потери от меха-
нического недожога (94), а в слоевых топках дополнительные потери
теплоты со шлаком (q^. Из указанных потерь наибольшую вели-
чину имеют потери с уходящими газами q2, зависящие от тем-
пературы уходящих газов 1^, а также от степени их разбавления
воздухом. Количественно степень разбавления выражается коэф-
фициентом избытка воздуха а, представляющего собой отношение
действительного количества поступающего в газовый тракт воздуха
Va к теоретически необходимому Vo'
a=VJV0. (8.12)
Величину q2, %, можно определить по формуле
92=(Л+ВЛ)(^-М, (8.13)
где /ух, /ж — температуры: уходящих газов и воздуха, используемого
для горения, h — отношение объемов сухих газов: действительного
и теоретического при а=1 (величина h приближенно может быть
принята равной значению а), Л и В — коэффициенты, значения
которых зависят от вида топлива:
каменные угли Л=6,45'10“ 35= 3,47'10“ 2;
мазут А=6,9 • 10 “ 3В=3,26 • 10“ 2;
природный газ Л=9,9’ 10-3В=3,14’ 10~2.
8 А-249 225
Потери 9з, д4, уб зависят от вида топлива, типа топочного
устройства и ориентировочно могут приниматься: для слоевых
топок
9з=1...2%, 94=0,5...1%, 96=1...2%;
при сжигании пылевидного топлива в камерных топках
9э=1...2%, 94=0-0,5%, 96=0;
при жидком и газообразном топливе
9э=0.. .0,5%, 94=0, 94=0.
Потери 9$ зависят от мощности котла и составляют для всех
видов топлива величины, приведенные в таблице 8.1
Таблица 8.1
Тепловая мощность, МВт 1,6 3 4,5 6 8 10
«S 2,5 -3,3 2,2 3,0 1,6 -2,4 1,2 2,0 1.6 1.5
8.4. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
И КОНСТРУКЦИИ КОТЛОВ ДЛЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
Для теплоснабжения коммунально-бытовых потребителей с си-
стемами отопления и горячего водоснабжения используются чугун-
ные водогрейные котлы. Их конструкция позволяет изменять тепло-
вую мощность за счет набора различного количества секций, котлы
имеют небольшое сопротивление проходу воды через секции, а так-
же проходу 1 азов по газовому тракту. Это делает возможной эксп-
луатацию котлов без использования циркуляционных насосов и ды-
мососов. Кроме того, благодаря толстым стенкам поверхностей
нагрева чугунные котлы могут дольше сопротивляться внутренней
коррозии.
На рис. 8.3 показан чугунный шатровый котел типа «Универ-
сал», обеспечивающий теплоснабжение одного или 2 — 3 зданий
и устанавливаемый вблизи обслуживаемых зданий. Котел набирает-
ся из отдельных плоских секций с помощью ниппелей. Котел в со-
бранном виде образует шатер, внизу которого расположена колос-
никовая решетка для слоевого сжигания твердого топлива. Секции
котла снаружи ограждены обмуровкой. Нагреваемая вода поступа-
ет двумя потоками в нижние коллекторы, из которых параллель-
ными потоками распределяется по отдельным секциям. Нагре-
тая вода отводится из верхних коллекторов потребителю. Продук-
ты сгорания, поднимаясь вверх, распределяются параллельными
226
Рис. 8.3. Котел «Универсал-вМ» с топхой для аятрацнта-
средвял ««хцая; 2 стнозное отверстие л рвя упрочнения секции, 3 — край
холоснитв, 5 — дымовой канал
потоками в щелевидные зазоры между секциями, отдают теплоту
через стенки воде и опускаются в общий дымовой канал, из которо-
го направляются в дымовую трубу. Работа чугунных котлов без
вспомогательных устройств — циркуляционного насоса, вентилято-
ра для подачи воздуха, а также дымососа для удаления дымовых
газов возможна при обслуживании систем о юпления небольшой
протяженности. В более мощных системах, а также при работе на
газе и мазуте чугунные котлы оборудуются указанными вспомога-
тельными устройствами.
Чугунные котлы в силу особенностей своей конструкции имеют
ограниченную единичную мощность. Поэтому для централизован-
ного теплоснабжения крупных объектов используются водогрейные
котлы типа KB-ТС и КВ-ТК для слоевого сжигания твердого топ-
лива (рис. 8.4) типа KB-ГМ для сжигания газа и мазута, показанный
на рис. 8.5.
Теплообменная часть котлов этой серии состоит из экранных
труб и конвективного пучка; движение воды и тазов осуществляется
по прямоточной схеме, т. е. вода вводится в грубы экранной
системы, после которой направляется в конвективный пучок,
227
Рис. 8.4. Водогрейный котел КВ-ТС
образованный витками стальных труб небольшого диаметра. Для
улучшения теплоотдачи скорость воды в трубах принята высокой
1—1,5 м/с, а скорость газов в межтрубном пространстве 7...9 м/с.
Котлы серии ТС оборудуются топками с цепной решеткой прямого
хода, дутьевыми вентиляторами и дымососами.
Основные показатели ряда котлов серии КВ приведены в табл.
8.2.
Таблица 8.2
№ Величины Рахне- ры кв тс KBI м
10 |20 10 100
1 Мощность МВт 4,64 11,6 23.3 4,64 11,6 116
2 кпд % 81 80,5 79 90/86* 90/89* 92/91*
3 Температура уходящих газов "С 225 220 230 150/245* 185/230* 138/180*
4 Гидравлическое сопротивле- ние МПа 0,10 0,15 0,205 0,11 0,15 0,16
5 Аэродинамическое сопротив- ление Па 410 880 850 220 570 470
б Поверхность нагрева труб: радиационная конвективная м2 м2 39 89 56 230 83 417 39 89 54 229 2385
Рис. 8.5. Продольный разрез водогрейного котла КВТМ-6,5
Пароснабжение технологических потребителей осуществляется
паровыми котлами, изготовляемыми из стали. Объясняется это
тем, что секции чугунных котлов, имеющие коробчатую форму,
обладают недостаточной прочностью при повышенном давлении,
характерном для паровых котлов. Еще большие напряжения воз-
никают в барабанных паровых котлах, которые поэтому должны
изготовляться из качественной стали. Одно из достоинств чугунных
котлов — возможность их ремонта без использования сварки в со-
временных условиях утратило прежнее значение.
На рис. 8.6 показан один из котлов выпускавшейся ранее серии
ДКВР-ДКВР-10/13.
228
229
Во всех паровых котлах используется принцип естественной
циркуляции, реализация которого поясняется ниже. В экранных
трубах, покрывающих стены топочной камеры и подвергающихся
интенсивному радиационному нагреву, образуется пар. Специаль-
ные опускные необогреваемые трубы, расположенные снаружи кот-
ла, соединены с верхним барабаном и заполнены водой Таким
образом, образуется система сообщающихся сосудов: опускные тру-
бы, заполненные водой, и экранные трубы, содержащие пароводя-
ную эмульсию. Поскольку плотность воды больше, чем у эмульсии,
в контуре верхний барабан — опускные трубы экранные тру-
бы — верхний барабан возникает движущий гравитационный напор
в размере
Ap=H(p.-p3)g, Па,
(8-14)
где Н высота труб, м, р„ р, — плотность жидкости в опускных
трубах и эмульсии в экранных трубах, кг/м3, g — ускорение силы
тяжести, м/с2.
Под действием этого напора происходит непрерывная циркуля-
ция. Котел ДКВР-10/13 имеет два барабана верхний, вдоль всей
Рис. 8.6. Котел ДКВР для сжигания твердого топлива в слоевой топке:
Да— верхний и нлжпий барабаны; 2 — трубы подвода пита ген,вой воды; 3 — вентиль для
отвода пара ня обдувку и другие собственные нужды; 4 — кипятолввые трубы, Г — обдувочное
устройство; 7 — продувочное устройство (вепрерыввая продувка), 8 — колосниковая решетка;
* — пневмомеханический забрасыватель; 10 короб для подвода воздуха к забрасывателю,
II — бункер топлива, 12 — боковой экран
230
длины котла, и нижний, в задней его части. В передней, топочной,
части котла вода из верхнего барабана по опускным необогре-
ваемым трубам направляется в два нижних коллектора топоч-
ного экрана. Пароводяная эмульсия, образовавшаяся в трубах
экрана, поступает в верхний барабан. Последний заполнен водой
наполовину в соответствии с его назначением: нижняя его часть
является водопитательной емкостью, а верхняя служит для отде-
ления пара из пароводяной эмульсии. В задней части котла верх-
ний и нижний барабаны соединены системой труб, которые все
являются обогреваемыми. Здесь гравитационный напор создается
за счет неравного обогрева труб: в более интенсивно обогреваемых
образуется больше пара, чем в менее интенсивно обогреваемых,
и в первых создается подъемное движение воды, а во вторых —
опускное.
Топки котлов серии ДКВР при работе на твердом топливе
оснащаются цепными решетками прямого хода, а при работе на
мазуте и газе — комбинированными газомазутными горелками
РГМГ. Более современные котлы серии ДЕ паропроизводитель-
ностью от 4 до 25 т/ч имеют одинаковую ширину и высоту, отлича-
ясь длиной — от 2,24 до 7,5 м. В отличие от котлов ДКВР оба
барабана — верхний и нижний выполнены на всю длину котла,
положение барабанов асимметричное по отношению к оси котла.
В типичном котле этой серии ДЕ-10-14ГМ производительностью
10 т/ч продукты сгорания из топочной камеры через окно, рас-
положенное с левой стороны, направляются в конвективную повер-
хность нагрева. Конвективная поверхность нагрева образована тру-
бами, соединяющими верхний и нижний барабаны и разделена
продольной перегородкой на две части. В первой части направление
движения газов от задней стенки котла к передней, во второй — от
передней стенки к задней. В котлах ДЕ-16-14ГМ движение газов
в конвективном пучке одноходовое. Котлы предназначены для сжи-
гания природного газа и мазута в комбинированных газомазутных
горелках ГМГ.
Для пароснабжения небольших потребителей выпускается котел
Е-1/9-1М производительностью 1 т/ч и давлением 0,9 МПа, пред-
назначенный в основном для сжигания мазута, однако он может
быть использован й для сжигания газа и твердого топлива.
Верхний и нижний барабаны ориентированы поперек продоль-
ной оси котла в задней его части. Конвективная поверхность нагре-
ва, расположенная между барабанами, выполнена двухходовой
в горизонтальной плоскости. Парогенератор оборудован форсункой
ротационного типа.
Основные характеристики паровых котлов приведены в табл.
8.3.
231
Таблица 8.3
Показатели ДКВР ДЕ Е 1/9
10 20 4 0 25
Мощность, МВт 3,0 7,5 15 3,0 7 5 19 0,75
Поверхность нагревя, м*: радиационная 21 37 60 21,8 39 60
конвективная 99 227 301 48 118 210
Температура газов за котлом "С: на газе 240 295 360 325 264 320 250
на мазуте 20 320 395 377 306 378 320
КПД %: на газе 90 91,8 90,6 90,3 92 93 86
на мазуте 88,5 89,5 90 88,7 90 91,3 93
Горелочные устройства для жидкого и газообразного топлива. Для
сжигания мазута применяют центробежные форсунки с механичес-
ким или паровым распылением. В механических форсунках (рис. 8.7,
а) распыление достигается за счет использования кинетической эне-
ргии мазутной струн, вытекающей из сопла под высоким давлени-
ем, создаваемым насосом. В паровых форсунках (рис. 8.7, 6) рас-
пыление достигается за счет энергии струи пара, набегающей под
углом к мазутной струе. В обоих типах форсунок для увеличения
эффекта распыления мазутному потоку при выходе из сопла прида-
ется тангенциальное вращательное движение.
Сжигание природного газа в топках котлов производится в го-
релках диффузионного и инжекционного типа, описание которых
приведено в главе «Газоснабжение».
Пароперегреватели, водяные экономайзеры и воздухоподогрева-
тели. Пароперегреватели устраивают примерно в половине промы-
шленных паровых котлов. При транспортировании, особенно на
большие расстояния, насыщенного пара часть его по дороге конден-
сируется и потребитель получает влажный пар, что неприемлемо.
Рис. 8.7. Мазутные форсунки*
а — мехаюпссхие, б — саровые,
I — ярожнмное отверстие; 2 — вихревая камера; 3 — таятенциальиме каналы; 4 — иатрубок
подвода мазута {М); 5 — паропровод (П), б — сопла, 7 — камера
232
Перегретый пар при транспортировании снижает температуру, но
остается сухим. Пароперегреватель конструктивно представляет со-
бой пакет змеевиков, обычно располагаемых на выходе из топки
перед конвективным газоходом.
Температура уходящих газов за паровыми котлами составляет
величину порядка 300 °C. Для использования уходящей теплоты
устанавливаются водяные экономайзеры (ВЭ), в которых нагревает-
ся питательная вода котлов. ВЭ подразделяются на чугунные
и стальные. Чугунные ВЭ набираются из стандартных ребристых
чугунных труб, соединяемых друг с другом калачами. Нагреваемая
вода последовательно проходит трубы от нижнего ряда до верх-
него, противотоком к газам, двигающимся сверху вниз.
Конструктивные характеристики чугунной ребристой трубы при-
ведены в табл. 8.4.
Таблица 8.4
Показатели Длина трубы, м
2,0 I 3fl
Внутренний диаметр, мм 60
Размер ребер, мм 146x146
Площадь поверхности нагрева с газовой стороны, м2 2,95 4,49
Жавое сечение, м2: для прохода газов 0,12 0,184
для прохода воды
Число труб в ряду выбирается из расчета соблюдения оптималь-
ной скорости газов 6—9 м/с, причем это число не рекомендуется
принимать меньше 3 и больше 9. Экономайзеры при работе котлов
на твердом топливе и мазуте снабжаются обдувочными аппарата-
ми. Аппарат может обслуживать не более восьми горизонтальных
рядов труб и при установке большего числа рядов устраиваются
разрывы между трубами для размещения обдувочного аппарата
и ремонта экономайзера.
Стальные экономайзеры изготовляют из труб диаметром от 28
до 38 мм, изогнутых в змеевики. Коллекторы, в которые вварены
трубы, размещают снаружи газохода на опорах. Трубы для разгруз-
ки коллекторов подвешивают к каркасу или опирают на каркас
с помощью стоек. Для сохранения шага между трубами к ним
приваривают дистанционирующие гребенки.
Для увеличения поверхности нагрева стальные трубы снабжают
продольными ребрами —- плавникового или мембранного типа.
В обоих случаях две пластины приварены соответственно к верхней
и нижней образующей трубы; плавники располагаются с зазорами
друг от друга, а мембраны одной кромкой привариваются к нижней
образующей трубы верхнего ряда, а другой — к верхней образу-
ющей трубы нижнего ряда.
233
Установка ВЭ может быть индивидуальной за каждым котлом
или групповой для нескольких котлов. Групповая установка менее
эффективна, так как при регулировании общей нагрузки котельной
ухудшаются показатели работы ВЭ.
Воздухоподогреватели. За котлами, работающими на твердом
влажном топливе, а также при пылеугольных топочных устрой-
ствах устанавливаются воздухоподогреватели (ВП). Горячий воз-
дух нужен для интенсификации сжигания влажных топлив, а также
для сушки и облегчения размола угля. Преимущественное распрост-
ранение получили трубчатые ВП, компонуемые в отдельные кубы.
Куб состоит из двух трубчатых досок, в которые обычно в шахмат-
ном порядке вварены трубы с наружным диаметром 33...40 мм.
Газы движутся внутри труб, а воздух омывает их снаружи, что
облегчает очистку ВП от летучей золы.
При сжигании сернистых топлив в «холодных» зонах ВП может
возникнуть конденсация водяных паров ввиду повышения темпера-
туры точки росы и коррозия труб от действия кислого конденсата.
Для предупреждения конденсации и коррозии применяют рецир-
куляцию горячих газов к холодному воздуху с целью повышения
температуры стенки, а также покрытия кислотостойкими эмалями.
Скорости воздуха в ВП принимают 4...6 м/с, а газов для предупреж-
дения золовых отложений — повышенные 9...13 м/с.
Фундаменты и каркасы. Фундамеш воспринимает массу котла
и передает ее на грунт. По высоте его доводят обычно до уровня
земли. Каркас — это металлическая конструкция, предназначенная
для поддержания барабана и трубной системы и передачи их массы
на фундамент. Различают несущие каркасы, воспринимающие массу
всех металлических частей котла,и обвязочные, служащие для укре-
пления обмуровки. В котлах с обвязочными каркасами масса метал-
лической части передается через стойки и рамы непосредственно на
фундамент.
Каркас обычно представляет собой жесткую рамную конструк-
цию, состоящую из мощных вертикальных стоек по углам топочной
камеры,и конвективной шахты, обвязанных поперечными балками
и фермами. Для увеличения жесткости основания стоек бетонируют
в фундаменте котла, а для снижения давления на фундамент стойки
снабжаются опорными башмаками. Каркасы снабжаются лестница-
ми и площадками из рифленой стали с перилами для обслуживания
котлов.
Обмуровка и изоляция. Обмуровка предназначена для огражде-
ния топки и газоходов от окружающей среды. Различают тяжелую,
облегченную и легкую обмуровку. Условно тяжелой называют об-
муровку массой 1800 кг/м3, легкой — массой менее 1000 кг/м3.
Обмуровка двухслойная, внутренний футеровочный слой слу-
жит для защиты от топочной радиации и является огнеупорным.
Назначение наружного облицовочного слоя — уменьшение тепло-
234
потерь. Он изготовляется из теплоизоляционных материалов с
низкой теплопроводностью. Огнеупорная обмуровка выполняется
из шамотобетона, а изоляционный слой из минераловатных мат-
рацев, материалов на основе асбеста — асбестовой ткани, картона,
шнура. Асбестовая ткань выдерживает температуру до 400 —
450 °C.
8.5. АРМАТУРА И ГАРНИТУРА КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Гарнитура предназначается для обслуживания котла и предох-
ранения от взрывов. К ней относятся дверцы, лазы, гляделки,
а также взрывопредохранительные клапаны ВК. ВК устанавливают
в топке, а также в последнем газоходе. В котлах с одним ходом
газов ВК допуасается не устанавливать. При взрыве мембрана ВК
разрывается (рис. 8.8, а) и газы выпускаются. На I м3 обслужива-
емого внутреннего объема устанавливается 250 см2 площади ВК.
Лазы предназначены для ремонтных работ, размер прямоуголь-
ного лаза не менее 350 х 450 мм, а круглого не менее 450 мм.
Шиберы предназначены для регулирования расхода газов и воз-
духа, а клапаны для сброса шлака и золы в слоевых топках.
Арматура. Арматурой называются устройства, предназначенные
для регулирования количества теплоносителя и прекращения его
подачи. Это запорные и регулирующие органы, указатели уровня
воды, предохранительные устройства.
К запорным устройствам относятся задвижки и вентили. За-
движки по конструкции разделяются на клиновые и параллельные;
стальные имеют клиновое, а чугунные — параллельное уплотнение.
В клиновых задвижках затвор состоит из сплошного или двухдиско-
вого клина, уплотнение достигается путем прилегания плоскостей
колец клина и корпуса. При опускании двухдискового шпинделя
распорный клин прижимает диски к уплотнительным кольцам кор-
пуса.
В параллельных задвижках затвор состоит из двух дисков
с плоскопараллельными уплотнительными поверхностями. Круп-
ные задвижки выпускаются с обводными линиями для облегчения
открывания, а также с электроприводом. Задвижки допускают про-
хождение среды с любой стороны, ввиду прямолинейного движения
среды создают небольшое сопротивление, во по сравнению с вен-
тилями конструктивно более сложны. В вентилях регулирование
осуществляется за счет изменения сечения кольцевого зазора между
тарелкой клапана и седлом.
Регулирующая арматура применяется для изменения расхода
среды путем изменения площади проходного сечения. К ней от-
носятся регулировочные клапаны вентильного, стаканчатого типов
и др. Использовать задвижки и обычные вентили для регулировки
235
в)
Рис. 8.8. Котельная гарнитура:
а — предохранительный взрывной клапан;
I — откидная дверца; 2 — разрывная мембрана;
6— предохранительный клапан
I — рычаг; 2 — труэ; 3 — шпиндель; 4 — седло; 3 — клапан;
в — обратный клапан
1~ клапан; 2 — седло; г — сниженный указатель уровня.
? — конденсационный сосуд. 2 — ряспптрительпый сосуд,
3.4 — нижний в верхний водоуказателл, 5 — барабан
нельзя, так как ввиду высоких скоростей, образующихся в них
при сжатии потока, уплотнительные поверхности быстро изнашива-
ются.
Обратные клапаны (рис. 8.8, в) служат для обеспечения движения
жидкости только в одном заданном направлении. Обычно они
устанавливаются на напорной стороне циркуляционного насоса
и предотвращают движение воды из напорного трубопровода во
всасывающий при остановке насоса.
Контрольно-измерительные приборы. Основными параметра-
ми, подлежащими систематическому контролю в процессе эксплу-
атации котлов, являются: в паровых котлах — давление и уровень
воды в барабане, в водогрейных — давление воды и ее темпера-
тура на выходе котла. Для обеспечения безопасности эксплуата-
ции котлы должны снабжаться предохранительными устройст-
вами.
Манометры и водоуказателн. Для контроля давления в кот-
лах устанавливают манометры пружинного и мембранного типов.
Манометры снабжаются трехходовым краном для присоединения
контрольного манометра. Контроль уровня воды в барабане
парогенераторов осуществляется водоуказателями, представля-
ющими собой плоское или рифленое стекло, закрепленное в ме-
таллической рамке. При расположении барабана выше 6 м
от площадки обслуживания используют сниженные указатели уров-
ня, при которых шкала выносится на нулевую отметку (см. рис.
8.8, г).
Для предотвращения повышения давления парогенераторы,
а также водогрейные котлы должны иметь предохранительные кла-
паны (не менее двух). При давлении до 4 МПа устанавливают
рычажно-грузовые клапаны (рис. 8.8, б). При превышении давления
клапан поднимается, выпуская избыток пара (воды) наружу.
Регулирование давления срабатывания производится грузом
и длиной рычага. Рычажные клапаны надежны и легко регулируют-
ся, но громоздки и в них быстро изнашивается седло клапана под
действием струи вытекающего пара. Этих недостатков лишены
импульсные предохранительные клапаны, в которых основной па-
ровыпускной клапан управляется небольшим вспомогательным
клапаном.
При превышении давления электроконтактный манометр вы-
ключает ток в цепи электромагнита, при этом, открывается им-
пульсный клапан. Прошедший через него пар, перемещая поршень
основного клапана, открывает его.
Вредные выбросы от котельных установок н мероприятия по их
сокращению. При производстве тепловой энергии в котельных рас-
ходуется большое количество топлива и воды. При сжигании газа
и мазута выбрасываются вредные для окружающей среды газы,
а при сжигании угля дополнительно пылевидная зола. Сбрасыва-
237
емая вода загрязняет природные водоемы. Рассеивание вредных
выбросов в атмосферу до допустимых концентраций осуществляет-
ся посредством дымовых труб.
С увеличением высоты трубы общее количество выбросов рас-
пределяется на большую площадь и их концентрация уменьшается.
Необходимая высота дымовой трубы возрастает при увеличении
количества выбросов и уменьшении ПДК и уменьшается с ростом
температуры выбросных газов. Вредными выбросами, количество
которых можно сократить конструктивными и режимными мерами,
являются при сжигании газа и мазута оксиды СО, NO*, а при
сжигании угля дополнительно пылевидная зола. Мерами борьбы
с образованием при горении СО являются правильная организация
процессов горения — обеспечение оптимальных коэффициентов из-
бытка воздуха и температуры в зоне горения, условий смесеоб-
разования и т. д. На образование NO* оказывает влияние тем-
пература в зоне горения — с ее повышением количество NO* также
увеличивается.
При слоевом сжигании угля в топке выделяется до 60...80%
содержащейся в угле золы, а в газоходы увлекается 20-.40% общего
количества золы. При камерном сжигании пылевидного топлива
в газоходы выносится до 80% общего количества золы. Для ее
улавливания применяются механические золоуловители сухого
и мокрого типов, электрические фильтры. Среди механических зо-
лоуловителей сухого типа наибольшее распространение получили
индивидуальные и батарейные циклоны (рис. 8.9). Принцип дейст-
вия циклона заключается в следующем: при тангенциальном подво-
де к корпусу газового потока частицы золы, как более тяжелые, под
действием центробежной силы отжимаются к стенке и под действи-
ем силы тяжести спускаются в коническое днище, откуда пери-
одически удаляются. Батарейный циклон набран из большого коли-
чества циклонов небольшого диаметра (250 мм), сгруппированных
внутри кожуха, имеющего входную и выходную камеру, а также
зольный бункер. Из общей входной камеры газы распределяются по
отдельным циклонам, очищенный газ направляется в общую выход-
ную камеру. Применение батарейных циклонов обусловлено тем,
что центробежная сила, под действием которой отделяются золо-
вые частицы, обратно пропорциональна диаметру корпуса. Поэто-
му несколько малых циклонов очищают газы более эффективно,
чем один большой. Достоинством циклонов является простота
устройства и обслуживания, а недостатком — высокое аэродинами-
ческое сопротивление и громоздкость. Более высокая степень очист-
ки достигается в мокрых скрубберах (рис. 8.9, в). Принцип действия
скруббера аналогичен действию циклона, но здесь дополнительный
эффект достигается орошением входного патрубка и стенок цилинд-
рического корпуса Содержащиеся в газах пылинки прилипают к
238
водяным пленкам, вместе с ними стекают через гидрозатвор в слив-
ной канал. По сравнению с циклонами скрубберы обеспечивают
более глубокую очистку газов от пыли (до 95...97%), но отличаются
большим аэродинамическим сопротивлением (до 50...70 кПа), а так-
же усиленной коррозией смоченных элементов.
Загрязнение наружных поверхностей нагрева н очистка отложений.
При камерном сжигании твердого топлива пылевидная зола выно-
сится газовым потоком в газоходы и при контакте с трубами может
прилипать к поверхности, образуя золовые наросты.
Для очистки труб наиболее распространена обдувка поверх-
ностей паром или сжатым воздухом с давлением 0,3—0,6 МПа.
Обдувочные аппараты применяют стационарные (в зоне умерен-
ных температур газов) и выдвижные (в зоне температур свыше
900... 1000 К), которые при включении привода вдвигаются внутрь
газохода и после окончания процедуры обдувки выдвигаются на-
ружу.
Тягодутьевые устройства. Эвакуация из котлов продуктов сгора-
ния производится через дымовые трубы с целью их рассеивания
в удаленных от поверхности земли слоях атмосферы. Дымовые
трубы обеспечивают естественную тягу, создаваемую за счет раз-
ности плотности атмосферного воздуха и дымовых газов.
Для чугунных котлов с коротким газовым трактом этот на-
пор оказывается достаточным для преодоления аэродинамического
сопротивления котла. В более мощных стальных котлах с разви-
той конвективной поверхностью нагрева сопротивление газово-
го тракта превышает естественную самотягу дымовой трубы,
равную
ДРс=Я(р„-рдт)я, Па, (8.15)
где Н—высота дымовой трубы, м, р^„ рлг— плотность, кг/мэ:
атмосферного воздуха и газов в трубе. В этом случае для удаления
продуктов сгорания устанавливают дымососы на выходе из котла.
Выбор дымососов производится по расходу дымовых газов и вели-
чине аэродинамического сопротивления газового тракта.
Кирпичные дымовые трубы имеют форму сужающегося кверху
конического ствола, опирающегося на цоколь, в который вводятся
газоподводящие борова. При вводе боровов от нескольких котлов
внутри выкладывают направляющие перегородки (рассечки), а так-
же люки для удаления золы. Кирпичные трубы сооружают высотой
30...70 м, диаметром более 600 мм.
Железобетонные трубы сооружаются для котлов большой мощ-
ности, имеют высоту от 80 до 200 м. Стальные трубы монтируют
из отдельных звеньев, соединенных на фланцах или на сварке. Ствол
устанавливается на чугунной плите и фиксируется растяжками из
прутковой стали. Высота стальных труб не более 30.. .40 м, основное
240
их достоинство — дешевизна и удобство сооружения, а недоста-
ток — малый срок службы, обычно порядка 10 лет. Ввиду дорого-
визны труб для котельной обычно предусматривается одна дымо-
вая труба.
В большинстве горелочных устройств требуется принудительная
подача воздуха под давлением, для чего используются вентилято-
ры, производительность и напор которых выбираются по расчет-
ному расходу воздуха и сопротивлению воздушного тракта.
Общие принципы нроекгнровання котельных. Типы котлов и про-
изводительность котельной выбираются на основе данных о харак-
тере и объеме теплового потребления. При отопительно-вентиляци-
онной нагрузке используются водогрейные котлы; при чисто тех-
нологической нагрузке предусматриваются паровые котлы, при сме-
шанной нагрузке проектируется установка паровых котлов с па-
роводяными подогревателями для отпуска горячей воды. Предпоч-
тительно использование однотипных котлов одинаковой произво-
дительности. Суммарную поверхность нагрева котлов ZF определя-
ют по формуле
(8.16>
где Zg,, — максимальное теплопотребление, Вт, q — тепловое на-
пряжение поверхностей нагрева, Вт/м2.
Котельные при работе на твердом топливе должны оборудо-
ваться золоочистительными устройствами в случаях, когда
ЛрВ,>5000, где В. — расход топлива, кг/ч, Ар — содержание золы
в рабочей массе топлива, %.
В котельных малой мощности насосы и вентиляторы устанавли-
вают непосредственно в котельной перед фронтом котлов, а в ко-
тельных средней и большой мощности вспомогательное оборудова-
ние размещают в отдельном помещении. Для обслуживания ар-
матуры и контрольно-измерительных приборов устраиваются пло-
щадки и лестницы с металлическими ограждениями высотой
1 М и шириной 600 — 800 мм. Для обеспечения возможности рас-
ширения котельной без перерыва в ее работе одну из торцевых стен
оставляют свободной. В котельной устраивают не менее двух вы-
ходных дверей, открывающихся наружу.
Контрольные вопросы
1. Из каких компонентов состоит твердое, жидкое, газообразное топливо?
2. Что понимают под низшей и высшей теплотой сгорания9
3. Что такое условное топливо?
4. Какие условия необходимы для эффективного горения топлива?
5. По каким признакам классифицируются топочные устройства9
6. Какой способ сжигания топлива эффективнее: слоевой или факельный и по-
241
7. Kai классифицируют котельные установки по назначению?
8. Назовите основные типы водогрейных котлов малой и средней мощности.
9. Назовите основные типы паровых котельных агрегатов, применяемых для
теплоснабжения н технологических целей.
10. Какие требования предъявляют к современным котельным установкам?
11. С какой целью сооружают дымовые трубы и от каких условий зависит их
высота?
12. Перечислите основные требования к помещениям котельной.
8.6. ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ
Общая хнрак герметика и^ен гралнзовашык систем теплосмйбження.
Система теплоснабжения состоит из трех основных элементов: ис-
точника теплоты, трубопроводов транспорта теплоносителя и по-
требителей теплоты. По характеру тепловых нагрузок различают
сезонных и постоянных потребителей. К сезонным относят системы
отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, тепловые
нагрузки которых изменяются в соответствии с температурой на-
ружного воздуха. К постоянным потребителям относятся производ-
ственные, а также системы горячего водоснабжения (ГВС) жилых
и общественных здании. Сезонные потребители имеют постоянную
нагрузку в течение суток, и переменную по времени года; постоян-
ные потребители, в частности, ГВС, характеризуются переменно-
стью суточной нагрузки.
Для выбора мощности источника тепла необходимы сведения
о тепловых нагрузках потребителей. Отопительно-вентиляционные
нагрузки определяются по укрупненным показателям: по количест-
ву жителей (а) или по заданному объему обслуживаемых зданий
(б).
а) <?Ь=яЛ1+*). б) С'о=9,.Г(г.-гв),
где q0 — удельный расход теплоты на единицу отапливаемой жилой
площади, Вт/м2, F — жилая площадь, м2, дув — удельная отопи-
тельная характеристика, Вт/м3 К, V — объем зданий, м3. /„ /„ -
внутренняя и наружная темпера гура воздуха.
Нагрузки производственных предприя гий принимаются по соот-
ветствующим нормам расхода теплоты на единицу продукции.
По источнику приготовления тепла различают централизован-
ные и децентрализованные системы теплоснабжения. При централи-
зованном теплоисточник обслуживает несколько потребителей
и располагается в отдалении от них, а при децентрализованном
источник находится вблизи потребителя.
По роду теплоносителя различают паровые и водяные системы
теплоснабжения (ТС). Паровые системы используются в основном
на промышленных предприятиях, где требуется высокотемператур-
242
Рис. 8.10. Принципиальная схема ТЭЦ:
- котел; 2 - турбвва; 3 - конденсатор; 4, 5 — подогреватели питательной воды котла; б
подогреватели сетевой воды; 7 - деаэратор; 8 насосы; 9 патовый котел
лая нагрузка. Водяные системы применяются для ТС сезонных
потребителей, в том числе ГВС.
Наиболее совершенной формой централизованного теплоснаб-
жения является теплофикация, при которой на ТЭЦ одновременно
вырабатывается электрическая и тепловая энергия. Другим источ-
ником централизованного теплоснабжения являются крупные рай-
онные или квартальные котельные. Централизация теплоснабжения
дает снижение капитальных и эксплуатационных затрат; например
стоимость сооружения одной котельной мощностью 100 МВт в 5 -
Рис. 8.11. Распределение тепловых потоков-
а — вКЭС;|5 — в ТЭЦ
243
Рис. 8.12 Схема воден рейной ко-
тельной:
котел; 2 насос рециркуляции; 3 -
клапан перепуска; 4 сетевой насос
10 раз меньше стоимости строи-
тельства 100 котельных мощно-
стью ио 1 МВт. Аналогично уме-
ньшаются эксплуатационные за-
траты на топливо ввиду более
экономичного его сжигания в
крупных котлах, а также на обслу-
живание оборудования ввиду со-
кращения численности обслужи-
вающего персонала.
На рис. 8.10 показана принци-
пиальная схема ТЭЦ с отбором
пара для нагрева питательной по-
ды собственных паровых котлов и теплофикационной воды. Пар из
котла поступает в турбину, при расширении в которой совершает
работу, преобразуемую в электрическую энергию, и конденсируется
в конденсаторе. Теплота отработавшего пара отводится охлажда-
ющей водой в окружающую среду и теряется. Часть пара из проме-
жуточных ступеней турбины отбирается для целей нагрева пита-
тельной воды котлов, а часть из ступеней низкого давления для
пагрева теплофикационной воды.
На рис. 8.11 показано распределение тепловых потоков меж-
ду полезной выработкой теплоты и тепловыми потерями при
совместной выработке электрической энергии на ТЭЦ и раздель-
ной выработке электрической энергии на конденсационной электро-
станции (КЭС) и тепловой энергии в районной котельной.
На рис. 8.12 показана принципиальная схема районной котель-
ной с водогрейными котлами. Обратная вода из теплосети поступа-
ет в котел и после вагрева направляется в подающий теплопровод
сети. В теплый период отопительного сезона для поддержания
необходимой температуры в подающем теплопроводе часть воды
перепускается клапаном 3 по перемычке помимо котла. Для обес-
печения нормативной температуры воды на входе в котел часть
нагретой воды рециркуляционным насосом 2 подмешивается во
входной патрубок котла.
244
На рис. 8.13 приведена схема атомной теплоэлектроцентрали
(АТЭЦ), не потребляющей органического топлива и не загрязня-
ющей атмосферу. Для защиты от радиации АТЭЦ построена по
трехконтурной схеме, согласно которой передача теплоты из термо-
ядерного реактора в паровую турбину, вырабатывающую элект-
роэнергию, осуществляется посредством циркулирующего во вто-
ром контуре промежуточного теплоносителя. Давление в третьем
контуре с паровой турбиной выше, чем во втором, что предотв-
ращает попадание теплоносителя из второго контура в третий.
8.7. ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ. СПОСОБЫ ПРОКЛАДКИ
ТЕПЛОПРОВОДОВ
Тепловые сети классифицируются по числу труб, по способу
обеспечения горячим водоснабжением, способу прокладки, а также
по степени надежности теплоснабжения.
В однотрубных сетях вода после систем отопления и вентиляции
должна полностью использоваться в ГВС. Однотрубные системы
применяются редко ввиду трудности выполнения этого условия.
В трехтрубных системах две трубы используются для подачи тепло-
носителя с различными параметрами, а его возврат осуществляется
по общей трубе. В четырехтрубных сетях одна пара труб обеспечи-
вает нужды отопления и вентиляции, а другая — ГВС.
Ввиду того, что с увеличением числа труб существенно возраста-
ет стоимость сооружения теплосети, основным видом прокладки
является двухтрубная. В водяных сетях — это подающая и обрат-
ная, в паровых сетях — паропровод и конденсатопровод.
В зависимости от способа обеспечения нагрузки ГВС различают
закрытые и открытые сети. В первых для ГВС используется водо-
проводная вода, нагреваемая сетевой водой в подогревателях, при-
чем сетевая вода полностью возвращается к теплоисточнику. В от-
крытых теплосегях вода для ГВС разбирается непосредственно из
теплосети и убыль воды восполняется централизованной подпиткой
у теплоисточника.
По ориентации на местности различают магистральные рас-
пределительные сети — внутри микрорайона и ответвления к от-
дельным зданиям. Кольцевые сети (рис. 8.14) отличаются от ради-
альных тем, что участки к отдельным потребителям соединяются
перемычками и при повреждении отдельных участков возможно
резервирование снабжения отключенных потребителей с помощью
перемычек.
Для крупных систем теплоснабжения кольцевание систем, несмо-
тря на удорожание, существенно повышает надежность системы.
По способу прокладки различают надземные и подземные. Над-
земные, более дешевые, используются вне мест заселения, там, где
это допустимо по архитектурным соображениям. Преобладающим
245
Рис. 8.14. Схемы тепловых сетей:
а радиальная; б — кольцевал
видом прокладки является подземная, которая подразделяется на
канальную и бесканальную. В первом случае трубы укладывают
в каналах, стенки которых защищают трубы от воздействия окру-
жающей среды. В бесканальных прокладках трубы укладывают
непосредственно в грунт, там они подвергаются воздействию по-
чвенной влаги, а также блуждающих токов, что накладывает более
жесткие условия на меры по обеспечению работоспособною состо-
яния конструкции теплопроводов.
Канальные прокладки подразделяются на проходные, полупро-
ходные и непроходные. Проходные используются при наличии не
менее пяти труб большого диаметра, в них размещают также
водопроводные трубы, электрические кабели, а также технологичес-
кие трубопроводы. Трубы большего диаметра размещают внизу,
меньшего — вверху. Проходные каналы часто используются для
прокладки в местах, не допускающих вскрытия каналов (под желез-
нодорожными путями, автострадами и т. п.). Стены каналов соору-
Ряс. 8 15. Непроходные каналы: К Л, КЛп, КЛс
246
Рис. 8.J6. Конструкция
Бесканальной прокладки
1 — изоляция, 2 — песчалая
засыпка, 3 - бетонная подго-
товка. 4 - - грунт
каются кирпичными или из железобето-
на. Высота канала 2,0 м, ширина прохода
0,7 м.
Полупроходные каналы допускают
проход человека в согнутом положении,
высота их не менее 1,4 м, свободный про-
ход не менее 0,6 м. Их используют при
стесненных условиях местности.
Наиболее распространены непроход-
ные каналы, которые с середины 60-х гг.
выпускают по типовым проектам (рис.
8.15) типа КЛ, КЛп и КЛс. Тип и размер
канала маркируют цифрами и буквами,
причем цифры перед буквами обозначают
число ячеек, а после букв — внутренние размеры (ширина и высо-
ка).
Бесканальный способ прокладки позволяет снизить строитель-
ную стоимость теплосети ввиду исключения каналов и сокращения
объема вскрышных работ. Наибольшее применение нашла при бсс-
канальной прокладке сборная конструкция (рис. 8.16), в которой
собранные в заводских условиях формованные изоляционные изде-
лия в виде сегментов, скорлуп закрепляются на трубах бандажном
проволокой. Изоляционные покрытия оборачиваются рулонами
гидроизоляционного материала.
Собранную конструкцию автокраном укладывают на постель
траншеи, сваривают стыки и засыпают грунтом.
При подземной прокладке заглубление от поверхности земли
перекрытия каналов должно составлять 0,7 м (при отсутствии до-
рожнот о покрытия) от верха оболочки, при бесканальной прокладке
также 0,7 м.
8.8. ПРИСОЕДИНЕНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ
И ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ К ТЕПЛОСЕТИ
Схемы присоединения систем отопления к теплосети подраз-
деляются на зависимые и независимые. При зависимой схеме
теплоноситель в отопительные приборы поступает непосредственно
из теплосети, поэтому давление в местных системах определяется
режимом давления в наружной теплосети. В свою очередь возмож-
ны ситуации (например отопление высокоэтажных зданий), когда
высокое давление в местной системе передается в теплосеть и вызы-
вает в ней недопустимое повышение давления. В таких случаях
применяют независимую схему присоединения местной системы
через подогреватель, при которой она гидравлически изолирует-
ся от теплосети. Давление в местной системе не зависит от давле-
ния в теплосети; местная система оборудуется расширительным
247
баком, создающим собственное независимое гидростатическое дав-
ление.
Независимая схема присоединения существенно сложнее и до-
роже за счет установки громоздких подогревателей, ее применение
имеет вынужденный характер и прибегать к ней следует только
в особых случаях.
Основной схемой присоединения следует считать зависимую. На
рис. 8.17 показаны разновидности зависимой схемы присоединения
местной системы. На рис. 8.17, а дана самая простая схема с непо-
средственным присоединением местной системы, которая примени-
ма для промышленных предприятий, допускающих высокую тем-
пературу в отопительных приборах.
Обычно расчетная температура в теплосети (150 °C) выше до-
пустимой в местных системах отопления жилищно-коммунальных
потребителей (95 °C). В этих случаях необходимо снижать тем-
пературу поступающей в систему воды. При наличии достаточной
разности давлений в подающей и обратной трубе (0.08...0.15 МПа)
применяется схема с установкой элеватора на вводе, подмешива-
ющего обратную воду к высокотемпературной сетевой воде из
подающего трубопровода.
Недостатками элеватора являются низкий КПД, необходимость
повышения давления в наружной теплосети, а также прекращение
циркуляции воды в местной системе при отключении наружной
теплосети, что может привести к размораживанию приборов. В том
случае, когда располагаемая разность давлений в теплосети недо-
статочна для эффективной работы элеватора, применяют схему «в»
с насосным подмешиванием обратной воды. Недостатком насос-
ного смешения является создаваемый шум, что требует выноса
насоса в отдельное помещение.
Наиболее универсальна схема «г*» с совместной установкой эле-
ватора и насоса на перемычке, при которой насос используется
только в Периоды отключения тепловой сети. При теплоносителе
в виде пара присоединение технологических потребителей, калори-
феров производится либо непосредственно, либо через редукцион-
ный клапан, снижающий давление до допустимого. Системы водя-
ною отопления присоединяют к теплосети через пароводяной теп-
лообменник.
Па рис. 8.17, д показана независимая схема присоединения мест-
ных установок к теплосети через водоводяные теплообменники,
применяемая для многоэтажных зданий.
