§ 3.9. Контрольные испытания водоводов и сетей

Контрольные испытания водопроводных линий производятся с целью определения их технического состояния (пропускной способности, напоров, места и величины утечек). Испытываются водоводы, магистральные и разводящие сети. В тех случаях, когда по тем или иным причинам во время испытаний использование постоянного оборудования системы водоснабжения (насосного и водомерного оборудования и др.) невозможно, применяют передвижные установки.

В ходе контрольных гидравлических испытаний водопроводов производятся следующие работы: манометрическая съемка, измерение гидравлических сопротивлений трубопроводов, контрольные испытания на утечку, снятие фактических характеристик насосов.

При манометрической съемке измеряют свободные напоры в различных точках сети. В начальный период эксплуатации такая съемка позволяет уточнить расчетную схему сети. Для съемки рекомендуется использовать образцовые манометры класса 0,4. Они устанавливаются в колодцах, наиболее близких к узлам сети, где есть пожарные гидранты или заранее предусмотрены штуцера для подключения манометров.

Манометрическая съемка должна проводиться одновременно во всех испытываемых точках, по возможности при неизменных условиях работы сети и водоводов в часы максимального и минимального водопотребления.

Измерение гидравлических сопротивлений производят, чтобы определить зарастание труб и соответственно их пропускную способность. Методика проведения испытаний зависит от диаметра трубопроводов и осуществляется следующими способами:

сбросом воды через один пожарный гидрант;

сбросом воды через несколько последовательно расположенных пожарных гидрантов;

сбросом воды через стендер, снабженный специальной насадкой;

"способом трех манометров", разработанным АКХ им. К.Д.Памфилова.

Первым способом рекомендуется проводить испытания на линиях сети диаметром до 300 мм, так как измеряемый водомерами расход воды может быть не более 20-30 л/с.

Для измерения выбирают участок, по длине которого располагается не менее трех пожарных гидрантов (рис.3.5). На первых двух устанавливают стендеры с образцовыми манометрами для фиксации напора в этих точках и определения по ним потерь напора. Вместо стендеров могут использоваться специально врезанные штуцера с кранами. На третьем гидранте монтируют стендер, через который производится сброс воды. Сброс определяется либо по объему (например, путем заполнения цистерн поливочных машин), либо с помощью водомеров. Во время испытания все водопотребители на испытываемом участке отключаются, задвижка закрывается. Надежность закрытия задвижек проверяется до начала измерений по показаниям манометров и . При закрытой задвижке и отсутствии сброса через гидрант показания манометров будут отличаться на величину разности их геодезических отметок, которая должна быть заранее известна.

Рис.3.5. Схема измерения гидравлических сопротивлений труб диаметром до 300 мм

- манометры; - водомер; - пожарные гидранты; - задвижка

Фактическое удельное сопротивление трубопровода определяется по формуле

(3.19)

где - показания манометров при сбросе воды: - расход воды, сбрасываемой при испытаниях; - расстояние между образцовыми манометрами; - геодезическая отметка точки, в которой установлен манометр.

Степень зарастания испытываемого трубопровода будет характеризоваться отношением

(3.20)

где - коэффициент увеличения сопротивления; - удельное сопротивление трубопровода данного диаметра по таблицам Ф.А.Шевелева; - фактическое удельное сопротивление трубопровода.

Погрешности измерения при использовании образцовых манометров класса 0,4 и водомера ВВ-50 не превышают 5%.

Второй и третий способы являются модификациями первого. Они позволяют путем увеличения контролируемого расхода измерять с погрешностью 5-10% сопротивления линий диаметром до 400 мм.

Измерения гидравлических сопротивлений четвертым способом производятся следующим образом.

Выбирается участок, на котором устанавливаются три манометра и (рис.3.6). Часть транзитного расхода воды сбрасывается между манометрами и . При этом происходит контроль напоров в начале и в конце участка, а также в точке сброса расхода .

Рис.3.6. Схема измерения гидравлических сопротивлений труб методом трех манометров

Удельное сопротивление вычисляется с помощью уравнения баланса расхода воды в точке сброса:

или (3.21)

где и - расходы по участкам.

Уравнение решается относительно фактического удельного сопротивления трубопровода:

(3.22)

где и - потери напора соответственно на участках длиной и .

При испытаниях на участке между манометрами и все водопотребители должны быть отключены. Для получения результатов с погрешностью до 5% достаточно измерить расход , составляющий не менее 10-15% от транзитного расхода .

Контрольные испытания на утечку могут быть проведены одним из следующих способов:

с помощью водомеров;

по падению уровня воды в баке водонапорного сооружения или в стояке;

с помощью манометров;

с помощью контактных индикаторов давления, действующих постоянно во время эксплуатации сетей;

аналитически.

