І.7. Регулювання тиску в системі

Дуже важливою величиною, яка характеризує роботу водопровідної мережі, є тиск, який вимірюється висотою стовпа води над поверхнею землі.

Вільний тиск у мережах господарсько-питного, виробничого та протипожежного водопроводу рекомендують визначати відповідно до вимог ДБН В.2.5-74:2013, при цьому нормуються такі показники. Зокрема, мінімальний вільний тиск у мережі водопроводу для одноповерхової забудови має становити не менше ніж 10 м (1 атмосфера), при більшій поверховості будівель – на кожен поверх додають ще 4 м (0,4 атм). Максимальний тиск у мережі водопроводу не може перевищувати 45 м (4,5 атм). Відповідний тиск повинні забезпечувати насосна станція І або ІІ підйому та засоби регулювання тиску (наприклад, водонапірна башта та ін.), оскільки в години максимального водоспоживання вода подається у мережу також із водонапірних башт. Належний тиск потрібно підтримувати в кожній точці мережі.

В якості засобів забезпечення тиску розглянемо такі варіанти:
  • Водонапірна башта
  • Резервуар чистої води
  • Частотно-регульована насосна станція (насосна станція з насосами з регульованим приводом)
  • Гідропневматична установка

Водонапірна башта

Практика засвідчує, що регулююча ємність баків водонапірних башт залежить від добової подачі й зазвичай становить від 2,5-3 до 5-6% добової подачі за нерівномірної (ступеневої) роботи насосів або 8-15% і більше за рівномірної цілодобової роботи насосів (ВБН, п. 10.5).
Водонапірні башти можна розміщувати і в початковій, і в інших точках мережі, зважаючи на рельєф місцевості та конфігурацію мережі.
За чинними нормами будівельного проектування, бак водонапірної башти в селищі, виконуючи функції регулюючого резервуара, також має вміщувати такий запас води, якого вистачило б на гасіння однієї внутрішньої та однієї зовнішньої (якщо йдеться про промислові підприємства – однієї внутрішньої) пожежі протягом 10 хвилин.
Інколи рельєф місцевості дає змогу будувати замість водонапірної башти напірний резервуар, який розміщують на підвищенні поблизу населеного пункту. Ємність таких водонапірних резервуарів визначають за тими самими принципами, що й місткість баків водонапірних башт.
Детальний розрахунок необхідної висоти, об’єму водонапірної башти, а також місця її встановлення зазвичай виконують на стадії розробки ПКД.

Приклад.
Визначення ємності водонапірної башти
Припустімо, добові витрати максимального водоспоживання становлять: Qд max = 396 м3 за добу (з прикладу 1).
Пожежні витрати води (одна зовнішня та одна внутрішня пожежа)становлять:
Qпож = (10 + 5) 15 л/сек. = 54 м3/год.
На гасіння пожежі протягом 10 хвилин знадобиться такий обсяг води:
ω пож = 54 ×10 / 60 = 9 м3 .
Ємність водонапірної башти, за рівномірної роботи насосів, має становити 10% від добових витрат води:
Wбашти = (0,10× 396) + 9 = 48,6 м3.
Отже, потрібно обладнати башту Рожновського (див. пояснення в тексті) ємністю 50 м3.

Конструктивне виконання водонапірних башт

У системах водопостачання використовують башти таких типів:
Тип башти (резервуара)       Умови влаштування  Характеристики   Переваги/Недоліки  
Башта Рожновського (Рис. 16)  Використовується в невеликих системах сільськогосподарського водопостачання, з малими витратами води  Металеві башти об’ємом 5, 10, 15, 25 і 50 м3. Обладнання башти складається з подавального (відвідного) трубопроводу, переливної та спускної труби. Трубопроводи в межах башти виготовляють зі сталевих труб  • Широко використовується
• Помірна ціна
• Потребує постійного догляду, зокрема 
Водонапірна башта із баками із пластику (Рис. 17)  Використовується в системах селищ та невеликих міст  Зварний бак, виконаний із пластикових стільникових конструкцій. Циліндрична опора, виконана з металевих конструкцій. Ємність приймальної частини – 25100 м3. Монтуються на підготовленому фундаменті та металевій чи цегляній основі визначеної висоти; висота опори – до 20 м. Для захисту пластикового корпусу від дії ультрафіолетового проміння та нагрівання зовнішня поверхня башти покривається спеціальною сонцезахисною фарбою  • Сучасна конструкція
• Герметична та гігієнічна
• Не потребує постійного фарбування
• Вища за металеві башти інвестиційна вартість 
Цегляна (бетонна) водонапірна башта  Широко використовувалися раніше в системах селищ та невеликих міст Зварний металевий бак, циліндрична опора, виконана з металевих конструкцій або цегли. Ємність бака може становити до 200 м3, висота опори – до 25 м   • Застаріла конструкція
• Ремонтна спроможність – невисока
• Потребує постійного догляду
• Вища вартість експлуатації

Незважаючи на те, що системи водопостачання із водонапірними баштами широко використовують у населених пунктах, вони мають ряд недоліків:

1. Порівняно висока вартість башти та монтажних робіт (не менше 150 тис. гривень).
2. Враховуючи значну вартість нової башти, часто використовують існуючі башти, змонтовані або демонтовані, що зазвичай використовувалися раніше сільськогосподарськими підприємствами. Очікуваний термін експлуатації таких башт суттєво менший. Можна припустити, що через нетривалий час знадобиться встановлювати нову башту, що потребуватиме додаткових коштів та інших ресурсів.