Тепловые пункты. Тепловой пункт является связующим звеном
между теплосетью и потребителем и представляет собой узел при-
соединения его к теплосети. Назначение теплового пункта заключа-
ется в подготовке теплоносителя для использования потребителем
в части поддержания нормативной температуры и давления, регу-
лирования расхода, а также учета потребления теплоты. Тепловые
248
Рис. 8.17. Сл
□единения местных систем отопления и горячего водоснабже-
ния е двухтрубных водяных системах:
Зависимые схемы отопительных систем: а — без смешения, б — с элеваторным смешением;
в - с насосным смешением; г — с элеватором в насосом; А - иеэанясимая схема с верхним
О отопительный прибор; Р
пасос местной системы; ПК —
ПИ - с
расширительный бах; Э - элеватор, П пирхуляционный
местной системы, ик - китовый хотел, ТП теплофиаациош1ЫЙ подогреватель; СИ,
сетевой и подпиточный насосы; РП. РР. РТ регуляторы подпитти, расхода и тем-
пературы; ОК - обратный хлапап
пункты подразделяются на индивидуальные (ИТП) для присо-
единения систем отопления, вентиляции, технологических потреби-
телей, горячего водоснабжения одного здания и центральные
(ЦТП) — для присоединения систем нескольких зданий
В соответствии с назначением в тепловых пунктах размещаются
элеваторы, смесительные насосы, теплообменники системы горяче-
го водоснабжения, приборы контроля и регулирования параметров
теплоносителей, устройства защиты от коррозии и отложений наки-
пи в системах горячего водоснабжения (ГВС). ЦТП возникли в свя-
зи с широким распространением потребления горячей воды. Наибо-
лее громоздким и дорогостоящим оборудованием теплового пункта
являются теплообменники ГВС с автоматикой поддержания посто-
янной температуры воды. Применение ЦТП позволяет уменьшить
число теплообменников ГВС, разместить циркуляционные насосы
и оборудование подготовки воды для ГВС.
На рис. 8.18 показана схема ИТП для системы отопления. Ос-
новным элементом схемы является элеватор, осуществляющий сни-
жение температуры сетевой воды до 95 °C.
Регулятор расхода 3 обеспечивает поддержание постоянного
расхода воды в местной системе. Две пары задвижек 5 и 1 служат
249
Рис. 8.18. Схема ИТП:
гря«лики; 3 РР; 4 - злев»! ор; 6
для отключения теп левого пункта
от тепловых сетей при гидравли-
ческих испытаниях сети и отопи-
тельной системы.
С помощью водосчетчика
6 и термометров 8 осуществляется
контроль качест ва потребляемой
теплоты, манометры контролиру-
ют давление в системе. Грязевик
2 защищает от шлама отопитель-
ную систему, а 7 — водомер.
На рис. 8.19 показана схема
ЦТП с зависимым присоединением системы отопления и двухсту-
пенчатым присоединением к тепловой сети подогревателей ГВС
В ЦТП установлены подмешивающие насосы 8, одновременно осу-
ществляющие циркуляцию в системе отопления, а также циркуляци-
онные насосы ГВС 13. Подогреватели ГВС могут работать по
одной из двухступенчатых схем: последовательной (задвижка 10
открыта, задвижка 11 закрыта) или смешанной (задвижка 10 закры-
та, задвижка 11 открыта). В летний период система отопления
отключается закрытием задвижек 12 и сетевая вода после подогре-
вателя второй ступени ГВС через открытую задвижку 11 перепуска-
ется в подогреватель первой ступени ГВС. Основным автоматичес-
ким устройством системы отопления является регулятор расхода
РР 6, поддерживающий постоянный расход воды в отопительной
системе. Для ГВС обязательным элементом является регулятор
температуры РТ 7, подде-
рживающий заданную те-
мпературу горячей воды.
Оборудование тепловых
пунктов. Основными эле-
ментами оборудования те-
пловых пунктов являются
элеваторы и водоводяные
нагреватели. При зависи-
мом присоединении си-
стем отопления к теплосе-
ти с расчетной температу-
рой воды более высокой,
чем в приборах, применя-
ют элеваторы. Они про-
сты и надежны в эксплу-
атации и способны обес-
печивать стабильный ре-
жим отопительной систе-
250
Рис. 8.20. Водоструйный элева-
тор:
1 сопло; 2 — жорпус. 3 смеси-
тель; 4 — диффузор
мы при колебаниях гидравлического
режима магистральной теплосети.
Элеватор (рис. 8.20) состоит из
сопла 1 обратной трубы 2 смеси-
тельной камеры 3, диффузора 4.
Принцип действия элеватора осно-
ван на использовании энергии воды,
вытекающей с высокой скоростью
из сопла для подсоса охлажденной
воды из обратного трубопровода
системы. Образовавшийся поток
смешанной воды поступает в камеру
смешения, в которой происходит выравнивание скорости по се-
чению. В диффузоре за счет плавного снижения скорости имеет
место повышение статического давления; в результате за счет
разности давлений в конце диффузора и в обратном трубопроводе
в системе отопления обеспечивается циркуляция воды.
Основной расчетной характеристикой элеватора является коэф-
фициент смешения, представляющий собой отношение расхо-
дов подмешиваемой воды GB и сетевой воды Gc, поступающей
в сопло:
Go f,-fr
(8-17)
где f|, to, tT—температуры воды: в подающей и обратной трубе
теплосети и на входе в систему отопления.
Расчет элеватора сводится к определению диаметров смеситель-
ной горловины и сопла «4-
Величина <4=0,874v/GBJ),
(8.18)
Go, 3600jZo
(8-19)
где Go,, Gop — расходы воды, кг/ч: в системе отопления и приведен-
ный, Со ‘— мощность системы, Вт, Др — расчетная потеря напора
в отопительной системе, м.
По вычисленному диаметру горловины подбирают соответст-
вующий серийный элеватор типа ВТИ — Мосэнерго и определяют
диаметр сопла по приближенной зависимости.
Серийные элеваторы имеют следующие диаметры горловины г/,.
N.............— 1 2 3 4 5 6 7
4, мм ......... 15 20 25 30 35 47 59
251
Минимальный диаметр сопла принимают во избежание засоре-
ния 4 мм.
Необходимое давление сетевой воды перед элеватором, кПа,
рассчитывается по уравнению
рс= 14(1 +к)2Ар.
(8.20)
Элеватор можно подобрать по номограмме (рис. 8.21), в которой по
оси абсцисс отложена величина G„p, а по оси ординат — диаметр
горловины, соответствующий различным величинам коэффициента
смешения и.
Подогреватели устанавливают в тепловых пунктах для нагрева
воды ГВС и для систем отопления в случае присоединения по
независимой схеме.
Скоростные водоводяные подогреватели имеют корпус из сталь-
ных труб наружным диаметром 57 — 426 мм, по краям кото-
рых размещены трубные доски с ввальцованными латунными или
стальными трубками диаметром 16/14 мм (рис. 8.22). Стальные
трубки используются в подогревателях систем отопления, в кото-
рых циркулирует вода постоянного сосгава. Латунные трубки ис-
пользуются в системах ГВС. Длина секций составляет 2 и 4 м. Для
присоединения к системам отопления и ГВ секции имеют четыре
патрубка, соединяются секции между собой калачами на фланцах.
Греющую сетевую воду целесообразно пропускать в межтрубном
пространстве, а нагреваемую - в трубном для облегчения чистки
от накипи. Направление движения теплоносителей выбирается про-
тивоточным, а скорости в пределах 1,0 1,5 м/с, что позволяет
получить высокие коэффициенты теплопередачи 1500 - 2500
Вт/м2К Подогреватели рассчитаны на давление до I МПа, при
использовании для
отопления корпус их
снабжается компен-
саторами линзового
типа.
Пароводяные по-
догреватели отлича-
ются от ВОДОБОДЯНЫХ
тем, что нагревае-
мая вода имеет не-
сколько ходов; при
использовании в си-
стемах отопления
два, а для ГВС —
четыре хода.
Емкостные подо-
Рис В 21 Номограмма для выбора элеватора
грсвагели предназ-
252
Рис. 8.22. Водоводявой скоростной подогреватель по ОСТ 34-588-68
качены для горячего водоснабжения с периодическим водоразбо
ром. Греющая поверхность образована змеевиками из стальных
труб диаметром 33,5 или 48 мм, они предназначены в основном для
работы на паре. При использовании в качестве греющего теплоно-
сителя воды производительность нагревателей уменьшается. Досто-
инство емкостных подогревателей — меньшая потребная произво-
дительность, так как они работают по накопительному принципу,
а недостаток низкие коэффициенты теплопередачи, составля-
ющие 450 - 700 Вт/м2К.
8.9. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
Трубы и арматура. Тепловые сети сооружаются из стальных
труб. Бесшовные горячекатаные выпускаются с наружным диамет-
ром 32 — 426 мм, электросварные прямошовные и со спиральным
швом —- с диаметрами более 426 мм. Неметаллические полимерные
и винипластовые трубы могут применяться при давлении до 0,6
МПа и температуре до 100 °C (винипластовые до 60 °C) и поэтому
находят применение в системах ГВС.
К запорной и регулирующей арматуре относятся вентили
и задвижки. Вентили имеют запорный орган в виде тарелки,
которая при закрытии плотно прилегает к седлу. Для уменьшения
253
гидравлических потерь применяют конструкции с наклонным рас-
положением шпинделя, с меньшим искривлением регулируемого
потока. Вентили устанавливают так, чтобы иоток поступал под
тарелку, что позволяет уменьшить усилие открытия, а также пред-
охраняет тарелку от отрыва от шпинделя.
Опоры трубопроводов. Опоры подразделяют па подвижные и не-
подвижные, первые, из которых предназначены для восприятия мас-
сы теплопровода и обеспечения свободного перемещения в горизон-
тальном направлении.
По конструктивному устройству различают опоры скольже-
ния, качения, также подвесные (рис. 8.23). Скользящие опоры при-
меняют при всех способах прокладки теплопроводов. С увеличени-
ем диаметров труб нагрузки на опоры и силы трения возрастают
и находят применение катковые и роликовые опоры, которые хоро-
шо работают на прямолинейных участках сети, но не рекомендуют-
ся к применению на криволинейных участках. Подвесные опоры
используют для труб небольшого диаметра, достоинством их явля-
ется возможность применения на участках с поворотами, так как
подвеска позволяет трубам свободно поворачиваться. Расстояние
между подвижными опорами выбирается в зависимости от диамет-
ра труб.
Неподвижные опоры (рис. 8.23) предназначены для фиксации
в определенной позиции элементов теплопровода, не допускающих
смещения — в камерах у ответвлений, в точках расположения за-
порной арматуры, у сальниковых компенсаторов. Эти опоры раз-
деляют теплопровод на участки, независимые друг от друга в восп-
риятии усилий от температурных деформаций, и поэтому их уста-
навливают на середине участка между компенсаторами. Наиболее
распространены щитовые опоры, устанавливаемые в стенках кана-
ла, передача осевого усилия производится кольцевыми стенками
с косынками. Для защиты бетонного щита от перегрева в кольцевой
зазор между ним и теплопроводом вставляется прокладка из ас-
беста.
Компенсаторы. При протекании горячего теплоносителя по тру-
бопроводам имеет место температурное удлинение участков, жест-
ко защемленных неподвижными опорами При Отсутствии уст-
ройств, компенсирующих это удлинение, возникают значительные
напряжения продольного изгиба, способные разрушить конструк-
цию. Для компенсации удлинений по трассе устанавливаются ком-
пенсаторы, которые по принципу действия можно разделить на две
группы: 1) гибкие радиальные, 2) осевые, в которых удлинения
воспринимаются телескопическим перемещением труб.
К гибким компенсаторам относятся изогнутые под углом участ-
ки труб. При такой естественной компенсации необходимо обес-
печить в каналах просвет, достаточный для свободного перемеще-
ния плеч труб. С этой же целью в бесканальных прокладках места
254
a)
i г
поворотов заключаются в непроходные каналы. Искусственные ко-
мпенсаторы используют только после исчерпания всех возможно-
стей естественной компенсации. Наиболее распространены гибкие
компенсаторы П-образного типа (рис. 8.23, а). Достоинством гиб-
ких компенсаторов является то, что они не нуждаются в обслужива-
нии и поэтому для них не требуется сооружения камер. Недостат-
ками их является повышенное гидравлическое сопротивление, повы-
шенный расход труб и необходимость устройства ниш, что связано
с увеличением строительных работ.
Осевая компенсация имеет место в сальниковых компенсаторах
(рис. 8.23, б). При удлинении трубопровода внутренний стакан
вдвигается в полость наружной обоймы. Герметичность обеспечи-
вается сальниковой набивкой из прографиченного асбестового птну-
ра в кольцевом зазоре между стаканом и обоймой.
Сальники требуют постоянного надзора за состоянием набив-
ки, которая со временем теряет упругость, поэтому в местах
их установки необходимо сооружать камеры. Для сокращения числа
дорогих камер применяют сальниковые компенсаторы двусторон-
него действия, обладающие двукратной компенсирующей способ-
ностью. Ввиду того, что сальниковые компенсаторы чувствительны
к перекосам труб, а они наибольшие в трубах малого диаметра
(до 150 мм), их рекомендуется применять в трубах большого дия-
метра (более 200 мм). Выбор компенсаторов всех типов произ-
водится по величине линейного удлинения труб, рассчитываемого
по формуле
A.l-aL(t—/с), мм, (8-21)
где L — длина трубы, м, t, 10 — температуры: теплоносителя
и окружающей среды, а — коэффициент линейного расширения ста-
ли, в среднем равный 0,012 мм/м К.
Камеры устраивают по трассе для размещения отключающей
арматуры, неподвижных опор, сальниковых компенсаторов, дре-
нажных устройств; их устанавливают, как правило, в местах под-
ключения ответвлений к потребителям. Спуск в камеры через люки
по лестницам. Конструкция люков должна обеспечивать свободный
выход при всех ситуациях и выем оборудования из камер. Высота
камер не менее 2 м, дно делается с уклоном 0,02 к водосборному
приямку.
8.10. ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА
При производстве строительных работ теплота требуется для: Г)
подогрева воды и растворов, оттаивания грунта, 2) технологических
нужд (пропарочные камеры для ускорения твердения бетона, сушил-
256
ки и пр.), 3) отопления тепляков, 4) обогрева и сушки построенных
зданий.
По возможности в качестве источника теплоты используют ТЭЦ
или районные котельные, при их отсутствии передвижные или сбор-
ные котельные. В разное время отечественной промышленностью
выпускались передвижные котлы ПКН-ЗМ, ПКН-ЗГ для сжигания
газа и мазута, котельные установки ПКБМ-5, ПКБМ-10 для сжига-
ния мазута, автоматизированная котельная «Аксиома-3» и др.
Тепловая мощность, расходуемая на производственные нужды,
составляет
9=ГИ7о/(3,6т), Вт, (8.22)
где ЕИ—объем работ, q0— расход теплоты на единицу объема
работ, кДж, t — продолжительность работ, ч.
Расход теплоты на отопление тепляков определяется по расчету
теплопотерь через наружные ограждения, методика которого при-
ведена в § 8.5.
Наибольшие потребности в теплоте приходятся на сушку
возводимых зданий- Источниками влаги при строительстве явля-
ется технологическая влага, внесенная строительными материала-
ми, и дополнительная в виде атмосферных осадков. Технологиче-
ская влага (в %) составляет для: лесоматериала пиленого 25...50,
бетонов — 15, штукатурки — 30. Под действием атмосферных
условий на открытом воздухе влагосодержание может существенно
возрасти по сравнению с начальным. Согласно данным наблюдений
среднее влагосодержание новостроящихся зданий составляет 15.. .20
кг/мэ.
Для ускорения сушки зданий помимо систем отопления исполь-
зуют специальные теплогенерирующие установки, нагревающие
воздух, используемый как сушительный агент. Строительные возду-
хонагреватели работают на жидком топливе — керосине, соляро-
вом масле и на газе. Основными элементами теплогенераторов
являются горелки, вентиляторы и теплообменники На рис. 8.24
показан теплогенератор ТГ-150, работающий следующим образом:
топливо самотеком стекает в форсунку, в которую также поступает
воздух, нагнетаемый вентилятором. Горючая смесь сгорает в каме-
ре сгорания, образовавшиеся газы омывают поверхности нагрева,
передавая теплоту воздуху и после охлаждения через кольцевую
щель удаляются в атмосферу. Воздух центробежным вентилятором
подается двумя потоками соответственно по каналу 5 в горелку
и кольцевой канал теплообменника. Воздух нагревается до 70 °C
и через конический воздухосборник направляется в обогреваемые
помещения.
ЦНИИОМТП разработал универсальные строительные возду-
хонагреватели серии УСВ. Аппараты малой модели УСВ-10 и УСВ-
II 12 5 6 7
Рис. 8.24. Воздухонагреватель ТГ-150:
1 — вентилятор; 2 - подача топлива, 3 - подача воздуха в горелку, 4 горелка, 5 камера
сгорания. 6 газовый канал, 7 воздушный капал, Я выход газов, ₽ выход нагретого
воздуха. 10 щит управления. 11 обечайка, 12 газовое окно
30 предназначены для установки в отдельных комнатах, а большой
модели УСВ-100, УСВ-200, 300, 400 — для централизованного обо-
грева нескольких помещений. Устройства большой модели постро-
ены по одной и той же конструктивной схеме (рис. 8.25). В горелку
поступает топливо и воздух от центробежного вентилятора.
Продукты сгорания из цилиндрической топки через продоль-
ные щели выходят в межтрубное пространство теплообменника,
в котором нагревают воздух, и после охлаждения через патрубки
7 выводятся в атмосферу. Холодный воздух осевым вентилятором
нагнетается в теплообменные трубки и через патрубок 8 напра-
вляется к местам потребления. Воздухонагреватели большой мо-
дели устанавливают вне обогреваемых зданий, на расстоянии не
меньше 3 м.
Устройства малой модели УСВ-10 и УСВ-30 отличаются от
аппаратов большой модели тем, что в них подача жидкого топлива
осуществляется самотеком без насоса, а подача воздуха в горелку
и в теплообменник для нагрева производится одним и тем же
осевым вентилятором низкого давления.
В табл. 8.5 приведены основные характеристики теплогенерато-
ров на жидком и газообразном топливе.
Таблица 8.5
Показатели ТГ УСВ
75 150 10 30 100 200 300 400
1. Тепловая мощность, кВт 86 175 14 40 125 230 410 610
2. Расход: жидкого топлива (керосин,
соляровое масло), кг/ч 8,5 18 1.5 4,2 П.5 23 42 55
природного газа, м’/ч — 2,0 5,3 5,3 27 48 60
3. Haipeibrii воздух:
количество, м’/ч 2500 5000 1250 1200 4500 7000 14000
температура, "С 60 70 120 140 90 - ПО 90 - 100 65 95
4. Масса, кг 580 420 30 100 375 675 2000 2000
Для сушки оштукатуренных поверхностей применяют радиаци-
онные калориферы БИС в БИК. В калориферах рефлектор с элект-
ронагревательной спиралью может подниматься и поворачиваться
вокруг штатива. Мощность устройства 10...15 кВт, поверхность
излучения 19 — 25 дм2.
Инфракрасный нагреватель типа «Фонарь» работает на сжижен-
ном газе, мощность его 20 кВт. Нагреватель располагается в центре
помещения и равномерно обогревает стены; помещение площадью
18...20 м2 высушивается за 1...2 сут.
Потребная тепловая мощность Q для сушки определяется по
формуле
Рис. 8.25. Воздухонагреватель УСВ-300:
1 — топливный бах, 2 — вентилятор вдутьевой, 3 — горелка, 4 — топочная камера. 5 — тепло-
обменные трубы, б — вентилятор нагреваемого воздуха, 7 — патрубки выхода газов. 8 короб
нагретого воздуха
258
259
(8.23)
Q.^rG/т Q„=LcBt^, (8.24)
где Q„, Qyx — тепловые мощности, Вт: полезная и теряемая с от-
работанными газами; G, L — количество испаренной влаги, кг,
и расход отработанного воздуха, м3/ч; г — теплота парообразова-
ния, кДж/кг; ев, ф — теплоемкость и температура воздуха,
кДж/м3К и °C, т — продолжительность сушки, часов, к — коэф-
фициент запаса.
Ориентировочная мощность теплогенераторов, рассчитанная на
испарение 1 т влаги, а также расход теплоты на полный цикл сушки
может быть принят по данным табл. 8.6, в которой верхняя графа
показывает мощность в кВт, а нижняя — общий расход теплоты за
цикл сушки. Чем больше продолжительность сушки, тем меньше
необходимая мощность теплогенератора, но общее количество теп-
лоты, затрачиваемой на цикл сушки, при этом увеличивается.
13. В чем отличие центрального теплового пункта от индивидуального и в чем
его преимущество?
14. Дяйтг характеристику зависимого и независимого присоединения систем
отопления и теплосети.
15. Назовите инженерное оборудование подземных теплосетей.
16. Какие устройства применяются для компенсации тепловых удлинений трубо-
проводов?
17. Перечислите виды опор для восприятия массы трубопроводов
18. Назовите виды покрытий трубопроводов и поясните их назначение.
19. Как осуществляется защита от наружной коррозии теплопроводов?
20. Какие тепловые потребности используются при производстве строительных
работ?
21. Назовите тепловые устройства, применяемые для ускорения строительных
работ.
22. Охарактеризуйте принцип устройства теплогенераторов для сушки помеще-
Таблица 8.6
Температура наружного воздуха, °C Продолжительность Сушги, ч
72 95 120 144 168 192 216 240
20 15,2 12Л 11,0 10,1 9,3 8,8 8,4 8,15
3920 4320 4750 5210 5600 6080 6450 7050
0 12.8 10,4 8.9 8,15 7,15 6,6 6,2 5,45
3310 3560 3850 4200 4320 4560 4780 4900
+20 10,8 8,15 6,6 5,5 4,9 4,4 3,9 3,6
2720 2780 2840 2900 2970 3050 3080 3120
Контрольные вопросы
1. Какие виды тепловых нагрузок обеспечиваются системами теплоснабжения?
2. Дайте характеристику централизованным и децентрализованным системам.
3. Какие теплоносители используются в системах теплоснабжения?
4. Как подразделяются водяные тепловые сети по количеству трубопроводов?
5. Почему теплоснабжение от крупных районных котельных выгоднее, чем от
мелких котельных?
6. Что такое теплофикация и в чем ее преимущество перед раздельным электро-
теплоснабжением?
7. Назовите схемы тепловых сетей.
8. Каковы условия применения надземной и подземной прокладки?
9. Назовите типы подземных каналов.
10. Перечислите схемы присоединения систем отопления к водяной теплосети
И. Объясните назначение и принцип действия элеватора.
12. Каково назначение индивидуального теплового пункта и какое оборудование
в нем размещается?
260
ГЛАВА 9. ГОРЯЧЕЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ
9.1. СИСТЕМЫ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
И ИХ ПРИСОЕДИНЕНИЕ К ТЕПЛОВОЙ СЕТИ
Классификация систем горячего водоснабжения (ГВС). ГВС
подразделяются: по месту расположения источника теплоты —
на децентрализованные, в которых источник теплоты располагается
вблизи места водоразбора, и централизованные, в которых источни-
ком теплоты является горячая вода от тепловых сетей, питающихся
от ТЭЦ или котельной. По месту расположения подающих магист-
ралей различают системы с верхней и нижней разводкой, тупиковые
и циркуляционные. Источниками теплоты при децентрализованном
теплоснабжении являются газовые и электрические водонагрева-
тели или водогрейные колонки на твердом и газовом топливе.
Газовые водонагреватели, используемые в зданиях высотой до пя-
ти этажей, бывают проточными и емкостными. Проточные являют-
ся быстродействующими, ввиду большого расхода газа они обо-
рудуются автоматикой безопасности, отключающей газ при прек-
ращении подачи воды или отсутствии тяги в отводящем дымо-
ходе.
Емкостные водонагреватели в связи с меньшим по величине
и постоянным по времени расходом газа не автоматизируются, за
исключением наиболее мощных моделей АГВ, использующихся для
совмещенного отопления и горячего водоснабжения квартир.
Водогрейные колонки, чаще работающие на твердом топливе,
устанавливают на кухне или в ванной. Передача теплоты в' них
происходит через стенки центральной жаровой трубы, продукты
сгорания отводятся через верхний патрубок в дымоход.
Электрические водонагреватели для уменьшения потребля-
емой мощности используются как емкостные. Конструктивно
они выполняются в виде закрытого резервуара объемом 30 —
800 л с электронагревателем — ТЭНом на дне. Водонагревате-
ли снабжаются автоматикой выключения при достижении задан-
ной температуры и включения при снижении температуры ниже
нормы.
Централизованные ГВС служат для подачи горячей воды к по-
требителям нескольких жилых и промышленных зданий. Их проек-
тирование ведется с учетом СНиП 2.04.07 — 86 «Тепловые сети»
и СНиП 2.04.01 — 85* «Внутренний водопровод и канализация
зданий». Качество воды должно соответствовать требованиям
ГОСТ 2874 — 82 «Вода питьевая». Температура горячей воды у во-
262
доразборных приборов должна быть не ниже 60 °C при открытых
гештосетях, не ниже 50 °C для закрытых систем. ГВС состоит из
следующих основных элементов: источник теплоты (котел или во-
донагреватель для систем, подключенных к ЦТП), подающий тру-
бопровод, состоящий из магистрального трубопровода и водораз-
борных стояков, циркуляционного стояка, циркуляционного насоса,
запорной и регулирующей арматуры^
Системы с верхней разводкой к водоразборным стоякам приме-
няются в предприятиях с постоянным и большим водоразбором
и с верхней установкой баков-аккумуляторов. При постоянном во-
доразборе обеспечивается поступление в приборы воды с норматив-
ной температурой и поэтому такие системы выполняют тупиковы-
ми. При верхней разводке, устраиваемой в зданиях с техническими
этажами или чердаками, при перерывах в водоразборе в системе
возникает циркуляция за счет разности плотности остывшей воды
в водоразборных стояках и горячей в теплоизолированных подаю-
щих.
Современные здания оборудуются системами с нижней развод-
кой ввиду отсутствия чердаков и технических этажей, а также для
того, чтобы при недостаточном давлении воды на вводе не прекра-
щалась подача горячей воды в нижние этажи зданий.
В настоящее время ГВС жилых и общественных зданий проек-
тируются, как правило, циркуляционными. Это объясняется тем,
что в тупиковых системах при отсутствии водоразбора вода в по-
дающих трубопроводах охлаждается и при возобновлении водораз-
бора необходимо сливать остывшую воду до появления в приборах
воды нужной температуры. При нижней разводке естественная цир-
куляция недостаточна и используют принудительную насосную ци-
ркуляцию. Для предотвращения движения циркулирующей воды
в обратном направлении перед точкой подключения ее к подогрева-
телю предусмотрен обратный клапан. Подающие и циркуляцион-
ные стояки образуют водоразборный узел. Схемы с различными
типами водоразборных узлов показаны на рис. 9.1. Каждый водо-
разборный стояк (рис. 9.1, а) имеет отдельный циркуляционный
стояк, что удорожает систему. Циркуляционный стояк (рис. 9.1, б)
одновременно является и водоразборным. Это происхоит в пери-
оды максимального водоразбора, когда движение воды в нем меня-
ется на «снизу вверх». Недостатком схемы является то, что в пери-
оды малых и средних водоразборов в приборы, подключенные
к циркуляционному стояку, поступает вода сниженной температу-
ры. Общим недостатком схем является повышенная металлоем-
кость и низкая скорость воды в циркуляционных стояках, что
способствует ускорению коррозии труб.
В современных системах несколько подающих стояков подсо-
единяют к одному циркуляционному, что позволяет уменьшить
металлоемкость системы. В схеме «1 в» хотя циркуляционный сто-
263
Рис. 9.1. Схемы ГВС с различными тилями водоразборных узлов:
а с последовательным подключением полотенцесушителей ня подающем стояке, б — с попар-
но закольцованными стояками, « с водораэборно-пиркуляционтгыми стояками, г с индиви-
дуальным циркуляционным стояком, д то же, с объединяющей перемычкой на вводе горячей
волы; 1 источник теплоты, 2 подающий трубопровод; 3 - водоразборный стояк; 4 во-
лоразбортые крены; 5 — полотенцесушитель, б кольцуиццая перемычка; 7 - отключающий
кран, в циркуляционный стояк, 9 циркуляционный насос; 10 обратный клапан
як и сохранен водоразборным, но ввиду увеличения циркуляци-
онного расхода его недостатки уменьшены но сравнению со схемой
«1 б».
В схеме «I г» из циркуляционного стояка исключен водоразбор,
что позволило уменьшить металлоемкость. В схеме «1 д» в нижней
части имеется кольцующая перемычка, объединяющая несколько
подающих стояков, что позволяет более равномерно распределять
воду по подающим стоякам.
Для выравнивания неравномерности потребления горячей воды
ГВС оборудуются баками-аккумуляторами. При нижней разводке
возможна только нижняя установка аккумуляторов. При отсутст-
вии водоразбора вся горячая вода из подогревателя поступает
в аккумулятор. При включении водоразбора поступление нагрегой
воды в аккумулятор сокращается, а при среднем водоразборе пре-
кращается совсем. При повышении водоразбора водопроводное
давление выдавливает воду из аккумулятора в систему, разряжая
его. Ввиду переменности нагрузок ГВС системы с аккумуляторами
должны автоматизироваться.
В зданиях большой этажности (более 15) в нижних этажах
гидростатическое давление столба жидкости превышает допустимое
для водоразборной арматуры (0,6 МПа). В таких зданиях ГВС
разбивают по высоте на самостоятельные системы (рис. 9.2); высота
зон определяется по СНиП 2.04.01 85*. Каждая зона обеспечива-
ется от своего набора оборудования.
264
Схемы присоеди-
нения ГВС к теплосе-
ти. По характеру по-
лучения горячей во-
ды для ГВС системы
теплоснабжения раз-
деляются на закры-
1ые, в которых горя-
чая вода получается
нагревом водопро-
водной на ИТ11 и
ЦТП в подотревате-
лях, и открытые, в
которых вода на ГВС
отбирается непосре-
дственно из пода-
ющей и обратной
труб теплосети.
Ввиду сезонного
изменения темпера-
тур в обеих трубах
теплосети соотноше-
ние отбираемой во-
Рис. 9 2. Схема двухтонной ГВС:
1 повысительный насос верхней зоны; 2, 3 теплооб-
менника нижней и верхней зон; 4. 5 разводящие коллек-
торы нижней и верхней зон; 6.7 - стояки эоп, Й, 9 ппр-
куляционвые пинии зон; 10 — циркуляционные насосы
ды в течение отопи-
тельного сезона изменяется: при максимальной нагрузке вода от-
бирается только из обратной трубы, а при минимальной только из
подающей. Поддержание нормативной температуры горячей воды
осуществляется регулятором подачи воды из подающего трубопро-
вода. Выбор схемы присоединения водонагревателей к теплосети
производится в соответствии со СНиП 2.04.07 —• 86 в зависимости
от соотношения р максимальных тепловых потоков на горячее
водоснабжение САш„ и на отопление Q™’x
(9.1)
При р<0,15 и р>1 выбирают параллельную (по отношению
к системе отопления) схему присоединения ГВС. При этом сетевая
вода, поступающая на ИТЙ или ЦТП, разветвляется на два потока:
один поступает в водонагреватель ГВС, а другой — в систему
отопления СО-
При р=0,2...0,8 используют двухступенчатые последовательную
и смешанную схемы присоединения. Согласно СНиП 2.04.07 — 86
рекомендуется двухступенчатая смешанная схема, которая по срав-
нению с параллельной обеспечивает дополнительный нагрев воды
ГВС за счет теплоты отработавшей в СО сетевой воды. Это позво-
ляет уменьшить расход сетевой воды на ИТП или ЦТП.
265
Оборудование, трубы и арматура. Согласно СНиП 2.04.01 — 85,
трубопроводы ГВС выполняются из оцинкованных водогазопро-
водных труб по ГОСТ 3262 — 75*. В открытых системах теплоснаб-
жения, а также при диаметрах труб свыше 150 мм допускается
применение неоцинкованных стальных электросварных прямоточ-
ных труб по ГОСТ 10704 — 76 и стальных бесшовных горячеката-
ных труб по ГОСТ 8732 — 78*.
Арматура, применяемая в ГВС, разделяется на трубопроводную
и водоразборную. Трубопроводная арматура (задвижки, вентили,
краны, регуляторы) применяется промышленная общего назначе-
ния, запорная арматура диаметром до 50 мм применяется только
бронзовой или латунной. Арматура, используемая в ГВС, изготов-
ляется из серого и ковкого чугуна, стали, бронзы на рабочее давле-
ние до 1 МПа. Соединение арматуры с трубами до 50 мм — на
резьбе, а свыше 50 мм — на фланцах.
К водоразборной арматуре относятся туалетные краны, смеси-
тели умывальников и ванн (см. с. 183).
9.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ РАСХОДОВ ВОДЫ
И ТЕПЛОТЫ ДЛЯ ГВС
Расчетный расход воды на водоразбор определяется на основе
понятия вероятности действия приборов, представляющего собой
отношение действительного потребления горячей воды к максима-
льно возможному (при непрерывной работе и максимальном рас-
ходе).
p‘=&,UKglNim>, (9.2)
где — норма расхода горячей воды, л, в час наибольшего водо-
потребления, U — число потребителей, д* — секундный расход во-
ды водоразборным прибором, определяемый по СНиП 2.04.01 —
85*, — число приборов.
Вероятность использования санитарно-технических приборов
для системы в целом
^. = 3600/^, (9-3)
где ph, q^,, — часовой расход воды санитарно-техническим прибо-
ром, д/ч, принимаемый по СНИП 2-01.01 — 82.
Максимальный часовой расход воды, м3/ч, определяют по фор-
муле
?ьг—0,005$^,
(9.4)
266
где — определяется в зависимости от общего числа приборов
и вероятности их использования (см. Прил. 4 СНИП 2.04.01 —
85). Средний часовой расход воды, м3/ч, за период максимального
водопотреблсния определяют по формуле
«?=1чЛ/1000Г, (9.5)
где eft — норма расхода горячей воды, л, потребителем в сутки
(смену) наибольшего водопотребления; Т — расчетное время, ч,
потребления воды (сутки, смену).
Тепловой лоток, кВт, за период максимального водопотреб-
ления на нужды ГВС: в течение часа максимального водопот-
ребления
«=1,16^55-0+6*. (’-6)
где t„ — температура холодной воды, Qbl — теплопотери трубопро-
водами, кВт.
93. ПОДГОТОВКА ВОДЫ ДЛЯ ГВС и подпитки
ТЕПЛОСЕТИ
Водопроводная вода, используемая для заполнения теплосети,
а также водоразбора ГВС содержит растворенные соли и газы.
Различают соли временной карбонатной и постоянной жесткости.
Соли постоянной жесткости образованы сульфатами CaSO4, MgSO4
и хлоридами CaCI2, MgCl2, которые хорошо растворяются в воде
и при ее нагревании остаются в растворенном состоянии.
Растворимость в воде солей карбонатной жесткости с повышени-
ем температуры уменьшается, и они выделяются из воды, отклады-
ваясь на поверхности труб в виде накипи. Для предотвращения
выпадения накипи в магистральных теплопроводах теплосети в ис-
точнике теплоты — котельных и ТЭЦ применяют умягчение подпи-
точной воды в катионитовых фильтрах. Этот метод основан на
переводе труднорастворимых солей карбонатной жесткости в хоро-
шо растворимые натриевые соли, не образующие накипь. Умягче-
ние воды ГВС производится только для вод с повышенной карбо-
натной жесткостью 2<ж,<4.
Ввиду больших расходов воды ГВС умягчение ес в катионито-
вых фильтрах экономически нецелесообразно. В ГВС в качестве
противонакипной обработки применяется магнитная обработка во-
ды, заключающаяся в пропускании воды через магнитное силовое
поле в противонакипном магнитном поле (ПМУ). В результате
соли, растворенные в воде, образуют дисперсную взвесь, собира-
267
ющуюся в шламонакопителе, откуда периодически удаляются про-
дувкой.
Для удаления из подпиточной воды растворенных в ней коррози-
онно-активных газов Оз, СОз па ТЭЦ и в котельных осуществляют
уменьшение растворимости газов в воде при ее нагреве (термичес-
кая деаэрация) или при уменьшении давления (вакуумная деаэра-
ция). При обоих методах деаэрация осуществляется при кипении
воды, но в термических деаэраторах при атмосферном давлении
(1=100 °C), а в вакуумных деаэраторах — при снижении давления
до 0,02 — 0,03 МПа (1=60—65 °C). Для предотвращения коррозии
трубопроводов ГВС в ЦТП и ИТП нашло применение силикатиро-
вание — введение раствора жидкого стекла, которое химически свя-
зывает свободную углекислоту, одновременно образуя на поверх-
ности металла защитную пленку оксида силиция SiOj- С той же
целью может применяться щелочная обработка воды одной изве-
стью или одновременно известью и содой. Здесь также устраняется
углекислота, а защитная пленка на трубах образуется в виде от-
ложений углекислого кальция.
В наиболее полном объеме централизованная обработка воды
производится для открытых систем теплоснабжения, так как в этом
случае на ТЭЦ или в котельной производится и полноценное умяг-
чение подпиточной воды в катионитовых фильтрах и деаэрация
в термических или вакуумных деаэраторах.
Контрольные вопросы
1. По каким признакам подразделяются системы горячего водоснабжения?
2. Как пгигстовляется горячая вода при децентрализованном горячем водоснаб-
жении?
3. Назовите основные элементы централизованной системы горячего водоснаб-
жения.
4. Какие водоразборные узлы применяются в системах горячего водоснабжения?
5. Как приготовляется горячая вода в системах с непосредственным водораз-
бором из тепловых сетей?
6. Назовите основные схемы присоединения систем горячего водоснабжения
к тепловым сетям.
7. Назовите основные виды трубопроводной и водоразборной арматуры, приме-
няемой в системах горячего водоснабжения.
8. В чем заключаются основные меры борьбы с внутренней коррозией в систе-
мах горячего водоснабжения, и как они осуществляются на практике?
ГЛАВА 10. ГАЗОСНАБЖЕНИЕ
10.1. ГАЗОВЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ
И ОСНОВНЫЕ МАГИСТРАЛЬНЫЕ ГАЗОПРОВОДЫ
России
Наиболее крупные месторождения сосредоточены в Тюмен-
ской области (города Надым, Уренгой, Вуктыл, Ямбург), Якутии,
Оренбургской области и Ставропольском крае. Введены в дейст-
вие крупнейшие системы магистральных газопроводов, основными
из которых на территории России являются: Уренгой — Пома-
ры — Ужгород; Надым — Пермь — Казань — Нижний Новго-
род — Москва; Уренгой — Вуктыл — Ухта — Ярославль — Мо-
сква; Уренгой — Уфа — Петровск — Москва; Оренбург — Ужго-
род и др.
Введены в действие особенно мощные системы газопроводов из
района г. Ямбурга, направленные в центральные зоны России.
Сейчас примерно 85 — 90% природного газа наша страна полу-
чает из Тюменской области.
К настоящему времени в России создана единая автоматизиро-
ванная система газопроводов страны, объединяющая газопроводы
Европейской части Урала, Севера.
Характерной особенностью развития системы газоснабжения
является строительство газопроводов большого диаметра (1220
и 1420 мм) с рабочим давлением 7,5 МПа при наличии высокой
комплексной механизации всех процессов; рытье траншей, транспо-
ртировка труб, их очистка и изоляция, сварка труб в секции, укладка
их в траншеи, засыпка траншей.
Высокий уровень комплексной механизации на строительстве
газопроводов позволяет вводить их в эксплуатацию через 1,5 — 2
года после начала работ.
Сисгема газоснабжения города природным газом (рис. 10.1)
включает в себя газовый промысел (ГП), магистральный газопро-
вод (МГ), компрессорные станции (КС), газораспределительную
станцию (ГРС) и газопроводы города: высокого давления (ГВД),
среднего давления (ГСД) и низкого давления (ГНД), а также газо-
распределительные пункты (ГРП).
На газовых промыслах (ГП) производится очистка газа от песка
и капельной влаги (сепараторы), осушка газа от избыточного содер-
жания водных паров (Н2О), очистка газа от H2S и СОз (сероводоро-
да и углекислоты), одоризация газа этилмеркаптаном.
269
5 6
Рис. 10.1. Система газоснабжения города природным газом-
J газовый промысел, включающий очистку газа; 2 компрессорные станции; 3 - - газорасп-
ределительная станция (ГРС); 4 — газопровод высокого давленая (ГИД); 5 - газовые регу-
ляторные пункты (ТРИ); б газопровод среднего давленая (ГСД); 7 — сеть газопроводов
вязкого давления (ГЦД); R магистральный газопровод, 9 —газовые скважины на газовом
промысле
На магистральных газопроводах компрессорные станции раз-
мещаются одна от другой на расстоянии 180 — 200 км и комп-
ремируюэ (сжимают) газ от 2,5 — 3,0 МПа до 7,0 — 7,5 МПа.
Магистральные газопроводы заканчиваются газораспределитель-
ными станциями, которые монтируются перед входом каждого
газопровода в город
10.2. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИРОДНЫХ ГАЗАХ
Природные газы, добываемые из недр земли, представляют
собой смесь, состоящую из горючих газов, балластных газов и при-
месей.
Горючие газы состоят из метана (СИД предельных углеводоро-
дов (СдНгп+2) и непредельных углеводородов (CJHb,). В сумме пре-
дельные и непредельные углеводороды называются тяжелыми угле-
водородами (ТУ). Водород (Н2) и оксид углерода (СО) в природных
газах отсутствуют.
Балластные газы состоят из азота — N2, углекислого газа —
СО2 и кислорода — О2.
Примеси, входящие в состав природных газов, состоят в основ-
ном из водяных паров (Н2О), сероводорода (H2S) и пыли.
Рассмотрим свойства горючих газов.
Метан (СН4) - горючий газ без цвета, запаха и вкуса. Не ток-
сичен, но при большой концентрации в воздухе вызывает удушье
Низшая теплота сгорания Q=35840 кДж/м3, плотность р=
=0,717 кг/м3, молекулярная масса д= 16 кг/кг - моль.
К тяжелым углеводородным газам, имеющим формулу СпН2п+2,
относятся: этан (С2Н6), пропан (C3HF), бутан (С3Н10). Все эти
270
газы, как и метан, не имеют цвета, запаха и вкуса, не токсичны.
Их физические свойства зависят от величины молекулярной массы
GO-
Чем больше д, тем выше плотность тяжелых углеводородов (р),
больше теплотворная способность (Q), больше требуется воздуха
для сжигания 1 м3 тяжелых углеводородов.
К непредельным тяжелым углеводородным газам (СдН^+г) от-
носятся: этилен (С2Н4), пропилен (С3Нб), бутилен (С4Н8). Их свойст-
ва также изменяются с увеличением д, как и у тяжелых углеводоро-
дов.
Балластные газы.
1. Азот (N2) — инертный газ, без цвета, запаха и вкуса. На долю
азота в воздухе приходится 79%.
До температур 1400 °C азот не реагирует с воздухом, а при более
высоких температурах образует оксиды азота, которые сказывают
более вредное воздействие на человека, чем оксид углерода. Пре-
дельно допустимая норма оксидов азота в атмосферном воздухе
0,085 мг/м3.
2. Диоксид углерода (СО2) является инертным газом со слегка
кисловатым запахом и вкусом.
3. Кислород (О2) — входит в состав атмосферного воздуха в ви-
де второй составляющей в количестве 21%. Во всех процессах
горения кислород играет роль окислителя. Содержание кислорода
в природном газе не допускается более 1%, исходя из соображений
взрывобезопасности и защиты газового оборудования от коррозии.
Примеси. В виде примесей природный газ в основном содержит
водяные пары, сероводород и пыль.
Концентрация водяных паров (Н2О) в природном газе, подава-
емом бытовым и промышленным потребителям, не должна превы-
шать 500 — 1000 г на 100 м3 природного газа.
Сероводород Н2 — бесцветный газ, имеющий запах испорчен-
ных яиц, является ядом и оказывает раздражающее действие на
дыхательные пути и глаза.