Возможно несколько вариантов контрольных испытаний с помощью водомеров:

для определения утечек воды устанавливаются два водомера (рис.3.7): водомер 2 - на насосной станции непосредственно после насоса, водомер 5 - в конце испытываемого участка; разность их показаний дает величину утечки; перед испытанием водомеры должны быть протарированы;

Рис.3.7. Схема определения утечки воды водомерами

1 - насос; 2, 5 - водомеры; 3 - манометр; 4 - трубопровод; 6 - водонапорная башня

если нет возможности или трудно смонтировать водомер на проверяемой линии, то его устанавливают на отводной линии (рис.3.8) сразу же после насоса или передвижной насосной установки; задвижка 6 закрывается; количество воды, поступающей в резервуар 5, замеряется; разность между показаниями водомера и количеством воды, замеренным в резервуаре, дает величину утечки; во время испытаний вода из резервуара не должна расходоваться;

Рис.3.8. Схема определения утечек воды водомером, поставленным на обводной линии

1 - насос; 2 - водомер; 3 - манометр; 4 - трубопровод; 5 - водонапорный резервуар; 6 - задвижка

задвижка 5 на начальном и задвижка 6 на конечном участках перекрываются (рис.3.9); величина утечки определяется по водомеру; по манометру следят за рабочим давлением.

Рис.3.9. Схема определения утечки воды манометром

1 - насос; 2 - водомер; 3 - манометр; 4 - трубопровод; 5, 6 - задвижки

Определение утечек вторым способом показано на рис.3.10. Перед испытанием задвижка 7 закрывается и бак водонапорной башни наполняется водой. После этого закрывают задвижку 2 у насоса и наблюдают за уровнем воды в баке при открытой задвижке 6 или показаниями манометра 3 в течение определенного времени. Величина утечки определяется по падению уровня воды в баке башни за время наблюдения (точка ).

Рис.3.10. Схема определения утечки воды манометром, установленным на насосной станции

1 - насос; 2, 6, 7 - задвижки; 3 - манометр; 4 - трубопровод; 5 - водонапорная башня

Третьим способом величина утечки определяется по падению стрелки манометра. Зная, что 0,1 МПа соответствует 10,33 м вод.ст. (при барометрическом давлении воздуха 760 мм рт.ст.), можно по падению показаний манометра и по чертежу продольного профиля напорной линии определить, на какой длине труба освободилась от воды. Величина утечки определится по формуле , где - внутренний диаметр трубопровода; - длина участка трубы, которая освободилась от воды.

Замеры утечки воды этим способом можно производить тогда, когда конечные точки трубопровода расположены выше, чем место установки водомера, относительно которого рассчитываются падение давления или свободные напоры.

Свободные напоры измеряются в заранее установленных (контрольных) точках на водопроводной сети, обычно в характерных точках и в узлах магистралей, разводящих кольцевые и тупиковые сети. В качестве контрольных точек могут быть использованы пожарные гидранты на сети или специально оборудованные стационарные манометрические посты.

Контрольные испытания можно осуществлять непрерывно путем автоматического контроля за определенными параметрами и подачи сигналов в соответствующий командный (или диспетчерский) пункт.

Наиболее простым способом контроля (четвертый способ) является применение контактных индикаторов давления, дистанционных расходомеров с трубами Вентури или индукционных расходомеров (ИР-1). Связь датчиков с исполнительными механизмами осуществляется с помощью кабеля. Расстояние действия системы определяется сечением жил: при сечении 1,5 мм максимальная длина составляет 700, при сечении 2,5 мм - 1300, при сечении 4 мм - 2600 м.

Недостатком системы с трубами Вентури является неизбежность дополнительных потерь за счет местных сопротивлений, создаваемых вставками Вентури.

Аналитическим (расчетным) способом с достаточной точностью может быть определено место утечки , если оно является сосредоточенным (пятый способ). Сущность этого способа видна из схемы, приведенной на рис.3.11, и расчетных формул. Ордината точки может быть выражена уравнениями:

(3.23)

(3.24)

Рис.3.11. Схема к определению точки разрыва водовода (места утечки )

Так как , то второе уравнение примет вид:

(3.25)

Приравнивая уравнения (3.23) и (3.25) и решая их относительно , получим

(3.26)

В уравнениях (3.23)-(3.26) и на рис.3.11 принято: - геометрическая высота подачи воды (отметка уровня воды в резервуаре); - напор насоса при нормальной работе насоса; - напор насоса при наличии аварии на водоводе; - потери напора при нормальной работе насоса; - потери напора при аварии на участке от насоса до точки утечки; - потери напора при аварии на участке от насоса до точки излива воды (до резервуара).

