Основы расчета водоотводящих сетей и сооружений

Расчет водоотводящей сети должен производиться на максимальный расход, соответствующий критической продолжительности дождя. Критическая продолжительность дождя равна времени добегания воды от наиболее удаленной точки площади стока до расчетного участка и определяется по формуле:

где t_con – время поверхностной концентрации, принимаемое при наличии внутриквартальыой сети – 5 мин, при ее отсутствии – 10 мин;

t_can - время пробега воды по уличному водосточному лотку;

t_p - время пробега поды но трубопроводам водоотводящей сети.

Время пробега воды по водосточному лотку рекомендуется определять по формуле:

где l_can - длина лотка, м;

v_can - скорость движения воды в конце лотка, м/с;

1,25 – коэффициент, учитывающий, что средняя скорость воды по длине лотка меньше, чем в его конце.

Время движения воды по трубопроводам водоотводящей сети следует рассчитывать по формуле:

где l_p - длина расчетных участков сети, м;

v_p - скорость движения воды на соответствующих участках, м/с.

С учетом зависимостей:

С учетом зависимостей формула для определения расхода дождевых вод приобретает вид:

При t_r < 10 мин в формулу следует вводить поправочный коэффициент 0,9 при t_r = 7 мин и 0,8 при t_r = 5 мин.

Расчетный расход при подборе диаметра трубопроводов корректируют с учетом наличия свободной емкости водосточной сети перед началом дождя расчетной интенсивности:

где β – коэффициент, учитывающий степень заполнения сети в зависимости от параметра n.

n……≤	0,4	0,5	0,6	≥ 0,7
β……	0,8	0,75	0,7	0,65

При уклонах поверхности земли 0,01 – 0,03 значения коэффициента β следует увеличивать на 10 - 15%.

В расчетные формулы входят значения скорости v_can и v_p которыми при использовании метода итерации (последовательного приближения) задаются до начала гидравлического расчета, исходя из фактических уклонов уличных лотков и трубопроводов.

Затем в ходе последующего гидравлического расчета заданные значения скоростей уточняют и расчетный цикл повторяют до получения погрешности в пределах 5%.

Рассчитанные водосточные сети проверяют на пропуск расходов талых вод в весенний период снеготаяния. Продолжительность снеготаяния составляет около 10 ч в день.

Для определение расхода талых вод используют следующую формулу:

где T – продолжительность добегания талой водs до расчетного створа, ч;

h_c - слой итого стока за 10 дневных часов, мм;

К - коэффициент, учитывающий частичный вывоз и окучивание снега, К 0,4 – 0,7;

F - площадь стока, га.

«Бытовые и дождевые водоотводящие сети. Классификация»

Дождевые водоотводящие сети.

Наружная дождевая канализация (водостоки) предназначена для организованного и достаточно быстрого отвода выпавших на территории города или промышленного предприятия атмосферных осадков или талых вод. Быстрый отвод этих вод особенно необходим, если улицы имеют усовершенствованные водонепроницаемые покрытия, так как в противном случае во время сильных ливней возможно затопление улиц и подвалов зданий, расположенных в низких местах. Устройство водосточной сети предотвращает подъем уровня грунтовых вод в населенных пунктах, что имеет немаловажное   значение для их благоустройства.

В дождевую канализацию кроме дождевых и талых вод иногда сбрасывают также так называемые условно чистые воды, образующиеся при технологических процессах на предприятиях; сброс их в дождевую канализацию допускается только с разрешения органов Государственного санитарного надзора. В отдельных случаях в загородные участки дождевой сети направляют бытовые сточные воды после соответствующей их очистки и обезвреживания.

Рисунок – Схема размещения дождеприемников

1 – дождеприемники; 2 – колодцы; 3 лотки; 4 – закрытые трубопроводы; 5 – пешеходный переход

Наружную дождевую (водосточную) сеть устраивают следующих типов:

1. открытого, в этом случае дождевые воды отводят с помощью открытых канав и лотков;

2. закрытого, в этом случае дождевая вода, стекающая по поверхности, собирается водоотводными лотками, входящими в конструкцию городских дорог и тротуаров, и через особые колодцы, называемые дождеприемниками, поступает в сеть подземных трубопроводов, по которой она сплавляется по наикратчайшим расстояниям в ближайшие тальвеги или непосредственно в естественные водоемы; водосточные сети второго типа получили в современных городах наибольшее распространение, так как являются более совершенными;

3. смешанного, в этом случае часть элементов открытой сети, там где невозможно устройство канав (например, при большой глубине), заменяется закрытыми подземными трубопроводами.