Предельно допустимая концентрация H2S в воздухе помещений
равна 0,1 мг/л. H2S — коррозионно-агрессивный газ.
Содержание H2S в природном газе после очистки на газовых
промыслах не должно превышать 2 г на 100 м3 природного газа.
Содержание пыли не должно превышать 0,1 г на 100 м3 природ-
ного газа.
10.3. СЖИЖЕННЫЕ ГАЗЫ
Сжиженные газы, состоящие в основном из пропана (С3Н8)
и бутана (С4Ню), получают на газобензиновых и нефтеперерабаты-
вающих заводах. Сжиженный газ широко используют для газоснаб-
жения сельской местности и районов, не подключенных к магист-
271
ральным газопроводам. Хранятся жидкие газы в баллонах и ем-
костях, а перевозятся в цистернах.
Мелкие потребители (одно- и двухэтажные жилые строения,
дачи) имеют для хранения жидкого газа баллоны, емкостью до 50
л каждый.
Крупные потребители (3 — 4-зтажные жилые дома, столовые,
рестораны; коммунальные предприятия, оздоровительные лагеря,
дома отдыха) имеют для хранения жидкого газа емкости объемом
2,2 и 4 м3, которые устанавливаются ниже уровня земли Запас
жидкого газа в баллонах и емкостях должен обеспечивать нормаль-
ное газоснабжение потребителей в течение 7—10 дней.
В емкостях и баллонах жидкий газ всегда представляет собой
двухфазную систему. В верхней зоне емкости или баллона находит-
ся паровая фаза пропан-бутановой смеси, а в нижней зоне жидкая
фракция, которая испаряется по мере отбора потребителями па-
ровой фазы. Паровая фракция всегда представляет собой насыщен-
ную смесь из CjHg и С4Н|0. Упругость указанных газов (Рг) зависит
от температуры наружного воздуха (для баллонов) или температу-
ры грунта (для подземных емкостей). В табл. 10.1 показана зависи-
мость упругости паров пропана и бутана от температуры.
Тваблица 10.J
Температура, °C Упругость паров Рг, МПа Примечание
пропан С3НВ бутан С4Н1О
-50 0,1 0,00 При температуре меньше — 50 °C пропан
-12 0,325 0,1 ге испаряется При температуре меньше
0 0,48 0,16 —12 “С не испаряется также бутан
+ 10 0,65 0,23
+50 1,70 0,70
В баллонах и емкостях (2,2 и 4 м3) упругость паровой фазы или
фактическое рабочее давление должно быть не менее 0,035 МПа при
плотности пропана р—2 кг/м3, а для бутана р=2,7 кг/м3. Для
воздуха при нулевой температуре р=1,29 кг/м3. Это значит, что при
утечке паровой фазы жидкого газа из баллона будет наблюдаться
явление газослива.
Сжиженные газы должны содержать H2S не более 5 г на 100 мэ
паровой фазы, а запах их должен ощущаться при содержании паров
H2S в воздухе в размере 0,5%.
Воспламенение газов. Воспламенение газов может происходить
только в том случае, если их содержание в газовоздушной смеси
находится в определенных пределах, которые называются пре-
делами воспламеняемости или взрываемости.
Существуют верхний и нижний пределы воспламеняемости. На-
пример, для метана нижний предел равен ~5% содержания его
272
ii газовоздушной смеси, а верхний ~ 15%. Вне этих пределов мета-
новоздушные смеси не горят и не взрываются.
При чрезмерно малом содержании горючего газа в газовоздуш-
ной смеси, например, метана менее ~5% теплоты от запального
устройства оказывается недостаточно для доведения соседних слоев
1азовоздушной смеси до температуры воспламенения. В данном
случае смесь оказывается «бедной». Она слишком разбавлена бал-
ластными компонентами (азотом и кислородом) и вообще не спо-
собна к воспламенению. Аналогичное явление происходит в газово-
шушной смеси, когда имеется избыточное количество метана (бо-
лее 15%). Здесь газовоздушная смесь получается «богатой», и для ее
нормального воспламенения не хватает О2, который является окис-
лителем.
В табл. 10.2 показаны пределы воспламеняемости отдельных
горючих газов.
Таблица 10-2
Газы Пределы восоламсяяемостн, в %
иихпиз верхний
Метан (СН4) 5 15
Этан (С2Н6) 3 12
Пропан (С'зНр) 2,5 9,5
Бутан (C.fHl0) 1,9 8.5
Явления взрыва газов могут возникнуть при нарушении правил
розжига переведенных на газ котлов, при негерметичных задвижках
газовой аппаратуры и вышедшей из строя защитной автоматики.
При этом топка и газоходы котлов могут заполниться взрывоопас-
ной смесью. Если в такую газоопасную среду попадает источник
воспламенения, то происходит взрыв.
При взрыве всего объема газовоздушной смеси масса ее тут же
превращается в продукты сгорания. Последние, восприняв теплоту
реакции взрыва, мгновенно расширяются и оказывают динамичес-
кое давление на стенки топки и газоходов. Максимальное давление,
возникающее при взрыве смеси природного газа с воздухом, нахо-
дится в пределах 0,44 — 0,75 МПа. Взрывная волна возникает
в топке и распространяется по газоходам практически мгновенно,
со скоростью примерно 1 км/с.
10.4. ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ В ГОРОДАХ
И ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ПУНКТЫ
От газораспределительной станции (ГРС) природный газ по-
дается в город (см. рис. 10.1).
В городах распределительные газопроводы делятся на:
273
Рис. 10.2. Принципиальная схема
газоснабжения большого города:
1 — магистральные газопроводы; 2 —
газораспределительные станции (ГРС);
3 — ксвтрольво-регуляторные пункты
(КРП); 4 газопроводы вязкого давле-
ник; 5 газорегуляторные пункты
(ГРП); б кольцо газопроводов высо-
кого лавлеивя (2 МПа); 7 кольцо газо-
проводов высокого давления 1.2 МПа.
Я — газопроводы высокого давления, 0,6
МПа, 9 кольцо газопроводов средне-
го давления, 0,3 МПа; 10 перемычка;
Н — подземное хранилище газа
а) газопроводы низкого давления, р до 3000 Па (300 мм вод. ст.);
б) газопроводы среднего давления, 3000 Па </><0,3 МПа;
в) газопроводы высокого давления 0,3<р<0,6 МПа —I ст.,
0.6<р< 1,2 МПа — II ст.
Газопроводы низкого давления используются для газоснабже-
ния жилых домов, общественных зданий и мелких коммунально-
бытовых предприятий.
Газопроводы среднего и высокого давления (I ступени) служат
для питания: ГРП, средних промышленных предприятий, комму-
анально-бытовых предприятий (бани, механические прачечные, хле-
бозаводы, крупные столовые и рестораны). Газопроводы высокого
давления (0,6 </><1,2 МПа) снабжают газом в основном ТЭЦ,
ГРЭС, крупные промышленные предприятия.
Схемы газоснабжения городов и рабочих поселков разделяются
на одно-, двух и трехступенчатыс. Для крупных городов применя-
ются многоступенчатые схемы, одна из которых показана на рис.
10.2.
Выбор схемы газоснабжения определяется различными фактора-
ми, важнейшими из которых яв-
ляются, размер города, плот-
ность застройки города и концен-
трация промышленности в нем,
перспектива газификации города.
В небольших городах или на-
селенных пунктах с малым расхо-
дом газа осуществляется, как пра-
вило, одноступенчатая система
низкого давления. В средних го-
родах применяются i л явным об-
разом двухступенчатые системы,
а в крупных I ородах с населением
примерно более I млн. чел жи-
лыми массивами со зданиями от
5 до 12 этажей и большой концен-
трацией промышленности приме-
няют многоступенчатые системы
(рис. 10.2). Из магистрального га-
зопровода газ поступает в газоре-
гуляторную станцию, где давле-
ние снижается до 2 МПа (при на-
личии многоступенчатой схемы)
и затем газ поступает в сеть высо-
кого давления, которая в виде
кольца окружает город. К этому
кольцу через контрольно-регуля-
торный пункт присоединяется
274
подземное газовое хранилище. Это хранилище и газораспреде-
лительная станция относятся к системе магистральных газопро-
водов. Городское газовое хозяйство начинается с кольца высокого
давления 1,2 МПа, которое питается от нескольких контроль-
но-регуляторных пунктов. Затем через газорегуляторные пункты
газ последовательно поступает в газопроводы с более низким дав-
лением и наконец от сети низкого давления поступает в жилые
дома, общественные здания и коммунально-бытовые предприя-
тия.
В системе газоснабжения города особое место занимают (рис.
10.3) газорегуляторные установки. В принципе все указанные ре-
дуцирующие установки построены по единому принципу. Газ сред-
него или высокого давления поступает в газораспределительные
пункты и последовательно проходит по основной линии диафрагму
(служит для учета потребляемого газа), задвижку, фильтр, предох-
ранительно-запорный клапан, регулятор давления, задвижку и за-
тем выходит в газовую сеть низкого давления. Предохранительно-
запорный клапан и регулятор давления соединены с газопроводом
низкого давления импульсными линиями. На выходе в сеть низкого
давления устанавливается предохранительно-сбросной клапан. Обо-
рудование газораспределительного пункта располагается в отдель-
но стоящем здании, выполненном нз кирпича. Освещение здания
естественное (через окна), а в ночное время электрическое во взры-
воопасном исполнении. Отопление водяное от местных газовых
установок (АГВ-80, АГВ-120) и т. д. Указанные источники тепла
устанавливают в изолированном тамбуре. Температуру в помеще-
нии поддерживают не ниже 5 °C. Приточно-вытяжная вентиляция
должна обеспечивать трехкратный обмен воздуха. Приток воздуха
происходит через жалюзейную решетку, а вытяжка через дефлектор
ЦАГИ и клапаны для регулирования тяги.
На рис. 10.4 показана схема шкафного регуляторного пункта,
разработанного институтом Мосгазниипроектом. Размеры его
1000 х 1000 х 600 мм. Он крепи тся непосредственно к стене здания
и состоит из двух одинаковых по исполнению газовых коммуника-
ций (левой и правой), отключенных друг от друга задвижками.
Предположим, что газ с давлением 0,6 МПа входит снизу в левую
линию шкафного регуляторного пункта. Тогда он последовательно
проходит открытую задвижку, фильтр, предохранительный кла-
пан — отсекатель, регулятор прямого действия и затем входит
в сеть низкого давления (3000 Па). В том случае, если в сети низкого
давления резко увеличивается значение р (больше 3000 Па), то
срабатывает предохранительно-сбросной клапан и выпускает газ
в атмосферу. Если значение р и в этом случае не приходит в норму,
275
§5
1Й
i ih
8. В 8.6
i b1
| |a=
iR
hip
I Hl
° -«Is
'll
gif
i в J.
”f.-
?Sg
she-
-ill
срабатывает клапан-
отсекатель и подача
газа в сеть низкого
давления прекраща-
ется.
Правая линия
шкафного регулятор-
ного пункта, которая
является зеркальным
отражением левой,
вводится в действие
тогда, когда требует-
ся прочистить фильтр
или осмотреть дру-
гие узлы левой ли-
нии этой редуциру-
ющей установки.
Газо распредели-
Рис, 10.4. Схема шкафного регуляторного пункта:
1 запорный жран; 2 сетчатый фильтр; 3 манометр;
4 - клапан-отсекатель; J регулятор прямого действия,
6 - запорный крав; 7, 8 — импульсная линия; 9 газовая
сеть низкого давления; 10 - газовая сеть среднего давле-
тельные установки
работают по такому
же принципу и уста-
навливают их в ко-
тельных различного
рода промышленных ния
предприятий.
Газораспределительные станции устанавливаются па конечном
участке магисгрального газопровода на входе в город. После газо-
распределительной станции давление газа может снижаться до ве-
личины, необходимой городу (2,0; 1,2; 0,6; 0,3 МПа).
10.5. УСТРОЙСТВО НАРУЖНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ
Как правило, на территории городов и населенных пунктов
газопроводы прокладываются в земле. Исключение составляют
территории промышленных предприятий, где их можно проклады-
вать по эстакадам и различным переходам сверху проезжей части
заводской автотрассы. Надземную прокладку газопроводов произ-
водят по наружным несгораемым стенам жилых и общественных
зданий. По стенам жилых и общественных зданий допустима про-
кладка газопроводов с давлением не более 0,3 МПа.
Газопроводы высокого давления можно прокладывать только
по сплошным стенам или над окнами верхних этажей производст-
венных зданий. При пересечении надземных газопроводов с воздуш-
ными линиями электропередачи они должны проходить ниже линий
электропередачи.
277
Возможна прокладка газопроводов на эстакадах совместно
с линиями водопроводов, паропроводов, но при условии обе-
спечения свободного осмотра и ремонта каждого из названных
выше коммуникаций. Расстояния между газопроводом и други-
ми коммуникациями при их совместной прокладке принимают
в свете от 100 до 300 мм в зависимости от диаметра. Совместная
прокладка газопроводов с электролиниями недопустима, кроме
электролиний, проложенных в стальных трубах и бронированных
кабелей.
Надземные газопроводы прокладываются с учетом компенсации
температурных удлинений, которые зависят от расчетной темпера-
туры воздуха. Наиболее просто устранять продольные деформации
за счет изгибов газопроводов или п-образной прокладки.
Переход газопроводов через реки, каналы, мелкие озера осуще-
ствляют подводным способом с помощью дюкеров. Возможна
в этом случае прокладка по мостам или эстакадам. При прокладке
дюкерами газопровод обязательно выполняется в две линии, каж-
дая из которых должна иметь 75% расчетного расхода газа. Для
тупиковых газопроводов, питающих только промышленные пред-
приятия, дюкер можно прокладывать в одну линию, но лишь в том
случае, если эти предприятия имеют резервное топливо (мазут).
Подводные переходы погружаются в грунт примерно па 1 м и вы-
полняются с весьма усиленной изоляцией. Чтобы газопровод, про-
ложенный по дну реки, не всплывал, на него по всей длине уклады-
вают железобетонные плиты.
При прокладке наружных газопроводов имеются ограничения.
Газопроводы низкого, среднего и высокого давлений нельзя про-
кладывать по железнодорожным мостам. Однако в ряде случаев
газопроводы можно прокладывать по мостам, но при этом их
обязательно следует подвешивать с помощью специальных
устройств, но так, чтобы была исключена возможность скопления
газа в конструкциях моста. Нельзя прокладывать газопроводы под
железнодорожными и трамвайными путями, а также автодорогами
без футляров.
10.6. УСТРОЙСТВО ПОДЗЕМНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ
Такого рода газопроводы прокладываются главным образом по
городским проездам, а также в зоне зеленых насаждений. Расстоя-
ния по горизонтали между подземными газопроводами и другими
сооружениями должны соблюдаться в соответствии с данными
табл. 10.3.
278
Таблица 10.3
вынужденной прокладке газопровода поперек какого-либо канала
применяются футляры из стальных труб, на концах которых уста-
навливаются контрольные трубки.
Газопроводы выполняют из стальных труб, соединяя их элект-
росваркой. В местах установки газовых приборов, арматуры и дру-
гого оборудования применяют фланцевые и резьбовые соединения.
Для защиты стальных труб от коррозии перед укладкой в землю их
изолируют.
Глубина заложения i азопроводов зависит от состава транспор-
тируемого газа. При влажном газе глубину заложения труб прини-
мают ниже средней глубины промерзания грунта для данной мест-
ности. Газопроводы осушенного газа можно укладывать в зоне
промерзания грунта, но заглубление должно быть не менее 0,8 м от
поверхности земли. Газопроводы прокладывают с уклоном не ме-
нее 1,5 мм/пог. м, что обеспечивает отвод конденсата из газа
в конденсатосборники и предотвращает образование водяных про-
бок.
Для выключения отдельных участков газопровода или отключе-
ния потребителей устанавливается запорная арматура, размеща-
емая в колодцах.
При изменениях температурных условий на газопроводе появ-
ляются растягивающие усилия, которые могут разорвать сварной
стык или задвижку. Чтобы избежать этого, на газовых сетях и,
в особенности у задвижек, устанавливают линзовые компенсато-
ры, воспринимающие эти усилия. Кроме восприятия температур-
ных деформаций компенсаторы позволяют легко демонтировать
279
и заменять задвижки и прокладки, так как компенсатор при по-
мощи особых приспособлений можно сжать или растянуть. Лин-
зовые компенсаторы устанавливают в одном колодце с задвиж-
ками, причем располагают их после задвижек, считая по ходу газа
(рис. 10.5).
Газопроводы низкого давления (до 5000 Па) можно проклады-
вать в подземных коллекторах совместно с другими коммуникаци-
ями. Их можно прокладывать также в полупроходных каналах
между жилыми и общесгвенными зданиями (в «сцепках» для сов-
местной прокладки инженерных сетей). Проходные и полупроход-
ные каналы должны быть оборудованы постоянно действующей
естественной вентиляцией. Прокладка газопроводов в непроходных
каналах совместно с другими трубопроводами и кабелями недопу-
стима.
При прокладке нескольких газопроводов в одной траншее рас-
стояние между ними в свете должно быть не менее 0,4 м при
диаметре труб до 300 мм и не менее 0,5 м при диаметрах
более 300 мм.
Глубина заложения газопровода на проездах с усовершенство-
ванным покрытием (асфальтобетонным, бетонным) должна быть не
Рис. 10 5. Устройство тазовых коло-
дцев:
а — установка зялвижкп в колодце- 1 —
футляр, 2 — задвижки, 3 — ковер, 4 —
люг, 5 — линзовый компенсатор, б
газопровод.
6 -^устройство малогабаритного колод-
ца- 1—отвод, 2—крав, 3— проклад-
ка, 4 —- стенка колодца
280
менее 0,8 м, а на участках без усовершенствованных покрытий — не
менее 0,9 м до верха трубы. В местах, где нет движения транспорта,
она может быть уменьшена до 0,7 м.
Отключающие устройства на газопроводах устанавливают
в следующих случаях.
На распределительных газопроводах низкого давления для от-
ключения отдельных микрорайонов и газопроводах среднего и вы-
сокого давления, проложенных на отдельных участках. На от-
ветвлениях от распределительных газопроводов всех давлений
к предприятиям и группам жилых и общественных зданий; от-
ключающие устройства на ответвлениях от распределительных
газопроводов устанавливают вне территории объекта ближе к рас-
пределительному газопроводу и не ближе двух метров от стены
здания или ограждения. Отключающие устройства устанавливают
в удобном и доступном для обслуживания месте, например, они
монтируются на вводах и выводах газопровода из газорегуля-
торных пунктов не ближе 5 м, но не далее 100 м Для газо-
регуляторных пунктов, размещаемых в пристройках к зданиям,
а также в шкафах, возможна установка отключающего устройства
на наружном надземном газопроводе и удобном для обслуживания
месте, но на расстоянии не менее 5 м. Отключающие устройства
обязательно устанавливаются на пересечении газопроводами вод-
ных преград, железнодорожных путей, магистральных автомобиль-
ных дорог, при прокладке газопроводов в коллекторах (на входе
и выходе из него), на вводах газопроводов в отдельные жилые
Рис 10.6. Линзовый компенсатор:
1 - патрубок, 2 — фланец, 3 рубашка, 4 — полуливза, 5 — ребро, 6 — лава, 7 — гайка,
Я — тяга
281
Рис. 10.7. Конденсатосборники*
а высокого давления. 6 низкого дав ле-
ни»; 1 — кожух, 2 внутренняя трубка,
3 — контакт. 4 - контргайка, 5 крав,
б ковер, 7 — пробка, 8 - подушка под
ковер железобетонная, 9- электрод зазем-
ления, 10 ~ корпус коядевса госборника,
11 — газопровод 12 - прокладка, 13 му-
фта, 14 стояк
общественные и производст-
венные здания, на подземных
газопроводах в колодцах с лин-
зовыми компенсаторами.
Для удобства эксплуатации
и ремонт а газовых сетей па них
монтируют специальную арма-
туру: компенсаторы, конденса-
тосборники, контрольные труб-
ки, задвижки
В связи с тем, что в грунте
температурные колебания не-
значительны, компенсаторы
фактически способствуют то-
лько удобству монтажа и де-
монтажа задвижек. Наиболее
широко распространены линзо-
вые компенсаторы (рис. 10.6).
На газопроводах диаметром
100 мм и менее в колодцах
устанавливаются гибкие ком-
пенсаторы.
При скоплении конденсата
в газопроводах в них наруша-
ется нормальное движение газа. Для отвода конденсата из понижен-
ных точек газовой сети применяют конденсатосборники (рис. 10.7),
которые устанавливают в сетях низко о, среднего и высокого давле-
ния. В первом случае конденсат выкачивают насосом, во втором
случае удаляют под давлением газа.
10.7. УСТРОЙСТВО ВНУТРИДОМОВЫХ
ГАЗОПРОВОДОВ
Внутридомовые газопроводы служат для передачи природного
газа от газорегуляторных пунктов к газовым приборам жилых
домов (газовые плиты, быстродействующие или емкостные водона-
греватели). Ответвления и дворовые разводки всегда рассматрива-
ются как составная часть газооборудования жилых комплексов.
В этих газопроводах поддерживается всегда низкое давление газа до
(3000 Па). Газоснабжение жилых домов осуществляется от уличных
газопроводов низкого давления. Цокольный ввод газопровода
в здание показан на рис. 10.8.
Основными элементами системы газоснабжения дома является
ответвления от городских (уличных) газопроводов, дворовые газо-
проводы, вводы, стояки, квартирные газопроводы.
282
Ответвления служат для подачи газа из уличного газопровода
к дому. На тротуаре или у линии застройки домов на ответвлении
обычно монтируется отключающее устройство. Если по ответвле-
нию подача газа должна осуществляться в несколько точек подъез-
дов или корпусов, то ответвление образует дворовую разводку.
Подвальных разводов стараются избегать и от цокольного ввода по
наружной стене здания проводят кольцевой газопровод, от которо-
го он отпочковывается в лестничные клетки. Вводы могут устра-
иваться непосредственно в кухнях.
Газовые стояки служат в жилых домах для подачи газа в квар-
тирные разводки. Стояки проходят через все этажи вертикально.
Они выполняются только из стальных труб на сварке.
Прокладка стояков в жилых домах производится в кухнях. Все
газовые стояки в верхней части должны заканчиваться пробками,
283
после вывертывания которых через шланг производится продувка
системы для удаления газовоздушной смеси при первичном пуске
газа. Если стояк обслуживает 2 этажа и более, то у основания стояка
должен быть установлен отключающий кран. В целях предотвраще-
ния повреждения газопроводов при осадке зданий, а также защиты
стояков от коррозии в местах пересечения трубами междуэтажных
перекрытий и лестничных площадок их необходимо прокладывать
в футлярах (гильзах) большего диаметра. Нижний обрез футляра
устанавливается заподлицо, снизу перекрытия, а верхний конец
выводится на 5 см выше пола или лестничной площадки. Простран-
ство между газопроводом и футляром заделывается просмоленной
прядью с битумом, а сам футляр — цементом.
Квартирная разводка (рис. 10.9) служит для подачи газа от
стояков к газовым приборам. Она состоит из квартирных вводов
(при расположении стояков в лестничных клетках), разводящих
газопроводов и спусков к приборам. Все разводящие линии прокла-
дываются с уклоном нс менее 0,001 к стояку и приборам. Опуски
к приборам должны выполняться отвесно. Газопроводы разрешает-
ся прокладывать только по нежилым помещениям (кухни, коридо-
ры). Перед каждым газовым прибором на спуске должен быть
установлен кран. При открытой прокладке внутри помещения
должны соблюдаться определенные расстояния от строительных
конструкций.
Газопроводы не должны пересекать оконные и дверные проемы
В жилых зданиях газопроводы крепят к стенам с помощью крюков,
вбитых в стену. При диаметре трубы более 40 мм крепление газо-
Рис. 10.9. Квартирная разводка газопровода:
дверка для чистки газохода; 2 ввод газохода, в дымовой канал; ? стояк газопровода;
края, 5 стоя, б газовая плита; 7 ванна; 8 быстродействующий газовый aonotiai-
проводов выполняют с помощью кронштейнов. Расстояние между
опорами принимают примерно 2,5 м при диаметре трубы 15 мм; 3,5
м при диаметре трубы 25 мм; 5 м при диаметре трубы 50 мм. Зазор
между трубами и стеной выполняют 2 см.
10.8. ПРИСОЕДИНЕНИЕ ГАЗОПРОВОДОВ К ДЕЙСТВУЮЩИМ
ГАЗОВЫМ СЕТЯМ, ИХ ОБСЛУЖИВАНИЕ, РЕМОНТ
И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
Присоединение вновь построенного газопровода к действующей
газовой сети производится специальной бригадой, имеющей схему
присоединяемого газопровода с указанием установленной запорной
арматуры, пробок и другого оборудования. Присоединение газо-
провода осуществляют под давлением ~200 Па. Наиболее рас-
пространенным методом присоединения газопроводов к действу-
ющим газовым сетям является телескопический метод. Присоединя-
емый газопровод подводят к действующему перпендикулярно. На
конец присоединяемого газопровода надевают отрезок трубы. Про-
тив него к действующему газопроводу приваривают патрубок, диа-
метр которого превышает диаметр надетого отрезка трубы. Внутри
патрубка действующего газопровода вырезают окно, размер кото-
рого соответствует внутреннему диаметру присоединяемого газо-
провода. Вырезанное окно извлекают с помощью заранее приварен-
ного стержня, затем вдвигают в патрубок соединительный отрезок
трубы. Зазоры между трубами конопатят асбестом, а концы соеди-
нительного отрезка приваривают.
Продувку присоединяемого газопровода и наполнение его газом
производят немедленно. Для этого в конце присоединяемого газо-
провода устанавливают продувочную свечу, высота которой над
землей должна быть примерно 2,5 м. Если вновь построенный
газопровод предназначен для жилого здания, то газ абонента вклю-
чается представителями эксплуатационной конторы.
Обслуживание и ремонт газопроводов выполняют бригады об-
ходчиков и слесарей. При профилактическом ремонте проверяют
состояние газопровода, его изоляцию, арматуру, оборудование
и устраняют выявленные недостатки. Стальные газопроводы осма-
тривают через три года после ввода в эксплуатацию, а в даль-
нейшем — через каждые пять лет.
Профилактический ремонт подземных газопроводов состоит из
следующих основных работ: осмотра и устранения утечек газа,
проверки и ремонта задвижек арматуры и другого газового обору-
дования, проверки состояния труб и изоляции после раскопки шур-
фов.
При строительстве и монтаже газопроводов должны соблюдать-
ся требования техники безопасности.
Место газоопасных работ ограждается и охраняется. Работы по
присоединению к действующим газопроводам относятся к числу
газоодасных и выполняются организацией, эксплуатирующей газо-
вое хозяйство (города, поселка, предприятия).
Бригады, производящие газоопасные работы, должны состоять
ве менее чем из двух человек. Наиболее ответственные работы
производятся под руководством инженерно-технических работни-
ков; рабочие и инженерно-технический персонал проходят специаль-
ную подготовку и тренировку.
Место, где производят газоопасные работы, ограждают и охра-
няют. Курить и разводить огонь в таких местах категорически
воспрещается. При появлении запаха газа следует надевать проти-
вогаз. Тип используемого противогаза зависит от характера работ.
Для работы в котлованах и колодцах наиболее пригодны шлан-
говые противогазы, а при работе в помещениях — изолирующие.
Рабочие, производящие работу в котлованах и колодцах, долж-
ны надевать пояса с веревками, концы которых остаются снаружи
в руках у наблюдающих за работой.
Внутренние газопроводы испытывает монтажная организация
в присутствии представителя заказчика.
Газопроводы низкого давления в жилых помещениях и обще-
ственных зданиях испытывают воздухом на прочность при давле-
нии 0,1 МПа. Для выявления дефектов и на плотность при давлении
5000 Па (с подключенными приборами, но без счетчиков). Газопро-
вод считается выдержавшим испытание на плотность, если падение
давления в нем в течение 5 мин не превышает 200 Па.
Внутренние газопроводы среднего давления 0,3 МПа подверга-
ют испытанию на прочность и плотность также воздухом, а газо-
проводы высокого давления от 0,3 до 1,2 МПа.
10.9. ГАЗОПРОВОДЫ ИЗ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ
Эти газопроводы отличаются тем, что не подвергаются кор-
розии, они находят применение как в городах, так и в поселках.
Область применения полиэтиленовых труб показана в табл. 10.4.
Таблица 10.4
Обласгь применения
оогиэтвлевсвых ipy5
Газы, допускаемые
для трансворлированЕя
Газопроводы на территории ио- Природные газы газовых и газо-
сепков и сельских населенных пунх-[нефтяных месторождений, не соде-
тсв ржащие ароматических и хлориро-
ванных углеводородов, и гаэовоз-
|душные смеси, не содержащие ука-
Межпоселковые газопроводы
ранных углеводородов
[Тоже
286
Не допускается строительство газопроводов из полиэтиленовых
труб в районах с сильнопучинистыми грунтами, в грунтах II типа
просадочности, скальных грунтах, в районах подрабатываемых тер-
риторий и в районах с сейсмичностью выше 6 баллов.
Для газопроводов, прокладываемых на местности с уклоном
более 200%, следует предусматривать мероприятия по предотв-
ращению размыва траншей. Прокладка газопроводов из полиэтиле-
новых труб с уклоном более 500% не допускается.
Глубина заложения полиэтиленовых газопроводов должна быть
не менее 1 м до верха трубы.
При пересечении автомобильных дорог, подземных коллекторов
и каналов, силовых и телефонных кабелей, водостока, водопровода,
канализации, тепловых сетей, а также в местах прохода газопровода
через стенки колодцев полиэтиленовые газопроводы следует заклю-
чать в футляр из металлических труб. Внутренний диаметр футляра
должен быть не менее чем на 100 мм больше наружного диаметра
газопровода. Концы футляра должны выходить не менее чем на
2 м от наружных стенок пересекаемых сооружений.
Минимальные расстояния по горизонтали в свете между поли-
этиленовыми газопроводами и другими подземными сооружениями
и зданиями следует принимать как для стальных газопроводов
согласно требованиям СНиП 2.07.01-86. Расстояния по вертикали
в свете при пересечении полиэтиленовых газопроводов всех давле-
ний с подземными сооружениями следует принимать нс менее зна-
чений, указанных в табл. 10.5.
Таблица 10.5
Сооружения и коммуна калии
Расстояния по верти или в свете при
пересечении полиэтиленового
газопровода с сооружениями я
коммунигацнями от наружной
стеши трубы или футляра, м
Водопровод, канализация, водосток, телефонная
канализация; тепловые сети
Бесканальная тепловая сеть
Силовой кабель, телефонный бронированный ка-
бель
Электрокабель маслонаполненный ПО — 220 кВ
Арматуру и оборудование на полиэтиленовых газопроводах сле-
дует предусматривать аналогично стальным газопроводам.
Не допускается надземная и наземная прокладка газопроводов
из полиэтиленовых труб, а также прокладка их в коллекторах,
каналах и внутри зданий.
Предусмотрена прокладка в одной траншее двух полиэтилено-
вых газопроводов, а также полиэтиленового и стального, при этом
расстояния между газопроводами следует принимать из условия
287
возможности производства работ по монтажу и ремонту газопро-
Минимальные расстояния по горизонтали в свете от полиэтиле-
новых газопроводов до здании и сооружений следует принимать как
и стальных газопроводов, согласно требованиям СНиП 2.07.01 — 89.
Участки открытой прокладки полиэтиленовых труб (вне сталь-
ных) в местах приближения друг к другу должны быть защищены
от механических повреждений (металлические футляры, сетки, желе-
зобетонные плиты).
Минимальные расстояния от здании и сооружений до реконст-
руируемого стального газопровода низкого давления при протяжке
в нем полиэтиленового газопровода среднего давления (до 0,3 МПа)
допускается принимать по нормам для стальных газопроводов
низкого давления.
Минимальные расстояния по вертикали в свете между полиэти-
леновыми газопроводами и подземными инженерными коммуника-
циями за исключением тепловых сетей следует принимать по нор-
мам^ установленным для стальных газопроводов. Для тепловых
сетей это расстояние должно определяться из условия исключения
возможности нагрева полиэтиленовых труб выше температуры
установленной для принятой марки полиэтилена.
Глубину прокладки полиэтиленового газопровода до верха тру-
быследует предусматривать не менее 1,0 м, а для районов с расчет-
ной температурой наружного воздуха ниже минус 40 °C — 1,4 м.
Переходы газопроводов через железные дороги и автомобиль-
ные дороги I — II категории, под скоростными дорогами, магист-
ральными улицами и дорогами общегородского значения, а также
через водные преграды шириной более 25 м и болота следует
выполнять из стальных труб.
При реконструкции стальных газопроводов допускается на ука-
занных участках, за исключением переходов через дороги общей
сети и переходов, для которых нормами не предусматривается
устройство футляров, протяжка в них полиэтиленовых труб.
Арматура и оборудование на полиэтиленовых газопроводах та-
кая же, как и для стальных газопроводов. Допускается установка
полиэтиленовых кранов в грунте (без колодца) при условии раз-
мещения их в футляре или другой защитной конструкции с устрой-
ством ковера.
Вводы к зданиям выполняются, как правило, из стальных труб.
Расстояние от фундамента здания до полиэтиленового газопровода
должно быть не менее 1,0 м для газа низкого давления и 2 0 м для
среднего давления.
Допускается выполнять цокольные вводы полиэтиленовых газо-
проводов до мест их присоединения к шкафным регуляторам давле-
ния, а также присоединять полиэтиленовые трубы к надземным
металлическим газопроводам с выходом полиэтиленовой трубы на
288
высоту до 0,8 м от поверхности земли при условии заключения ее
с узлом соединения в металлический футляр.
Конструкция ввода должна определяться проектом.
Допускается предусматривать прокладку в одной траншее двух
полиэтиленовых газопроводов и более, а также полиэтиленового
и стального газопроводов. Расстояние между газопроводами следу-
ет принимать из условий возможности производства работ по
монтажу и ремонту газопровода.
Полиэтиленовые трубы следует соединять между собой на свар-
ных установках сваркой встык при толщине стенок труб, как прави-
ло, не менее 5 мм или муфтами с закладными нагревателями.
Допускается применять и другие способы соединения полиэтиле-
новых труб в соответствии с требованиями ведомственных нор-
мативных документов.
Соединение полиэтиленовых газопроводов давлением до 0,6
МПа со стальными участками следует предусматривать как разъем-
ными (фланцевыми), так и неразъемными (раструбными обычного
или нахлет очными усиленного типов). Разъемные соединения следу-
ет размещать в колодцах, неразъемные соединения — в грунте или
колодцах. Одиночные фланцевые соединения без задвижек и ком-
пенсаторов допукается размещать непосредственно в грунте в ме-
таллическом футляре (кожухе). Неразъемные соединения обычного
типа предусматриваются на газопроводах давлением не свыше 0,3
МПа
Присоединения ответвлений к полиэтиленовому газопроводу
предусматриваются с помощью соединительных деталей из поли-
этилена или стальными вставками. Длина стальных вставок должна
быть не менее 0,8 м.
Переходы полиэтиленовых труб с одного диаметра на другой,
а также повороты газопроводов следует выполнять с помощью
соединительных деталей из полиэтилена.
При отсутствии полиэтиленовых отводов повороты межпосел-
кового газопровода, а для диаметра 63 мм и менее независимо от
места прокладки, выполняются изгибом с радиусом не менее 25
наружных диаметров трубы.
Контрольные трубки на полиэтиленовых газопроводах следу-
ет предусматривать на одном конце металлических футляров при
пересечении газопроводом железных дорог, трамвайных путей,
автомобильных дорог, каналов, коллекторов и тоннелей, а также
на вертикальных надземных участках в местах выхода полиэтиле-
новых труб из земли при применении разъемных соединений в фут-
ляре.
При протяжке трубы без сварных соединений и длине секции не
более 150 м допускается не устанавливать контрольную трубку.
Укладка газопроводов из полиэтиленовых труб в скальных
грунтах, в грунтах I типа просадочности, II типа просадочности
допускается в сельской местности. При прокладке полиэтиленовых
труб при восстановлении стальных газопроводов следует предус-
матривать устройство под газопроводы основания толщиной не
менее 10 см из песчаного грунта или другого непучинистого грунта,
не содержащего крупных (не более 2,0 см) включений и засыпку
таким же грунтом на высоту не менее 20 см.
Обозначение трассы полиэтиленового газопровода за пределами
поселения предусматривается путем установки опознавательных
знаков, располагаемых на расстоянии не более 500 м друг от друга
и па расстоянии I м от оси газопровода, справа по ходу газа,
а также на поворотах. Нормы испытания внутренних полиэтилено-
вых газопроводов на прочность и плотность приведены в таблице
10.6.
Таблица 10.6
Давление газа, МПа Исгытатепьное давление
ва прочность, МПа ва плотность, МПа
0,0,5 0,1 ОД 1,25 рабочего давления, но не ниже 0,1
0,1 —0,3 0,45 0,3
0,3— 0,6 0,75 1,25 рабочего давления, но не более 0,6
0,6—1,2 1,5 То же, но не более 1,2
Длительность испытания воздухом на прочность газопровода
среднего и высокого давления должна быть 1 ч и на плотность — 12
ч. Выявленные при испытании дефекты устраняются только после
снижения давления в газопроводе до атмосферного.
Для защиты от внутренней коррозии внутренние газопрово-
ды после испытания на прочность и плотность окрашиваются
дважды масляной краской желтого цвета. Газовую сеть принима-
ет в эксплуатацию комиссия, назначаемая заказчиком. Комиссия
проверяет соответствие газовой сети проекту и техническим усло-
виям качества работ, наличие актов о проведенных испытаниях и
на скрытые работы, а также состояние арматуры и обрудования.
Приемка в эксплуатацию оформляется актом специальной формы,
к которому должна быть приложена соответствующая докумен-
тация.
10.10. ПРАВИЛА ПРИЕМКИ ОБЪЕКТОВ СИСТЕМ
ГАЗОС1ЫБЖЕНИЯ
Приемка законченного строительством объекта системы газо-
снабжения, сооруженного в соответствии с проектом и требовани-
ями СНиП 3.05.02 — 88, должна производиться приемочной комис-
сией в соответствии с действующими правилами.
290
В состав приемочной комиссии включаются представители: за-
казчика (председатель комиссии), генерального подрядчика и эксп-
луатационной организации (предприятия газового хозяйства или
Азовой службы предприятия). Представители органов Госгортех-
надзора Российской Федерации включаются в состав приемочной
комиссии при приемке объектов, подконтрольных этим органам.
Генеральный подрядчик на каждый законченный строитель-
ством объект системы газоснабжения предъявляет приемочной
комиссии в одном экземпляре следующую исполнительную до-
кументацию: комплект рабочих чертежей на строительство предъ-
являемого к приемке объекта с надписями, сделанными лицами,
ответственными за производство строительно-монтажных работ,
о соответствии выполненных в натуре работ этим чертежам или
внесенным в них проектной организацией изменениям; сертификаты
заводов-изготовителей или их копии, заверенные лицом, ответ-
ственным за строительство объекта на трубы, фасонные части
и другие, которые использовались при строительстве; технические
паспорта заводов-изготовителей или их копии на оборудование,
узлы, соединительные детали, изоляционные покрытия, изолиру-
ющие фланцы, арматуру диаметром свыше 100 мм, а также другие
документы, удостоверяющие качество оборудования; инструкции
заводов-изготовителей по эксплуатации газового оборудования
и приборов; строительный паспорт и протоколы проверки качества
сварных стыков по формам СНиП 3.05.02 — 88; акт разбивки
и передачи трассы (площадки) для подземного газопровода; журнал
учета работ (для подземных газопроводов протяженностью свыше
100 м) — по требованию заказчика; акт приемки предусмотренных
проектом установок электрохимической защиты (для подземных
газопроводов); акты приемки скрытых и специальных работ, вы-
полненных в соответствии с договором-подрядом для газорас-
пределительных пунктов и котельных; акт приемки газооборудо-
вания для проведения комплексного опробования (для предприятий
и котельных). Приемочная комиссия должна проверять предста-
вленную исполнительную документацию и соответствие смонти-
рованной системы газоснабжения этой документации, требованиям
СНиП 3.05.02 — 88 и «Правил безопасности в газовом хозяйстве»
Госгортехнадзора РФ.
Приемка законченного строительством объекта системы газо-
снабжения оформляется актом, который подписывают представи-
тели генерального подрядчика, эксплуатационной организации
и Госгортехнадзора РФ.
10.11. ЗАЩИТА ГАЗОПРОВОДОВ ОТ КОРРОЗИИ
Различают три вида коррозии металла трубопроводов: химичес-
кую, электрохимическую и электрическую (блуждающими токами).
Химическая коррозия на внутренней поверхности газопроводов
возникает от действия на металл в основном кислорода (О^) и се-
роводорода (H2S) в присутствии водяных паров. При воздействии
на металл кислорода возникает пленка, состоящая из оксидов ме-
талла (FejOj). Она имеет достаточную плотность, хорошо прилипа-
ет к внутренней поверхности газопровода. При определенной тол-
щине пленки коррозия металла может прекращаться. Самое глав-
ное, химическая коррозия является сплошной коррозией, при кото-
рой толщина стенки трубы уменьшается равномерно. Сероводород
(HZS), имеющий содержание в природном газе после его обработки
на газовых промыслах 2 г на 100 м3, менее опасен как коррозионно-
агрессивный агент по сравнению с кислородом. Если и возникает
коррозия металла от H2S, то образуется соединение — сульфид
железа (FeS).
Электрохимическая коррозия возникает в результате взаимодей-
ствия металла газопровода с влажным грунтом. Металл выполняет
роль электродов, а увлажненный грунт роль электролита. Процесс
электрохимической коррозии происходит следующим образом. Ме-
талл обладает определенной упругостью растворения и посылает
в грунт положительно заряженные катионы (Fe++ или Fe**+).
В результате этого в одном из участков металла накапливаются
электроны и он приобретает отрицательный потенциал, а грунт,
куда попадают положительно заряженные катионы (рис. 10.10),
приобретает положительный потенциал. В грунте образуется галь-
ваническая пара, состоящая из анодной и катодной зоны. В анодных
зонах катионы металла выходят в грунт, в результате чего металл
газопровода в анодных зонах разрушается. Гальваническйх пар на
газопроводах может быть десятки и даже сотни, ибо свойства
Рис. 10.10. Процесс электрохимической
коррозии в грунте
грунта в различных участках
газовой сети могут резко от-
личаться друг от друга. Эле-
ктрохимическая коррозия
крайне не однородна, в ре-
зультате по длине Iазопро-
вода могут возникнуть язвы
и каверны, которые с течени-
ем времени могут превра-
щаться в сквозные отвер-
стия, через которые газ бу-
дет выходить в г рун г.
Электрическая коррозия
происходит под действием
блуждающих токов, источником которых могут быть трамвайные
пути, электрифицированные железные дороги, отдельные участки
метрополитена, расположенные ближе к поверхности земли.
Электрический ток, попавший в землю, стремится найти путь
наименьшего сопротивления. На рис. 10.11 показана схема возник-
новения и распространения блуждающих токов на примере трам-
вайной сети. Источником движения трамвая является тяговая под-
станция, от которой ток движется по контактным проводам. От них
через пантограф трамвая, а затем через обмотки электродвигателя
постоянный ток возвращается к рельсам, которые соединены с ми-
нусовой шиной тяговой подстанции, отсасывающими кабелями.
Следует иметь в виду, что рельсы недостаточно изолированы от
земли, поэтому блуждающие токи, стекая с рельсов в грунт, дви-
жутся к отрицательному полюсу тяговой подстанции. В местах, где
повреждена изоляция газопровода, блуждающие токи в виде поло-
жительных катионов (Fe+*) выходят из газопроводов в грунт
(анодные зоны). В этих зонах и происходит разрушение стенок
газопроводов в виде сквозных отверстий. Установлено, что в анод-
ной зоне при силе тока в 1 ампер в течение года происходит
коррозия, в результате которой с 1 мг поверхности подошвы рель-
сов в грунт может поступить до 9 кг металла.