Значение определяется по расходу, который будет показывать водомер на станции, а - по расходу воды, поступающей в резервуар.

Места утечек в трубопроводах, уложенных в землю, можно определить акустическими или звуковыми способами. В качестве приборов, улавливающих шум, создаваемый водой при вытекании ее из поврежденных трубопроводов, используются аквафоны, геофоны, микрофоны, стетоскопы, а также обычные металлические стержни. При определении места утечки коробки аквафонов, микрофонов или геофонов размещаются на трассе водопровода по его оси на расстоянии 2-5 м друг от друга и в процессе обследования передвигаются вдоль него. При отсутствии указанных приборов места утечек в трубопроводах можно определить с помощью заостренных металлических стержней диаметром 20-25 мм, погружая их в грунт по направлению водопроводной линии. Прослушивание производится непосредственно на слух или с помощью усиливающей мембранной трубки.

Для усиления шума, создаваемого вытекающей из трубопровода водой, в трубопровод вводят сжатый воздух, который создает резкий, хорошо воспринимаемый микрофонами шум.

Эффект применения звуковых (слуховых) приборов зависит от местных условий, технических данных аппаратуры и опыта оператора.

Затухание звуковой волны в грунте имеет квадратичную зависимость от расстояния, причем увеличение глубины прокладки трубопроводов повышает требования к чувствительности и избирательности аппаратуры. При залегании трубопроводов более чем на 4 м этот метод не применим, за исключением наличия повреждений, имеющих большие уровни шумов.

На работу этих приборов оказывают влияние шумы города и источники электромагнитных излучений. В некоторых случаях эти шумы превышают шумы аварий и поэтому работы по определению мест течи приходится производить в ночное время. В качестве таких приборов - искателей повреждений можно назвать следующие: "Гидролюкс ХП-66", "Гидролюкс ХП-2000", "Аквадрон" фирмы "Северин" и "Себа-Динатроник" (ФРГ), прибор фирмы "Фишер" (США), "Гидродефект" (ВНР), ЛСИ-101 завода РФТ (ГДР) и ПТ-2 и ТЭА (СССР).

В настоящее время для определения утечек на вооружение эксплуатационных служб поступают установки с корреляторами шума: ДФ-02 и ДФ-3000 фирмы "Метравиб" (Франция); КС-1000 фирмы "Фудзи Тэком" (Япония); МК-2 фирмы "Пальмес" (Англия). Названные установки могут применяться для обнаружения утечек на водопроводных трубопроводах любых видов (стальных, чугунных, асбестоцементных, свинцовых, пластмассовых), на напорных трубопроводах канализации и водостоков, на газопроводах низкого, среднего и высокого давления и других промышленных трубопроводах.

Корреляционный метод обеспечивает высокую точность и надежность обнаружения мест утечек по сравнению с ранее применяемыми методами, основанными на улавливании шумов, образующихся в местах утечек из трубопроводов.

Принцип действия корреляторов основан не на определении звука, а на сравнении и нахождении по длине трубопровода звуковых сигналов. Прибор определяет разницу во времени прихода двух подобных звуковых сигналов, которые фиксируются первичными преобразователями, установленными на противоположных концах испытываемого участка трубопровода (рис.3.12). В коррелятор вводятся табличные данные скорости звука для данного трубопровода и расстояние между первичными преобразователями, после чего он автоматически производит вычисление расстояния от местонахождения утечки до одного из преобразователей по формуле

(3.27)

где - расстояние между местом течи и первичным преобразователем; - расстояние между двумя первичными преобразователями; - скорость звука в трубопроводе; - разница во времени прохождения звуковых сигналов между местом утечки и первичными преобразователями.

Рис.3.12. Определение течи на трубопроводах корреляционным методом

и - первичные преобразователи; - расстояние между местом течи и первичным преобразователем; - скорость звука в трубопроводе; - разница времени прохождения звуковыми сигналами расстояния между местом утечки и первичными преобразователями; - место течи; - расстояние между местом течи и первичным преобразователем

Коррелятор одновременно может сопоставлять множество сдвинутых во времени точек и постоянно выдает на дисплей результаты вычислений параметров корреляции. С помощью метки на экране дисплея отмечается максимум корреляции, после чего на цифровом индикаторе мгновенно выдается расстояние до утечки.

Выбор предварительного рабочего расстояния может колебаться от 100 до 800 м, требуемое напряжение электрического тока 12 В, сила тока 6,2-6,8 А.