Во всех указанных выше типах сети отвод дождевых вод в водоемы, как правило, производится самотеком. К перекачке дождевых вод прибегают лишь в очень редких случаях, при особо неблагоприятных условиях рельефа местности.

Для отвода атмосферных вод с крыш жилых зданий, имеющих особые конфигурации, а также иногда с крыш цехов промышленных предприятий устраивают так называемые внутренние водостоки, размещенные в пределах зданий. Из внутренней сети дождевые воды отводятся в наружную дождевую канализацию.

«Перекачка стоков»

В системах канализации нередко приходится прибегать к подъему (перекачке) сточных вод. Для подачи бытовых и производственных сточных вод на очистные сооружения служат главные насосные станции; для подъема сточных вод из заглубленного коллектора и транспортирования их в верхний коллектор канализуемой территории предназначены районные насосные станции.

Иногда возникает необходимость устройства насосных станций для перекачки дождевых вод, если отметки уровня воды в водоеме, в который должны быть отведены эти воды, выше отметок канализуемой территории и поэтому возможность удаления дождевой воды самотеком исключается.

В некоторых случаях станции перекачки строят для уменьшения глубины заложения коллектора и, следовательно, уменьшения его строительной стоимости. Такое решение может дать значительную экономию, в особенности в водоносных грунтах или в плывунах, где прокладка труб на большой глубине связана со значительными затруднениями и расходами.

Место расположения насосных станций определяется при решении схемы канализации на основе технико-экономических расчетов.

Рисунок – Расположение насосной станции и трубопроводов

1 – самотечные трубопроводы; 2 – смотровой колодец; 3 – насосная станция; 4 – напорные трубопроводы; 5 – аварийный выпуск

Как правило, насосные станции для перекачки сточных вод устраивают в самой пониженной части канализуемой территории с учетом:

• санитарных;

• планировочных и гидрогеологических условий местности;

• наличия источников питания станции электроэнергией:

• возможности устройства аварийного выпуска.

Перед насосной станцией все канализационные линии, тяготеющие к ней, должны быть объединены одним общим коллектором, по которому сточные воды подводятся в отделение решеток приемного резервуара.

По санитарным правилам насосные станции подачей до 50 тыс. м³/сутки следует располагать в отдельных зданиях на расстоянии не менее 20 м от жилых зданий или от пищевых предприятий; для станций большей подачи это расстояние должно быть не менее 30 м. По периметру территории насосной станции следует предусматривать создание защитной зеленой зоны шириной не менее 10 м. Насосные станции не следует располагать на красной линии квартала; чаще всего насосную станцию располагают на территории зеленых насаждений.

По гидрогеологическим условиям место расположения насосной станции должно быть наиболее благоприятным для производства строительных работ (низкий уровень грунтовых вод, плотные грунты и т.п.).

В условиях высокого стояния грунтовых вод и слабых грунтов (насыщенных водой - плывунов) целесообразно строить станции шахтного типа опускным способом. При этом способе работ наиболее удобно здание круглой формы в плане. Для глубоких станций, даже при хороших грунтах, такая форма оказывается выгодной и по конструктивным соображениям.

Рисунок – Насосные станции шахтного типа

А – с горизонтальными насосами; Б – с вертикальными насосами

1 – решетки; 2 – приемный резервуар; 3 – машинное отделение

Станции шахтного типа обычно устраивают с насосами под заливом, т. е. размещают ось насоса ниже горизонта воды в резервуаре. Для малых станций это всегда целесообразно, так как значительно упрощает эксплуатацию  (особенно при автоматизации управления).

При наличии грунтовых вод на площадке насосной станции подземная ее часть должна быть защищена гидроизоляцией, которую устраивают на 0,5 м выше горизонта грунтовых вод.

Насосные станции, расположенные близ открытых водоемов или в затопляемой местности, должны иметь отметку порога у входа не менее чем на 0,5 м выше самого высокого горизонта воды в водоеме с учетом нагона волны.

Очистные сооружения часто находятся на значительном расстоянии от города или поселка. В этих случаях необходимо разрабатывать варианты расположения главной насосной станции вблизи населенного пункта или в комплексе с очистными сооружениями. При выборе варианта существенное значение имеют не только рельеф местности и гидрогеологические условия, но и очередность капитальных вложений, и эксплуатационные условия. Целесообразно насосные станции располагать вблизи очистных сооружений для удобства совместного их обслуживания.