Методы защиты газопроводов от коррозии разделяются на пас-
сивные и активные.
К пассивным методам относится изоляция газопроводов, кото-
рая производится в такой последовательности. Трубу очищают
стальными щетками до металлического блеска и протирают. После
этого на нее накладывают грунтовку толщиной 0,1 —0,15 мм.
Грунтовка представляег нефтяной битум, разведенный в бензине.
Когда грунтовка высохнет, на трубопровод накладывают горячую
(160 — 180 °C) битумную эмаль. Эмаль накладывают в несколько
Рис. 10.11. Схема возникновения и распространения блуждающих токов;
I —газопровод, 2—рельсовый путь, 3 — тяговая подстанция, « —жовтактный провод;
пути движения блуждающих тонов
293
292
слоев в зависимости от требований, предъявляемых к изоля-
ции. В современных условиях все работы по изоляции труб механи-
зируются. В зависимости от числа нанесенных слоев эмали и уси-
ливающих оберток изоляция бывает следующих типов: нормаль-
ная, усиленная и весьма усиленная. Нормальная изоляция при-
менятся при низкой коррозионности грунта, усиленная при сред-
ней, в остальных случаях применяются битумно-резиновые масти-
ки. Они обладают большей прочностью и долговечностью. Наилуч-
шей усиливающей оберткой являются ленты из стекловолокна.
По сравнению с крафтбумагой стекловолокно служит в 8 10 раз
больше.
К активным методам защиты относятся поляризованный элект-
родренаж, катодная и протекторная защита.
Основным методом активной защиты газопроводов от коррозии
является поляризованный электродренаж. Схема такого рода уста-
новки УПДУ-57 показана на рис. 10.12.
Когда газовая груба имеет положительный потенциал но от-
ношению к рельсу 13, тогда ток пойдет через предохранитель 2 на
35ОА, сопротивление 3, предохранитель 4 на 15А, диод 6, далее
через включающую обмотку 9, шунт 10, рубильник 12 и попадает на
рельс 13. Если разность потенциалов достигнет 1 — 1,2 В, то про-
изойдет замыкание контактов 7 и 5, и ток потечет по основной
дренажной цепи через обмотку 8, а по ответвлению к диоду через
контакты 5. При снижении разности потенциалов менее 1 В контак-
ты разомкнутся и дренажная цепь разорвется. При отрицательной
разности потенциалов (потенциал рельса больше потенциала тру-
бы) диод 6 тока не пропустит. Все узлы дренажной установки
размещаются в металлическом шкафу. Одна установка УПДУ-57
может защитить газопровод до 10 км.
Для защиты газопроводов от почвенной коррозии применяется
катодная защита (рис. 10.13).
Рис. 10 12. Электрическая схема поляризованного дренажа УПДУ-57:
1 — газоход; 2 — предохранитель на 350 А; 3 — сопротивление; 4 — предохранитель па 15 А, 5.
7— контакты; 6 —диод; 8 — дренажная обмотка, 9 — включающая обмотка; Л? —хнунг ам-
перметра, 11 — амперметр; 12 — рубильник; 13 — рельс
294
Ряс. 10.13. Схема катодной защиты;
не।очник постоянного тока; 3 заземлитель анод; 4
едииятельный кабель
При катодной защите на газопровод накладывают отрицатель-
ный потенциал, то есть переводят весь защищенный участок газо-
провода в катодную зону. В качестве анода применяют старые
стальные трубы, рельсы и другие отходы черного металла, которые
помещают в грунт по близости от газопровода. Отрицательный
полюс источника постоянного тока соединяется с газопроводом,
а положительный с анодом. Таким образом, при катодной защите
возникает замкнутый контур электрического тока, который течет от
положительного полюса источника питания по изолированному
кабелю к анодному заземлению, от анодного заземления ток рас-
текается по грунту и попадает на газопровод, далее ток течет по
газопроводу, а от него по изолированному кабелю возвращается
к отрицательному полюсу источника питания.
Электрический ток выходит из анода в виде положительных
ионов металла, поэтому вследствие растворения металла анод по-
степенно разрушается. Значение потенциала, накладываемого на
газопровод, обычно заключается в пределах от 1,2 до 2 В.
В зависимости от качества работы изоляции одна установка
может защищать участок газопровода от 1 до 20 км. Участок
газопровода превращается в катод без постороннего источника
тока, а в качестве анода используется металлический стержень,
помещаемый в грунт рядом с газопроводом. Между газопроводом
и анодом устанавливается электрический контакт. В качестве анода
используется металл с более отрицательным потенциалом, чем
железо, например при протекторной защите (рис. 10.14), участок
295
Рис. 10.14. Схема протекторной защиты:
протектор; 2 соединительные кабеля; 3 - защищаемый газопровод; < контрольный
газопровода превращается в катод без постороннего источника
тока, а в качестве анода используют металлический стержень, поме-
щаемый в грунт рядом с газопроводом- Между газопроводом
и анодом устанавливается электрический контакт. В качестве анода
используют металл с более отрицательным потенциалом, чем желе-
зо, например цинк, магний, алюминий и их сплавы. В образованной
таким образом гальванической паре корродируется протектор
(анод), а газопровод защищается от коррозии.
10.12. БЫТОВЫЕ ГАЗОВЫЕ УСТАНОВКИ
Для приготовления пищи наиболее совершенными являются
газовые плиты. Приготовление горячей воды для различных хозяй-
ственных целей осуществляется газовыми водонагревателями (бы-
стродействующими и емкостными).
Емкостные газовые водонагреватели также широко использу-
ются для отопления одно- и двухэтажных зданий. Существующие
отопительные печи переводятся на газовое топливо с помо-
щью специальных газовых горелок, имеющих защитную автома-
тику.
Каждый газовый прибор или установка должны удовлетворять
определенным техническим требованиям, наиболее важными из
которых являются полезная геплопроизводительность, кДж/ч, ко-
торая характеризуется коэффициентом полезного действия, %:
U= С"°л %,
296
где В — расход газа, мэ/ч; — низшая теплотворная способность
В практике использования газа различают номинальные и пре-
дельные технические показатели газовых бытовых установок.
Номинальной нагрузкой называют такую, при которой газовая
установка дает наилучшие показатели работы, а именно наиболее
полное сжигание газа при максимальном КПД
Предельной нагрузкой называется такая, при которой расходу-
ется наибольшее количество газа и при этом не возникают опасные
тепловые напряжения в топке или в конвективных поверхностях
установки.
Паспортные данные установки всегда указываются при номи-
нальной нагрузке. Предельная нагрузка обычно не превышает но-
минальную более чем на 15 — 20%
Газовые плиты. В настоящее время в России эксплуатируются на
природном газе в большинстве случаев двух- и четырехконфороч-
ные плиты, которые имеют духовой шкаф.
Техническая характеристика этих плит дана в табл. 10.7.
Таблица 10.7
Плиты Тиа Tсиловая нагрузка, кВт
конфорочных горелок горелок духового шкафа
Четырехконфорочные Двухконфорочные ПГ4/1-1 ПГ4/1-2 ПГ2/1-1 ПГ2/1-2 1,74 1,97 1,74 1,97 1,74 1,97 1,74 1,97 не более 4,64 не более 3,7 3,7 2,88
Бытовые газовые плиты состоят из следующих основных частей:
корпуса, рабочего стола с конфорочными вкладышами, духового
шкафа, газовых горелок конфорочных (верхних), для духового шка-
фа и газораспределительного устройства с кранами. Детали быто-
вых приборов изготавливают из термически стойких, коррозионно
устойчивых и долговечных материалов. Поверхность и детали пли-
ты (кроме рабочего стола и задней стенки) покрываются белой
эмалью.
Высота рабочего стола бытовых плит 800 мм, а ширина менее
700 мм. Расстояние между центрами соседних конфорок 230 мм.
Четырехконфорочные плиты могут иметь одну горелку повы-
шенной теплопроизводительности.
По действующему ГОСТу КПД конфорочных горелок газовых
плит должен быть не менее 55%. Содержание оксида углерода (СО)
в продуктах сгорания при работе горелок с номинальной нагрузкой
не должно превышать 0,05% в пересчете на сухие дымовые газы
и избыток воздуха, равный единице. Отрегулированные горелки
297
должны работать без отрыва и проскока пламени внутрь корпуса
горелки.
Бытовые газовые плиты, как правило, оборудуются атмосфер-
ными горелками, с отводом продуктов сгорания непосредственно
в кухню. Воздух из кухни поступает к конфорочным горелкам иод
рабочий стол и к горелкам духового шкафа через специальные щели
и отверстия в плите. Часть воздуха, необходимого для юрения
(первичный воздух), эжектируется газом, вытекающим из сопел
горелок, остальная часть (вторичный воздух) поступает к пламени
непосредственно из окружающей среды.
Продукты сгорания конфорочных горелок проходят через щель
между дном посуды и рабочим столом плиты, а затем поднимаются
вдоль стенок посуды, обогревая их и поступают непосредственно
в окружающую атмосферу.
Продукты сгорания горелок духового шкафа обогревают ею
и входят в кухню через отверстия в боковых стенках или задней
стенке плиты.
Чтобы плиты могли работать па газообразном топливе с раз-
личной теплотой сгорания, применяют несколько сменных сопел
с диаметрами отверстий, соответствующими теплоте ci орания газа
и номинальному давлению.
Рис. 10.15. Блокировочный газовый кран:
1 — винт ручки крана, 2 — ручка «раня. 3 — внпг, 4 — фланец с ограничителем, 5 — втулка,
б — пружина втулки, 7 — пружпиа, Я — пробка крана. I— полностью закрыт. П— открыт на
заоальник, Ш — открыт на запальник и г орелку
298
Для предотвращения случайного открытия краны всех горелок
должны иметь фиксаторы положения закрытия (рис. 10.15). Ручка
крана духового шкафа должна отличаться от других ручек по форме
или цвету.
Стенки духового шкафа имеют тепловую изоляцию в виде воз-
душной прослойки или слоя изоляционного материала, чтобы тем-
пература на поверхности плиты не превышала 120 °C.
Газовые водонагреватели. Газовые водонагреватели могут быть
быстродействующими (проточного типа без запаса воды), а в быту
их часто называют газовыми колонками. Газовые водонагреватели
с постоянным запасом воды называют емкостными.
К водонагревателям относятся также кипятильники, выдающие
только кипяченую воду. Их устанавливают в кухнях, кафе, столовых
и ресторанах.
В России разработаны и применяются на практике различные
модели быстродействующих проточных водонагревателей (табл.
10.8).
Таблица 10.8
Технические данные Модель водонагревателя
КГИ-56 ГВА Л-1 Л-3 Л-4
Общая высота (без душа), мм 950 830 1075 790 490
Ширина кожуха, мм 425 345 405 405 250
Глубина кожуха, мм 255 220 225 255 220
Диаметр патрубка дымохода, мм 130 125 128 128 128
Диаметр подводящего газопровода, дюйм 1 1 3/4 3/4 1/2
Количество вытекающей воды при темпера-
гуре (°C), л/мин 7.5(50) 6(50) 6(50) 4,6(50) 6(25)
Минимальное давление воды дли нормаль-
ной работы аппарата, (кПа) 0,05 0,035 0,035 0,035 0,035
Коэффициент полезного действия, % 80 80 87,5 83 83
Масса аппарата, кг 25 21 23,5 16,4 11,9
Проточные водонагреватели состоят из следующих основных
частей: теплообменника, включающего огневую камеру, змеевика,
калорифера, газовой горелки с запальником, газоотводящего
устройства с тягопрерывателем, предохранителем обратной тяги,
блокирующих, предохранительных и регулирующих устройств, на-
ружного металлического эмалированного кожуха, водоразборной
системы с кранами и душевой сетки.
На рис. 10.16 изображен автоматический проточный газовый
водонагреватель Л-1, предназначенный для многоточечного раз-
бора воды. Номинальная тепловая нагрузка водонагревателя равна
25,1 кВт, КПД составляет 87,5% при температуре уходящих в пат-
рубок дымовых газов 200 °C. В продуктах сгорания при коэффици-
енте избытка воздуха 0^= 1 содержится 0,05% СО.
299
Рис. 10.16. Газовый водонагреватель Л-1:
7 —газопровод; 2— газовый кран блокировочный; 3—запальник; 4 — горелка; 5—биметал-
лическая пружина; б — водопровод; 7 — коробка мембранного привода; 8 — огневая камера,
9 — змеевик; 10 — ребристый калорифер; 77 — водоотводная трубка; 12 — патрубок для отвода
продуктов сгорания, 13 — колпак для прерывания тяги, 14 — отражатель; 15— Слив горячей
воды; 16 — штуцер промежуточного отбора горячей воды, 17 —кожух разъемный
Огневая камера теплообменника водонагревателя состоит из
медного кожуха 8, к наружной поверхности которого припаян мед-
ный змеевик 9, переходящий в калорифер 10. Калорифер состоит из
нескольких горизонтальных секций, расположенных в два ряда,
к которым припаяны медные пластины. На пластины нижнего ряда
300
действуют продукты сгорания с температурой 800 — 1000 °C. Так
как они находятся в наиболее тяжелых температурных условиях, их
делают толще, чем пластины верхнего ряда.
Основная часть теплоты передается калориферу. Под огневой
камерой установлена газовая горелка атмосферного типа 4 с повы-
шенной эжекционной способностью.
Горелка имеет две эжекционные трубки с диаметром горла 30
мм, которые присоединены к общей смесительной коробке. Каждое
сопло имеет по три отверстия диаметром 1,9 мм для природного
газа и 1 мм для сжиженного газа. Такая конструкция позволяет
сохранить размеры эжекдионного смесителя. Коэффициент первич-
ного воздуха <4=0,6 — 0,65. Головка горелки состоит из 12 трубок
со щелевыми огневыми отверстиями шириной 0,8 мм, глубиной
3 мм, шагом 4 — 5 мм. Ширина щели меньше критической, чтобы
пламя не проскакивало внутрь горелки. Процесс горения протекает
устойчиво без отрыва пламени. Горелка обеспечивает нормальную
работу водонагревателя на газе с низшей теплотой сгорания газа
кДж —
34550 Работу горелки регулируют путем замены сопел, работу
м3
запальника — специальным винтом. Продукты сгорания отводятся
через тягопрерыватель 13 в дымоход. Тягопрерыватель представля-
ет собой устройство, в котором дымоотводящая труба прерывается
и ее внутреннее пространство сообщается с атмосферой. В резуль-
тате этого исключается влияние изменения тяги дымохода на рабо-
ту водонагревателя. Продукты сгорания движутся через прибор под
действием тяги, создаваемой самим прибором. Это приводит к ста-
бильности работы газовой горелки. Усиленная тяга увеличивает
присос воздуха через тягопрерыватель, поэтому разряжение перед
прибором изменяется в незначительных пределах. Это предохраня-
ет газовый прибор от избытка тяги. Для предохранения прибора от
опрокидывания тяги на пути движения продуктов сгорания устанав-
ливают отражатель (предохранитель) 14, предотвращающий по-
падание продуктов сгорания из дымохода обратно в топочную
камеру.
10.13. АВТОМАТИКА ВОДОНАГРЕВАТЕЛЯ Л-1
Газ по газопроводу поступает в блок-кран, в котором кра-
ны запальной и основной горелок совмещены и имеют общую ручку
(рис. 10.17). Ручка поворачивается по часовой стрелке и фиксиру-
ется в трех положениях. При крайнем левом положении кран пол-
ностью закрыт и газ не поступает ни к запальной, ни к основной
горелке.
При повороте крана вправо до упора оц занимает второе по-
ложение, когда для газа открыт проход только к запальнику- Чтобы
открыть кран для подачи газа на основную горелку, нужно нажать
301
Ряс. 10.17. Автоматика водонагревателя Л-1:
горелка; 2 запальник; 3 — биметаллическая пружина; 4 клапан; 5 — поддон; б газо-
вый крав; 7 - пружина, 8 клапан газоводявой блокировки;
иа ручку в осевом направлении и повернуть ее вправо. Подача
газа регулируется поворотом крана в пределах между вторым
и крайним правым (третьим) фиксированными положениями. Из
блок-кран а газ поступает в предохранительное устройство, прекра-
щающее подачу газа к основным горелкам при снижении расхода
воды через водонагреватель или падении давления водопроводной
воды ниже допустимой нормы. Оно состоиз из нижней водяной
камеры, разделенной мембраной на две полости. В верхней газовой
полости расположен предохранительный клапан газоводяной бло-
кировки.
302
Рис. 10 17. Продолжение:
9 — шариковый замедлитель; 10 —дроссель, 11 — трубка Вентури; 12 — мембрана;
13 — водяная камера; 14 — дроссельный винт; 15 регулировочный винт; 16 -
сопло
Вода из водопровода поступает в автоматическое устройство
газоводяной блокировки, затем нагревается, проходя через змеевик
и калорифер, и направляется двухзапорным краном на слив для
наполнения ванны или в душевое устройство.
При движении воды через водяную камеру и трубку Вентури
давление с двух сторон мембраны будет неодинаковым. Под дейст-
вием разности давления мембрана и связанный с ней клапан 8 при-
поднимаются, открывая проход газу к горелкам. Для того чтобы
при включении подачи воды газ постепенно поступал в горелку,
103
предусмотрен шариковым замедлитель зажигания 9. При подъеме
клапана 8 вода вытекает из надмембранной зоны через дроссель 10,
Рве. 10.18. Автоматический газовый
водонагреватель А ГВ-80:
7 тягопрерыватель: 2 штуцер для от-
бора горячей воды, 3 чувствительный эле-
мент, 4 подводка газа; J газовый жрав,
б элегтромагявтвый клапан; 7 термо-
регулятор, 8 горе.тта; Р термопара;
70 - дверца тодкв, 11 запальдиж; 72 —
теша; 13 штуцер, 14 удлинитель по-
токов газа, 15 — жаровая труба, 16 бак
для воды. 17 теплоизоляция, 18 кожух.
19 — штуцер для термометра
а шарик, частично перекрывая
сечение дросселя, препятствует
движению воды и тем самым
замедляет открытие газового
клапана. Для регулировки за-
медления зажигания предусмо-
трен специальный винт 15. При
недостаточном расходе воды,
вызванном сокращением ее
разбора или падением давле-
ния в водопроводе, разность
давлений с двух сторон мемб-
раны будет недостаточной
и пружина 7 закроет клапан 8,
прекратив поступление газа
к горелке.
Для регулировки расхода
воды при повышенном водо-
проводном давлении предус-
мотрен дроссельный винт 14.
Термоклапан горелки пред-
ставляет собой биметалличес-
кую изогнутую пластинку 3,
спрессованную из двух слоев
металла с различными коэффи-
циентами термического расши-
рения. При нагревании пла-
стинка изгибается в сторону
металла с меньшим коэффици-
ентом расширения и клапан
4 опускается вниз. Когда пламя
запальной горелки погаснет,
термоклапан прекращает пода-
чу газа к горелке.
Широкое распространение
в России получили емкостные
газовые водонагреватели АГВ-
80 и АГВ-120. Сейчас выпуска-
ют газовые водонагреватели:
АОГВ-П-6, 23, 29 (рис. 10.18).
Эти водонагреватели могут
подавать горячую воду с тем-
пературой до 90 °C не только
в ванну, но одновременно в
304
умывальник и к кухонным мойкам. Наиболее широкое применение
АГВ-80 получили для отопления одноэтажных домов в дачных
поселках, а также в поселках городского типа. Наличие у АГВ-80
специальной автоматики позволяет автоматически отключать
и включать их при достижении заданной температуры в баке, что
весьма ценно при отоплении. В отличие от быстродействующих
водонагревателей изготовление емкостных водонагревателей требу-
ет незначительного расхода цветного металла.
Основными частями водонагревателя АГВ-80 являются кожух,
бак для воды, сваренный из листовой стали, толщиной 3 мм,
горелка с запальником и приборы автоматики (электромагнитный
клапан с термопарой и терморегулятор). В верхней части прибора
(на крышке) должен быть установлен термометр для контроля за
температурой нагреваемой воды.
Электромагнитный клапан (рис. 10.19) служит основой всей ав-
томатики прибора. Он состоит нз корпуса с двумя штуцерами для
входа и выхода газа, электромагнита, мембраны, дискового якоря
со стержнем, двухтарельчатого клапана и пружины. Кроме того,
в корпусе имеются два кольцевых седла (для клапанов).
При нажатии на кнопку пружина якоря сжимается, якорь плотно
прижимается к электромагниту и через стержень, связанный с гиб-
кой мембраной, воздей-
ствует на двухтарель-
чатый клапан, который
опускается в нижнее по-
ложение. Тарелки кла-
пана открывают ниж-
нее кольцевое простра-
нство и закрывают вер-
хнее. При этом газ, по-
ступающий в корпус
клапана из газопрово-
да, пойдет через малый
штуцер только в за-
пальник и при сжигании
его будет нагревать то-
лько термопару. В это
время проход газа в
основную горелку за-
крыт.
Возникающий при
нагревании спай термо-
пары генерирует элект-
рический ток, который
подводится по провод-
никам обмотки к элект-
Рис. 10.19. Схема электромагнитного клапана:
1 нижняя тарелка клапана; 2, 7 пружина; 3 —
кнопка, 4 — верхняя тарелка клапана, 5 — выход газа
I запальнику, б обмотха злехтрома: нитвого клаааиа
305
ромагниту. Тот намагничивает сердечник и удерживает якорь. Ког-
да кнопка отпускается, двухтарельчатый клапан под действием
стержня якоря и своей пружины занимает промежуточное положе-
ние, при котором обе тарелки клапана отходят от своих седел и газ
идет как на запальник, так и на основную горелку. От запальника
загорается газ в основной горелке.
При потухании запальника из-за прекращения подачи газа или
по другим причинам спай термопары охладится, электрический ток
в обмотке сердечника исчезнет. Якорь не будет больше удерживать-
ся электромагнитом и вместе со стержнем отодвинется от него. При
этом двухтарельчатый клапан под воздействием своей пружины зай-
мет верхнее положение и прекратит пропуск газа в i орелку водонаг-
ревателя и запальник.
Термопара служит источником получения электрического тока,
возникающего при нагревании спая из разнородных металлов. Та-
кими металлами у АГВ являются хромель (сплав никеля и хрома)
и копель (сплав меди и никеля). В цепи электромагнитного клапана
при нормальной работе создается разность потенциалов в 8 —
10 мВ. При уменьшении потенциалов до 5 — 6 мВ клапан закрыва-
ется и прекращается подача газа к горелке.
Заданная температура горячей воды в баке поддерживается тер-
морегулятором (рис. 10.20), который автоматически открывает или
прекращает подачу 1аза в горелку водонагревателя. Принцип рабо-
Рис. 10.20. Терморегулятор водонагревателя ЛГВ-80:
Г — втулка клапана; 2 — пружина клапана; 3 — стакан, 4 — прокладка; 5 — клапан, б — седло
клапана; 7 — перекидной рычаг; 8 — фигурный рычаг, 9 — перекидная пружина, 10 — корпус,
II — ручка-указатель; 12 — трубка чувствительного элемента. 13 — трубка из инвара, 14 —
латунная трубка. 15 — гайка; 16 — прокладка, 17 — пружина, 18 — шайба, 19 — уплотнитель-
306
ты терморегулятора основан на различном температурном удлине-
нии металлов чувствительного элемента — латунной трубки и за-
крепленного в ней одним концом стержня из инвара. Другой конец
стержня упирается в систему рычагов, соединенных с клапаном.
Латунь обладает большим коэффициентом линейного расширения,
а инвар (сплав железа и никеля) — небольшим. При повышении
температуры воды в баке сверх установленного предела латунная
трубка.нагреваясь, удлиняется и вызывает перемещение закреплен-
ного в ней инварного стержня. При этом система рычагов, находя-
щаяся под натяжением пружины, перебрасывает клапан терморегу-
лятора из одного крайнего положения в другое и закрывает проход
газа в основную горелку. Горелка погаснет, но запальник будет
продолжать гореть. Когда температура воды в баке будет ниже
заданной, латунная трубка вновь сократится и инваровый стержень
перебросит рычаги обратно, открыв проход газа через горелку.
Последняя снова подожжется пламенем запальника. Терморегуля-
тор позволяет производить настройку на температуру воды от
40 — 90 °C. Для этого перемещают рычаг, закрепленный на ин-
варовом стержне. При перемещении рычага вверх термпература
воды в водонагревателе увеличивается, а при перемещении вниз —
уменьшается. В случае выхода из строя или отсутствия терморегу-
лятора температура воды в баке может подняться до 100 °C и бо-
лее, что приведет к повышению давления и может быть причиной
разрушения (разрыва) водонагревателя со всеми вытекающими от-
сюда неприятными последствиями. Такие случаи имели место
в практике при использовании водонагревателя одновременно для
отопления н горячего водоснабжения, когда на подводящем трубо-
проводе холодной воды устанавливался обратный клапан и система
оказывалась закрытой. Отмечался также случай разрушения водо-
нагревателя при использовании его только для целей горячего
водоснабжения. Здесь роль обратного клапана на трубопроводе
холодной воды выполнил вентиль, клапан которого из-за свобод-
ной посадки был прижат к седлу. Но наиболее часто при выходе из
строя терморегулятора перегретая вода по питающему трубопрово-
ду поступает в водопровод, предотвращая тем самым тяжелые
последствия. Чтобы полностью исключить осложнения, вызыва-
емые выходом из строя терморегулятора, нужно устанавливать
предохранительный клапан на трубопроводе горячей воды. Предо-
хранительные клапаны изготовляют в виде зажатой с двух сторон
в патрубке пластинки из фольги, которая при опасном давлении 0,8
МПа разрывается и дает возможность воде и пару выйти по трубо-
проводу в раковину- В центре пластинки имеется отверстие, запаян-
ное легкоплавким сплавом (сплав «Вуда»), Этот сплав плавится при
температуре 105 °C, что также соответствует давлению 8 МПа.
Таким образом запаянное отверстие является дополнительной гара-
нтией, что при опасном давлении клапан срабатывает. Следует
однако иметь в виду, что при наличии запаянного отверстия часто
307
пластинка деформируется и разрывается при давлении меньше за-
данного.
Емкостной водонагреватель может обеспечивать обогрев жилых
помещений площадью до 75 — 100 м2. Здесь автоматика безопас-
ности и автоматика регулирования сблокированы вместе. При этом
вместо терморегулятора применен термобаллон с сифоном. Эксплу-
атация водонагревателей АГВ-120 мало чем отличается от водонаг-
ревателей АГВ-80 или котлов ВНИИСТО-Мч.
Отопительные котлы ВНИИСТО-Мч (рис. 10.21), как и АГВ-80,
используются главным образом для квартирного центрального
отопления. Котлы соединяются из 4— 12 отдельных чугунных
секций.
Автоматика котла состоит из электромагнитного соединения
с термопарой и термореле. Электромагнитный клапан предназна-
Ряс. 10.21. Схема котла ВНИИСГО-Мч на газовом топливе:
/— инжекционная горелка, 2 — соленоидный клапан; 3 — электромагнитный клапан; 4 — труб-
ка запальника; 5 —- термопара, б— понижающий трансформатор; 7 — термореле. 8— подвод
газа; 9—вход обратной воды; 10 — выход горячей воды, 11 — прерыватель тяги, 12— элект-
ропроводка
308
чев для прекращения прохода газа на горелку при потухании за-
пальника или при временном выключении газа. Его конструк-
ция аналогична конструкции клапана АГВ-80, с той только раз-
ницей, что тарелки клапана находятся не на общем стержне. Работа
котла (включение и выключение горелки) регулируется в зависимо-
сти от заданной температуры воды с помощью термореле и солено-
идного клапана. Термореле (регулятор температуры) позволяет
производить настройку котла на 40 90 °C с точностью до
5-е-б °C.
Настройка осуществляется с помощью регулировочной гайки на
инваровом стержне чувствительного элемента. Как только темпера-
тура воды в котле достигнет заданной величины, перекидной рычаг
разомкнет контакты, связанные электропроводами с соленоидным
клапаном. Ток в цепи прекратится, сердечник соленоида перестанет
удерживаться катушкой (соленоидом) и вместе с клапаном опустит-
ся вниз, закрывая проход газа на основную горелку. Запальник при
этом будет продолжать гореть. Подача таза на горелку возобновит-
ся после того, как термореле вновь замкнет цепь, а сердечник
соленоида и вместе с ним клапан поднимутся и будут удерживаться
катушкой в верхнем положении.
Рис. 10.22 Газовый кипятильник непрерывного действия КНД-8
I — топочная камера, 2— горелка; 3 — подогревательная камера, 4— сборник кипятка;
питательная коробка; 6 — питающая трубка
309
Газовые кипятильники. Служат для нагрева воды до темпера-
туры кипения. Наиболее широко кипятильники используются на
предприятиях общественного питания, а также в общежитиях.
На рис. 10.22 показан кипятильник КНД-8, состоящий из следу-
ющих основных частей: топочной камеры 1, в нижней зоне которой
установлена инжекционная горелка низкого давления 2, топоч-
но-подогревательной камеры 3, водосборника 4, питающей коробки
5, соединенной с корпусом кипятильника питающей трубкой 6.
Работа кипятильника основана на принципе сообщающихся со-
судов.
При нагревании воды в одном из сосудов до температуры
кипения из него будет выбрасываться кипяток.
Если в сосуде с холодной водой (питательном бачке) с помощью
специального поплавкового клапана поддерживать постоянный
уровень и не прекращать нагрев сосуда с кипящей водой, то из
первого во второй будет перетекать холодная вода, а из второго —
непрерывно выбрасывается кипяток, который накапливается
в сборнике и расходуется через отборный кран.
При непосредственном отборе кипятка уровень воды в сборнике
воды поднимается, кипяток переливается в полую рубашку пита-
тельной коробки и выливается через сигнальную трубку, соединен-
ную с канализацией. Этот недостаток устранен в автоматических
газовых кипятильниках (АГК).
Основные технические характеристики газовых кипятильников
приведены в табл. 10.9,
Таблица 10.9
Техническая харахтеристиха Модель кипятильника
КНД-8 КНД-8М АГК-250 АГК-300
Габаритные размеры высота 1420 1420 1500 1480
глубина 700 620 770 800
ширина 825 885 755 550
Сечение дымоходного патруб- 50 x 200 50x200 130 150
ка, мм Объем сборника кипятка, л 40 40 (в диаметре) 25 (в диаметре) 25
Диаметр подводящего газо- провода, дюйм 1/2 1 1 1
Производительность при по- даче кипятка, л/ч 180-200 150 - 200 250 300
Время закипания, мин 20 25 15—20 20—25 15 20
Тепловая нагрузка горелки, Вт 23000 26800 32500 38300
Масса кипятильника 70 70 ПО 96
310
10.14. ГАЗОВЫЕ ОТОПИТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ
С ВОДЯНЫМ КОНТУРОМ
Технические данные этих аппаратов представлены в табл. 10.10
Таблица 10.10
Основные параметры АОГВ-10 АОГВ-15 АОГВ-20
Теплопроизводнтельность ап- парата, Вт 9304 13956 18608
КПД, % 78 80 81
Температура воды на выходе из аппарата, °C 50 90 50- 90 50—90
Температура продуктов сгора- ния на выходе из аппарата, °C, не менее: для исполнения У 108 110 115
для исполнения ХЛ 205 200 210
Номинальная тепловая на- грузка запальной горелки, Вт/ч 250 250 250
Присоединительная резьба штуцеров для подвода и отвода воды Труб. 1/2 Труб. 1/2 Труб. 1/2
Присоединительная резьба штуцера для подачи газа Труб. 1/2 Труб. 1/2 Труб. 3/4
Длина, мм, не более 560 600 630
Площадь сечения газоотводя- щего патрубка, не менее, мм 50x150 50x200 50x200
Минимальное разряжение в дымоходе, Па 20 20 25
Масса, кг, не более 85 120 150
На рис. 10.23 показан аппарат АОГВ-10, выполненный в виде
прямоугольной тумбы, облицованные поверхности которой отшта-
мпованы из листовой стали и покрыты белой эмалью.
Лицевая сторона аппарата закрыта щитком 2 и дверцей 13. На
щитке сгруппированы органы управления аппаратом: ручка крана
1 и кнопка электромагнитного клапана 3. На верхней крышке 17
находится смотровое окно 16 для наблюдения за работой основной
горелки 11 а запальника. На задней стенке аппарата размещены
дымоотводящий патрубок с терморегулятором 15 и датчиком тяги
14, трубы для присоединения аппарата к газовой магистрали и си-
стеме водяного отопления. На входе в газовую магистраль установ-
лен фильтр 12. Термометр 4 в оправе расположен на выходе горячей
воды из аппарата. Внутри аппарата в теплоизоляционном кожухе
8 размещены газовая горелка и секционный водонагреватель 5,
состоящий из пяти штампованных секций. К передней стенке вин-
тами прикреплена съемная рамка 10, закрывающую доступ к запаль-
ной горелке.
311
Аппарат снабжен автоматикой регулирования температуры во-
ды и автоматикой безопасности. Автоматика безопасности состоит
из электромагнитного клапана 7 с термопарой 9, являющейся
дат чиком пламени запальника и датчиком thi и 14. Аппарат АОГВ-
10 имеет устройство, обеспечивающее стабилизацию разрежения
в топочной камере при изменении разрежения в дымоходе от 3 —
30 Па.
Газовый аппарат АО ГВ-20 представляет собой напольный шкаф
из листовой стали, имеющий на передней стенке дверку с жалюзий-
ной решеткой и магнитными замками, установленный на прямо-
угольное перфорированное основание. Снаружи он покрыт светлой
декоративной эмалью, изнутри облицован термоизоляционными
пластинами. Аппарат рассчитан на обогрев жилых или служебных
помещений до 150 м2. В конструкцию аппарата входят теплообмен-
312
Рис 10.24. Газовые отопительвые бытовые аппараты с водяным контуром:
1 - датчик тягл; 2 - дсторативеая облицовка; 3 квота «Стоп» автоматики; 4 блог авто-
матики безопасности; 5 — кнопта «Пуск» аигомагпти; б — блок автоматики регулирования;
7 регулировочная игла; 8 колено коллектора; 9 — тазовый крав; 10 — смотровое эертало;
11 литая ивжекдиоваая горелка; 12 патрубок для ввода возвратной воды; 13 — термометр;
14 змеевик теплообменника; 15 — патрубок для выхода горячей воды; 76 датчик тем-
пературы воды; 17 — короб дымоотвода, 78 патрубок, 19 — магнитный замок дверки; 20 —
термоизолированная крышка аппарата; 27 откидная дверка аппарата; 22 запальная горел-
ка: 23 т орцевой шибер смесителя горелки
ник, горелочное устройство, блоки автоматики. Теплообменник 14
выполнен в виде сварного штампованного радиатора, размещен-
ном о горизонтально и имеющего со стороны задней стенки трубы
входа и выхода воды (рис. 10.24).
Выход продуктов сгорания организован также через заднюю
стенку. Перед патрубком дымоотвода 18 создана специальная по-
лость 17, которая служит для стабилизации тяги в камере сгорания.
Горелка 11 инжекционная, чугунная. Горизонтально размещенная
запальная горелка спарена с датчиком контроля пламени. Автома-
тические устройства построены по принципу пневматических
устройств мембранного типа и включают в себя блоки безопас-
ности и регулирования, соединенные с датчиками контроля пламе-
ни, тяги и температуры воды. Датчики представляют собой пнев-
морсле типа «сопло заслонка» и снабжены термочувствитель-
ными элементами. Датчик контроля пламени имеет нормально
открытый клапан. Датчики тяги и температуры воды снабжены
нормально закрытыми клапанами.
313
Контрольные вопросы
1- Какие крупные газовые месторождения и газопроводы имеются на террито-
рии России?
2. Какие компоненты входят в состав природных горючих газов?
3. Как получаются сжиженные газы и каковы их свойства?
4. Каковы пределы воспламеняемости отдельных горючих газов?
5. Какое может быть давление в магистральных газопроводах и в городских
газовых сетях.
6. Как устроены газораспределительные пункты, газораспределительные уста-
новки и шкафные регуляторные пункты?
7. Как прокладываются подземные газопроводы и из каких элементов они
состоят?
8. Как прокладываются внутри жилого здания газопроводы низкого давления?
9. Как осуществляется присоединение новых газопроводов к действующим?
10. Как производится обслуживание и ремонт газопроводов и какие меры по
технике безопасности при этом применяются?
11. Как осуществляется защита газопроводов от коррозии (пассивная и актив-
ная)?
12. Какие газовые горелки применяются в газовых плитах, емкостных и быстро-
действующих водонагревателей’
ГЛАВА 11 ОТОПЛЕНИЕ
11.1. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СИСТЕМАМ ОТОПЛЕНИЯ
Современный человек значительную часть времени проводит
в помещениях, которые в холодный период года необходимо отап-
ливать.
Системы отопления, являясь органической частью отапливае-
мых зданий, должны удовлетворять санитарно-гигиеническим, тех-
нико-экономическим, архитектурно-строительным, монтажным
и эксплуатационным требованиям.
Санитарно-гигиенические требования заключаются
в обеспечении заданной температуры воздуха в отапливаемом по-
мещении, а также в поддержании такой температуры поверхности
отопительных приборов, которая исключает возможность ожогов
и пригорания пыли.
В период работы системы отопления в помещении возникает
теплообмен между отопительными приборами, внутренними и на-
ружными ограждениями, оборудованием и людьми. Целью отопле-
ния является создание тепловом обстановки, благоприятной для
отдыха и высокой производительности труда людей, для оптималь-
ного условия технологических процессов.
Для нормального самочувствия человека необходимо, чтобы
естественная теплопродукция человеческого тела была скомпенси-
рована теплоотводом. Интенсивность отвода теплоты от человечес-
кого тела тесно связана с метеорологическими условиями в месте
пребывания человека и интенсивностью выполнения им работы.
Полная потеря теплоты (включая теплоту, идущую на испарение
влаги) человеком, выполняющим легкую работу при температуре
воздуха 20 °C,составляет 544,3 кДж/ч. При этом теплота, теряемая
конвекцией, составляет примерно 30%, излучением - 50% и ис-
парением — 20%.
Если теплопродукция организма и потери теплоты не сбалан-
сированы, то человек ощущает тепловой дискомфорт-
Теплоотдача с поверхности тела конвекцией и излучением увели-
чивается или уменьшается за счет приспособления организма к тер-
морегулированию с целью поддержания температуры тела на опре-
деленном среднем уровне (36,6 °C). Это связано с увеличением или
уменьшением тока крови в поверхностно расположенных кровенос-
ных сосудах.
Технико-экономические требования заключаются в том,
чтобы расходы на строительство и эксплуатацию отопительной
системы были наименьшими.
315
Архитектурно-строительные требования должны предус-
матривать взаимную увязку всех элементов системы отопления
(трубопроводов, отопительных приборов и прочего оборудования)
со строительными и архитектурно-планировочными решениями по-
мещений, обеспечивать сохранность строительных конструкций на
протяжении всего срока эксплуатации здания.
Монтажные требования к системам отопления предусматри-
вают соответствие современному уровню механизации и индустри-
ализации заготовительных и монтажных работ.
Эксплуатационные требования к системам отопления за-
ключаются в обеспечении надежности работы и относительной
простоты обслуживания. Под надежностью работы систем отопле-
ния следует понимать способность обеспечивать санитарно-гиги-
енические требования независимо от наружных климатических усло-
вий, достаточную долговечность систем отопления и безопасность
в отношении пожара и взрыва.
Простота обслуживания систем отопления определяется неслож-
ностью регулирования теплопроизводительности как системы в це-
лом, так и отдельных отопительных приборов. Существенное значе-
ние имеет простота ремонта систем.
Кроме рассмотренных выше требований системы отопления
должны обладать рядом дополнительных свойств, таких как эсте-
тическая привлекательность, когда оформление систем отопления
тесно связано с характером интерьера помещений. Все элементы
системы отопления и особенно отопительные приборы не должны
ухудшать внешний вид помещений, занимать минимум площади,
иметь привлекательный современный вид, хорошую отделку и
окраску.
11.2. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ
Системы отопления включают три основных элемента: источник
теплоты, теплопроводы и отопительные приборы.
В практике строительства нашли применение разнообразные
системы отопления, в основе выбора которых лежит использование
тех или иных особенностей систем.
Системы отопления классифицируют по следующим основным
признакам (рис. 11.1): по виду использованного теплоносителя; по
способу перемещения теплоносителя; по месту расположения ис-
точника теплоты.
По виду использованного теплоносителя системы отопле-
ния делятся на водяные, паровые, водушные, огневоздушные.
По способу перемещения теплоносителя системы отопле-
ния делятся на системы с естественным (гравитационным) побужде-
нием движения теплоносителя и системы с принудительным побуж-
дением.
По месту расположения источника теплоты системы ото-
пления разделяют иа центральные и местные.
316
Вольные системы
отепления
Паровые системы
отоплении
С принудительным
побуждением
С естественным
побуждением
Низкого давления
Высокого давления
Центральные
Местные
Местные
Двухтрубные
Однотрубные
С самотечным возвратом
I конденсата
С конденсационным баком
и питательным насосом
Печное пт полепив
Воздушное
отопление
Электрическое
отопление
С иетеплоемкими печами
С теплоемкими печами
Совмещенное с вентиляцией (прямоточное)
Рециркуляционное
С промежуточными теплоносителями (вода, пар, воздух)
С непосредственным обогревом помещения
Рис. 11.1. Классификация систем отопления
Характерной особенностью центральных систем отопления яв
ляется размещения тенератора теплоты вне отапливаемого помеще-
ния, соединенного с потребителями теплоты теплопроводами зна-
чительной протяженности. Положительным свойством централь-
ных систем отопления является относительное удешевление получе-
ния теплоты за счет укрупнения генератора теплоты. Отрицатель-
ным свойством можно считать потери теплоты магистральными
теплопроводами и сложность поддержания надлежащего гидрав-
лического режима в сетях.
Характерной особенностью местных систем отопления является
размещение генератора теплоты в непосредственной близости от
отапливаемого помещения или размещения его в самом отаплива-
емом помещении.
К местным системам отопления относятся поквар! ирные систе-
мы водяного отопления, печное отопление и отопление с помощью
обогревателей, работающих ог 1азовой или электрической сетей.
11.3. ТЕПЛОНОСИТЕЛИ
В качестве теплоносителей в системах отопления используют
воду, пар, воздух, дымовые газы. В последнее время в небольших
системах отопления стали применять специальные жидкости, анти-
фризы.
317
Каждое из перечисленных веществ обладает определенными фи-
зическими свойствами и эксплуатационными характеристиками, ре-
ализуемыми в конкретных видах систем отопления.
Важнейшими физическими свойствами теплоносителей являют-
ся теплоемкость (массовая), теплопроводность, плотность (объем-
ная масса). Эксплуатационными характеристиками теплоносителей
являются стоимость, недефицитность, безвредность, а также неаг-
рессивность по отношению к материалам конструкций.
Рассмотрим характеристики перечисленных теплоносителей.
Вода обладает наибольшей массовой теплоемкостью с=4,19
кДж/(кгК). Это дает возможность транспортировать и аккумули-
ровать значительное количество теплоты в единице ее массы. Теп-
лопроводность воды весьма велика, что позволяет создавать эффек-
тивные теплообменные аппараты. Однако вода, попавшая в поры
строительных и, в частности, изоляционных материалов, резко уху-
дшает их теплозащитные свойства. Плотность воды зависит от
температуры и практически несжимаема. Один кубический метр
воды при температуре 70 °C имеет массу 977,81 кг, а при тем-
пературе 95 °C — 961,92 кг.
Плотность воды (р) про изменении температуры
от 40 "С до 90 °C, кг/м’
Таблица ИЛ
Темпе- Плотность воды при температуре, °C
40 50 60 70 80 90
0 992,24 988,07 983,24 977,81 971,83 965,34
1 991,86 987,62 982,72 977,23 971,21 964,67
2 991,47 987,15 982,20 976,66 970,57 963,99
3 991,07 986,69 981,67 976,07 969,94 963,30
4 990,66 986,2! 981,13 975,48 969,30 962,61
5 990,25 985,73 980,59 974,89 968,65 961,92
6 989,82 985,25 980,05 974,29 968,00 961,22
7 989,40 984,75 979,50 973,68 967,34 960,51
8 988,96 984,25 978,94 973,07 966,68 966,81
9 988,52 983,75 978,38 972,45 966,01 959,09
В связи с изменением плотности воды, вызываемым повышени-
ем или понижением ее температуры, в системах водяного отопления
устанавливаются специальные расширительные баки.
Стоимость воды в большинстве районов страны низка. Однако
следует иметь в виду, что вода может содержать примеси (соли
жесткости, кислород, азот), удаление которых требует дополнитель-
ных капиталовложений.
Присутствие растворенных в воде солей жесткости приводит
к зарастанию живого сечения теплообменных аппаратов и трубо-
проводов.
318
Важной эксплуатационной характеристикой воды как теплоноси-
теля является ее способность из жидкою состояния переходить
в твердое или парообразное. При температуре ниже О °C вода
замерзает, при этом объем льда превышает объем первоначальной
массы воды. Это обстоятельство следует учитывать при остановке
циркуляции воды в системах (в период отрицательных наружных
температур) во избежание их механического разрушения. Вода на-
чинает кипеть при температуре, зависящей от давления. Так, вода
закипает при 100 °C, когда давление близко к 0,1 МПа. Если тем-
пературу воды надо поднять выше 100 °C, например до 150 °C, то
давление надо повысить до 0,5 МПа.
Водяной пар есть продукт кипения воды. Различают пар насы-
щенный (влажный) и перегретый (сухой). Содержание теплоты в 1 кг
насыщенного пара больше, чем в 1 кг воды на количество скрытой
теплоты парообразования, зависящей от давления пара. Например,
при давлении 0,1 МПа скрытая теплота парообразования 1 кг
насыщенного пара составляет г=2242 кДж/кг. Если насыщенному
пару продолжать сообщать теплоту, то он превращается в перегре-
тый пар. В паровых системах отопления обычно используют насы-
щенный пар, так как он при охлаждении, конденсируясь, отдает
скрытую теплоту парообразования, значительно превосходящую
теплоту перегрева пара. Эффективность передачи теплоты от пара
к стенке в процессе конденсации очень высока, что позволяет делать
паровые теплообменники компактными.
В отличие от воды плотность водяного пара сильно зависит от
давления, под которым он находится. С увеличением давления
плотность пара увеличивается. При одинаковом давлении и тем-
пературе плотность водяного пара меньше, чем плотность воды
и воздуха.
Стоимость водяного пара как теплоносителя несколько выше,
чем стоимость воды, используемой в водяных системах отопле-
ния, так как получение пара требует более дорогостоящего обору-
дования, а также соблюдения специальных мер по сохранению
и возврату конденсата. Использование отработанного пара от тех-
нологического оборудования дает значительный экономический
эффект.
Следует иметь в виду, что пары воды при конденсации сохраня-
ют неизменность температуры (при постоянном давлении), что
делает практически невозможным регулирование теплопроизводи-
тельности отопительных приборов путем уменьшения подачи в них
насыщенного пара.
Воздух имеет очень низкую массовую теплоемкость ср=
= 1,0 кДж/(кг К), что определяет необходимость подачи весьма
большого количества воздуха для отопления помещений.
319
Теплопроводность воздуха также очень низка, поэтому для
повышения теплотехнических показателей строительных констру-
кций в них устраивают воздушные прослойки. Низкая теплопро-
водность воздуха является причиной относительно невысокой эф-
фективности теплообмена поверхностей в теплообменной аппара-
туре, особенно при естественной конвекции Плотность (массовая)
воздуха невелика, однако больше, чем плотность водяного пара.
В обычных условиях, при неизменном барометрическом давлении
и постоянном влагосодержании, плотность воздуха (р) зависит
от температуры. Например, при барометрическом давлении Р6=
= 1013,3 гПа и влагосодержании </=2,0 г/кг при 5 °C плотность
воздуха составляет р=1,27 кг/м3, а при 20 °C р=1,205 кг/м3.
При увеличении влагосодержания воздуха его плотность умень-
шается, однако настолько незначительно, что этим обстоятель-
ством обычно пренебрегают.
Стоимости воздух не имеет, однако в случае его запыленности
приходится устраивать специальные обеспыливающие установки
(фильтры), что удорожает воздушное отопление.
Дымовые газы (газообразные продукты сгорания), использу-
емые в качестве теплоносителей, по характеристикам близки к воз-
духу. Однако имеются некоторые отличия. Например, теплоотдача
от дымовых газов к теплообменным поверхностям несколько выше
за счет большей излучательной способности продуктов сгорания.
Как правило, в дымовых газах содержатся вредные для здоровья
примеси. При наличии в них сернистых соединений долговечность
теплообменной аппаратуры и воздуховодов резко сокращается.
Следует иметь в виду, что при охлаждении дымовых газов ниже
температуры точки росы возможно выпадение конденсата. В зимнее
время это приводит не только к отсыреванию конструкций, во
и к образованию наледей, особенно в местах выбросных труб
и шахт.
Антифризы представляют собой 50 — 60%-ный водный рас-
твор технического этиленгликоля (двухатомного спирта). Они ядо-
виты и весьма коррозионно-активны по отношению к стали. Анти-
фризы не замерзают при отрицательных температурах (до —40 °C),
что делает их перспективными для использования в системах отоп-
ления периодического действия.
Плотность антифриза меньше, чем плотность воды, однако уве-
личение его объема при нагревании значительно больше,что следует
учитывать при эксплуатации систем, заполненных антифризом.
Из-за высокой стоимости и дефицитности антифризы широкого
применения в системах отопления не нашли.
11.4. ТЕПЛОВАЯ МОЩНОСТЬ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ
Большую часть года, когда температура наружного воздуха
ниже необходимой температуры помещений, здания нуждаются
в отоплении, т. е. в компенсации теряемой им тепловой энергии.
Тепловая мощность системы отопления зданий должна учиты-
вать потери теплоты через ограждающие конструкции, расход теп-
лоты на нагрев наружного воздуха, проникающего в помещения
через неплотности в ограждающих конструкциях, на нагрев матери-
алов, транспортных средств, а также теплоту, регулярно поступа-
ющую от технологического оборудования, материалов, электричес-
ких приборов, освещения, людей и других источников.
Передача тепловой энергии через ограждающие конструкции —
сложный процесс нестационарного теплообмена, для которого ха-
рактерны теплопроводность, конвекция и тепловое излучение.
Для упрощенных расчетов при определении тепловой мощности
системы отопления, когда необходимо подсчитать потери теплоты
через ограждающие конструкции здания, делают ряд допущений.
Условно считают, что процесс передачи теплоты этими конструкци-
ями стационарен и потери теплоты определяют только при нали-
чии температурного перепада более 3 °C.
Потерн теплоты через наружные ограждения помещения оценива-
ют по основным и добавочным потерям.
Основные потери теплоты помещения Q складываются из по-
терь теплоты всеми ограждающими конструкциями, Вт,
e="f а, (”>)
л—1
где Q, — потери теплоты каждой ограждающей конструкцией (сте-
ной, окном, полом, чердачным перекрытием, входной наружной
дверью), вычисляемые по выражению
Qi=Fiki(f.-Qn, (П-2)
где Fj — расчетная площадь ограждающей конструкции, м2; kt — ко-
эффициент теплопередачи ограждающей конструкции, Вт/(м2 оС);
4 — расчетная температура воздуха рабочей зоны помещения,
°C; — расчетная температура наружного воздуха — средняя тем-
пература наиболее холодной пятидневки для конкретного района
строительства в холодный период года или температура воздуха
более хополного помещения при расчете потерь теплоты через
внутренние ограждения, °C; п — коэффициент, зависящий от поло-
жения наружной поверхности ограждающей конструкции по от-
ношению к наружному воздуху, принимаемый по данным табл.
11.2.
321
Значение коэфф|пв<енга п
Таблица 11.2
Ограждения К (У.эффтсиент
Окна, наружные стены и двери, покрытия, перекрытия над проездами Перекрытия над неотапливаемыми подпольями, расположенные ниже 1.0
поверхности земли Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых проемов 0,4
в стенах, расположенные выше поверхности земли Перекрытия лад неотапливаемыми подвалами со световыми проема- 0,6
ми в стенал 0,75
Расчетную площадь ограждающих конструкций (F) вы-
числяют с учетом линейных размеров, указанных на рис. 11.2 (с
точностью до 0,1 мг). Длину наружных стен неугловых комнат
измеряю! между осями внутренних стен, а угловых - от осей
внутренних стен до внешних поверхностей угла. Высоту наружных
стен первого этажа измеряют в зависимости от конструкции пола.
Если пол на грунте, то определяют расстояние от уровня чистого
пола первого этажа до уровня чистого пода второго этажа. Если
пол расположен над неотапливаемым подвалом, то измеряют от-
резок от нижней плоскости конструкции пола первого этажа до
уровня чистого пола второго этажа, а при поле на лагах — от
уровня земли до уровня чистого пола второго этажа.
Высоту стен промежуточных этажей определяют по расстоянию
между уровнем чистого пола соответствующих этажей, а верхнего
Рис. 11 2. Обмер наружных ограждений.
Г/С наружная стена, ОД окно двойное, П - иол
322
этажа — от уровня чистого пола этого этажа до верха утепляющего
слоя чердачного перекрытия.
Наружные световые проемы (окна, фонари) и двери измеряют по
наименьшему размеру в свету.
Площадь перекрытия (чердачного и над неотапливаемым под-
валом) измеряют по расстоянию между осями внутренних стен и
от оси внутренней стены до внутренней поверхности наружных стен.
Площадь пола, лежащего на грунте или на лагах, вычисляют
по зонам, представляющим собой полосы шириной 2 м, условно
проведенные параллельно наружным стенам. Для угловых по-
мещений площадь первой зоны в углу наружных стен учитывают
дважды.
Таблица 11.3
Теплотехнические иоказателм неутепленных иолов иа грунте
Показателя Зоны
I II III IV
Сопротивление теплопередаче Ддол, м2 ' "С/Вт 2,1 4,3 14,2
Коэффициент теплопередачи Л=1/Д0ол, Вт/(ма °C) 0,476 0,232 0,116 0,07
Коэффициент теплопередачи (А) стены, окна, двери, пере-
крытия должен быть несколько меньше значения 1//??, Вт/м2 ’ °C,
где Лу — требуемое сопротивление теплопередаче соответству-
ющего наружного ограждения в зависимости от географического
местонахождения строящегося объекта.
Потери теплоты подземной частью наружных стен определяют
так же, как и для неутепленных полов на грунте. Разбивку на зоны
в этом случае начинают у стен от уровня земли.
Если в конструкцию пола на грунте включен слой утеплителя, то
дополнительно следует учесть термическое сопротивление этого
слоя
R^R^+S/Л, (11.3)
где S — толщина утеплителя, м; А —- коэффициент теплопровод-
ности утепляющего слоя, (м • °С)/Вт.
Сопротивление теплопередаче утепленного пола, расположенно-
го на лагах, вычисляют по формуле:
/CMJ1=l,18(/U+$/A) (П.4)
Добавочные потери теплоты ограждающими конструкциями по-
мещений оценивают в долях от основных потерь.
323
Добавочные потери теплоты на страны света для стен и окон,
обращенных на север и восток, учитывают коэффициентом а=0,1,
на запад к=0,05.
Добавочные потери теплоты на нагрев врывающегося воз-
духа через наружные двери, не оборудованные воздушными завеса-
ми (например, в жилых домах), при высоте здания Н (в метрах)
учитывают коэффициентом Р, /3=О,27'Н—для двойных дверей
с тамбуром между ними, /?=0,34Н— для двойных дверей без
тамбура; а=0,22Н — для одинарных дверей. На нагрев врыва-
ющегося воздуха через наружные ворота при отсутствии тамбура
добавочные потери теплоты учитываются множителем а=3,0.
Расчет основных и дополнительных потерь теплоты через от-
дельные ограждения каждого помещения дома ведут в табличной
форме (табл. 11.5).
Таблица 11.5
Расчет теплоиотерь
В графе 4 расчетной таблицы наименование ограждения условно
обозначают: наружная стена—Н. С; окно с двойным остеклени-
ем — Д. О; лол над подвалом — П.; чердачное перекрытие — Пч;
двойная наружная дверь — Д. д.
В графе 8 коэффициент теплопередачи для окон и наружной
двери учитывается как разность соответствующего коэффициента
теплопередачи (окна или двери) и коэффициента теплопередачи
стены, с тем чтобы площадь окна или двери не вычитать из площа-
ди стены.
В графе 9 расчетная разность температуры представлена как
выражение (#вн-4)я.
Основные теплопотери (графа 10) определены согласно формуле
11.2, а добавочные теплопотери в долях от основных (коэффициен-
ты аир).
Общие потери теплоты каждого помещения вычисляют по
формуле 11.5
&».="£ е.(1+«+й- (п-5)
Тепловая мощность отопительных устройств (отопительные при-
боры) Спр, устанавливаемых в каждом отапливаемом помещении,
определяется с учетом общих потерь теплоты через ограждающие
конструкции Собш, а также теплоты, расходуемой на нагрев воздуха
(вентиляционного или инфильтрированного) холодных мате-
риалов и средств транспорта Q*, поступающих в помещения за
вычетом теплопоступлений от бытовых источников в жилых здани-
ях Сбыт и теплопоступлений от оборудования Соб> освещения Qoa
в производственных помещениях
0пр = Со6щ'1'С»га+См — 0бит — 0об — Ссст (И-6)
Тепловая мощность всей системы отопления вычисляется по
формуле
fM. о1-7)
где Сор — тепловая мощность отопительного устройства в каждом
отапливаемом помещении; t] — коэффициент, учитывающий прочие
вынужденные потери теплоты (например, в магистральных трубо-
проводах системы, от участков стен, расположенных за отопитель-
ными устройствами и пр.) Этот коэффициент обычно не превышает
значения 1,07.
Затраты теплоты на нагревание воздуха в жилых и обще-
ственных зданиях, поступающего в отапливаемые помещения, оце-
ниваются наибольшей величиной из двух значений расхода теплоты
на вентиляционный воздух Ска и воздух, поступающий в процессе
инфильтрации через неплотности в ограждающих конструкциях
рассчитанных согласно методике, приведенной в Приложе-
нии 10 [19] по формулам
£)Г=0,28£рг(/.-!,.)А, (11.8)
еП=0,28ХС,с(1.-<Л (П.9)
324
325
где L — расход удаляемого вентиляционного воздуха, м3/ч, нс
компенсируемый подогретым приточным воздухом (для жилых
зданий удельный нормативный расход 3 м3/ч на 1 м2 жилых
помещений); G, — расход инфильтрующегося воздуха, кг/ч, через
ограждающие конструкции помещений, определяемый в соотве-
тствии с Приложением 10 [19]; с — удельная массовая теплоемкость
воздуха, 1 кДж/(кг • °C); /„ — расчетные температуры воздуха,
СС, соответственно в помещении и наружного воздуха в холодный
период года (параметры Б) Приложения 9 [19]; к — коэффициент
учета влияния встречного теплового потока в конструкциях; р
плотность воздуха в помещении, кг/м3.
Для всех других зданий затраты теплоты на нагревание воздуха
определяется только по формуле (11.9).
Затраты теплоты на нагревание холодных материалов QN
и транспортных средств характерны для производственных по-
мещений. На нагрев холодных материалов расходуется теплота
в количестве, вычисляемом по формуле
Q.=GM р, Вт, (11.10)
а на нагрев транспортных средств
аР=/двт, (н.п)
где GM — масса поступающего однородного материала, кг/ч; с —
удельная массовая теплоемкость материала, кДж/кг• °C; /в — тем-
пература воздуха внутри помещения, °C; — температура поступа-
ющего материала, “С; q* — затраты теплоты на нагрев транспорт-
ных средств (стр. 40 [19]); Р — коэффициент, учитывающий интен-
сивность поглощения теплоты (табл. 8.3 [19]).
Тепловыделения в помещениях имеют весьма разнообразную
природу. В производственных помещениях учитывают тепловой
поток, поступающий от технологического оборудования, нагретых
изделий и материалов, освещения, людей и пр.
В жилых и общественных зданиях характерными источниками
теплоты являются люди и электрооборудование (включая освеще-
ние).
Тепловой поток, поступающий в комнаты и кухни жилых зданий
(Сбит)» принимают 21 Вт на 1 м2 пола.
Тепловой поток от работающего технологического оборудова-
ния и освещения оценивается по формуле
c„=/v„fc, Вт, (11.12)
де Nm — мощность силового оборудования и осветительных при-
боров, Вт; к — коэффициент, учитывающий одновременность рабо-
1н оборудования и долю перехода электроэнергии в тепловой по-
юк, поступающий в помещение для электросветильников к=0,95,
для технологических процессов fc=0,15—0,95.
Тепловой поток от поверхностей технологического оборудова-
ния и материалов обычно принимаются по данным технологичес-
кого проекта.
Тепловой поток полный (явное тепло плюс скрытое) от мужчин
оценивают в зависимости от интенсивности выполняемой работы:
в состояний покоя 93...140 Вт, при легкой работе 140—175 Вт,
при работе средней тяжести 175...290 Вт, при тяжелой работе
более 290 Вт.
Принято считать, что тепловой поток от женщин составляет
85%, а от детей в среднем 75% теплового потока от мужчин.
11.5. СИСТЕМЫ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ
Системы водяного отопления получили широкое распростране-
ние в жилищном, гражданском и промышленном строительстве.
В этих системах о топления вода обычно нагревается в генераторах
теплоты до 105 °C последовательно проходя: магистральные трубо-
проводы; трубопроводы, подающие воду к отопительным прибо-
рам (подающие стояки); отопительные приборы, в которых вода
остывает, и далее возвращается по обратным стоякам и обратным
магистралям к месту нагрева.
В практике строительства применяют разнообразные водяные
системы отопления. Водяные системы отопления различают:
— по способу создания циркуляционного давления на системы
с естественным побуждением и системы с принудительным побуж-
дением-,
— по схеме отопительных стояков системы на двухтрубные (рис.
11.3) и однотрубные (рис. 11.4);
— по месту прокладки магистральных трубопроводов горячей
воды на системы с верхней прокладкой (см. рис. 11.4, а) и системы
с нижней прокладкой (см. рис. 11.4, б);
- по способу прокладки магистральных трубопроводов горячей
воды на тупиковые (см. рис. 11.4, а, б) и с попутным движением (см.
рис. 11.4, в);
— по способу прокладки отопительных стояков: на стояки с вер-
тикальным (см. рис. 11.4, а — е) и с горизонтальным проложением
(см. рис. 11.4, д).
В практике строительства имеет место разнообразие конструк-
тивного выполнения двухтрубных и однотрубных стояков. Напри-
мер, отопительные приборы могут присоединяться к стояку справа
326
Рис. 11.3. Системы водяного отопления двухтрубные с принудительным побужде-
а — с верхней прокладкой горячих магистралей. 6 то хе, с яихасб прокладной;
1 - котел, 2 — главный стояк, 3 расширительный бах, 4 — верхний розлив, 5 — воздухо-
сборник; б воздушная линия, 7 кран двойной регулировки; Я двухтрубный стояк, 9
отопительный прибор; 10 прокладка магистрали охлажденной воды. II циркуляционный
и слева (двустороннее присоединение) (см. рис. 11.3, а, б) или только
с какой-либо одной стороны (см. рис. П.4, а, 6).
Одностороннему присоединению отопительных приборов следу-
ет отдавать предпочтение, так как эти стояки более удобны в изго-
товлении и проще в монтаже.
Однотрубные отопительные стояки могут быть проточными (см.
рис. П.4,11) и с замыкающими участками (центральными 75 или со
смещенными 14).
Проточные стояки обычно применяют при расположении отопи-
тельного стояка в одном помещении (лестничная клетка, вести-
бюль, зал, цех). В этом случае регулировочные крапы у отопитель-
ных приборов не ставят.
Горизонтальные стояки (см. рис 11.4, в) применяют в зданиях
с четко выраженными поэтажными технологическими условиями
эксплуатации. Например, на первом этаже размещен магазин, на
втором — учреждение, на третьем — склад.
I (нркуляцнонное давление. Вода в системах отопления циркули-
рует под действием циркуляционного давления. Циркуляционное
давление может возникать за счет остывания воды в отопительных
приборах в трубах (естественное давление) и за счет работы цир-
куляционного насоса.
Если допустить, что вода остывает только в отопительных
приборах, то естественное циркуляционное давление Д (Па) в рас-
четном кольце системы определяется как разность гидростатичес-
ких давлений двух столбов воды высотой h (рис. 11.5) но формуле
328
Pc=ghp0-ghpt=gh(p„-pr), (11.13)
где g — гравитационное ускорение, 9,81 м/сI, 2; й — высота стол-
ба воды, равная превышению центра охлаждения в отопительном
приборе (уровень I I) над центром нагрева в котле (уровень
Рис. 11.4. Системы водяного отопления однотрубные с принудительным побужде-
а —тупиковая с вер:
отопления с нижней i
I, б — С1Ояк (П-обраэвый) при системе
система с горизонтальными стопами
и попутным движением,
1 — котел; 2 — главный стояк; 3 — - расширительный бак, 4 — верхний розлив; 5 — воздухо-
сборник; б — крав двойной регулировки; 7 — отопительный прибор; В — воздушный крав типа
Маевского; р — прокладка магистрали охлажденной воды; 10 — циркуляционный насос, 11 —
однотрубный проточный вертикальный стояк; 12 — горизонтальный лроточво-регулируемый
стояк; 13 — то же, вертикальный; 14 — то же, со смещенным замыкающим участком, 15 —
трехходовой регулирующий кран; 16 - - вентиль для отключения стояка; 17 — то же, для спуска
воды
329
П — II); р0, рг — плотность охлажденной и горячей воды соответст-
венно, кг/м3.
Полное циркуляционное давление естественного побуждения
с учетом остывания воды в подающих магистралях и отопительных
стояках составит;
Р?=РО+ДР, (11.14)
где ДР — циркуляционное давление, возникающее вследствие осты-
вания воды в подающих магистралях и отопительных стояках.
Для двухтрубных систем отопления с верхней разводкой значе-
ние ДР (Па) приближенно оценивают по табл. 11.6.
Таблица 11.6
Дополнительное давление (ДР), Па
Протяженность системы по горизонтали, м Расстояние от подающей трубы до стояка, м
до 10 10...20 20...30 30...50 50...75 75...I00
Для одно- и двухэтажных зданий
До 25 100 100 150
25...50 100 100 150 200
50...70 100 100 150 150 200
70...100 W 100 150 150 200 250
Для трех- и четырехэтажных зданий
50...70 250 250 250 300 350
70...100 250 250 250 350 400
Обычно водяные системы отопления состоят из нескольких сто-
яков. Водяные тракты, проходящие через магистральные трубо-
проводы, через стояки и отопительные приборы значительно от-
личаются по длине. В двухтрубных системах (рис. Ц.б) рас-
четным циркуляционным кольцом (трактом) является замкнутый
контур труб, проходящий через расчетный отопительный прибор
первого этажа, расположенный на стояке, наиболее удаленном
от главного, в однотрубных — контур труб, проходящих через
расчетный отопительный стояк, обычно самый удаленный от глав-
ного.
В двухтрубной системе отопления (см. рис. 11.6, а) циркуляцион-
ное давление в результате остывания воды в отопительном прибо-
ре, расположенном на третьем этаже, составит;
P3=g Аз(Ро-рг), (11.15)
а в кольце, проходящем через отопитель-
ный прибор иа втором этаже,
Pi^ghitpv-Pr)- (11-16)
С учетом остывания воды в разводя-
щих магистралях и отопительных стояках
полное циркуляционное давление в каж-
дом циркуляционном кольце будет
P^ghfa-pJ+P;. (11-17)
Для однотрубных систем отопления
(см рис. 11.6, б) ДР учитывается в раз-
мере 50% соответствующих значений
двухтрубных систем, для систем двух-
трубных и горизонтальных однотрубных
с принудительным побуждением — в раз-
мере 40%, а для одпотрубпых систем с П-
образвыми отопительными стояками
70%.
Для двухтрубных систем отопления
с нижней разводкой добавочное циркуля-
ционное давление в результате остывания
воды в трубах (ДР) не учитывается.
В однотрубных системах отопления
с естественным побуждением (см. рис.
Рис. 11.5. Схема системы
водяного отопления (к
определению естественно-
го циркуляционного дав-
ления)-
I — котел; 2 главный сто-
як; 3 расптиртельный бак;
4— магистраль горячей во-
б — отопительный прибор;
7 — магистраль остывшей
воды; Рг, р’г — плотность го-
охлажденной
центр охлаждения, К —
центр нагрева
11.5, б) циркуляционное давление в кольце, проходящем через рас-
четный стояк, определяют по формуле
P=g»,(p* - Pr)+gh2(pl - Рг) + -+g^„(p" - рг), (11.18)
где g — гравитационное ускорение, 9,81 м/с2; h2, -Л, рассто-
яния, принимаемые согласно рис. 11.6, б; рг — плотность горячей
воды, поступающей в систему отопления, кг/м3; р’, р2, — р3 —
плотность остывшей воды на участках отопительных сгояков высо-
той соответственно й2,... h„, при температуре воды на участках 1,
2,... л.
Температуру воды па участках 1, 2, ... п вычисляют по фор-
муле
3,6 Xglip
/|- гбст ’
(11.19)
330
331
Рис. 11.6. Водяные сисгемы отопления
с естественной циркуляцией:
а - двухтрубная; б - однотрубная.
I — котел; 2 главный стояк; 3 расширя-
тельвый бак; 4 — воздухе сборник; 3 — крен
двойной регулировки; 6 — отопительный при-
бор; 7 трёхходовой регулировочный крав;
где tt — температура горя-
чей воды, поступающей в си-
стему (в сгояк), °C; ЕСщ, -
суммарная теплопромзводи
тельность всех вышележа-
щих отопительных прибо-
ров; с — удельная массовая
теплоемкость воды, 4,19
кДж/кг' °C; GCT — расход во-
ды в отопительном стояке,
кг/ч.
Расчетный расход воды
в однотрубных стояках ра-
вен
с(*г—
где “ суммарная теп-
ловая нагрузка всех отопи-
тельных приборов расчетно-
го стояка; t„ — темпера-
тура воды соответственно на
входе и на выходе из систе-
мы (из стояка), °C.
Пример 1. Определить расчет-
ное циркуляционное давление в двух-
трубной системе водяного отопле-
ния (см. рис. 11.6, а) для циркуляци-
онных колец, проходящих через
приборы первого, второго и третье-
го этажей, наиболее удаленных от
главного стояка.
Исходные данные. Темпера-
тура воды па выходе из котла
котел (охлажденной) /а=70 “С (/>то=
=95 °C (од=961,92 кг/м3), на входе в , , „ _
=977,8 кг/м’)- Центр охлаждения отопительного прибора каждого этажа располо-
жен выше центра нагрева в котле на расстоянии соответственно Л|=3,0 м, ha =
=6,0 м, /гщ=9,0 м. Расстояние от рассчитываемого стояка ло главного 15 м.
Протяженность системы но горизонтали 30 м
Решение Согласно формуле (11.17) и данным, приведенным в табл. И 1,
рассчетное естественное циркуляционное давление для колец, проходящих через
нагревательный прибор, составит, Па:
J этаж Р, =9,81 хЭ.Ох(977,8 - 961,92)+250= 717 Па,
П этаж Рл=9,81 х 6,0 х (977,8 - 961,92)+250= 11R5 Па,
П1 этаж Рш=9,81 х 9,0 х (977,8 - 961,92)+250=1652 Па.
Пример 2. Определить расчетное естественное циркуляционное движение в одно-
трубной системе водяного отопления (см. рис. ИД б) для циркуляционного кольца,
проходящего через дальний сгояк с трехходовыми кранами на смещенных замыка-
ющих участках.
Исходные данные. Температура воды на выходе из котла «г=95 СС, на входе
в котел «о=70 ®С. Тепловая нагрузка отопительных приборов расчетного стояка по
этажам составляет соответственно £)[=1000 Вт, Qn=800 Вт, Сщ=750 Вт, giv1
=950 Вт. Протяженность системы по горизонтали 30 м. Расстояние от рассчитыва-
емого стояка до главного 15 м.
Решение. По формуле (11.20) находим количество воды, циркулирующее в рас-
четном стояке:
3,6(1000+ 800 +750+ 950) 3,6 x 3500
G„=—---------------------'=---------= 120 кг/ч.
4,19х(95—70) 4,19x25
Вычисляем температуру воды на участках стояка после се прохождения через
отопительный прибор соответствующего этажа, считая, что вся вода из стояка
проходит через прибор (г. е. коэффициент затекания я=1,0).
3,6x950
ftv-95-----------=88,2 °С(рм 2=966,55 кг/м3);
4,19x120
3,6(950+750)
/щ=95------ - —=82,7 С, (р82 7 =970,52 кг/м3);
4.19 х 120
3,6(950+ 750 + 800)
ГП=95-------
4,19x120
=77,3 С, (/>77,3=973,50 кг/м3);
3.6(950 +750+800+1000)
70 С, (рто=977,81 кг/м3).
Определим расчетное естественное циркуляционное давление
в дальнем стояке по формуле (11.13) без учета остывания воды
в трубах.
Р=9,81 х 3,0 х (966,55— 961,92)+9,81 х 3,0 х (970,52-961,92)+
+9,81 хЗ,0х(973,50 - 961,92)+9,81 хЗ,0(977,81-961,92)=1176 Па.
С учетом остывания воды в трубах расчетное естественное цир-
куляционное давление в дальнем стояке составит, согласно формуле
(11.17) и данным табл. 11.6, PS-1176+250 Па.
В одноэтажных зданиях, когда не представляется возможным
заглубить котельную (поквартирные системы водяного отопления),
центр охлаждения воды в отопительных приборах оказывается на
одном уровне с центром нагрева воды в котле (й=0). В этом случае
циркуляционное давление в системах отопления зависит только от
остывания воды в трубах.
333
На рис. 11.7 показана принципиальная схема системы поквар-
тирного отопления с естественным побуждением (при незаглублен-
ном котле). Циркуляционное давление в таких системах вычисляют
по эмпирической формуле
P'=g AA'+AJ,
(11.21)
где b — безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,4 при
изолированном главном стояке и неизолированных остальных тру-
бах, и равным 0,34 при изолированном главном стояке и обратной
магистрали; Лт — высота расположения подающей магистрали над
центром нагрева (точка £) в котле; g — гравитационное ускорение,
равное 9,81 м/с2; I— расстояние по горизонтали от расчетного
отопительного стояка до главного.
Системы поквартирного водяного отопления с естественным
побуждением получили распространение в пригородной и сель-
ской местностях при строительстве малоэтажных коттеджей и об-
щественных зданий без централизованного теплоснабжения. Уве-
личению естественного циркуляционного давления в этих системах
способствует заглубление котла (если это возможно), а также
изоляция главного стояка и обратных магистральных трубопро-
водов. Подающие магистрали и стояки должны быть не изоли-
рованы.
Системы водяного отопления с принудительным побуждением
(рис. 11.8) получили широкое распространение, так как позволяют
обогревать большое количество помещений от одного центрально-
Рис. 11.7 Схема системы поквартирного отопления с естественным побуждением
(котел не заглублен):
Л — центр охлаждения в отопительном приборе; Б — центр нагрева в котте,
1— котел, 2— главный стояк; 3— переливная труба, выведенная в раковину; 4—расшири-
тельный бах; 5 — подагощая магистраль; 6 — отопительный стояк; 7 — крап двойной регули-
ровки; 8 — отопительный прибор; 9 — возвратная магистраль; 10 - кран для заполнения систе-
мы водой; II — крав для опорожнения системы
334
a)
б)
Рис. 11.8. Принципиальные схемы систем водяного отопления с принудительной
циркуляцией:
« с циркуляцией насосной; б то же, с помощью водоструйного элеватора;
1 — циркуляционные насосы; 2 обводная ливня; 3 — котел; 4 — расширительный бак; 5 —
контрольна» труба; 6 оереливвая; 7 — циркуляционная; 8 — расширительная; 9 — воздухо-
сборник; 10 — отопительный прибор; 11 - манометры; 12 водоструйный элеватор
го источника теплоты. Вода в таких системах перемещается с помо-
щью циркуляционных насосов или водоструйных эжекторов (элева-
торов).
Циркуляционные насосы (один рабочий, другой резервный)
устанавливают на обратной магистрали перед котлом (см. рис.
11.8). Для переключения насосов предусмотрены задвижки, а для
контроля циркуляционного давления перед каждым насосом и за
ним — манометры.
Манометры располагают на одном уровне и перед каждым
устанавливают трехходовой манометрический кран, чтобы можно
было присоединить контрольный манометр не снимая основного.
С целью сохранения циркуляции воды в системе в случае
аварийной остановки насосов монтируют обводную линию с за-
движкой. При остановленных насосах и открытой задвижке на
отводной линии вода циркулирует за счет естественного побу-
ждения, в результате чего она не замерзает.
Водоструйный эжектор (элеватор) позволяет использовать
перепад давления между подающей и обратной магистралями на-
ружных тепловых сетей для эжектирования части воды из обратной
трубы в подающую (рис. 11.8,12). Это дает возможность применять
в наружных теплотрассах перегретую воду (130, 150 °C), сохраняя
335
температуру воды в подающей трубе в пределах санитарных требо-
ваний (95..Л05 °C).
Расширительный бак емкостью, равной приросту воды
в процессе ее нагрева, оборудуется на системах водяного отопления,
работающих от домовых или квартальных котельных.
На рис. 11.9 показана схема подключения расширительного
бака. Расширительный бак ставится в наивысшей точке системы
и имеет сигнальную трубу (с краном на конце), переливную, рас-
ширительную и циркуляционную. В системах с насосной циркуляци-
ей расширительная и циркуляционная трубы присоединяются к об-
ратной магистрали перед насосами. Сигнальная и переливная трубы
выводятся в раковину котельной. Система наполняется водой до
контрольного уровня, когда из контрольной трубы начнет течь
вода.
Основные методы гидравлического расчета трубопроводов систем
водяного отопления. Суть гидравлического расчета систем водяного
отопления состоит в обоснованном подборе таких диаметров всех
участков труб, чтобы в каждом циркуляционном кольце хватило
давления для перемещения расчетного количества теплоносителя
в единицу времени.
Участком циркуляционного кольца называют отрезок трубы
неизменного диаметра, по которому проходит неизменное количе-
ство теплоносителя.
Движение воды по трубопроводам сопровождается потерей цир-
куляционного давления на преодоление сопротивления трения
и местных сопротивлений.
Потери давления на преодоление сопротивлений трения по длине
участка трубопровода определяют, используя формулу Дарси —
Вейсбаха (см. ф-лу 1.6)
б) s
Рис. 11.9. Схема присоедипевяя расширительного бака-
а— для систем с естсствеввоЗ циркуляцией; б — то же, насосной циркуляцией;
I главный стояк; 2 — верхний разлив; 3 — циркуляционная труба; 4 — расширительный бак;
5—расширительная, 6—переливная; 7 — сигвальвая; в—раковина; 9 — обратная труба
охлажденной воды, 10—циркуляционный васос
336
(11.22)
i де Л — потеря давления на трение, 1 мм; Л — безразмерный коэф-
фициент гидравлического трения, зависящий от шероховатости сте-
нок трубы и от режима движения жидкости; d, — внутренний диа-
метр участка трубопровода, м; v — скорость движения воды, м/с;
р — плотность воды, кг/м3; I — длина участка трубопровода, м.
Для практических целей расчета трубопроводов систем водяного
отопления при 1=1 м по формуле 11.22 составлены специальные
таблицы и номограммы, учитывающие шероховатость трубопрово-
дов и расчетные параметры воды (рис. 11.10).
Потери давления на местные сопротивления связаны с изме-
нением направления и скорости движения воды по участку при
его поворотах, внезапных сужениях и расширениях, ответвлениях
и пр.
Потери давления на местные сопротивления Z вычисляются по
формуле
(IL23)
где £ — безразмерный коэффициент местного сопротивления, р —
динамическое давление потока, Па.
Рис. И 10. Номограмма для расчета трубопроводов систем отопления при тем
пературе воды 95...70 'С
337
Для практических целей расчета трубопроводов систем отопле-
ния на основе экспериментальных данных составлены таблицы зна-
чения коэффициентов местных сопротивлений всевозможных фасон-
ных частей, отводов, арматуры и прочего отопительного оборудо-
вания. Эти значения приведены в Прил. 9.
Общее сопротивление любого участка трубопровода перемеще-
нию теплоносителя составляет
APy,=/y+Z. (11-24)
Изложенный метод определения потерь давления в трубопрово-
дах называется «Методом удельных потерь давления». Этот метод
пользуется большей популярностью, но в практике проектирования
применяют некоторые разновидности его, например, «Метод харак-
теристик сопротивления», изложенный ниже.
Если в выражение 11.24 подставить выражения 11.22 и 11.23,
то потеря давления на участке ДРу, будет определяться зависимо-
стью
<11-25)
Выразив скорость v воды через расход G, будем иметь
Преобразовав уравнение 11.25, получим формулу
(11.27)
где
<,1и>
Величина называется «характеристикой сопротивления»
участка. Для типизированных радиаторных узлов (этажестояков)
однотрубных систем отопления значения характеристик сопротив-
ления приведены в специальной литературе.
Рассмотрим несколько подробней гидравлический расчет по ме-
тоду- удельных потерь давления.
Перед проведением гидравлического расчета системы отопления
необходимо выполнить следующие расчетно-графические работы:
вычислить теплопотери всеми помещениями здания, выбрать тип
отопительных приборов и разместить их на планах этажей, нанести
338
па планы трассы подающих и обратных магистралей и отопитель-
ных стояков, выбрать место для расположения ввода теплопровода
в здание, расширительного бака, воздухосборников, запорно-регу-
лировочной арматуры. На чертеже в масштабе М 1:100 или 1:50
вычертить аксонометрическую проекцию всей системы отопления.
На аксонометрической схеме проставляют номера всех участков
трубопроводов. На каждом участке, кроме номера, указывают его
тепловую нагрузку и длину.
Поскольку система отопления обычно состоит из нескольких
циркуляционных трактов движения воды (циркуляционных колец),
то для каждого из них вычисляют значение действительного цир-
куляционного давления.
Гидравлический расчет начинают с определения диаметров уча-
стков главного циркуляционного кольца сисгемы, за которое при-
нимают наиболее протяженный и нагруженный тракт движения
воды.
В двухтрубных системах с тупиковым расположением стояков
главным циркуляционным кольцом считают тракт через отопитель-
ный прибор первого этажа наиболее удаленного отопительного
стояка
В однотрубных системах с тупиковым расположением стояков
главным циркуляционным кольцом считают тракт через наиболее
удаленный стояк.
В системах с попутным движением теплоносителя, когда все
кольца примерно равны, за расчетное принимают кольцо через
средний наиболее нагруженный стояк.
Сопротивление главного циркуляционного кольца системы вы-
числяют как сумму сопротивлении всех участков, входящих в это
кольцо, согласно выражению
ЛРрж=Е(Я/+2). (11.29)
Исходя из расчетного циркуляционного давления в главном
циркуляционном кольце, вычисляют возможную удельную потерю
давления на трение, приходящуюся на один погонный метр кольца,
по формуле
(ПЛО)
где АРр., — расчетное циркуляционное давление для главного коль-
ца системы, Па; п — доля потери давления на трение (для систем
с естественным побуждением п=0,5, а для систем с принудитель-
ным побуждением и=0,65); Е/— сумма длин участков главного
циркуляционного кольца, м.
Ориентируясь на величину удельной потери давления Ria и рас-
ход воды в каждом участке G^, по таблицам (или номограмме)
339
подбирают ближайший стандартный диаметр каждого участка, на-
ходят фактическую потерю давления на 1 п. м. Л* и на всю длину
каждого участка Далее по скорости (вернее по динамическому
давлению — р) и сумме коэффициентов местных сопротивлений
найденной по таблице Приложения 9, вычисляют потери давления
на местные сопротивления. По формуле 11.29 находят общую поте-
рю давления в главном циркуляционном кольце. Потеря давления
в главном циркуляционном кольце должна быть на 10% меньше
расчетного циркуляционного давления на вводе в систему. Этот
запас давления необходим для преодоления неучтенных сопротив-
лений.
Сопротивление главного циркуляционного кольца в дальнейших
расчетах принимается как исходное для гидравлической увязки со-
противления всех остальных циркуляционных колец системы.
Все данные, полученные при расчете, заносят в таблицу, форма
которой приведена ниже (табл. 11.7).
Допустимая невязка потерь давления между отдельными цир-
куляционными кольцами должна быть в системах с тупиковым
движением воды в пределах ± 15%, а при попутном движении воды
в магистралях до +5%.
Таблица 11.7
Результата расчета трубопроводов систем отопления
№ уча- аая на- грузка Расход воды Длина ст^а Диа- Схо- Удель- давле- Ф нвя R , Па/м Потеря давле- ния ва трение Па жоэффи- пиентов местных ний Потеря давле- ная в местных сопро- Сум- потеря давле- ния Ф R 1+Z
1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11
П.«. СИСТЕМЫ ПАРОВОГО ОТОПЛЕНИЯ
В системах парового отопления в качестве теплоносителя ис-
пользуют насыщенный водяной пар, температура которого соответ-
ствует определенному давлению. Системы парового отопления под-
разделяются по величине начального давления пара, способу воз-
врата конденсата в паровой котел и схеме прокладки трубопрово-
дов систем
17о величине начального давления пара системы подразделяют на
системы низкого давления РгаБ<0,07 МПа и высокого давле-
ния Рга6>0,07 МПа.
По способу возврата конденсата паровые системы бывают с са-
мотечным возвратом конденсата (замкнутые системы) и с
340
возвратом конденсата с помощью питательного насоса
(разомкнутые системы).
По схеме прокладки трубопроводов паровые системы отопления
могут быть с верхней, нижней и промежуточной проклад-
кой распределительного паропровода, а также с прокладкой сухо-
го и мокрого конденсатопровода.
На рис 11.11 представлена принципиальная схема паровой си-
стемы отопления низкого давления с верхней прокладкой пароп-
ровода и с самотечным возвратом конденсата по конденсатопрово-
ду. Пар, образующийся в паровом котле 7, отделяется от капель
воды в сепараторе (сухопарнике) 12 и поступает в паропровод 5,
откуда он распределяется по отопительным приборам. 7. Сконден-
сировавшийся пар в виде конденсата стекает по кондепсатопроводу
в возвратный трубопровод 10, в начале которого вмонтирова-
на воздушная трубка 4, соединяющая систему с атмосферой. По
возвратному трубопроводу конденсат самотеком возвращается
в котел, преодолевая давление в котле за счет давления столба
конденсата высотой 200 мм выше уровня воды в сухопарнике
парового котла.
Для контроля уровня воды в сухопарнике парового котла
на сухопарнике устанавливается водомерное стекло 3. Во
избежание повышения давления пара в системе выше заданного
значения равного давлению высоты водяного столба высотой
Рис. 11.11. Паровая система отопления низкого давления.