В состав насосных станций входят:

• приемный резервуар с решеткой;

• машинное отделение, где размещены насосные агрегаты;

• производственно-вспомогательные и бытовые помещения.

Машинное отделение может быть расположено в одном здании с приемным резервуаром, но должно быть отделено от него непроницаемой стеной и иметь отдельный вход. Электродвигатели должны быть во взрывобезопасном исполнении, а щит управления агрегатами должен помещаться в трансформаторном пункте.

Технологическое оборудование машинных отделений состоит:

• насосов для перекачки сточных вод;

• вакуум-насосов (на станциях с незаливными насосами);

• задвижек на трубопроводах;

• насосов, эжекторов или других устройств для удаления жидкости с пола машинного отделения;

• подъемно-транспортных устройств и механизмов;

• контрольно-измерительной аппаратуры (указатели уровня воды в резервуаре, расходомеры, манометры и вакуумметры к насосам, а электродвигатели должны иметь вольтметры и амперметры). Перед установленными манометрами должны быть помещены мембраны.

Для перекачки бытовых и близких им по составу производственных сточных вод по новому стандарту применяются центробежные насосы.

На насосных станциях дождевой, общесплавной и полураздельной систем канализации устанавливаются насосы для перекачки дождевых вод суммарной подачей, равной расчетному притоку этих вод при периоде однократного переполнения, установленном для принятой схемы канализации, с учетом незатопления пониженных территорий при переполнении сети. Число насосных агрегатов для перекачки дождевых вод должно быть минимальным, резервные насосы не устанавливаются.

Для насосных станций большой подачи или повышенного напора по специальному заказу могут быть изготовлены заводами насосы с применением синхронных двигателей большой мощности с частотой вращения около 1500 мин^-1 или коллекторных электродвигателей, дающих возможность регулировать частоту вращения.

Перспективным является применение незасоряемых насосов при перекачке сточных вод. Во всасывающий патрубок такого насоса вмонтировано устройство типа решетки-дробилки, поэтому устанавливать решетки перед этими насосами не нужно.

Для подкачки сточных вод на небольшую высоту во избежание больших заглублений коллекторов отечественной и зарубежной практике применяют шнековые подъемники. Этот подъемник прост по устройству, в работе почти безотказен, для установки его не нужно дорогостоящих зданий с наземными павильонами, он легко размещается в подземной камере. Важно и то, что он не требует извлечения из сточной воды крупных примесей. Недостатком шнекового подъемника является то, что он не может подавать сточную воду в напорный трубопровод.

Кроме рабочих насосов на канализационной станции должны быть установлены еще и резервные насосы: при числе рабочих насосов до двух - один насос; при числе рабочих насосов более двух - два насоса.

Насосы   желательно   подбирать  одинаковые  по  характеристике   (диаметру, напору и подаче) для возможности замены одного насоса другим и, кроме того, однотипные, чтобы могла быть обеспечена взаимозаменяемость их деталей.

В целях упрощения эксплуатации насосов необходимо стремиться к их установке под заливом. Для каждого насоса предусматривается отдельная всасывающая труба; при работе насоса под заливом на всасывающей трубе устанавливается задвижка.

Скорость движения сточных вод во всасывающих трубопроводах принимают равной 0,7 - 1,5 м/с, скорость движения сточных вод в напорных трубопроводах - 1,5 - 2,5 м/с.

На насосной станции, оборудованной центробежными насосами с диаметром напорного патрубка более 200 мм, на каждом агрегате должны быть установлены расходомеры; при меньшем диаметре напорного патрубка отдельных расходомеров не устанавливают.

Для учета расхода воды на напорных линиях устанавливают колена-расходомеры.

В машинном отделении насосной станции должны быть указатели уровня воды в приемных резервуарах, а также сигнализация и телефонная связь.

Насосные станции могут быть автоматические, полуавтоматические с собственным или центральным диспетчерским пунктом и реже с ручным управлением. Основной задачей автоматического управления является пуск и остановка электродвигателей насосных агрегатов в зависимости от уровня воды в приемном резервуаре, который контролируется с помощью многоточечного реле уровня.

Канализационные насосные станции должны иметь внутренний водопровод, отопление, достаточное освещение и приточно-вытяжную вентиляцию всех помещений.

При устройстве и эксплуатации канализационных насосных станций должны выполняться требования техники безопасности.

Пуск насосных агрегатов должен, как правило, производиться при открытых напорных задвижках. Пуск насосных агрегатов при закрытых задвижках производится при опасности гидравлических ударов, из-за условий запуска синхронных двигателей и в других обоснованных случаях.