я — схема системы; Л — стояк с нижней разводкой пара,
I — котел; 2 — гидравлический затвор, 3 — водомерная стеклянная трубка, 4 воздуютяя
трубка, 5 — подающий паропровод; 6—паровой вентиль, 7— отопительный прибор; 8-
тройннк с пробкой, 9 — хондепсатоировод (сухой); 70 — то же (мокрый), 71 - подпитка; 72 —
сухопарник; 13 — перепускная петля
341
h в непосредственной близости от сухопарника подключают предох-
ранительное приспособление 2 (гидравлический затвор) с рабочей
высотой Л.
Монтажную регулировку системы парового отопления произ-
водят с помощью паровых вентилей и контрольных тройников
8 с пробкой.
При работе парового котла в расчетном режиме в отопительный
прибор пропускают с помощью парового вентиля 6 только такое
количество пара, какое успевает полностью сконденсироваться в
отопительном приборе и выделение пара из предварительно от-
крытого контрольного тройника станет мало заметным. Это оз-
начает, что весь пар, попавший в отопительный прибор, превратил-
ся в конденсат и его проскок в воздушную трубку 4 исклк>чен.
Трубка 4 служит для удаления воздуха из системы в момент ввода
системы в работу, а также для поступления воздуха в систему
в момент ее полного выключения.
Для компенсации потерь конденсата паровую систему подпиты-
вают специально обработанной водой, освобожденной от солей
жесткости. Очень важно, чтобы в процессе работы паровой системы
потери конденсата были бы сведены к минимуму, так как подготов-
ка подпиточной воды требует специальных устройств. Использова-
ние неподготовленной воды для подпитки паровых котлов из водо-
провода резко сокращает срок службы парового котла из-за от-
ложения накипи на поверхностях нагрева котла.
Паровые системы отопления могут быть смонтированы как
с верхней, так и с нижней разводкой паропровода.
При нижней разводке пара в подъемных и вертикальных стояках
конденсат, стекая по стенкам труб навстречу пару, периодически
перекрывает живое сечение паропровода, что вызывает гидравли-
ческие удары. Это является серьезным недостатком паровых систем
отопления.
Для более спокойной эвакуации конденсата паропроводы про-
кладывают с уклоном в сторону движения пара, а конденсатоп-
роводы в сторону котла. Для перепуска попутного конденсата из
паропроводов в конденсатопровод устраивают специальные пере-
пускные петли.
На рис. 11.11,6 представлен отопительный стояк паровой систе-
мы отопления с нижней разводкой паропровода и перепускной
петлей.
При весьма разветвленной сети паровой системы самоточный
возврат конденсата представляет значительные трудности, поэтому
питание парового котла производится с помощью специального
насоса. Этот насос забирает конденсат из сборного конденсацион-
ного бака, куда конденсат самотеком или под действием остаточ-
342
него давления пара возвращается из системы отопления. Подпитка
парового котла с помощью насоса производится периодически по
мере падения уровня воды в сухопарнике.
Схема принудительного возврата конденсата в паровой котел
с помощью питательного насоса (разомкнутая схема) приведена на
рис. 11.12.
Для отделения конденсата от пара применяют специальные па-
розаииратели (коиденсатоотводчики) различных конструкций (рис.
11.13).
Нарозапиратель с опрокинутым поплавком работает следу-
ющим образом. Смесь конденсата и пара поступает через входное
отверстие 4 под поплавок б, соединенный рычагом с шаровым
клапаном 5. При этом колпак всплывает, закрывая шаровой клапан.
При накоплении конденсата во внутренней полости б колпак опу-
скается (тонет). В результате шаровой клапан открывается и кон-
денсат через патрубок отводится в конденсатопровод. Конденсат
отводится до тех пор, пока пар, скопившийся под колпаком, не
заставит колпак всплыть. При всплывании колпака шаровой клапан
закрывается. При накоплении конденсата цикл работы парозапира-
тсля повторяется.
Паровые системы отопления высокого давления, как прави-
ло, применяют в случаях, когда на предприятии имеются производ-
ственные потребители пара повышенного давления.
Принципиальная схема системы парового отопления высокого
давления приведена на рис. 11.14.
Эти системы обычно имеют большой радиус действия. Пар из
котла поступает па распределительную гребенку 1 с высоким давле-
нием, контролируемым по манометру 3, и далее по паропроводам
поступает на производст венные цели и системы отопления.
Ряс 11 12. Схема принудительного возврата конденсата:
/ — котел; 2 — сухопарник; 3 — жонлеисатоеборный бак, 4 — воздушная трубка; 5 — обвод-
ная; б — паровые веатп.тп; 7 — хондепсатоотводчлж; 8 — подпиточный насос; 9 — обрааный
343
Рис. 11.13. Парозалиратели (кояденсатоотводчпки):
— выпуск конденсата; 2 — легко жилящая жидкость; 3 — сильфон; 4 вход пара; 5 шаро-
вой клапан; б — опрокинутый колпак
В связи с тем, что в системах отопления пар может быть
использован давлением PBJe не более 0,3 МПа, то для понижения
давления пара его дросселируют с помощью редукционного клапа-
на 4. После редукционного клапана устанавливают предохранитель-
ный клапан рычажного типа, отрегулированный на РгоБ=0,3 МПа.
Кроме этого на парораспределительной гребенке паровой системы
отопления устанавливается манометр.
В паровых системах высокого давления у отопительных прибо-
ров ставят паровые вентили, как на подаюших трубопроводах, так
и на отводящих.
Конденсат из таких систем удаляется с помощью конденсатоот-
водчиков 12, устанавливаемых на коцденсатопроводах 11.
В паровых системах отопления высокого давления предпочтение
отдают верхней разводке паропроводов.
Паровые системы высокого давления несколько дешевле систем
низкого давления за счет меньших диаметров паропроводов и неко-
торого уменьшения поверхности отопительных приборов.
Теплопроизводительность отопительных приборов систем па-
рового отопления высокого давления, как и систем низкого давле-
ния, практически не поддается регулировке, что является одной из
причин некоторого перерасхода топлива в течение отопительного
сезона.
Расчет диаметров трубопроводов паровых систем отопления
ведут в два этапа: отдельно паропроводы и кондеисатопроводы.
Расчет диаметров паропроводов низкого давления во многом
аналогичен расчету труб водяных систем отопления. Он сводится
344
Рис. 11.14. Схема парового отопления высокого давления.
распрелелитежвая требенка; 2 — паропровод; 3 — манометр; 4 — редукционный клапан;
обводвая лилия с заявижтой; б гребенка системы отопления; 7 предохранительный
юной клапан. 8 — неподвижная опора; Р — компенсатор; 10 — паровые вентиле; И — кон-
денсатопровод; 12 — ковдедсатоотводянк
к выявлению требуемого давления пара в котле Рг для преодоления
потерь давления на трение RI и в местных сопротивлениях Z. Для
преодоления сопротивления отопительного прибора предусматри-
вают запас давления Рпр=2000 Па.
Диаметр паропроводов находят по специальным таблицам
или по номограмме (рис. 11.15), составленным по выражению
(11.21) для средних значений плотности пара низкого давления.
Диаметры паропроводов находят с учетом вычисленных удель-
ных потерь давления Ryn по выражению (11.29) и тепловой нагруз-
ке каждого расчетного участка, в остальном гидравлический рас-
чет паропроводов и увязки сопротивлений циркуляционных ко-
лец аналогичны расчетам трубопроводов водяных систем отопле-
ния.
Монтажной особенностью паровых систем высокого давления
является установка на трудопроводах неподвижных опор 8 и ком-
пенсаторов 9, а также установка паровых вентилей, как на по-
дающей трубе к нагревательному прибору, так и на обратной для
возможности отключения прибора.
Необходимо отметить, что в паровых системах низкого давле-
ния разность давлений пара в котле и у нагревательных приборов
расходуется только на преодоление сопротивления паровой магист-
рали, конденсат же возвращается самотеком.
345
Рис. 11.IS. Номограмма для расчета паропроводов и самотечных ковденсатопро-
водов
Удельная потеря давления пара определяется по формуле
Л,«=—
(0,9Р, «
(11.31)
где и — доля потерь давления на трение принимается я=0,65 для
систем низкого давления и п=0,8 — высокого; £/ — сумма длины
рассчитываемых участков паропровода; 0,9 — коэффициент, учиты-
вающий запас давления на преодоление неучтенных сопротивлений.
При подборе диаметров паропроводов потери давления началь-
ных участков принимают несколько большими значения Луп, а для
конечных меньшими.
Скорость пара в паропроводах не должна превышать предель-
ных значений, указанных в табл. 11.8.
.146
Таблица 11.8
Предельные скорости пари в паропроводах
Давление пара, кПа Движение пара и жовдсвсата Предельные скорости □ара, м/с
Менее 70 Попутное 30
Ветре чно-г 20
Более 70 Попутное 80
Встречное 60
В остальном гидравлический расчет паропроводов низкого дав-
ления и увязка сопротивлений циркуляционных колец полностью
аналогичен расчету трубопроводов водяных систем отопления.
Расчет коцденсатопроводов паровых систем низкого давления
можно сделать по специальной номограмме (рис. П.15, верхняя
часть).
Расчет диаметров паропроводов систем высокого давления име-
ет некоторую специфику, связанную с необходимостью изменения
объема пара при изменении его давления и уменьшения количества
транспортируемого пара вследствие его попутной конденсации.
Расчет паропроводов производят на пропуск пара плотностью
1 кг/м3, чему соответствует избыточное давление пара, равное
0,08 МПа, температура 116,3 °C и кинематическая вязкость 21 х 106
м2/с.
Диаметры паропроводов подбирают по специальным таблицам
(или номограммам), составленным иа указанные выше параметры
пара.
Перерасчет потерь давления на трение, найденных из расчетных
таблиц (или номограмм) на действительные, соответствующие па-
раметрам транспортируемого пара, производят по формуле
Л,=—, (11 32)
Рч
где R1? — значение удельных потерь на трение, найденное по рас-
четным таблицам (или номограмме) при р=1 кг/м3; ра — плот-
ность пара, кг/м3, принимаемая по среднему давлению пара на
участках.
Действительная скорость пара находится по формуле
(11-33)
Рд
где и — значение скорости пара, найденное по расчетнььм таблицам
(или номограмме).
347
Расчет коротких паропроводов проводят иногда упрощенным
методом по предельным скоростям движения пара.
К эксплуатационным недостаткам систем парового отопления
следует отнести неизменность температуры конденсации пара (при
постоянном давлении), что делает практически невозможным регу-
лирование теплонроизводительности отопительных приборов пу-
тем уменьшения подачи в них насыщенного пара. Во избежание
перегрева помещения систему парового отопления приходится
включать периодически, что в свою очередь вызывает колебание
температуры воздуха в помещении.
Существенным недостатком систем парового отопления являет-
ся низкая долговечность трубопроводов систем, вызванная заполне-
нием трубопроводов воздухом в периоды прекращения подачи па-
ра, особенно летом, из-за коррозии их внутренней поверхности.
Кроме этих недостатков имеют место шум, вызываемый боль-
шой скоростью движения пара по трубам (20 м/с), а также гидрав-
лическими ударами, вызываемыми встречным движением попут-
ного конденсата в подъемных паропроводах.
Паровые системы обладают низкими санитарно-гигиеническими
качествами из-за высокой температуры (более 100 °C) поверхности
отопительных приборов и труб, что вызывает пригорание пыли
и опасность ожогов людей. Паровое отопление не допускается
в жилых, общественных и административно-бытовых зданиях, а та-
кже в производственных помещениях с повышенными требовани-
ями к чистоте воздуха.
Системы парового отопления обладают рядом положительных
свойств, к которым можно отнести простоту пуска системы в рабо-
ту, отсутствие циркуляционных насосов, несколько меньшая метал-
лоемкость, возможность утилизации отработанного пара. В насто-
ящее время системы парового отопления применяются только в по-
мещениях с временными требованиями людей и в промышленных
предприятиях, где по условиям пожаровзрывобезопасности наличие
высокотемпературных поверхностей допустимо.
11.7. ОТОПИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Устройства, предназначенные для передачи тепловой энергии
в отапливаемое помещение от теплоносителя, называют отопитель-
ными приборами.
Требования к отопительным приборам. Отопительные приборы
должны удовлетворять теплотехническим, гигиеническим, технико-
экономическим, архитектурно-строительным, монтажным и эксплу-
атационным требованиям.
Теплотехнические требования к отопительным приборам сво-
дятся к тепловой мощности отопительных приборов при прочих
348
равных условиях (поверхность нагрева, перепад температур между
поверхностью прибора и воздухом, расход теплоносителя, площадь
стен и пола здания, занимаемая прибором).
Гигиеническим требованиям отвечают отопительные приборы,
имеющие гладкую ровную поверхность, доступную для уборки
ныли.
Технико-экономические требования включают такие показатели,
как тепловое напряжение материала, оцениваемое количеством теп-
ловой энергии, отдаваемой в помещение в течение одного часа при
разности температур теплоносителя и окружающего воздуха в 1 °C,
отнесенной к I кг массы отопительного прибора.
Архитектурно-строительные и монтажные требования к отопи-
тельным приборам учитывают минимум полезной площади, зани-
маемой прибором, эстетически-оптимальный внешний вид и конст-
рукцию, отвечающую тенденциям повышения производительности
труда в условиях массового производства и монтажа отопительных
приборов.
Отопительные приборы должны быть достаточно прочными
и удобными для транспортировки.
Эксплуатационные требования своей целью ставят обеспечение
комфортных условии в отапливаемых помещениях независимо от
изменяющихся внешних условий. Эти требования касаются регули-
руемости тепловой мощности отопительных приборов, их коррози-
онностойкости, гидравлических характеристик, прочности.
Одновременное удовлетворение перечисленных выше требова-
ний практически невозможно, так как многообразие условий приме-
нения отопительных приборов весьма велико. Удовлетворение тех
или иных специфических требований приводит к оптимальным ре-
шениям. Этим объясняется разнообразие типов отопительных при-
боров.
Разновидности отопительных приборов. Классификация отопи-
тельных приборов отражает различие их по: способу передачи
тепловой энергии (преобладание конвективного или радиацион-
ного теплообмена); материалу, из которого сделаны приборы
(чугунные, стальные, алюминиевые, неметаллические); высоте (вы-
сокие, средние, низкие); динамическим характеристикам (без-
инерционные, малоинерционные, инерционные).
Рассмотрим наиболее распространенные отопительные приборы
в свете требований, предьявляемых к ним, и указанной классифика-
ции.
Регистры трубные из стальных труб (</=32... 100 мм), соединен-
ные на сварке, представлены на рис. 11.16. Эти приборы обладают
высокими теплотехническими и гигиеническими показателями. Ко-
эффициент теплопередачи регистров из труб составляв! 10,5. 14
Вт/(м2 • °C). Они легко поддаются очистке от пыли
349
Рис. 11.16. Регистры из стальных труб различного диамегра:
а 32..А0-, б - 76...Ю9 мм
Архитектурно-строительные и монтажные качества трубных ре-
гистров невысоки, так как эти приборы громоздки, неэстетичны,
требуют применения ручного труда при изготовлении. Прочност-
ные и монтажные характеристики этих приборов весьма высоки.
Глядкотрубныс регистры целесообразно применять в. производст-
венных помещениях со значительным выделением пыли, а также
для обогревания световых фонарей производственных зданий, обо-
грева теплиц и прочих сельскохозяйственных зданий.
Радиаторы — отопительные приборы, радиационная теплоотда-
ча которых составляет значительную величину (25—50%). Ради-
аторы изготавливают из чугуна, стали.
Радиаторы чугунные (рис. 11.17), наиболее распространенные
отопительные приборы, состоят из отдельных элементов (секций),
изготовленных методом литья из серого чугуна в специальные
формы.
Отдельные секции (одно- и двухколенчатые) соединяют между
собой с помощью ниппелей, имеющих на половине длины наруж-
ную правую резьбу, а на другой половине -- левую, что позволяет
агрегировать секции в отопительные приборы различной поверх-
ности нагрева. Чугунные радиаторы обладают относительно высо-
кими теплотехническими показателями. Коэффициент теплопереда-
чи современных чугунных радиаторов составляет 9,1...10,6
Вт/(м2 сС). Положительным свойством является их высокая кор-
розионная стойкость.
Однако относительно малое тепловое напряжение металла
0,29...0,36 Вт/(кг °C), не привлекательный внешний вид, трудоем-
кость изготовления и монтажа, а также невысокая механическая
прочность (выдерживают гидравлическое давление 0,6 МПа) дела-
ют чугунные радиаторы неперспективными отопительными прибо-
рами
350
Рис. 11.17 Чугунные радиаторы:
а — секции; б — группировка секций; в — радиаторная пробка; 1 — МС 140-98;
2 — М-90; 3 — М-140АО; / - радиаторный жлюк; 5 — ниппель
Технические характеристики современных чугунных и стальных
радиаторов представлены в табл. 11.9.
Таблица 11.9
Технические характеристики современных радиаторов
Модель Размеры секций, мм Пл о- Масса Тепло-
глу- бина высота высота ширина повер- /,м* миваль- ный. Вт минппь- ная. Вт/м’
4yi увпые
МС-140-98 140 588 500 98 0,24 0,25 7.4 174 725
М-140-А 140 582 500 96 7,8 164 656
М -140-АО 140 Ж 500 96 0,299 8,45 178 595
М-90 90 582 500 96 0,2 6,15 140 700
Стальные панельные штампованные
РСВ1-1 21 580 500 5.18 0,71 7,8 504 709
РСВ1-2 21 580 500 724 0,95 10,3 676 712
ГСВ1-3 21 580 500 910 1,19 12,8 850 714
РСВ1-4 21 580 500 1096 1,44 15,30 1025 712
2РСВ1-1 70 600 500 538 1.42 15,70 873 615
351
И
а) А
Рис. 11.18. Радиаторы стальные па-
нельные типа РСВ:
о — РСВ-1;6 2ВСВ-1
чугуна с круглыми ребрами со
Радиаторы стальные изго-
тавливают из листовой холод-
нокатаной стали толщиной
1,25... 1,5 мм методом автома-
тической сварки двух штампо-
ванных ПОЛОВИН -
Обладая хорошими тепло-
техническими, IИ1 иеническмми
и архитектурно-строительны-
ми качествами, стальные ради-
аторы не находят достаточно-
широкого применения из-за не-
высокой коррозионной стойко-
сти и дефицита необходимой
листовой стали.
Технические характеристи-
ки стальных радиаторов пред-
ставлены в таблице 11.9, а об-
щие их виды на рис. 11.8.
Ребристые чугунные
трубы отливают из серого
стороны контакта с воздухом
(рис. 11.19). Оребрение резко увеличивает поверхность нагрева
воздуха. Теплоотдача этих нагревательных приборов конвекцией
составляет 50%.
Теплотехнические показатели ребристых чугунных труб весьма
высоки. Относительная простота изготовления и монтажа ребрис-
тых труб и нх дешевизна способствуют широкому распространению
этих отопительных приборов в промышленном и сельскохозяйст-
венном строительстве. Однако низкие гигиенические и эстетические
качества ребристых чугунных труб делают их непригодными в гра-
жданском и жилищном строительстве.
Технические характеристики ребристых чугунных труб приведе-
ны в табл. 11.10.
Таблица 11.10
Технические харякгеристки ребристых чугунных труб
Модель Размер, мм Площадь ИОСТО НЯ- грева, м1 Масса. Тестовой поток яо- миваль- Плотность тепловою номиналь- ная, Вт/м1
длина диаметр внутрен- ний два-
ТГ-1 1000 175 70 2 37,6 776 388
ТР-1,5 1500 175 70 3 56,5 1164 388
ТР-2 2000 175 70 4 75,2 1552 388
Рис. 11.19. Ребристая чугунная труба
Конвекторы представляют собой отопительные приборы с
сильно развитой поверхностью контакта с воздухом, что позволя-
ет передавать в помещение пе менее 75% тепловой энергии кон-
векцией- Конвекторы отвечают высоким технико-экономическим,
архитектурно-строительным и монтажным требованиям. Тепло-
вое напряжение металла у конвекторов наивысшее — 0,8... 1,3
Вт/(кг °C).
Конвекторы хорошо встраиваются в интерьер жилых и обще-
ственных зданий, занимают мало полезной площади, просты в мон-
таже и эксплуатации, безынерционны .
Недостатком конвекторов являются трудность удаления пыли
с ребристых поверхностей, необходимость выпуска большого числа
типоразмеров конвекторов и некоторый перегрев верхней зоны
помещения.
Конвекторы выпускают без кожуха (типа «Аккорд») и с кожухом
(типа «Комфорт», «Универсал»).
Технические характеристики конвекторов представлены в табл.
11.11, а общий вид на рис. 11.20.
Таблица 11.11
Технические харакгернстикп косвекторов
Тип жонвктора Марка конвектора
«Аккорд» КА-О,366к КА-0,448к КА-0,56к КА-0,672к КА-О,784к
Длина, мм 610 770 930 1090 1250
Площадь поверхности нагрева, м2 0,98 1,3 1,63 1,96 2,28
Тепловой поток номи- нальный, Вт 366 488 560 672 784
Плотность теплового по- тока номинальная, Вт/м2 373,5 375,5 343,6 343 343
Масса, кг 5,0 6,5 7,7 9,5 11.0
12А-24Ч
353
352
Продолжение табл. 11.11
Тип конвектора Марки конвектора
«Комфорт-20» КН20- КН20- кто- КН20- KII20-
-0,655к -0,82к -0,985к -1,15к 1,31к
Длила, мм 540 640 740 840 940
Площадь поверхности нагрева, м’ 1.42 1,775 2.13 2,485 2,84
Тепловой поток номи- нальный, Вт 655 820 985 1150 1315
Плотность теплового по- тока фиом номинальная, Вт/м2 461,3 461,2 4бЗ 463 463
Масса, кт 8,68 10,24 11,75 13.32 14,87
«Универсал» КН20-0,4к КН20- кто- КН20- КП20-
Длина, мм 660 -0.419k 760 -0,655k 660 -0,786к 760 -0,918к 860
Площадь поверхности нагрева, м2 0,952 1,14 1,83 2,2 2,57
Тепловой поток, номи- нальный, Вг 400 479 655 786 918
Плотность теплового по- тока faou номинальная, Вт/м2 420 420 357,9 357,3 357,2
Масса, кг 9,027 10,243 10,831 12,443 14,163
Бетонные отопительные панели со встроенными в них
стальными трубами применяются в панельном домостроении для
Рис. 11 20. Конвекторы:
: 6 — «Комфорт-20».
тае, 3 — поворотный клапан; 4— стальной кожу*
354
размещения под окнами, в перегородках и площадках лестничных
клеток. Основная часть тепловой энергии таких панелей передается
в помещение лучеиспусканием. Они не занимают полезной площа-
ди, гигиеничны, обладают хорошей монтажностью.
К их существенным недостаткам относятся сложность ремонта
и значительная инертность при регулировании тепловой производи-
тельности в процессе эксплуатации.
На рис. 11.21 приведены общие виды бетонных отопительных
панелей.
Определение необходимой поверхности отопительных
приборов. Следует отметить, что важно знать не величину поверх-
ности отопительного прибора, а ее тепловую мощность (?1ГГ, кото-
рая с учетом теплоотдачи отопительных стояков и подводок будет
достаточной для компенсации тепловых потерь помещения в рас-
четном режиме.
Расчетная величина тепловой мощности отопительного прибора
составляет
Сор-е 0,95, (11.34)
где Q — теплопотери помещения, Вт; 0,95 — коэффициент, ориен-
тировочно учитывающий теплоту, отдаваемую отопительными сто-
яками и подводками.
Ряс. 11.21. Бетонные отопительные панели:
а — наружная; Л — приставная подоконная; в— перегородочная, г— лестничная (в олощадае),
I — труба; 2 — панель; 3 — утеплитель, 4 — подоконии»
355
Отопительный прибор в зависимости от ряда факторов может
обладать различной тепловой мощностью. К этим факторам от-
носятся: температура воды на входе в прибор и выходе из
прибора /иы,; температура воздуха в помещении tB; схема питания
отопительного прибора водой; количество воды, проходящей через
прибор в час; степень стеснения теплопередачи прибора различ-
ными строительными конструкциями (подоконниками, решетками,
панелями и пр).
Для определения необходимой поверхности нагрева, принятого
к установке типа чугунного радиатора (или конвектора), необходи-
мо знать величину номинальной плотности теплового потока, т. е.
количество теплоты, отводимое одним квадратным метром поверх-
ности (Вт/м2) чугунного радиатора (или конвектора).
В табл. 11.9—11.11 приведены значения номинальных плот-
ностей тепловых потоков отопительных приборов, полученные экс-
периментальным путем при стандартных условиях. Этими услови-
ями являются: температура воды на входе в прибор /„= 105 °C
и выходе из него />их=70°С; температура воздуха в помещении
4=18 °C; расход теплоносителя — воды в приборе 360 кг/ч; схема
питания отопительного прибора сверху вниз; установка прибора без
каких-либо ограждений.
Расчетная плотность теплового потока отличается от номиналь-
ной плотности, так как фактические условия теплопередачи отлича-
ются от стандартных. Расчетная плотность теплового потока вычи-
сляется с помощью экспериментальной формулы
*’_ь“(то) (мо)’ <1135)
где 70 — температурный напор при стандартных условиях, равный
разности полусуммы температур воды на входе и выходе отопи-
тельного прибора и температуры воздуха помещения (4»+
+ 4ых)'0>5—4—(105-170) 0,5 —18 «70 °C; Д/ф— то же, при услови-
ях, отличных от стандартных; 360 — расход воды в приборе (стан-
дартный), кг/ч; Сир — то же, фактический; п, р — эксперименталь-
ные показатели, согласно табл. И. 12.
Расчетная площадь отопительного прибора независимо от вида
теплоносителя определяется по формуле
Лф=°^йй,мг. (11.36)
где бпр — расчетная величина тепловой мощности отопительного
прибора; двр — расчетная плотность теплового потока отопитель-
356
кого прибора; [3} — коэффициент, учитывающий понижение тем-
пературы воды в трубопроводах (табл. 11.13);
Таблица 11.12
Значение показателен п и р для определении расчетной плотности
теплового иотока отопительных приборов
Наименование типа прибора Схема Фактический Показатели
прибора через и^нбср. р
Радиатор чугунный секци- онный Сверху вниз Снизу вверх Снизу вниз 184-50 54-7-536 536—900 18ч-61 654-900 18 115 119 900 0,3 0,3 0,3 0,25 0,25 0,15 0,15 0,02 0 0,01 0,12 0,04 0,08 0
Стальная панель типа РСВ Сверху вниз Снизу вверх 22-=-288 324—900 22-288 324-900 ээЗЗ 0,025 0 0,08 0
Труба чугунная ребристая Любая 36-900 0,25 0,07
Конвектор «Аккорд» Любая 364-900 0,2 0,03
Конвектор «Комфсрт-20» Любая 36-86 904-900 0,35 0,35 0,18 0,07
Конвектор «Универсал» Любая 36-86 904-900 0,3 0,3 0,18 0,07
Таблица 11.13
Коэффициент fi,, учитывающий остывание воды в трубах
двухтрубной системы водяного отопления с насосной циркуляцией
при открытой прокладке отопительных стояков
Число этажей и ададзв Расчетный этаж
' ? ’ L * 1 !
2 3 2 3 4 5 1,05 1,05 1.0 1.0 1,0 1.0 Системы с верхней разводкой. 1'га | и | Системы с нижней разводкой 1.05 I | 1,0 1,05 2 1,0 1,05 1,1 1,0; 1,05 1,05 1.1
Примечание. При системах естественной циркуляции значение ftj принимают с коэффици-
ентом 1,4. В однотрубных системах водяного отопления и паровых системах fit —1.0
р2 коэффициент учета дополнительных потерь теплоты участ-
ком стены, на котором установлен отопительный прибор (табл.
11.14).
357
Таблица 1114
Значение коэффициента fi.
Отопительный прибор Значение при установке стопительвого прибора
у наружной стены, в том числе пол световым проемом у остекления светового проема
Радиатор: чугунный секционный 1,02 1J07
ст альной панельный 1,04 1.1
Конвектор: с кожухом 1,02 1,05
без кожуха 1,03 1ДП
Фактическую величину площади поверхности нагрева отопи-
тельного прибора (иными словами типоразмер) принимают как
ближайшую большую по сравнению с расчетной площадью ото-
пительного прибора по каталогу приборов (см. табл. 5.9 — 5.11,
11.9 11.11).
Число секций чугунных радиаторов в отопительном приборе
определяется по формуле
(11.37)
где f площадь поверхности нагрева одной секции, м2, марки
радиатора, принятого к установке в помещении (табл. 11.9);
Рл — ко »ффициенз, учитывающий способ установки радиатора
в помещении (рис. 11.22); ft коэффициент, учитывающий влияние
числа секций на условия теплопередачи в секционном чугунном
радиаторе
358
Д=0,92+^.
(11.38)
Число секций в отопительном приборе, вычисленное по формуле
11.37, округляют до целого значения. При выборе целого числа
секций радиатора допускают уменьшение теплового потока не бо-
лее чем на 60 Вт или на 5%.
Пример 3. Определить число секций чугунного радиатора МС-140-98, установ-
ленного под окном (без ниши) в угловой комнате на первом этаже двухэтажного
жилого дома. Система отопления двухтрубная, водяная с верхним расположением
подающих магистралей и насосной циркуляцией.
Дано: расчетные температуры: в подающей магистрали на вводе г„=95 °C,
в обратной магистрали /.„,=70 °C, воздуха в помещении Г,=20 °C. Теплопоте-
ри помещения составляют g=1737 Вт.
Решение. 1. Вычисляем величину расчетной тепловой мощности отопительного
прибора по формуле 11.34
6^=1737 x 0,95=1650 Вт.
2. Определяем расход вода в отопительном приборе, приняв значение удельной
массовой теплоемкости воды с=4187 Дж/(кгК), Д из табл. 11.13, a ft из табл.
11.14
СпрЛ&ЗбОО 1650 х 1,05 х 1,02 х 3600
G=- - — =.---------------------=60,77 кг/ч.
4187 х (95- 70)
4. Находим номинальную плотность теплового потока чугунного радиатора
МС-140-98 по табл. 11.9 — 725 Вт/м2.
5. Определяем расчетную плотность теплового потока отопительного прибора
по формуле 11.35, предварительно найдя значение коэффициентов л=0,3 и р=0 из
табл. 11.12,
/бг.зу+о-’
?4,=725f— \ =622,8 Вт/м2.
6. Вычисляем требуемую величину поверхности нагрева отопительного прибора,
согласно формуле 11.36
1650x1,05x1,02
- — —-2,84м1.
622,8
7. Определяем число секций чугунного радиатора МС-140-98, требуемого для
установки,согласно формуле 11.37, приняв площадь одной секции по табл. 11.9
/=0,24 м2, значение ft по рис. 11.22 ft—1,0 и ft по формуле 11.38
0,16
ft=O,92+—=0,97 »
2,84x1,0
N=— — =
0,24x0,97
12,12 шт
К установке принимаем 13 секций.
359
Особенностью определения поверхности нагрева отопительных
приборов, присоединенных к однотрубным стоякам, является необ-
ходимость вычисления температуры воды на выходе из каждого
отопительного прибора. При однотрубных отопительных стояках
с замыкающими участками и кранами двойной регулировки на
подводках температура воды на выходе из приборов вычисляется
по формуле
/ =/
<?ст а’
(П.39)
где 1„ — температура воды на входе в отопительный прибор, °C,
Сор — расчетная тепловая мощность прибора, Вт; G„ — количество
воды, проходящей через стояк, вычисленное по формуле
C(G -tS
(11.40)
где t2, to — температура подающей и обратной воды в системе
отопления; а — коэффициент затекания воды в приборе, характери-
зующий долю воды, проходящую через прибор от всей воды,
протекающей по стояку. Для проточных стояков за расчетное значе-
ние коэффициента затекания принимают 1,0, т. е. вся вода, протека-
ющая по стояку, попадает в каждый отопительный прибор.
В общем виде коэффициент затекания воды в отопительный
прибор зависит от соотношения диаметра стояка, замыкающего
участка, подводок, а также от скорости воды в стояке. Эксперимен-
тальные значения коэффициентов затекания воды в отопительные
приборы, присоединенные к однотрубным стоякам со стандартизо-
ванными радиаторными узлами, приведены в табл. 11.15.
Un.а*. Таблица 11.15
"°'W “ »^п"«дьные приборы,
орвсоедтеияые к одлотрубным стоикам с помощью
стацдяртнюваяных рядиаторяых узлов
Вычислив температуру воды на выходе из каждого отопитель-
ного прибора tKia, находят значения расчетных температурных пере-
падов Дгр для каждого отопительного прибора и далее, согласно
схеме питания прибора.находят значение расчетной плотности теп-
лового потока каждого отопительного прибора, присоединенного
к данному отопительному стояку. Дальнейший расчет ведут по
формулам 11.36— 11.38.
ИЛ СИСТЕМЫ ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ
Использование наружного воздуха в качестве теплоносителя для
обогрева помещений позволяет в одной системе объединить функ-
ции отопления и вентиляции, что приносит значительные экономи-
ческие выгоды. Кроме таких систем возможно применение рецир-
куляционных воздушных систем отопления, когда воздух для нагре-
ва забирается не снаружи, а из отапливаемого помещения.
Для компенсации тепловых потерь помещения температура воз-
духа, выходящего из отопительной установки, должна быть выше
температуры воздуха в помещении. Если известно количесгво воз-
духа, необходимого для целей вентиляции, то температуру приточ-
ного воздуха вычисляют по формуле
где — температура воздуха помещения, °C; Q — тепловые потери
помещения, Вт; ср — массовая теплоемкость воздуха, 1,0
кДж/кг • °C; G количесгво приточного воздуха, кг/ч.
Системы воздушного отопления разделяются по следующим
характерным признакам (рис. 11.23).
По месту нагревания воздуха различают местные системы воз-
душного отопления (нагрев воздуха местным отопительным агрега-
том) и центральные (нагрев воздуха в едином центральном аг-
регате с последующим распределением по отапливаемым помеще-
ниям).
По схеме вентилирования отапливаемых помещений воздушные
системы разделяют на прямоточные, с полной рециркуляцией
и с частичной рециркуляцией.
Прямоточные системы воздушного отопления применяют в тех
случаях, когда предъявляют повышенные требования к качеству
воздушной среды внутри помещений.
По характеру перемещения нагреваемого воздуха различают
системы воздушною отопления с естественным побуждени-
ем и с механическим побуждением, создаваемым вентиля-
тором
361
we 6 7 P 6 W 10 9 6
Рис. 11.23. Схемы воздушного отопления:
о прямоточная; б - с частичной рециркуляций; в - полностью рециркуляционная;
1 — воздухозаборная шахта; 2,4.8 решена; 3 — выбросная шахта; 5 приточный воздухо-
вод; 6—калорифер; 7 — клапан; О вентилятор; 10 — рабочая зона
По роду энергоносителя — с водяными, паровыми, элект-
рическими, газовыми (включая огневые) калориферами.
Воздух в системах воздушного отопления нагревается в теплооб-
менниках (калориферах) различной конструкции. Широкое распро-
странение получили воздушные отопительные агрегаты, имеющие
калорифер, который нагревает воздух за счет энергии теплоноси-
теля (пара, горячей воды, дымовых газов, электроэнергии).
Для нагрева рециркуляционного воздуха используют отопитель-
ные агрегаты (рис. 11.24). Они состоят из калориферов, обогрева-
емых горячей водой или паром, вентилятора с электродвигателем
и направляющего аппарата для формирования струи горячего воз-
духа, подаваемого в отапливаемое помещение. Эти агрегаты ис
пользуют для воздушного отопления крупных производственных
помещений, в которых по санитарно-гигиеническим и технологичес-
ким требованиям в рабочее время допускается рециркуляция воз-
духа, а также в качестве дежурного отопления в нерабочее время
(табл. 11.17).
Таблица 11.17
Технические характеристики воздушиих отопвгельлых «грегшив
Подача воздуха, муч Тешгопровзводитепь- вость, тыс. Вт натрем. Мощность электро- двигателя. кВ Масса,
при давле- нии пара 0,2 МПа при тем- пературе воды 130 "С
АПВС-50-30 3300 58,1 34,9 10,85 1,0 100
АПВ-200-140 13900 233 163 85,2 2,8 600
СТД-100 8770 116 113 22,60 165 178
СГД-300М 28800 298 356 91,0 4,0 846
362
Рис. 11.24. Воздушно-отопительные агрегаты:
а типа АЛИС; б тип СГД-300 м (напольныв);
жалорифер; 2 - поправляющая жалюзийная ргшепга; 3 - вентилятор; ж петли д
вешнвавпя агрегата АПВС; 5 патрубки для подвода и отвода теплоносителя
С целью локализации проникновения холодного воздуха при
открывании наружных дверей и ворот применяют специальные
устройства — воздушные тепловые завесы (рис. 11.25), которые
в остальное время могуч использоваться как рециркуляционные
установки.
В тех случаях, когда рециркуляция воздуха недопустима, приме-
няют системы воздушного отопления, работающие только с забо-
ром наружного воздуха. При зтом с целью бесперебойного отопле-
ния помещений таких систем должно быть предусмотрено ле
363
Ряс П.25 Воздушные тепловые завесы:
а =- в промышленных зданиях; б — в общесглеиных зданиях;
— »оздухоряс(1рсде;1И1'еам|ая щель, 2 — конфузор; 3 —вентилятор, 4 —мя1кая вставка; 5
калорифер; б — подставка; 7 — входная лаерь; S — секция обслуживании, 9 — ворота
менее двух. За расчетные параметры наружного воздуха принимают
параметры Б (СНиП 2.04.05 — 91*).
В нерабочее время одна из систем может функционировать
в дежурном режиме на рециркуляционном (или наружном) воздухе.
Достоинствами воздушного отопления являются: снижение пер-
воначальных затрат за счет сокращения расходов на отопительные
приборы и трубопроводы; возможность обеспечения повышенных
санитарно-гигиенических условий воздушной среды в помещении
в результате более равномерного распределения температуры воз-
духа в объеме помещения, а также за счет обеспыливания и увлаж-
нения приточного воздуха.
Недостатками воздушного отопления являются значительные
размеры воздуховодов вследствие малых величин теплоемкости
и плотности воздуха, относительно большие транзитные потери
теплоты при воздуховодах значительной протяженности.
11.9. ПЕЧНОЕ ОТОПЛЕНИЕ
Отопление здании печами — один из древнейших способов обо-
грева помещений.
Применение печного отопления помещений в наши дни еще
бытует, особенно в сельской местности.
Печным отоплением могут быть оборудованы здания высотой
до двух этажей: жилые здания, здания гостиничного хозяйства
(кроме гостиниц) с числом мест не более 25, поселковые и сельские
административные здания. Кроме перечисленных зданий печное
отопление разрешается устраивать в следующих одноэтажных зда-
ниях: амбулаторно-поликлинических учреждениях (кроме поликли-
ник), домах отдыха, зданиях физкультурно-спортивного назначе-
ния, общеобразовательных школ с числом учащихся не более 80
человек (кроме спальных корпусов школ-интернатов), детских садах
и яслях с числом мест не более 50 чел. с дневным питанием детей;
клубных учреждениях со зрительным залом вместимостью не более
100 чел., столовых с числом посадочных мест не более 50, а также
производственных зданиях с невзрыво-пожароопасиыми производ-
ствами площадью не более 500 м2.
Достоинствами печного отопления являются: относительная
простота сооружения из местного материала (кирпич, глина, песок,
известь) и способность печей использовать местное топливо любого
типа. Эти качества предопределяют низкую стоимость печного
отопления как по капитальным, так и по эксплуатационным затра-
там.
К недостаткам печного отопления следует отнести пожароопас-
ность и опасность отравления людей продуктами неполного сгора-
ния (оксид углерода), а также значительную затрату труда на
обслуживание печей, топку, чистку от золы, сажи и пр.
365
Отопительне печи делят на два типа: печи нетеплоемкие и тепло-
емкие.
Нетеплоемкие печи предназначаются для кратковременного
обогрева помещений и требуют непрерывной топки. Эти печи обыч-
но металлические (листовая сталь или чугунное литье). К нетепло-
емкому типу печей следует отнести камины, выполняемые обычно
из кирпича.
Теплоемкие печи предназначаются для постоянного обогрева
помещений и требуют периодической топки (обычно не более двух
раз в сутки). Эти печи имеют большой теплоаккумулирующий
объем (0,2 м3 и более).
Отопительные печи по конструкции разнообразны, однако дви-
жение дымовых газов может быть охарактеризовано тремя основ-
ными схемами, представленными на рис. 11.26: канальная (с), бес-
канальная (колпаковая) (б) и комбинированная (е).
По толщине стенок печи бывают толстостенные (12 см и более)
и тонкостенные (до 7 см).
Толстостенные печи обычно обладают повышенной тепло-
емкостью и прогреваются до умеренной температуры, а тонко-
стенные — до большей температуры. Согласно СНиП 2.04.05 —
91*, для печного отопления следует предусматривать печи, тем-
пература поверхности которых (кроме дверок и других печных
приборов) при максимальном прогреве не превышает ПО °C на
площади не более 15% и 120 °C на площади не более 5% общей
поверхности печи.
Рис. 11.26. Схемы движения дымовых газов в отопительных печах:
а — канальная; б— колпаковая; в — комбинированная;
1 — топливник, 2 — дымоход, 3 — заслонва; 4 — коллах
366
Для помещений с временным пребыванием людей допускается
температура 121 °C при соблюдении мер предосторожности от
ожога.
По форме в плане отопительные печи могут быть прямоуголь-
ные, квадратные, круглые и угловые.
Кроме функций отопления помещений печи могут быть приспо-
соблены для хозяйственных целей. Для приготовления пищи соору-
жают варочные и отопительно-варочные печи.
Для отопления бань (парилок) устраивают печи-каменки. Для
выпечки хлеба сооружают специальные хлебопекарные печи. Уни-
версальной печью является «Русская печь».
Характерным представителем тонкостенной отопительной печи
повышенного прогрева является печь МВМС-61, представленная на
рис. 11.27.
Средняя тепловая мощность этой печи составляет 2300 Вт при
двух топках в сутки продолжительностью 2 ч каждая. Коэффициент
неравномерности тешюпроизводительности этой печи составляет
0,95.
В топливнике этой печи можно сжигать любое твердое топливо:
дрова, каменный уголь, торф. Дымовые газы из топливника подни-
маются по переднему каналу и далее опускаются к дымовому
1 — поддон для золы; 2 — каркас; 3 — топочная дверца, 4 — присоединение дымовой трубы;
5 —• заслонка; 6 — колосвитовая решетка
367
выхлопному патрубку, соединяющему печь с дымоходом, проло-
женным в стене или с коренной трубой. Печь МВМС-61 выкладыва-
ется из огнеупорного кирпича. Общая масса печи 320 кг. Метал-
лический каркас печи из уголков 25x25x3 устанавливается на
прочный деревянный пол, покрытый листом кровельного железа по
асбестовому картону толщиной 10 мм.
Характерным представителем толстостенной (теплоемкой) печи
с многоходовой канальной схемой движения дымовых газов явля-
ется печь с насадной трубой, представленная на рис. 11.28. Средняя
тепловая мощность этой печи составляет 3000 Вт при двух топках
в сутки, продолжительностью каждой 2 ч. Коэффициент нерав-
номерности теплопроизводителыюсти этой печи во времени состав-
ляет 0;3. Он означает отношение амплитуды колебания тепловой
мощности печи к средней ее тепловой мощности.
На сооружение этой печи требуется 312 шт. кирпича (обыкновен-
ного, глиняного) и 158 шт. тугоплавкого (шамотного) кирпича.
Из топливника, предназначенного для сжигания дров, дымовые
газы поступают в опускной дымоход, обогревая низ печи, и далее
по подъемному дымоходу проходят в верхнюю часть печи кол-
пакового типа с насадкой в виде вертикальных каналов. Далее
остывшие дымовые газы эквакуируются через дымоход в насадную
Рис 11 28. Толстостенная печь ОПЗ-З-
J —поддувало, 2 —дверца поддувала; 3- колосниковая решпка. 4 - «точная дверца
прочистка, 6 — заслонка, 7— дымоиая труба
368
трубу. Печь оборудуется зольником 1, поддувальной дверкой 2,
колосниковой решеткой 3, топочной дверкой 4, прочисткой 5, двумя
заслонками 6. Дымовые трубы для печей устраиваются трех видов:
коренные, отдельно стоящие на самостоятельном фундаменте, на-
садные, устанавливаемые непосредственно на печь, и внутристён-
ные, прокладываемые в капитальных стенах зданий.
Для создания хорошей тяги высота дымовой трубы должна
быть не менее 5 м, считая от уровня колосниковой решетки до устья
трубы.
Дымовая труба выводится выше крыши здания на высоту
в зависимости от расстояния ее до конька крыши, согласно рис.
11.29.
Площадь сечения дымовых каналов следует принимать в зависи-
мости от тепловой мощности печи. При тепловой мощности печи
до 3500 Вт сечение дымовых каналов должно быть не менее
140 х 140 мм, от 3500 Вт до 5200 Вт — не менее 140 х 200 и от 5200
Вт до 7000 Вт — не менее 140 х 270.
В печах, работающих на дровах, следует предусматривать уста-
новку последовательно двух задвижек, а работающих на торфе или
угле — одной задвижки с отверстием в ней диаметром 15 мм.
При монтаже печей необходимо строго выполнять мероприятия
противопожарной безопасности, важнейшими из которых являются
следующие.
В местах примыкания к дымовой трубе сгораемых и трудносго-
раемых конструкций (перекрытия, балки и пр.) следует предусмат-
ривать разделку из кирпича толщиной не менее 250 мм при защи-
щенных от возгорания конструкций и 380 мм при не защищенных
Горизонтальные разделки не следует опирать на перекрытия. Эскиз
устройства разделки см. на рис. 11.29.
Расстояние от внутренней поверхности стенок до металлических
и железобетонных балок следует принимать не менее 130 мм.
Дымовые каналы, как правило, должны прокладываться вер-
тикально. Толщина стенок дымовых каналов из кирпича должна
быть не менее 120 мм. В основании дымовых каналов следует
предусматривать карманы глубиной 250 мм и отверстия для чистки
с дверцами.
Трубы и печи из листовой стали, а также чугунные печи долж-
ны отстоять от сгораемых конструкций не менее чем на 1 м,
а от защищенных от возгорания конструкций — не менее чем на
0.5 м.
При установке печей вблизи сгораемых стен необходимо устра-
ивать специальные отступки на расстояние не менее 130 мм,
а стену защитить от возгорания штукатуркой по металлической
сетке толщиной 25 мм или асбестовым картоном толщиной 8 мм.
Для этих целей можно применить строительный войлок, пропи-
танный глиняным раствором. Применить минеральный войлок
369
a)
Рис. 11.29. Дымовые трубы:
гав труб ва кровле; z разделы;
I — выдра; 5 — оголовок трубы; б —
Балка; 10 — слой асбеста (строитель
разделка из карниза
насадная дымовая труба; 3
□та; 7— плвпа; в — деревня
не допускается. Вместо штукатурки сгораемой стенки в пределах
отступим можно использовать кирпичную кладку толщиной 65 мм
на глиняном растворе.
Отступки могут быть открытыми, закрытыми с одной или двух
сторон. При устройстве отступок, закрытых с двух сторон, их
следует делать проветриваемыми путем установки специальных
проемов сверху и снизу.
Перед топочной дверцей на деревянном полу необходимо пре-
дусмотреть лист кровельной стали размером 500 х 700 мм.
Часть сгораемой стены, расположенной вблизи топочной дверцы
(300...500 мм), следует обить листом кровельного железа по ас-
бестовому картону толщиной 8 мм.
Верх крыши печи (верхний ряд кирпичей) должен отстоять от
сгораемого перекрытия на расстоянии не менее 350 мм.
Осуществлять печное отопление рекомендуется только согласно
специально разработанному проекту.
Проектирование печного отопления здания обычно ведется од-
новременно с разработкой строительной части проекта
Размещать отопительные печи следует, как правило, у внутрен-
них стен с целью размещения в них обособленных дымовых кана-
лов.
370
Число печей должно быть минимальным. Одной псчыо допуска-
ется отапливать не более 3-х помещений.
Размещать печи следует так, чтобы дверцы топливника по воз-
можности были обращены во вспомогательные помещения, коридо-
ры, кухни и др.
В коридорах, подсобных помещениях, из которых предусмот-
рено обслуживание топливников печей, следует устраивать окна
с форточкой и каналы вытяжной вентиляции с естественным побуж-
дением.
В зданиях с печным отоплением устройство вытяжной вентиля-
ции с механическим побуждением без соответствующей компен-
сации принудительного притока не допускается.
В проектах печного отопления на планах здания необходимо
указывать привязочные размеры установки печей.
Пример расстановки отопительных и варочных печей показан на
рис. 11.30.
Для подбора отопительных печей исходными данными являются
вычисленные тепловые потери помещения. Средняя часовая тепло-
вая мощность теплоемких печей должна равняться (± 15%) расчет-
ным тешгопотерям отапливаемых помещений, вычисленным при
средней температуре наиболее холодной пятидневки для конкрет-
ного района строительства
После выбора и размещения на плане здания печей следует
провести проверку величины амплитуды колебания температуры
Рис. 11.30. Расположение отопительных и варочной печей в жилом доме
1 — отопительная печь ва две комнаты; 2— дымовая труба; 3 — варочная печь. 4 — дропямая
колонка, J — отопительная печь ва одну комнату; б — отступи
371
воздуха отапливаемого помещения в период между топками по
формуле
0,7 м-с
Wi
<з°с,
(П.42)
где Q — расчетная тепловая мощность отопительной печи, Вт, м —
коэффициент неравномерности теплопередачи печи по времени при
двух топках в сутки — паспортная характеристика печи, F, — пло-
щадь ограждении, обращенных в отапливаемое помещение, м2,
Д — коэффициент теплоусвоения соответствующих ограждений
(Вт/м2-К), указанных ниже.
Кирпичпая наружная стена со штукатуркой на холодном
растворе ..._________________....________....._____________....... 5,18
Деревянная наружная стена (рубленая, брусковая)__________ 3,62
То же, с известковой штукатуркой_________________________4,29
Кирпичная внутренняя стена со штукатуркой на холодном
растворе ____________________........____.......___________..... 5,0
Деревянная перегородка (рубленая, брусковая)............. 3,6
То же, с известковой штукатуркой......................... 4,2
Деревянная из досок перегородка толщиной 16 мм и ор-
галита ....._____........____..........__................... 3,1
Кладка из шлакобетонных камней с р=1200 кг/мэ .......... 4,57
Деревянные чердачные перекрытия толщиной не менее 250
мм без штукатурки 3,62
Конструкция из горбылей и фанеры с воздушной прослойкой,
общая толщина не менее 200 мм ...___________________________ 2,73
Полы на лагах, утепленные.............................. 2,98
Деревянные перекрытая с настилом толщиной не менее 25
мм----------------------------------------------------------- 2,82
Окна и застекленные двери в двойных переплетах ......... 2,67
Деревянные внутренние двери ______..........._2,9
Если амплитуда колебаний температуры воздуха в помещении
в результате расчетов окажется больше 3 °C, то необходимо подо-
брать другую печь, той же тепловой мощности, во с меньшим
коэффициентом неравномерности, м, т. е. печь с большей теплоак-
кумулирующей способностью.
В процессе эксплуатации печей следует соблюдать следующие
правила:
топку печей необходимо заканчивать за 2 ч до окончания работы
учреждения или отхода людей ко сну;
закрывать заслонки, отключающие печь от дымовой трубы,
можно только после полного догорания топлива и углей;
дымоходы и трубы отопительных печей следует очищать от
сажи ежегодно перед началом отопительного сезона, а дымоходы
кухонных плит не реже одного раза в два месяца;
в учреждениях и предприятиях факты чистки дымоходов от сажи
должны фиксироваться в специальном журнале;
372
располагать какую-либо мебель ближе чем 0,5 м от печи запре-
щается.
Все работы по строительству печей должны вестись в соответст-
вии с правилами на производство и приемку каменных и печных
работ.
Основными материалами при сооружении бытовых печей явля-
ются: кирпич, глина, песок, изразцы, бутовый камень, цемент, из-
весть, изоляционные и металлические материалы и изделия.
Кирпичи используют следующих типов. Кирпич глиняный обык-
новенный (красный), используемый для кладки печей и дымовых
труб, полномерный, нормально обожженный с равными боковыми
гранями, с углами и кромками размером 250 х120 х 65 мм, массой
3,5 — 3,8 кг.
Кирпич шамотный огнеупорный, используемый на футеровку
топливников, предназначенных для работы на антраците и газе.
Нельзя использовать для кладки печей селикатные кирпичи,
керамические блоки (дырчатые и щелевые). Пережженный и не-
дожженный кирпич применяют только для кладки фундаментов
печей. Отбор кирпича для кладки печей производят по наружному
виду, цвету и звуку, издаваемому при ударе.
Глина обыкновенная (красная) считается жирной, если содержа-
ние примесей в ней (песок, слюда, известь) не более 2 — 3% и то-
щей — при содержании примесей 20 — 30%.
При приготовлении кладочного раствора в жирную глину добав-
ляют большее количество песка, чем в тощую. Песок для раствора
должен быть мелким (зерно не более 1 мм), желательно белым, так
как в нем содержится наибольшее количество тугоплавкого кварца.
Песок должен быть без примесей, растительных остатков, извести,
камешков, так как при зернах крупного размера не удается полу-
чить в кладке тонких швов (5 мм). Песок следует просеивать через
сито с отверстиями не более 1,5 х 1,5 мм.
Кладку печи начинают с фундамента. Фундамент печи выклады-
вают из бутового камня на цементно-песчаном растворе глубиной
1 м, верхняя часть фундамента выкладывается кирпичом и накрыва-
ется гидроизоляцией из двух слоев рубероида. Кладку печи ведут на
глиняно-песчаном растворе (соотношением по массе 1:2) со швами
толщиной не более 5 мм. Кладку трубы ведут на цементно-песча-
ном растворе соотношением по массе 1:4.
Отопительные печи снаружи штукатурят или облицовывают из-
разцами. Штукатурят печи после полной их просушки и пробной
топки. Штукатурный раствор состоит из 1 части (по массе) глины,
1 части извести, 2 частей песка и 0,1 части асбеста. Толщина
штукатурки должна быть не более 1 см. Оштукатуренные поверх-
ности белят известковой побелкой. Облицовывают печи изразцами
одновременно с выполнением кирпичной кладки, закрепляя изразцы
к кладке, а также между собой.
373
Контрольные вопросы
1. Каким требованиям должны удовлетворять системы отопления зданий?
2. Что понимается под надежностью системы отопления?
3. По каким признакам классифицируют системы отопления?
4. Какие вещества используются в качестве теплоносителей? Дайте их краткую
характеристику.
5. Как вычисляют основные и дополнительные потери теплоты через огражда-
ющие КОНСТру КЦИИ?
6. Как определяется тепловая мощность отопительных устройств?
7. По каким признакам делятся центральные системы отопления?
8. Поясните, как вычисляется величина естественного циркуляционного давле-
ния в двухтрубных в однотрубных системах водяного отопления.
9. Какова схема подключения циркуляционных насосов к системам водяного
отопления?
10. В чем назначение расширительного бака и каковы схемы его присоединения
к системам водяного отопления?
11. В чем заключается цель гидравлического расчета систем водяного отопления
и каков порядок определения полных потерь давления при использовании метода
«удельных потерь»?
12. Каков принцип работы паровых систем низкого давления?
13. Какие отрицательные и положительные свойства паровых систем можно
отметить?
14. Каким требованиям должны удовлетворять отопительные приборы?
15. Как определяется необходимая поверхность нагрева отопительных прибо-
ров?
16. Каков принцип действия поквартирной системы водяного отопления?
17. Поясните, в чем положительные и отрицательные свойства печного отопле-
ния. Перечислите типы печей.
18. Каковы противопожарные мероприятия, осуществляемые при сооружении
печного отопления?
ГЛАВА 12. ВЕНТИЛЯЦИЯ
12.1. НАЗНАЧЕНИЕ ВЕНТИЛЯЦИИ И КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ
Вентиляцией называется замена воздуха помещения наружным
воздухом. Задача вентиляции состоит в том, чтобы обеспечить
воздушную среду в помещении, отвечающую санитарно-гигиеничес-
ким и технологическим требованиям.
Системы вентиляции представляют собой комплекс инженерных
устройств, включающих воздушный тракт (воздуховоды), оборудо-
вание для обработки и транспортировки воздуха, а также сетевое
оборудование (воздухоприемные, воздухораспределительные уст-
ройства, дроссель-клапаны и др.).
Системы вентиляции классифицируют по ряду признаков: по
природе давления — на системы с гравитационным побуждением
воздуха (естественная вентиляция) и с искусственным побуждением
(механическая вентиляция), по функциональному признаку — на вы-
тяжные, приточные и приточно-вытяжные; по схеме воздухообме-
на — на местные (воздух удаляется или подается непосредственно
у места образования вредных веществ, а также у места работающе-
го); общеобменные (смена воздуха происходит в объеме помеще-
ния) и смешанные (общеобменные в сочетании с местными). По
характеру обработки воздуха системы вентиляции могут быть пря-
моточными (в помещение подается только наружный воздух) и
рециркуляционные (весь воздух из помещения или его часть пос-
ле обработки вновь поступает в помещение). Системы с частич-
ной рециркуляцией позволяют утилизировать теплоту выбросного
воздуха.
12.2. СВОЙСТВА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Сухой атмосферный воздух представляет собой однородную
смесь нескольких газов (по массе): 75,55% азота, 23,1% кислорода,
1,35% инертных и прочих газов. Соотношение количеств этих ком-
понентов в атмосферном воздухе стабильно. Атмосферный воздух
всегда содержит также некоторое количество водяных паров. Смесь
сухого воздуха с водяными парами называется влажным воздухом.
Количество водяных паров, содержащихся во влажном воздухе,
может меняться в значительных пределах. Влажный воздух можно
рассматривать с точностью, достаточной для расчетов систем вен-
тиляции как смесь двух идеальных газов — сухого воздуха и водя-
ного пара.
375
Барометрическое давление атмосферного воздуха Р^ — это сум-
ма парциальных давлений сухой его части (Рся) и водяного пара
(jP.ji), Ре-/’c.i+Д.п- В качестве единицы измерения барометричес-
кого давления воздуха принят паскаль. Значение парциального дав-
ления компонента смеси в состоянии полного насыщения называют
парциальным давлением насыщения Ря или упругостью насыщен-
ных паров.
Относительная влажность (<р) паровоздушной смеси представ-
ляет собой отношение парциального давления водяных паров PBJL
при заданной температуре к парциальному давлению насыщения
РИ при той же температуре и определяется по формуле:
ф=(РВЛ/Ри)100%. (12.1)
Для насыщенного воздуха ф=100%. Относительную влажность
воздуха в помещении нормируют. Для жилых и общественных
помещений относительная влажность считается приемлемой в пре-
делах от 30% до 70%.
Влагосодержанием воздуха называют количество водяного пара,
приходящееся на 1 кг сухой части влажного воздуха, т. е.
d=(MaJMc,) г/кг сухого воздуха, (12.2)
где Мял — масса водяных паров, г; Мел. — масса сухого воздуха,
равная 1 кг. На влагосодержание паровоздушной смеси влияет
барометрическое давление, при котором находится эта смесь:
J=622P.J(Pe-PBa) г/кг. (12.3)
Плотность влажного воздуха (р^.) равна массе 1 м3 смеси,
состоящей из сухой части воздуха и водяных паров. Поскольку
рВд. меньше рсв, плотность сухого воздуха при одинаковом баро-
метрическом давлении и одинаковой температуре больше плот-
ности влажного воздуха, но эта разница невелика.
Массовая теплоемкость влажного воздуха представляет собой
количество теплоты, которое необходимо затратить, чтобы нагреть
на один градус 1 кг сухой части влажного воздуха и приходящееся
на их долю количество водяных паров. Удельная (массовая) тепло-
емкость влажного воздуха составит
сР=ссл.+с.^/1000, (12.4)
где Сс-в. — массовая теплоемкость сухого воздуха (средняя для тем-
ператур в интервале 0 °C... 100 °C (Рсв. —1,0048 кДж/кг К); свп, —
376
массовая теплоемкость водяного пара (свс =1,8068 кДж/кг-К). Для
практических расчетов вторым членом c>n.J/1000 можно пренеб-
речь.
Объемная теплоемкость влажного воздуха (сг) — это количест-
во теплоты, которое необходимо затратить, чтобы нагреть на один
градус 1 м3 влажного воздуха. При температуре О °C и баромет-
рическом давлении 1000 гПа объемная теплоемкость влажного воз-
духа составляет 1,29 кДж/м3‘К. С изменением температуры и дав-
ления объемная теплоемкость влажного воздуха меняется пропор-
ционально его объемной массе. Поэтому при определении расходов
теплоты на нагрев воздуха (или его охлаждение) удобнее пользо-
ваться массовой теплоемкостью.
Таблица 12.1
влажного воздуха
°C Па “С Па “С Па
-30 51,99 0 610,51 30 4241,1
—29 57,32 1 658,50 31 4492,2
—28 62,65 2 706,76 32 4753,5
-27 67,98 3 758,10 33 5029,4
—26 74,65 4 812,70 34 5305,3
—25 81,31 5 870,90 35 5622,6
-24 89,30 6 932,80 36 5939,8
-23 97,31 7 998,60 37 6247.4
-22 108,64 8 1068,60 38 6623,7
-21 117,30 9 1142,90 39 6990,3
-20 127,97 10 1227,70 40 7374,2
— 19 135,30 11 1311,70 41 7776,7
-18 148,76 12 1400,30 42 8197,9
-17 160,89 13 1495,90 43 8637,8
-16 174,35 14 1598,00 44 9099,1
-15 186,62 15 1704,90 45 9581,6
-14 206,48 16 1816,90 46 10004,1
-13 223,94 17 1936,80 47 10610,6
-12 244,07 18 2063,50 48 11157,2
-11 264,60 19 2196,80 « 11733,1
377
Продолжение табл. 12.1
•с Па ч: Па 'С Па
-10 285,26 20 2326,70 50 11233,1
-9 302,19 21 2486,00 51 12956,7
-8 317,25 22 2643,30 52 13609,9
-7 327,25 23 2808,60 53 14289,7
-6 383,37 24 2983,30 54 14996,2
-5 388,37 25 3167,20 55 15729,4
-4 448,95 26 3360,50 56 16502,5
-3 485,75 27 3564,40 57 17302,3
-2 525,34 28 3779,00 58 18142,1
-1 568,26 29 4004,30 59 19002,6
Теплосодержание (энтальпия) влажного воздуха массой (I+
+ rf/1000) кг равно сумме теплоты, содержащейся в 1 кг сухом части
влажного воздуха JCJ=Ccjt и в <7/1000 кг водяных паров
(г+Сад 0^/1 000, где г=2500 кДж/кг — скрытая теплота паро-
образования 1 кг воды при температуре 0 °C. Подставив значение
Л., и JajL, имеем:
/„= 1,005/Ч-(2500-t- l,806r)rf/1000 кДж/кг. (12.5)
Согласно формуле 12.5, JI. К. Рамзии в 1918 г. предложил
«J — <7»-диаграмму (см. Приложение 11).
За начало отсчета теплосодержания влажного водуха (JB„=0)
условно принимают теплосодержание воздуха мри температуре,
равной 0 °C. Это означает, что при температуре влажного воздуха
ниже 0 СС его теплосодержание может иметь отрицательное значе-
ние. Из уравнения 12.5 следует, что теплосодержание влажного
воздуха зависит от его температуры и количества в нем влаги
(влагосодержания).
Температурой точки росы (тр) влажного воздуха называется
температура, до которой нужно охладить ненасыщенный воздух,
чтобы он стал насыщенным при сохранении пос тоянного влагосо-
держания. При понижении температуры влажного воздуха еще ниже
начинается конденсация пара (выпадает роса) в объеме паровоздуш-
ной смеси, и появляется туман.
Чтобы вычислить температуру точки росы tr влажного воздуха
с заданным влагосодержанием (d), нужно определить парциальное
давление пара Ряа из выражения, МПа:
P,o^dP6/(622+d) (12.6)
378
и по таблице 12.1 найти соответствующую температуру насыще-
ния — это и будет температура точки росы.
Температура мокрого термометра — температура, которую
принимает влажный воздух на стадии полного насыщения в процес-
се испарения воды, без подвода теплоты извне при постоянном
теплосодержании.
Строго говоря, теплосодержание насыщенного воздуха увеличи-
вается на ту часть теплоты, которая вносится с водяными парами.
Однако это приращение весьма незначительно. Температуру мок-
рого термометра можно определить по «мокрому» термометру
(ртутный баллон такого термометра обернут батистовым фитилем,
смоченным водой). Температура, показываемая «мокрым» термо-
метром, обычно несколько выше истинного ее значения за счет
теплоты, поступающей из окружающего воздуха. С увеличением
подвижности воздуха интенсивность испарения воды с поверхности
мокрого батиста возрастает. Так, при изменении скорости воздуха.
от 0 до 2,0 м/с ошибка уменьшается с 14 до 1%.
Значения t, d, J, <р, tp, tM, — это параметры состояния влаж-
ного воздуха, характеризующие его тепловые и влажностные свой-
ства. Следует отметить, что только t и d могут изменяться произ-
вольно, независимо одна от другой, хотя эти изменения имеют
определенный предел. Каждому конкретному сочетанию t и d соот-
ветствуют определенные числовые значения всех остальных параме-
тров.
12.3. ЕСТЕСТВЕННАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ
Давление, заставляющее воздух перемещаться при естествен-
ной вентиляции, обусловлено гравитационными силами, возника-
ющими вследствие разности плотности воздуха помещения рл и на-
ружного воздуха рв при температуре 5 °C. Оно определяется по
формуле
Н.=(ря-рт)Л9,81 Па, (12.7)
где h — расстояние по вертикали от центра приточного проема до
центра вытяжного, м; 9,81 - - гравитационное ускорение, м/с2.
Эго давление расходуется на преодоление сопротивления движе-
нию воздуха на его пути.
Способ естественной вентиляции помещений при бесканальных
системах, организованный с помощью регулируемых приточных
и вытяжных проемов, называется аэрацией. Аэрация применяется
в производственных цехах со значительными теплоизбытками (ку-
знечные, литейные цеха и пр.). Проемы в стенах здания для
притока наружного воздуха располагают на высоте 3...4 м от
пола. Для удаления воздуха из аэрируемого помещения на кровле
379
устанавливают вытяжные шахты или аэрационные фонари. Про-
емы, шахты и фонари оборудуются специальными устройствами
для регулирования их открывания в закрывания.
Количество приточного воздуха G, кг/ч, которое должно посту-
пать в приточные проемы аэрируемого здания, вычисляют по фор-
муле:
G=3,6Qlc(tyi-tnp)f (12.8)
где с-—удельная массовая теплоемкость воздуха, кДж/кг'К; Q —
теплоизбытки в помещении, Вт/ч; tvp — расчетная температура при-
точного воздуха, °C (Параметры А, СНиП 2.04.05-91*); — тем-
пература уходящего воздуха, °C, вычисляемая по формуле:
(12.9)
где tP3 — температура воздуха в рабочей зоне; Ат — нарастание
температуры на каждый метр высоты выше плоскости рабочей
зоны (hfj для помещений с небольшим тепловыделением
Ат=0,5 °C, а с большим Дт=0,7...1,5 °C; Н — высота помеще-
ния, м.
В жилых, общественных и производственных зданиях, не требу-
ющих интенсивного воздухообмена, большое распространение по-
лучили вытяжные канальные системы естественной вентиляции (рис.
12.1). Вертикальные вытяжные каналы этих систем обычно рас-
полагают в толще внутренних стен или в специальных железобетон-
ных блоках и шахтах
Системы естественной вентиляции имеют простое устройство,
несложны в эксплуатации, однако из-за малого радиуса действия
(до 8 м) малоэффективны, особенно для помещений с незначитель-
ными избытками теплоты.
Скорость воздуха в воздуховодах систем с гравитационным
(естественным) побуждением принимают 0,5...1,0 м/с.
Сборные короба и вытяжные шахты на чердаке выполняют
с утепленными стенками во избежание выпадения конденсата на их
внутренних поверхностях в зимнее время. Материал стенок каналов
и шахт должен быть несгораем.
В жилых зданиях вытяжные вентиляционные каналы из помеще-
ний, обращенных на противоположные фасады, не объединяют.
В квартирах вытяжку устраивают из кухонь, ванных комнат и сануз-
лов.
Специальных приточных систем вентиляции в этих зданиях не
предусматривают.
Расчет воздуховодов вентиляционных систем проводится к опре-
делению размеров живого сечения воздуховодов, оказывающих
проходу требуемого количества воздуха сопротивление, равное
380
Рис. 12.1 Канальная система вытяжной вентиляции с естественным побуждением-
- горизонтальный утепленный канал;
J дефлежхор
вытяжная рсшетхэ;
вытяжная утепленная шахта;
расчетному давлению. Потери давления в сети воздуховодов оце-
нивают как сумму потерь давления на участках самого протя-
женного тракта сети. Потери давления (в Па) на каждом участке
складываются из потерь давления на трение RI и па местные
сопротивления Z:
P=Rl+Z.
(12.10)
Площадь живого сечения воздуховодов вычисляют по форму-
ле, MZ,
f^L/ЗбООч
(12.11)
где L — расчетный расход воздуха, м3/ч; v — скорость воздуха
в воздуховоде, м/с.
Задаваясь скоростью воздуха в живом сечении каждого участка,
определяют площадь и размеры воздуховода, потери давления на
трение находят с помощью специальных таблиц (или номот рамм),
составленных для круглых стальных воздуховодов (рис. 12.2).
В тех случаях, koi да воздуховоды запроектированы прямоуюль-
ными, для каждого участка вычисляют диамеф равновеликого
(d эквивалентного) по трению круиюго воздуховода d, по фор-
муле:
381
WMOMVrot Й1Э*
Рис. 12 2 Номограмма для расчета круглых стальных воздуховодов
^2(аЬ)Ка+Ь),
(12.12)
где а и b — размеры сторон прямоугольного воздуховода, м.
Для неметаллических воздуховодов потери давления на трение
R, найденные по таблицам (или номограмме, рис. 12.2), корректиру-
ют множителем 0: для шлакогипсовых воздуховодов 1=1,1, для
шлакобетонных - Р = 1,15, для кирпичных — /5= 1,3.
Потери давления на преодоление местных сопротивлений на
участках оценивают по формуле:
(12.13)
гдед — сумма коэффициентов местных сопротивлении на каж-
дом участке; г2р/2 — динамическое давление, Па.
Отметим, что доля потерь давления на местные сопротивления
в сети воздуховодов составляет 80—90% общих потерь. Это предъ-
являет повышенные требования к конструированию воздуховодов
и к оценке их коэффициентов местных сопротивлений. Расчет сети
воздуховодов ведется в табличной форме.
Пример 4. Рассчитать канальную систему естественной вытяжной вентиляции
ванных комнат и санузлов двухэтажного жилого дома.
Дано. Расчетные температуры воздуха: внутреннего 18 ®С (р=1,213 кг/мэ),
наружного 5 ”С (р=1,27 кг/м3). Высота этажа, включая толщину перекрытия (0,3 м),
составляет 3,0 м. Вытяжка производится через жалюзийные решетки, расположенные
на 0,5 м ниже уровня потолка. Высота вытяжной вентиляционной шахты из шлако-
бетонных блоков 2,3 м. Вертикальные воздуховоды проложены в толще кирпичной
кладки. Размеры каналов, кратные размерам кирпича. На чердаке каналы объединя-
ются в шлакогнпсовые короба прямоугольного сечения. Воздухообмен в санузлах
и ванных комнатах, согласно табл. СНиП 2.08.01 85, составляет по 25 мэ/ч.
Решение. Вычислим высоту вытяжного тракта для первого этажа: А| =
=2,2+3,0+0,34-0,5=6,0 м, для второго этажа h2=2,2+0,3 +0,5=3,0 м.
По формуле (12.7) находим гравитационное давление в ветвях,
проходящих через каналы этажей: первого Р,=6,0(1,27 —
-1,213)9,81 = 3,35 Па; второго Р2= 3,0(1,27-1,213)9,81 = 1,67 Па.
Определим потери давления в водушном тракте, проходящем
через вытяжную решетку второго этажа, сборный короб и вытяж-
ную шахту. Разбиваем этот тракт на участки, как это показано на
рис. 12.3. Определяем потери давления на участке 1, для чего по
формуле (12.12) вычисляем эквивалентный диаметр:
, 2x0,13x0,13
4------------=0,13 м.
0,13+0,13
Скорость воздуха на участке 1 составит
25
3600 x 0,13 x 0,13
=0,41 м/с.
383
Рнс (2.3 Вытяжная система канальной вентиляции с естественным побуждением
ванной комнаты и туалета:
алан второго этажа: б план чердака; « расчетная схема системы вентиляции; цифры
в кружках — номера расчетных участков
По номограмме (см. рис. 12.2), используя значение d, и v>,
находим удельные (на 1 м длины) потери давления Rj=0,035 Па/м.
Потери давления на преодоление трения на участке 1 составят
ОТ), = 0,035 х 0,8 х 1,3=0,036 Па.
Определяем коэффициенты местных сопротивлений на участке 1
Вход воздуха в жалюзийную решетку при отношении площади
канала йжр/йк=0,6— С =1,3. Два колена выполнены под yinoM 90°
Е£= 1,2 х 2,0=2,4; тройник «на проход»; отношение живого сечения
ответвления (F„) к живому сечению «на проход» (Fn) при Д,/Г„ =
= (0,13 х 0,13)/(0,15 х 0,15)=0,75 и LJL,=25/50 = 0,5, ( = 1,2. Сумма
коэффициентов местных сопротивлений на участке 1 составит
Е£= 1,3+ 2,4+1,2=4,9.
Вычисляем потери давления на преодоление местных сопротив-
лений по формуле (12.13):
13=0,495 Па.
Полные потери давления на участке 1, согласно (12.10), составят
(/? 7/?+Z)]=0,036 +0,5=0,531 Па.
Результаты расчета записываем в соответствующие графы табл.
12.2 (см. с. 388). Определение потерь давления на участках 2 и 3 ана-
логично.
Определяем потери давления на участке 2, приняв сечение канала
0,150x0,150 м, что обеспечивает фактическую скорость воздуха
50
—=0,63 м/с,
3600 x 0,15 x0.15
, 2x0,15x0,15
4,=----------—=0,15 м.
0,15+0,15
По полученным значениям ft и 4,с помощью номограммы (см.
рис. 12.2) находим 0,06x0,5 х 1,15=0,034 Па.
Потери на местные сопротивления составят:
Z= 1,0О,И1> 1;!13=0,124 Па
(коэффициент местного сопротивления тройника на поворот в шах-
ту, £=1,0). Полные потери давления на участке 2, согласно (12.10),
составят OT+Z)2=0,34+0,124=0,158 Па.
Определяем потери давления на участке 3, приняв сечение вы-
тяжной шахты 0,2 х 0,2 м, что обеспечивает фактическую скорость
воздуха в шахте
«,=-----°0--=0,69 м/с,
3600x0.2x0.2
2 х 0,2 х 0,2
0,2+0,2
0,2 м.
По значениям »а и d, с помощью номограммы (см. рис. 12.2)
находим 7,0 = 0,045 x 2,3+ 0,5x1,15 = 0,145 Па Сумма коэффи-
циентов местных сопротивлений на участке 3 составляет 2,35
(колено 90°-£=1,2, выход из шахты с зонтом £= 1,15). Потери
дан пения на преодоление местных сопротивлений, согласно форм-
уле (12.13), будут
384
385
z,=2i35«.«’--_^=0>676na.
12.4. МЕХАНИЧЕСКАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ
Полные потери давления на участке 3 составят (R-Ift+ Z)3=0,145+
+0,676=0,821 Па. Суммарная потеря давления по воздушному
тракту через жалюзийную решетку 2-го этажа на участках /, 2,
3 составит У.(И1р+Z)1ДЗ=0,531 +0,158 + 0,821 = 1,51 Па, что несколь-
ко меньше располагаемого давления на этом тракте (1,67 Па).
Определяем потери давления на участке 4, приняв сечение канала
0,13 х0,13 м. Находим t>4=0,41 м/с, <4=0,13 м. Сумма коэффициен-
тов местных сопротивлений на этом участке 24=3,5 (вход в жалю-
зийную решетку с поворотом 4=1,3; колено 90°, 4=1,2; тройник
поворотный, 4=1»0- Полные потери давления составляют (Rlft+
+Z)4=(0,035 х 3,8 х 1,3)+3,5(0,412 х 1,213)/2-0,520 Па.
Располагаемое давление для участка Р4~ Л—(Л//?+г)313 = 3,35—
—0,98= 2,37 Па. Запас давления составляет 2,37 — 0,52 100/2,37=
=78%.
Так как запас давления велик, а уменьшать размеры кана-
ла менее 0,13 х 0,13 м невозможно, делаем вывод, что надо устано-
вить регулируемую жалюзийную решетку (в процессе наладочных
работ ее слегка прикрывают). Результаты расчетов заносим в таб-
лицу.
Системы вентиляции с механическим побуждением обладают
рядом достоинств, главное из них увеличение радиуса‘
(до 50 м), возможность подвергать воздух различной обработке
(нагревать, обеспыливать, увлажнять и т. щ). Эти системы позволя-
ют обслуживать большое число помещений, что дает
счет укрупнения единичной мощности вентиляционного оборудова-
Механическая вентиляция может быть как приз очной, так и вы-
тяжной (рис. 12.4). Она дает возможность использовать
схемы воздухообмена путем применения и местных, и общеобмен-
Приточный воздух следует подавать так, чтобы он не поступал
через зоны с большим загрязнением в зоны с меныпим загрязнени-
ем и не нарушал работы местных отсосов. В производственных
Таблица. 12.2
Данше к расчету воздуховодов (пример 4)
Рас-
ход
воз-
духа
Дли-
/. м
Сю- Размеры
роста воздуховода
воздуха ах б, м
Воздушный тракт
второго этажа
0,41 I 0,13x0,13 | 0,13
0,63 0,15x0,15 0,15
0,69 | 0,2 х 0,2 | 0,2
Воздушный тракт
первого этажа
0,41 | 0,13x0,13 | 0,13
Потери давления
ва трение, Па
удель- полные
0,0364
0,0345
0,186
0,173
RIP+
Па’
тов стные
мест- |сопро-
0,495
2,35
0,495 0,531
0,124 0,158
0,676------
0,821
7,5 0,356 |0,52
10 9 8
Рис 12 4. Общеобменная приточно вытяжная система механической вентиляции:
вод В при утепленный клепав, 12 - воздухозаборная шахта
387
386
помещениях приточный воздух следует подавать в рабочую зону из
воздухораспределителей: горизонтальными струями, выпускаемы-
ми в пределах или вне рабочей зоны; наклонными (вниз) струями,
выпускаемыми на высоте 2 м и более от пола.
Для удаления избытков теплоты, влаги и вредных газов вытяж-
ной воздух следует удалять из верхней зоны помещения через
отверстия, размещенные под потолком, но не ниже 2 м от пола до
низа отверстий. При удалении взрывоопасных смесей газов, паров
и аэрозолей вытяжные отверстия располагают це ниже 0,4 м от
плоскости потолка.
Воздухозаборные отверстия в уличных шахтах следует распола-
гать не ниже 2 м от поверхности земли.
12.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО ВОЗДУХООБМЕНА
Необходимый воздухообмен в помещениях тесно связан с коли-
чеством поступления различных вредностей (теплоты, влаги, газов,
пыли) и предельно допустимыми концентрациями их в воздухе
помещений (ПДК).
Количество наружного приточного воздуха, необходимого для
ассимиляции вредностей, определяют для теплого (летнего), холод-
ного (зимнего) и переходного периодов года.
Для ассимиляции полной (явной и скрытой) теплоты используют
формулу
Т.2^, <124'
где Lu о, Ju— количество воздуха, м3/ч, и его теплосодержание,
кДж/кг, удаляемое местными отсосами; Qa — теплоизбытки в по-
мещении, Вт; /„р — теплосодержание удаляемого и приточного
воздуха, кДж/кг.
Аналогичным образом вычисляют количество приточного воз-
духа для ассимиляции влаги и вредных газовыделений. За расчетное
принимают большее значение.
В тех случаях, когда валовое поступление вредностей в воздух
помещний неизвестно, количество приточного и вытяжного воздуха
можно оценить по нормируемым кратностям воздухообмена. Под
кратностью воздухообмена понимают число замен воздуха в час
для помещения по притоку и по вытяжке. Значение нормируемой
кратности воздухообмена для различных помещений приводится
в соответствующих главах СНиП. Минимальная норма наружного
приточного воздуха, установленная гигиенистами, составляет 20
м3/ч на одного человека.
12.6. ОБОРУДОВАНИЕ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ
Оборудование вентиляционных систем, предназначенное для об-
работки воздуха, обычно располагают в специальных камерах.
В приточной системе наружный воздух последовательно прохо-
дит воздухозаборную шахту, многостворчатый утепленный клапан,
фильтр, калорифер и далее вентилятором нагнетается через шумог-
лушитель в приточные воздуховоды системы.
В вытяжных системах выбросной воздух, пройдя вытяжные ре-
шетки, по воздуховодам поступает в вытяжную камеру, где он
вентилятором нагнетается через фильтр (если воздух сильно запы-
лен) в выбросную шахту.
Рассмотрим устройство основного оборудования вентиляцион-
ных камер.
Рвс. 12.5 Компоновка Лор,»..™ пригоаной ветвл.цвошю» ^арм: _
1 - ввддааабор». 2 -- «Mai»®
„.даим. фиамрм. < - торафер.^»™!^
388
Рис. 12.6. Вентилятор радиальный (центробежный) Ц4-70 № 4 и его аэродинамичес-
кая характеристика-
1 — колесо; 2— кожух; 3— патрубок входной; 4 —Сталина; 5 — электро двигатель
a)
Рис. 12.7. Типы оребрения калориферов:
а — навивное; б — насадное: в — накатное
Вентиляторы механизмы, предназначенные для перемеще-
ния воздуха или друтих газов. По принципу действия различают
вентиляторы радиальные (центробежные) с одно- и двусторонним
забором воздуха, осевые — одно- и многоступенчатые.
Центробежные и осевые вентиляторы имеют номер, который
соответствует диаметру рабочего колеса D по внешней кромке,
выраженному в дециметрах. Например, вентилятор типа Ц4-70
с диаметром рабочего колеса 77=400 мм имеет № 4, с £)=1000
мм — № 10. По направлению вращения вентиляторы выпускают
правого вращения, когда колесо вращается по часовой стрелке (если
смотреть со стороны всасывания) и левого вращения — против
часовой стрелки. При выборе номера вентилятора стремятся к то-
му, чтобы требуемым значениям подачи (м3/ч) и давлению (Па)
соответствовало максимальное значение КПД (?;).
Калориферы предназначены для нагрева (или охлаждения)
воздуха. Воздух в калорифере нагревается (или охлаждается) в про-
цессе его контакта с поверхностью, представляющей собой пучки
труб с оребрением. Оребрение может быть навивным (стальная
лента на ребро), насадным (отдельные ребра, пластины) или накат-
ным (обычно на трубах из меди или алюминия) (рис. 12.7). Сталь-
ные калориферы подвергаются горячему оцинкованию методом
окунания в расплавленный цинк. Их выпускают одноходовыми
и многоходовыми на пар и на воду (рис. 12.8).
Фильтры используют для обеспыливания воздуха. Различают
фильтры: ячейковые (размер ячеек 514x514x68 мм), заполненные
замасленными сетками из металла, пластмассы или керамическими
кольцами; самоочищающиеся с движущимися четырьмя рядами ме-
таллической сетки, смоченной маслом, рулонные из рыхлого син-
тетическою мата. Эти фильтры используют в приточных системах
вентиляции.
Фильтры для обеспыливания выбросного воздуха применяют
в случаях, если пыль представляет собой полезный продукт.
391
д
й
Рнс. 12.8. Калориферы:
а — одноходовой (общий вил), б — обвязка одноходового калорифера по воле параллельно; в - ~
то же, последовательно, г — то же, ва паре параллельно по воздуху; Л — то же, последовательно
по воздуху; е — многоходовой (общий вил); эк — обвязка калорифера параллельно по воде
и последовательно по воздуху; з — то же, параллельно по воде и во воздуху
Например, на мукомольных и хлебопекарных предприятиях улав-
ливают мучную пыль в рукавных матерчатых фильтрах, а на дере-
вообрабатывающих предприятиях —древесную стружку в цикло-
нах. Принцип действия циклона основан на отделении пылинок
из вихревого потока за счет центробежных сил, которые отбрасыва-
ют пылинки к неподвижной стенке. Пылинки теряют скорость
и ссыпаются в нижнюю часть циклона, откуда периодически удаля-
ются.
Шумоглушители устанавливают на трактах как приточного
воздуха, так и вытяжного воздуха. Шумоглушители могут быть
пластинчатого, сотового и трубчатого вида. В качестве шумопог-
лощающего материала используют минераловатные плиты плот-
ностью 70 кг/м3, плиты из стекловолокна плот носило 40 кг/м3 или
мягкие маты из супертонкого стекловолокна плотностью 15 кг/м3.
592
Контрольные вопросы
1. Что означает вентиляция, каково ее назначение?
2. Классифицируйте системы вентиляции.
3. Как вычисляется величина естественного давления вентиляции?
4. В чем заключаются достоинства механической вентиляции?
5. Какие условия следует выполнять при организации воздухообмена в помете-
6. Как размещают отверстия для забора наружнего воздуха в систему; при его
подаче в помещение?
7. По какой формуле вычисляют количество наружного воздуха, необходимого
для ассимиляции теплоизбытков?
8. Что означает кратность воздухообмена?
9. Какое оборудование размещают в приточных и вытяжных вентиляционных
камерах?
10. Какие типы вентиляторов вы знаете?
11. Как подбирают необходимый вентилятор?
12. Поясните назначение калориферов. Какие типы калориферов вы знаете?
13. Каковы схемы обвязки калориферов по теплоносителю’
14. Какие типы фильтров ставят на выбросном воздухе и какие на приточном?
15. Какие типы глушителей вы знаете?
ГЛАВА 13 КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА
Сущность кондиционирования воздуха заключается в создании
и автоматическом поддержании определенного состава воздушной
среды в помещении (температуры, относительной влажности, по-
движности, запыленности и пр.) независимо от изменения метеоро-
логических условии и интенсивности выделений теплоты и влаги
в помещениях. Кондиционирование применяют в тех случаях, когда
заданные параметры микроклимата в помещении не могут быть
обеспечены вентиляцией.
Значение кондиционирования воздуха весьма велико. Только
в условиях контролируемого микроклимата в производственных
помещениях возможно получение современной качественной проду-
кции в таких отраслях, как текстильная, полиграфическая, точное
машиностроение, электронное приборостроение, производство ме-
дикаментов н пр. Поддержание в медицинских учреждениях чисто
стерильной воздушной среды с заданными температурно-влажност-
ными условиями является необходимой составляющей успешного
лечения людей. Кондиционирование воздуха имеет важное значение
в обеспечении безотказной работы ЭВМ, при выполнении исследо-
ваний в области биологии, химии, при работе с радиоактивными
веществами, при хранении культурных и исторических ценностей,
измерительных эталонов.
Применение кондиционирования воздуха в нашей стране имеет
специфику, обусловленную большим разнообразием климата. По
экстремальным теплым и холодным условиям, по различной про-
должительности теплого и холодного периодов наша страна от-
личается от многих государств и поэтому необходим широкий
диапазон решений, позволяющих поддерживать необходимый мик-
роклимат в зданиях, находящихся в различных климатических
районах страны.
13.1. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ
ВОЗДУХА
По назначению кондиционирование воздуха делится на ком-
фортное и технологическое.
Комфортное кондиционирование воздуха предназначено
для создания микроклимата, оптимального для жизнедеятельности
людей. Отклонение параметров воздуха от заданных при комфорт-
ном кондиционировании, как правило, составляет по температуре
394
±1,0 "С, по относительной влажности +7%, по подвижности воз-
духа + 0,1 м/с в лечение года в среднем от 100 до 450 ч.
Технологическое кондиционирование обеспечивает необ-
ходимые условия для технологических процессов. Система кондици-
онирования (СКВ) включакн воздухоприготовительное устройство
(кондиционер), сеть воздуховодов и сетевое оборудование (довод-
чики, воздухораспределители, шумоглушители, средства автомати-
ческого pei улирования).
По характеру связи с обслуживаемым помещением СКВ раз-
деляются на центральные и местные. По схеме обработки воздуха
СКВ разделяют на прямоточные и на рециркуляционные. Кондици-
онеры бывают неавтономные и автономные.
Неавтономные кондиционеры не имеют источников холода в
составе их конструкций. Они представляют собой разборные (сек-
ционные) и неразборные (шкафные) агрегаты, к которым необ-
ходимо подводить холоде- и теплоноситель. Секционные неавто-
номные кондиционеры поступают на место монтажа в разобранном
виде (посекционно). Широкое распространение получили централь-
ные неавтономные кондиционеры типа КТЦ воздухонроизводи-
тельностью от 7 до 250 тыс. м’/ч (рис. 13.1). К неавтономным
кондиционерам можно отнести различного рода доводчики, назна-
чение которых состоит в том, чтобы «доводить» до требуемых
Ряс 13 1. Центральный кондиционер типа КТЦ-
1 — приемный клапан, 2 — секция обслуживания, 3 - полставка, 4 — калориферы первого по-
дшрева; 5 — проходной клапан; б — смесительная секция; 7 — камера орошения, В — секция
noinj'uuioro фильтра, 9 — калориферы второго подогрева, 10 — переходная секция к вентилято-
ру; 11 — вентиляционный игре, ат; 12 — электродвитатель, 13 — внброамортлзаторы, /4 — гиб-
кая вставка, 15 — воздуховод ирпгочвого воздуха; 16 — рециркуляционным воздуховод; 17 —
воздуховод первой рециркуляции воздуха
395
Рис. 13.2. Местный автономный кондиционер:
/ — осевой вевшлятор; 2 — электродвигатель; 3 — воздушный клапан; 4 — радиальный
венти лкгор; 5 — испаритель; 6—жалюзи, 7 — диафрагма; в — пульт управления; 9 — капилляр,
10— датчик, И — маслоотделитель. 12 — компрессор; 13 - - конденсатор
параметров воздух, поступающий в помещение из центральных
СКВ
Автономные кондиционеры характеризуются наличием источника
холода (холодильной машины). К ним должны быть подведены
электроэнергия для привода компрессора холодильной машины,
вентилятора и для нагрева воздуха в электрокалорифере, а также
воды или воздуха для охлаждения конденсатора холодильной ма-
шины. В последнее время широкое распространение получили СКВ
на базе раздельных автономных кондиционеров (сплит-системы)
зарубежного производства. Холодильный агрегат этих кондиционе-
ров обычно размещают на наружной стороне стены, а воздухооб-
рабатывающую его часть в обслуживаемом помещении. Компрес-
сор этих кондиционеров охлаждается уличным воздухом. В качестве
хладагента используют газ фреон.
Контрольные вопросы
1. В чем сущность кондиционирования воздуха?
2. Классифицируйте системы кондиционирования воздуха
3. Чем автономные кондиционеры отличаются от неавтономных?
4. Какие неавтономные кондиционеры вы знаете?
5. Какой холодильный агент используется в автономных кондиционерах?
б. Как устроены сплит-системы?
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение I
Нормы хозяйств. нно-питьевего водотютреблеияя
в насе.ьеняых цуикта.х
Степень благоустройства районов жилой застройки Норма на одного жителя среднесуточная (за год), л/сут
Здания, оборудованные внутренним водопроводом И гяня лпзяцпей, без вянн , . .. . 125 160
Здания, оборудованные внутренним водопроводом, канализацией и ваннами с местными водонагревателя- 160 230
Здания, оборудованные внутренним водопроводом, канализацией и системой централизованного горячего
водоснабжения 230 — 350
Примечавия: 1. Для районов застройка зданиями с водопользованием из водоразборных
колонов среднесуточную (за год) норму водопотреблевия на одного жителя следует принимать
в пределах 30 50 л/сут.
2. Нормами водооотребления учтен расход воды на хозяйственво-пнтьеные в бытовые
нужды в жилых в общественных зданиях, за исключением расхода вода ди домов отдыха,
санаториев и пионерских лагерей.
3. Выбор норм вшооотреблення в пределах, указанных в таблице, следует производить
с учетом природяо-климатическнх условий, мощности источника водоснабжения, степени благо-
Приложение II
Нормы водоотведения бытовых сточных вод для районов
жилой застройки населенных мест
Степень благоустройства районов жилой застройки Водоотвздеме на одного жителя, Л/сут
среднесуточный (за год) в сутки наиболь- шего водоотве- дения (макси- мальный суточ- ный)
Застройка зданиями, оборудованными внутрен- ним водопроводом и канализацией без ванн 125 150 140- 170
Го же, с газоснабжением Застройка зданиями, оборудованными водопро- водом, канализацией и ваннами с водонагревателя- ми, работающими на твердом топливе 130 160 150 180
150 180 170 200
1 о же, с газовыми водонагревателями 180 230 200 250
Застройка зданиями, оборудованными внутрен- ним водопроводом, канализацией и системой цент- рализованного горячего водоснабжения 275 400 300 420
397
Нормы водоиотреблеяш на промышленных предприятиях
Цехи Норма ва одного Коэффициент часо- вой верадвсмерцости
С тепловыделениями более 23,2 Вт/м3 45 2,5
Остальные 25 3
Плотность населения по жилым территориям
(при норме жилой площади 12 м2 на одного человека)
Классификация городов Численность населения Этажность застройки Средняя плотность жилого фонда в м9/га Средняя плотность населения в чеп)га
города в у
по группам
Малые До 50 — 10 50 40 2380 1700 1035 200 140 86
Средние 50 100 50 35 15 3195 2165 1134 270 180 95
Большие 100 250 60 30 10 3390 2270 1143 285 190 95
Крупные Более 250 10 70 15 5 3935 2540 1143 330 210 95
Общие коэффициенты неравномерности водоотведения бытовых сточных вод
для расчета сети
Средний расход сточ- ных вод д в л/сех 8 15 30 50 100 200 300 500 800 П50и
Общий коэффи- циент неравномер- ности водоотведе- ния 2,2 1,9 1,8 1,7 1,6 1 4 1,35 1,25 1.15
Приложение Ill
Нормы потребления воды ня строительных площадках
Количество потребляемой воды
Вода для земляных работ, расходуемая на: обеспечение нормальной эксплуатации земле- ройных машин, оборудованных двигателями внутреннего сгорания устройство насыпей с искусственным уплотне- нием грунтов Вода для бетонных и железобетонных, каменных и штукатурных работ, расходуемая на: промывку заполнителей бетона приготовление бетона выполнение кирпичной кладки выполнение штукатурных работ гашение извести 10...15 л на одну маш-смен 0,13—0,16 м3 на 1 м3 насыпи 0,5—1 м3 на 1 м* щебня или гравия; 1,25—1,5 мя ва 1 м3 песка 0,2...0,4 м3 на 1 ма бетона 1,0—1,2 м3 воды на 1 м3 кладки 0,002—0,008 м3 на 1 м2 поверхности 2,5.. 3 м3 на 1 т извести
398
Продолжение прилож. HI
Наименование потребителей Количество потребляемой воды
На временных силовых станциях, оборудованных двигателями внутреннего сгорания На компрессорных станциях Для нужд построечного транспорта вода расходу- 0,015...0,04 м3/ч 0,015...0,03 м3 на 1 м3 подаваемого воздуха
расчета на: одну легковую машину одну грузовую машину один трактор 0,3...0,4 м3 О,5...О,6 м3 0,3...0,6 м3
Приложение IV
Ржсходы воды стоков санитарными приборами
Секундный расход воды, л/с Часовой расход воды, л/ч Сво- бод- Н/м Fac- ход сто- ков от Минималь- ные диа- метры ус- ловного прохода, мм
Санитарные приборы ? Горя- чей «8 об- хо- лод- ной волг горя- чей *о.ь-
и вода
1 2 3 4 5 6 7 8 У 10 И
1. Умывальник, рукомойник
с водоразборным краном 0,1 0,1 30 30 — 2 0,15 10 32
2. То же, со смесителем 3. Мойка (в том числе лабо- 0,12 0,09 0,09 во 40 40 2 0,15 10 32
раторная) со смесителем 0,12 0,09 0,09 80 60 60 2 0,6 10 40
4. Ванна со смесителем (в
том числе общим для ванн умывальника) 0,25 0,18 0,18 300 200 200 3 0,8 10 40
5. Ванна с водогрейной ко- лонкой и смесителем: 6. Душевая кабина с мелким душевым поддоном и смесите- 0,22 0,22 - 300 300 3 1.1 15 40
лем 0,12 0,09 0,09 100 60 60 3 0,2 10 40
7. Душевая кабина с глубо- ким душевым поддоном
и смесителем 0,12 0,09 0,09 115 80 80 3 0,6 10 40
8. Гигиенический душ (биде) со смесителем и аэратором 0,08 0,05 0,05 75 54 54 5 0,15 10 32
9. Унитаз со смывным бач-
ком 0,1 0,1 83 83 2 1.6 8 85
10. Унитаз со смывным кра-
ном 1 4 1 4 81 81 4 14 85
11. Поливочный кран 0,03 0,03 0,02 1080 1080 2 0,3 15
399
Приложение V
Значения коэффнденгоа а и в зависимости от вела
саннгарно-техвческих прибором Л', вероятности их дсЬсгвжя Р
и использования Р*,
Значепя коэффмшеятов а (а*.) при Р(Рь-)>0,1 и 200
Таблица 1
N Р(?Лг)
0,1 0,125 0,16 0Л 0,25 0,316 0.4 0,5 0,63 0,8
2 0,39 0,39 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40
4 0,58 0,62 0,65 0,69 0,72 0,76 0,78 0,80 0,80 0,80
6 0.72 0,78 0,83 0,90 0,97 1,04 1.11 1,16 1.20 1,20
В 0,84 0,91 0,99 1,08 1,18 1,29 1,39 1,50 1,58 1,59
10 0,95 1,04 1.14 1,25 1,38 1.52 1,66 1,81 1,94 1,97
12 1,05 1,15 1,28 1,41 1,57 1.74 1,92 2.И 2,29 2,36
14 1,14 U7 1,41 1.57 1,75 1,95 2,17 2,40 2,63 2,75
16 1,25 1.37 1,53 1.71 1,92 2.15 2,41 2,69 2,96 3,14
18 1,32 1,47 1,65 1.85 2,09 2,35 2,55 2,97 3,24 3,53
20 1.41 1,57 1,77 1,99 225 2,55 2,88 3,24 3,60 3,92
22 1,49 1,67 1,88 2,13 2,41 2,74 3,11 3,51 3,94 ‘4,33
24 1,57 1,77 2,00 2,26 2,57 2,93 3,33 3,78 4,27 4,70
26 1,64 1,86 2,11 2,39 2,73 3,11 3,55 4,04 4,60 5,11
28 1,72 1,95 2,21 2,52 2,88 3,30 3,77 4,30 4,94 5,51
30 1,80 2,04 2,32 2,65 3,03 3,48 3,99 4,56 5,27 5,89
32 1,87 2,13 2,43 2,77 3,18 3,66 4,20 4,82 5,60 6,24
34 1,94 2,21 2,53 2,90 3,33 3.84 4,42 5,08 5,92 6,65
36 2,02 2,30 2,63 3,02 3,48 4,02 4,63 5,33 6.23 7.02
38 2,09 2,38 2,73 3,14 3,62 4,20 4,84 5,58 6,60 7,43
40 2,16 2,47 2,83 3,26 3,77 4,38 5,05 5,83 6,91 7,84
45 2,33 2,67 3,08 3,53 4,12 4,78 5.55 6,45 7,72 8,80
50 2,50 2,88 3,32 3,80 4,47 5,18 6,05 7,07 8,52 9,90
55 2,66 3,07 3,56 4,07 4,82 5,58 6,55 7,69 9,40 10,80
60 2,83 3,27 3,79 4,34 5,16 5,98 7,05 8,31 10,20 11,80
65 2,99 3,46 4,02 4,61 5,50 6,38 7,55 8,93 11,00 12,70
70 3,14 3,65 4,25 4,88 5,83 6,78 8,05 9,55 11,70 13,70
75 3,30 3,84 4,48 5.15 6,16 7,18 8,55 10,17 12,50 14,70
80 3,45 4,02 4,70 5.42 6,49 7,58 9,06 10,79 13,40 15,70
85 3,60 4,20 4,92 5,69 6,82 7,98 9,57 11,41 14,20 16,80
90 3,75 4,38 5,14 5,96 7,15 8,38 10,08 12,04 14,90 17,70
95 3,90 4,56 5,36 6,23 7,48 8,78 10,59 12,67 15,60 18,60
100 4,05 4,74 5,58 6,50 7,81 9,18 11,10 13,30 16,50 19,60
105 4,20 4,92 5,80 6,77 8,14 9,58 11,61 13,93 17,20 20,60
110 4,35 5,10 6,02 7,04 8,47 9,°9 12,12 14,56 18,00 21,60
115 4,50 5,28 6,24 7,31 8,80 10,40 12,63 15,19 18,80 22,60
120 4,65 5,46 6,46 7,58 9,13 10,81 13,14 15,87 19,50 23,60
125 4,80 5,64 6,68 7,85 9,46 11,22 13,65 16,45 20,20 24,60
130 4,95 5,82 6.90 8,12 9,79 11,63 14,16 17,08 21,00 25,50
135 5,10 6,00 7,12 8,39 10,12 12,04 14,67 17,71 21,90 26,50
400
Продолжение приЛож. V
П PW)
0.1 0,125 0,16 ОД 0,25 0,316 0,4 0,5 0,63 0.8
140 5,25 6,18 7,34 8,66 10,45 12,45 15,18 18,34 22,70 27,50
145 5,39 6,36 7,56 8,93 10,77 12,86 15,69 18,97 23,40 28,40
150 5,53 6,54 7,78 9,20 11,09 13,27 16,20 19,60 24,20 29,40
155 5,67 6,72 8,00 9,47 11,41 13,68 16,71 20,23 25,00 30,40
160 5,81 6,90 8,22 9,74 11,73 14,09 17,22 20,86 25,60 31,30
165 5,95 7,07 8,44 10,01 12,05 14,50 17,73 21,49 26,40 32,50
170 6,09 7ДЗ 8,66 10Д8 12,37 14,91 18,24 22,12 27,10 33,60
175 6,23 7,39 8,88 10,55 12,69 15,32 18,75 22,75 27,90 34,70
180 6,37 7,55 9,10 10,82 13,01 15,73 1926 23,38 28,50 35,40
185 6,50 7,71 9,32 11,09 13,33 16,14 19,77 24,01 29,40 36,60
190 6,63 7,87 9,54 11,36 13,65 16,55 20,28 24,64 30,10 37,60
195 6,76 8,03 9,75 11,63 13,97 16,96 20,79 25,27 30,90 38,30
200 6,89 8,19 9,96 11,90 14,30 17,40 21.30 25,90 31,80 39,50
Звачетя коэффициентов а (а>) при Р(Рь)^0,1
любом числе N, а тмске нрв Р(Р*,)>0,1 в числе Л>200
Таблица 2
NP МЪ, NP Ю* «Лг NP NPh Uhr Д7* NPbr ила «Ju- NP NPhr «Лг
0,015 0,200 0,044 0,263 0,098 0,341 0,29 0,526 0,68 0,791
0,015 0,202 0,045 0,265 0,100 0,343 0,30 0,534 0,70 0,803
0,016 0,205 0,046 0,266 0,105 0,349 0,31 0,542 0,72 0,815
0,017 0,207 0,047 0,268 0,110 0,355 0,32 0,550 0,74 0,826
0,018 0,210 0,048 0,270 0,115 0,361 0,33 0,558 0,78 0,838
0,019 0,212 0,049 0,271 0,120 0,367 0,34 0,565 0,78 0,849
0,020 0,215 0,050 0,273 0,125 0,373 0,35 0,573 0,80 0,860
0,021 0,217 0,052 0,276 0,130 0,378 0,36 0,580 0,82 0,872
0,022 0,219 0,054 0,280 0,135 0,384 0,37 0,588 0,84 0,883
0,023 0,222 0,056 0,283 0,140 0,389 0,38 0,595 0,86 0,894
0,024 0,224 0,058 0,286 0,145 0,394 0,39 0,602 0,88 0,905
0,025 0,226 0,060 0,289 0,150 0,399 0,40 0,610 0,90 0,916
0,026 0,228 0,062 0,292 0,155 0,405 0,41 0,617 0,92 0,927
0,027 0,230 0,064 0,295 0,160 0,410 0,42 0,624 0,94 0,937
0,028 одзз 0,065 0,298 0,165 0,415 0,43 0,631 0,96 0,948
0,029 0,235 0,068 0,301 0,170 0,420 0,44 0,638 0,98 0,959
0,030 0,237 0,070 0.304 0,175 0,425 0,45 0,645 1,00 0,969
0,031 0,239 0,072 0,307 0,180 0,430 0,46 0,652 1,05 0,995
0,032 0,241 0,074 0,309 0,185 0,435 0,47 0,658 1.Ю 1,021
0,033 0,243 0,076 0,312 0,190 0,439 0,48 0,665 1.15 1,046
0,034 0,245 0,078 0,315 0,195 0,444 0,49 0,672 1,20 1,071
0,035 0,247 0,080 0,318 0,20 0,449 0,50 0,678 1,25 1,096
0,036 0,249 0,082 0,320 0,21 0,458 0,52 0,692 1.30 1,120
0,037 0,250 0,084 0,323 0,22 0,467 0,54 0,704 1.35 1,144
401
Продолжение прилож. V
HP HP или NP <9г HP или NP* «Аг HP ЯР* “Аг
0,038 0,252 0,086 0,326 0,23 0,476 0,56 0,717 1,40 1,168
0,039 0,254 0,088 0,328 0,24 0,485 0,58 0,730 1,45 1,191
0,040 0,256 0,090 0,331 0,25 0,493 0,60 0.742 1,50 1,215
0,041 0,258 0,092 0,333 0,26 0,502 0,62 0,755 1,55 1,238
0,042 0,259 0,094 0,336 0,27 0.510 0,64 0,767 1,60 1,261
0,043 0,261 0,096 0,338 0,28 0,518 0,66 0,779 1.65 1,283
1,70 1,306 5,8 2,826 10,4 4244 19,2 6,682 40,0 11.92
1,75 1,328 5,9 2,858 10,6 4,302 19,4 6,734 40,5 12,04
1,80 1,350 6,0 2,891 10,8 4,361 19,6 6,788 41,0 12,16
1,85 1,372 6.1 2,924 11,0 4,419 19,8 6,840 41,5 12,28
1,90 1,394 6,2 2,956 11,2 4,477 20,0 6,893 42,0 12,41
1.95 1,416 6,3 2,989 11.4 4,534 20,5 7,025 42,5 12,53
2,00 1,437 6,4 3,021 11,6 4,592 21,0 7,156 43,0 12,65
2,1 1,479 6,5 3,053 11,8 4,649 21,5 7^87 43.5 12,77
2Л 1,521 6,6 3,085 12,0 4,707 22,0 7.417 44.0 12,89
2,3 1,563 6,7 3,117 122 4,764 22,5 7,547 44,5 13,01
2,4 1,604 6,8 3,149 12,4 4,820 23,0 7,677 45,0 13,13
2,5 1,644 6,9 3,181 12,6 4,877 23,5 7,806 45,5 13.25
2,6 1,684 7,0 3,212 12,8 4,934 24,0 7.935 46,0 13.37
2,7 1,724 7,1 3,244 13,0 4,990 24,5 8,064 46.5 13,49
2,8 1,763 7,2 3,275 132 5,047 25,0 8,192 47,0 13.61
2,9 1,802 7,3 3,307 13,4 5,103 25,5 8,320 47,5 13,73
3,0 1,840 7 4 3,338 13,6 5,159 26,0 8,447 48,0 13,85
3.1 1,879 7,5 3,369 13,8 5,215 26,5 8,575 48,5 13,97
зд 1,917 7,6 3,400 14,0 5,270 27.0 8.701 49,0 14,09
з.з 1,954 7,7 3,431 14,2 5,326 27,5 8,828 49,5 14,20
3,4 1,991 7,8 3,462 14,4 5,382 28,0 8,955 50 14.32
3,5 2,029 7,9 3,493 14,6 5,437 28,5 9,081 51 14,56
3,6 2,065 8,0 3,524 14,8 5,492 29,0 9,207 52 14,80
3,7 2,102 8,1 3,555 15,0 5,547 29,5 9,332 53 15.04
3,8 2,138 8,2 3,585 15,2 5,602 30,0 9,457 54 15,27
3,9 2,174 8,3 3,616 15,4 5,657 30,5 9,583 55 15,51
4,0 2,210 8,4 3,646 15,6 5,712 31,0 9,707 56 15,74
4,1 2,246 8,5 3,677 15,8 5,767 31,5 9,832 57 15,98
4.2 2281 8,6 3.707 16,0 5,821 32.0 9,957 58 16,22
4 3 2,317 8,7 3,738 16,2 5,876 32,5 10,08 59 16,45
4,4 2,352 8,8 3,768 16,4 5,930 33,0 1020 60 16,69
4,5 2,386 8,9 3,798 16,6 5,984 33,5 10,33 61 16,92
4,6 2,421 9,0 3,828 16,8 6,039 34,0 10.45 62 17,15
4,7 2,456 9 1 3,858 17,0 6,093 34,5 10,58 63 17,39
4,8 2,490 9,2 3,888 17,2 6,147 35,0 10,70 64 17,62
4,9 2,524 9,3 3,918 17,4 6,201 35,5 10,82 65 17,85
5,0 2,558 9,4 3,948 17,6 6,254 36,0 10,94 66 18,09
5,1 2,592 9,5 3,978 17,8 6,308 36,5 11,07 67 18,32
SJ. 2,626 9,6 4,008 18,0 6,362 37,0 11,19 68 18,55
5,3 2,660 9,7 4,037 18,2 6,415 37,5 11.31 69 18,79
5 4 2,693 9,8 4,067 18,4 6,469 38,0 11,43 70 19,02
5.5 2,726 9,9 4,097 18,6 6,522 38,5 11,56 71 1925
5,6 2,760 10,0 4,126 18,8 6,575 39,0 11,68 72 19,48
5,7 2,793 10,2 4,185 19,0 6,629 39,5 11*80 73 19,71
402
Приложение VI
। потребителями
Hop
Водопотребителв Нормы расхода воды, л Расход воды
д/с (л/ч)
в средние в сутки на- ибольшего недопо- требления в час наи- большего водопо- требления
об- горя- об- горя- об- ГСрЯ- пб[ций холодной
ттгяа чей ТЦЯН чей тпяп чей (холодной или горя-
квтсм числе горя- (в той 4* (в том и горячей) <<«ЙЗ
чй) чей) чей)
С, е С
Жилые дома квар- тирного типа
с водопроводом, канализацией
и паннами с газо- выми водонагре- вателями с быстродейству- ющими газовы- 1 житель 190 - 225 - 10,5 - 0,3(300) 0,3(300)
мн нагревателя- ми и многоточеч- ным водоразбо- ром с централизован- ным горячим во- доснабжением, оборудованные умывальниками, мойками и душа- тоже 210 - 250 100 13 12,5 7.9 0,3(300) 0.2(100) 0,3(300) 0,14(60)
ми 1 житель
с сидячими ван- нами, оборудо- ванными душами с ваннами длиной от 1500 до 1700 мм, оборудован- то же 230 90 275 по 14,3 9,2 0,3(300) 0,2(200)
ними душами высотой св. 12 этажей с центра- лизованным го- рячим водоснаб- жением И ИОВЫ- 250 105 300 120 15,6 10 0,3(300) 0,2(200)
тленными требо- ваниями к их бла- гоустройству »— 360 115 400 130 20 10,9 0,3(300) 0,2(200)
403
Приложение VIII
Данные для подбора скоростных кдольчятых
F Турбиных счетчиков воды
Диаметр условного прохода счетчики, Параметры
расход воды, м’/ч порог максимальный объем воды за сутки, м* гидра вличес- жое сопротив- ление счетчика У.мДлс)1
зисплу- вгжцион- ВОСТЛ, м’/ч> не более
1S 0,03 1,2 3 0,015 45 14,5
20 0,05 2 5 0,025 70 5,18
25 0,07 2,8 7 0,035 10 2,64
32 0,1 4 10 0,05 140 1,3
40 0,16 6,4 16 0,08 230 0,5
50 0,3 12 30 0,15 450 0.143
65 1,5 17 70 0,6 610 810 IO’5
80 2 36 110 0,7 1300 264-IO"’
100 3 65 180 1,2 2350 76,6 10
150 4 140 350 1.6 5100 13-ИГ*
200 6 210 600 3 7600 3,5 10-’
250 15 380 1000 7 13700 l,8-10"s
Приложение IX
Условные графические обоэпачеля элементов трубоороводсп,
ярматудо и сатпггярво-технячесвсих устройств
Условные обозначение элементов санитарно-технических систем ГОСТ 21.205
93 и трубопроводов ГОСТ 21.206— 93.
Наименование Обозначение Наименование Обозначение
Вентиль запорный чхн Мойка кухонная 1ST V
Задвижка Ч*Ь Умывальник
Обратный клапан -И- Ванна
Кран водоразборный Раковина тт гп 1»,
Продолжение прилож. ГХ
Наименование Обозввчеиие Наименование Обо значение
Кран поливочный •J. л- Унитаз |з V
Смеситель ф Колодец на сета — Й'
Смеситель с поворотным из ливом ф Ревизия
Смеситель с душевой сет- кой г Мапомечр 9
Кран проходной 1о Гидрозатворы (сифоны) ги п) 6]
Кран писсуарный 1 Трубопровод в футляре
Кран трехходовой -[Яз- Пересечение трубопрово- дов -ы-
Регулятор давления Конец трубы с пробкой
Счетчик воды -и- Трубопровод канализации —К!—К!—
Насос —@—
Пожарный кран
Вибровставка (звукоизоляция) Калл
Соединение трубопрово- дов -1- +
Трубопровод со стояками
406
Продолжение прилож. XI
Наименование Обозначение Наименование Обозначение
Теплоизоляция Трубопровод водопрово- да Переходные муфты иа трубопроводах VI —
Приложение X
Коэффициенты местных соиротииленЛ для элементов
систем отоилеяня
Элементы систем отопления КМС при условном диаметре труб
15 20 25 32 40 50
Радиаторы двухколонные 2 2 2 2 2 2
Котлы: чугунные 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
стальные 2 2 2 2 2 2
Внезапное расширение (относится к боль шей скорости) 1 1 1 1 1 1
Внезапное сужение (относится к большей скорости) 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
Тройники: на проходе на ответвлении 1 1.5 1 1.5 1 1,5 1 1,5 1 1,5 1 1,5
на противотоке 3 3 3 3 3 3
Вентили обыкновенные 16 10 9 9 8 7
Крапы: проходные 4 2 2 2 -
двойной регулировки 4 2 2 2 — -—
с цилиндрической пробкой трехходовые 3 3 2,5 — — —
Задвижки параллельные — — — 0,5 0,5 0,5
Отводы 90" я утки 1,5 1,5 1 1 0,50 0,5
Приложение XI
J - 4-днаграмма влажною воздуха
408
Приложение XII
Расчетные параметры наружного воздуха
Наименование пункта Ба- ро- мсг- аое дав- ле- ние, rlla Период года Параметры А Параметры Б
Темпе- Удель- ная кДж/кг Око роегь вет- ра, м/с Темпе- ратура, °C кДж/жт Cto роегь вет- ра, м/с
Архангельск 64 1010 Теплый 18,6 48,6 4 24,5 55,3 4
Холодный -19,0 -17,6 5.8 -31 -30,8 6.3
Брест 52 990 Теплый 22,4 49 3,3 27 55,5 3,3
Холодный -8 -4,2 7,1 -20 18,8 4,2
Владимир 56 990 Теплый 21,4 48,4 3,3 27,6 52,8 3,3
Холодный 2-16 14,2 4,1 -28 -27,8 3,5
Владивосток 44 990 Теплый 23,6 57,8 4,7 23,4 61,5 4 7
Холодный -16 -14,2 14,8 -24 -25.3 13,5
Волгоград 48 990 Теплый 28,6 55,6 5,2 33 57,8 5,2
Холодный -13 -10,5 9,1 -25 -23,9 8
Н. Новгород 56 990 Теплый 21,2 51,1 1 26,8 54,9 1
Холодный 16 -14,2 4,1 -30 -29,7 4
Иваново 56 990 Теплый 22,2 49,8 2,8 27 52,8 2,8
Холодный -16 -14,2 4,2 -29 -28,6 3,6
Казань 56 990 Теплый 22,8 51,1 3,« 27,3 54,8 3,8
Холодный -18 -16,3 4 -32 -31,7 4
Москва 56 990 Теплый 22,8 49,4 1 28,5 54 1
Холодный -15 -11,7 4 7 -26 -25,3 4
Новосибирск 56 990 Теплый 22,7 50,2 1 26,4 54,8 1
Холодный -24 -23 3,7 -39 -38,9 2,7
ЛИТЕРАТУРА
1. Чугаев Р. Р. Гидравлика.— Л.: Эяергоиздат, 1982.
2. Башта Т. М., Руднев С. С., Некрасов Б. Б. и др. Гидравлика, гидравлические
машины и гидравлические приводы.— М.: Машиностроение, 1972.
3. Николадзе Г. И.. Циклаури Д. С. Гидравлика, водоснабжение и канализация
сельских населенных пунктов. М.: Стройиздат, 1982.
4. Бубнов В. А.. Карпушкин Н. А.. Овсянников В. М.. Скрыпник Н. Н. Практичес-
кие занятия по информатике. М.: Информатика и образование, 1999.
5. Калицун В- И-, Кедров В. С. и др. Основы гидравлики, водоснабжения и кана-
лизации. М.: Стройиздат, 1989.
б. Абрамов Н. Н Водоснабжение.— Мл Стройиздат, 1976.
7. Жилое А. И. . Яковлев С. В.. Карелин Я. А. и др. Канализация. - М_: 1970.
8. Монтаж внутренних санитарно-технических устройств. Справочник строите-
ля.— 3-е изд. М.: Стройиздат, 1984.
9. Кедров В. С.. Ловцов Е. Н.. Санитарно-техническое оборудование зданий —
М_: Стройиздат, 1989.
10. Прозоров И- В., Николадзе Г. И., Минаев А. В. Гидравлика, водоснабжение
н канализация — М_: Высшая школа, 1990.
11. Карелин В. Я., Минаев А. В. Насосы и насосные станции.— М.: Стройиздат,
1986.
12. Орлов К. С. Монтаж санитарно-технических, вентиляционных систем и обо-
рудования.— М.: Издат. дом «Ореол», 1997.
13. Курганов А. М., Федоров Н. Ф. Гидравлические расчеты систем водоснабже-
ния и водоотведения. Справочник.— Л.: Стройиздат, 1986-
14. СНиП 2.04.01 85. Внутренний водопровод и канализация. М.: (ЦИТП),
1995
15. СНиП 3.05.04 - 85. Наружные сети и сооружения всдостабжения и канали-
зации. М.: ЦИТП, 1995.
16. Соснин Ю. П. Кухаркин Е. Н. Камины, бытовые печи, высокоэффективные
котлы.— М.: «Новая волна», 2000 г.
17. Соснин Ю. П. Перевод отопительно-варочных печей с твердого топлива на
газ.— М_: 1959.
18. Соснин Ю. П., Кухаркин Е. Н. Высокоэффективные газовые контактные
водонагреватели. М.: Стройиздат, 1988.
19. СНиП 2.04.05 91. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха.
М.: Стройиздат, 1994.
20. СНиП 2.04.07 — 86- Теплоснабжение.— М.: Стройиздат, 1994.
21. Правила безопасности в газовом хозяйстве, М_, 1998.
22. ГОСТ 12.1.011 78. ССБТ. Смеси взрывоопасные. Классификация и методы
испытаний.
23. ГОСТ 20448 - 80. Газы углеводородные сжиженные топливные для ком-
мунально-бытового потребления.
24. ГОСТ 27578 - 87. Газы утлетодсродные сжиженные для автоматического
транспорта.
25. СНиП П-35 — 76. Котельные установки.
26. ГОСТ 8856 72. Аппаратура для газопламенной обработки. Давление го-
рючих газов.
410
27. ГОСТ 8.002 — 86. Организация и порядок проведения проверки, ревизии
и экспертизы средств измерений.
28. СНиП 2.01.09 — 90. Здания и сооружения на подрабатываемых территориях
и просадочных грунтах.
29. ГОСТ 3262 75. Трубы стальные водогазспроводные.
30. ОНТП 24 - 86. Определение категорий помещений и зданий по взрывопо-
жарной и пожарной опасности.
31. РД 16.409 — 89. Электрооборудование взрывоэащшценнос. Ремонт.
32. СНиП 2.05.06 — 85. Магистральные трубопроводы.
33. СНиП 2.07.01 — 89. Градостроительство. Планировка и застройка горо-
дских и сельских поселений.
34. СНиП П-89 — 80. Генеральные планы промышленных предприятий.
35. Чарный И. А. Нвустановившееся движение реальной жидкости в трубах. —
М.: Недра, 1975.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
Введение . . 5
РАЗДЕЛ 1. ВОДОСНАБЖЕНИЕ И ВОДООТВЕДЕНИЕ 8
Глава 1. Механжа жидкости .8
1.1. Закон Паскаля .......................................... 10
1.2. Ламинарный в турбулентный режимы течении жидкости 13
1.3. Уравнение Бернулли ..................................... 16
1.4. Потери напора при течении вязкой жидкости ... 18
1.5. Расход жидкости при истечении через отверстие .
1.6. Гидравлический удар в трубопроводах ...
Глава 2. Водоснабжение городов ...................
2.1. Рациональное использование водных ресурсов............
2.2. Характеристика природных источников водоснабжения и требо-
вания, предъявляемые к ним .................................
2.3. Сети и сооружения системы водоснабжения города с поверхност-
ным и подземным источниками.....................
2.4. Организация зон санитарной охраны поверхностных источ-
ников ............................. .... .......... . .
2.5. Основные типы водозаборных сооружений для забора воды из по-
верхностных источников ..................................
2.6. Принцип работы водозаборов берегового и руслового типов
2.7. Организация зон санитарной охраны подземных источников . .
2.8. Водозаборные сооружения для приема подземных вод. Устройство
водозаборных скважин ... .................... 55
2.9. Энергетическое оборудование водопроводных насосных станций 60
2.10. Рабочий процесс центробежною насоса.................... 63
2.11. Основы теории подобия . ............................. . 65
• 2.12. Явление кавитации в центробежном насосе ........ 66
2.13. Характеристики центробежных насосов. Определение рабочей точ-
ки. Регулирование............................................ 68
2.14. Конструкции центробежных насосов для водоснабжения ... 70
2.15. Приводные двигатели и вспомогательное оборудование насосных
станций.............................. . ............... 74
2 16. Режим работы насосных станций первого и второго подъемов 78
2.17. Насосные станции первого и второго подъемов 81
2.18. Устройство и конструкция водонапорных башен.............84
2.19. Устройство наружной водопроводной сети города и требования,
предъявляемые к ней............................................87
2.20. Материал водопроводных труб и типы их соединений ... 90
2.21. Арматура на наружных водопроводных сетях. Колодцы на сети.
Глубина заложения водопроводных труб и особенности их прок-
ладки ...............................91
2.22. Основные данные для проектирования и гидравлического расчета
водопроводных сетей ...........................................97
2 23. Комплекс сооружений по очистке вод из природных источников . 99
£2$ Й Й й й *
412
Глава 3. Водоотведенне.......................................... .... 113
3.1. Виды сточных вод в назначение канализационных инженерных соору-
жений ...... ... .... ... 113
3.2. Системы канализации городов . . .115
3.3. Элементы наружной канализации .... . .117
3.4. Схемы канализационных сетей.................................119
3.5. Способы трассировки уличных сетей. Глубина их заложения
З.б. Основы гидравлического расчета канализационных сетей . 124
3.7. Сооружения на канализационных сетях .............- - 126
3.8. Материал канализационных труб . - - - - 129
3.9. Устройство дождевой канализации.............................131
3.10. Особенности устройства работы насосных канализационных станций 132
Глава 4. Очистка сточпдх вод .... ....................137
4.1. Химический анализ загрязнений сточных под. Методы очистки
сточных вод................................................... 137
4.2. Технологическая схема полной биологической очистки сточных вод 138
4.3. Сооружения по удалению крупных взвесей и песка из сточных вод 141
4.4. Классификация канализационных отстойников.................142
4.5. Сущность процесса биологической очистки сточных вод. Сооруже-
ния биологической очистки ... 145
4.6. Обеззараживание сточных вод...............................149
4.7. Условия спуска сточных вод в водоемы. Основные конструкции вы-
пусков очищенных сточных вод .... ..............151
4.8. Сооружения по обработке осадков сточных вод при биологической
очистке ..............................-.........................153
4.9. Сооружения для обезвоживания осадков сточных вод . . 157
Глава 5. Сети водопровода и канализации пж строительных площадках 160
5.1. Воцопотребл ние на строительных площадках . . . 160
5.2. Устройство водопроводов на строительных площадках 161
5.3. Устройство канализации на строительных площадках 163
Глава 6. Основы проектирования систем внутреннего водопровода в канализации
зданий ............................................................ 166
6.1. Устройство внутреннего водопровода зданий 166
6.2. Системы внутреннего водоснабжения зданий . 167
6.3. Насосные и гидропневматические установки . .171
6.4. Схемы внутреннего водопровода........................... .173
6.5. Устройство вводов . ...... .174
6.6. Конструирование внутренней водопроводном сети ... .179
6.7. Определение расчетных расходов воды во внутреннем водопроводе 184
6.8 Гидравлический расчет внутреннего водопровода..............188
6.9. Выбор диаметров труб внутреннего водопровода в здании с исполь-
зованием среды Excel ......................................... .190
6.10. Конструирование внутреннем канализации здания 194
6.11. Конструирование дворовой системы канализации . .... 202
6.12. Методика определения отметок лотков труб дворовой канализации
с использованием среды Excel . ..............203
РАЗДЕЛ II. ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ 210
Глава 7. Техигксмая зермодаиамика 210
Глава 8. Тептосяабжемне 218
8.1. Топливо. Общие сведения о топливе 218
413
8.2. Процессы горения. Классификация и характеристика топочных уст-
ройств .........................................................219
8.3. Тепловой баланс котельной установки Коэффициент полезного
действия . . . . . . .... ... 224
8.4. Общая характеристика котельных установок и конструкции котлов
для теплоснабжения............................................ 226
8.5. Арматура и гарнитура котельных установок . ... 235
8.6. Централизованнее теплоснабжение ........... . 242
8.7. Тепловые сети. Способы прокладки теплопроводов............245
8.8. Присоединение систем отопления и горячего водоснабжения к теп-
лосети ...................................................... 247
8.9. Конструктивные элементы тепловых сетей . . - - 253
8.10. Теплоснабжение строительства . . 256
Глава 9- Горячее водоснабжение ... 262
9.1. Системы горячего водоснабжения и их присоединение к тепловой
сети...................................................... 262
9.2 Определение расчетных расходов вода и теплоты для ГВС 266
9-3. Подготовка воды для ГВС и подпитки теплосети 267
Глава 10. Газоснабжение.............................................. 269
10.1. Газовые месторождения и основные магистральные газопроводы
России ................................... . . . 269
10.2. Краткие снедения о природных газах .... 270
10.3. Сжиженные газы...........................................- 271
10.4. Газораспределительные сети в городах в газораспределительные
пункты . . ..................273
10 5. Устройство наружных газопроводов ... 277
10.6. Устройство подземных газопроводов . . .... 278
10.7. Устройство внутридомовых газопроводов ....................282
10.8. Присоединение газопроводов к действующим газовым сетям, их
обслуживание, ремонт и техника безопасности . . .... 285
10.9. Газопроводы из полиэтиленовых труб .... . 286
10-10- Правила приемки объектов систем газоснабжения 290
10.11. Зашита газопроводов от коррозии . . 292
10.12. Бытовые газовые установки ... 296
10.13. Автоматика водонагревателя Л-1 .... . 302
10.14. Газовые отопительные аппараты с водяным контуром ... 311
Глава 11. Отопление................... . . .... 315
11.1. Требования, предъявляемые к системам отопления 315
11.2. Класси^якация систем отопления .... 316
11.3. Теплоносители .......................................... 317
11.4. Тепловая мощность систем отопления 321
11.5. Системы водяного отопления . . . 327
11.6. Системы парового отопления 340
11.7. Отопительные приборы . . 348
11.8. Системы воздушного отопления 361
11.9. Печное отопление . . 365
Гтава 12. Вентиляция ... ......... 375
12-1. Назначение вентиляции и классификация систем 375
12.2. Свойства атмосферного воздуха . . . . . 375
12.3. Естественная вентиляция .... 379
124. Механическая вентиляция ....................... 387
414
12.5. Определение расчетного воздухообмена . 388
12.6. Оборудование систем вентиляции .... 389
Глава 13. Ковджцяоиаровянле воздуха.............................. • 394
13.1. Классификация систем кондиционирования воздуха . . 394
Приложения . .............. - 397
Литература....................................................... - 410
Учебное издание
Кухаркин Евгений Наумович, Купшярюк Владимир Васильевич,
Овсянников Владислав Михайлович, Орлов Коммунар Сергеевич,
Самусь Ольга Ростиславовна, Соснин Юрий Павлович,
Спасский Константин Николаевич, Хачатурян Сергей Арамович
ИНЖЕНЕРНЫЕ СЕГИ, ОБОРУДОВАНИЕ ЗДАНИЙ
И СООРУЖЕНИЙ
Редактор Л. А. Савина
Художественный редактор Ю. Э. Иванова
Технические редакторы Н. В. Быкова, Л. А. Овчинникова
Корректор В. А. Жилкина
Компьютерная верстка Н. С. Михайлова
Оператор В. Н. Новоселова
JLP № 010146 от 25.12.96. Изд. № НП-23. Сдано в набор 16.11.2000.
Подл, в печать 17.05.01. Формат 60 х 88*/16. Бум. газета. Гарнитура «Таймс».
Печать офсетная. Объем 25,48 усл. печ. л. 25,48 уел. кр.-отг. 25,28 уч.-изд л
Тираж 10000 экз. Зак. № А-249
ГУП «Издательство «Высшая школа», 127994, Москва, ГСП-4,
Неглинная ул., д. 29/14.
Факс: 200-03-01, 200-06-87
E-mail: V-Shkola@g23.relcom.ru http: // www.v-shkola.ni
Набрано на персональном компьютере издательства
Отпечатано в ГУП ПИК «Идел-пресс», 420066, г. Казань, ул. Декабристов, 2