Рис. 16. Приклади влаштування металевих башт Рожновського в селах Вінницької області

3. Більша (порівняно з іншими типами обладнання) частота обслуговування башти. Обслуговування необхідно здійснювати із періодичністю 1 раз на 2-3 роки: усунення течі, чищення, дезінфекція, фарбування, додаткове обвалування, ліквідація несправностей у роботі автоматики тощо). Це потребує значних витрат та ресурсів, через що не завжди такі заходи вчасно здійснюють. Територію поблизу башти в радіусі не менше 50 м необхідно утримувати у чистоті, захищеною та облаштованою, що робиться не завжди.
4. Вигода в наявності запасу води на випадок аварійного відключення електроенергії сумнівна. Струм може бути вимкнено у той момент, коли рівень води у башті знаходиться у нижчій точці або близько до цього.
5. Недостатня увага до обслуговування башти може призвести до несправності автоматики. Через це ймовірне часте переливання води і замерзання її на стінах у зимовий період. У свою чергу це може призвести до руйнування конструкції та падіння водонапірної башти.
6. Унаслідок розгерметизації башти та появи іржі у середині башти погіршується якість води. Використання башт із баками із пластику частково мінімізує проблеми, пов’язані з використанням башти як металевої конструкції.

Рис. 17. Вигляд башти з пластиковим баком (фото взято з ресурсу: http://www.energoresurs-water.com/vodonapirni-bashti-polietilenovi)

Резервуари чистої води

У системах також можуть використовувати резервуари чистої води (РЧВ). РЧВ – накопичувальна ємність, у якій знаходиться запас води питної якості. РЧВ використовують у якості:
•накопичувальних ємностей – для компенсації нерівномірності споживання води протягом доби;
 •для створення аварійного запасу води – на випадок пожежі або відмови насосного обладнання

Конструкції резервуарів

У системах водопостачання використовують резервуари таких типів:
Тип башти (резервуара)       Умови влаштування       Характеристики  Переваги/ Недоліки  
Резервуари з залізобетонних елементів  Використовуються як резервуари запасу води в системах сільськогосподарського водопостачання  Об’єми резервуарів від 50 до 2000 м3 і більше. Виготовляються в монолітному або в збірному варіантах  • Широко використовуються • Висока ціна
• Потребують постійного догляду (можуть бути не герметичними) 
Резервуари з іржостійкої сталі та відповідно утеплені  Використовуються як резервуари запасу води  Об’єми резервуарів від 50 до 1000 м3  •Використовуються порівняно не часто
• Висока ціна
• Потребують постійного догляду 
Резервуари з полімерних матеріалів (пластикові ємності) (Рис. 18)   Використовуються як резервуари запасу води. Можуть бути встановлені наземно, підземно, інтегровані в будівлю, ідеально виконуючи також функції пожежних резервуарів. Постачаються як у вертикальному, так і в горизонтальному виконанні  Об’єми резервуарів від 10 до 500 м3. У базову комплектацію входять: сталеві сходи, горловини, герметичні люкилази. Конструкцією передбачено наявність систем переливу, спорожнення, рівнемірів, регулюючої автоматики, приєднувальних патрубків, за необхідності – занурених насосів  • Сучасна конструкція
• Не потребують постійного догляду (герметичні)
• Легкі в монтажі
• Висока ціна


Рис. 18. Конструктивне вирішення резервуара з полімерних матеріалів

Прилади частотного регулювання роботи насосних агрегатів

З огляду на специфічність, невелику потужність встановленого насосного обладнання питання про те, як зменшити енергоспоживання в сільських водопровідних системах, розглядають порівняно рідко. А оскільки тарифи на електроенергію постійно підвищуються, то впровадження енергоощадних технологій вбачається актуальним. Одним із способів ефективного вирішення цього питання є встановлення системи автоматичного підтримання тиску (рівня) води в башті за допомогою частотних перетворювачів (Рис. 19). При цьому частотний перетворювач може суміщатися з баштою і використовуватися для регулювання тиску в системі напряму.
Перетворювач частоти дає змогу регулювати тиск на виході з насосного агрегату, змінюючи швидкість обертання робочого колеса насоса. Тиск, який потрібно підтримувати, задають за допомогою перетворювача частоти і контролюють завдяки датчику тиску. Крім того, відповідно запрограмований перетворювач частоти зупиняє агрегат у разі припинення водорозбору (наприклад уночі). Програмований логічний контролер перетворювача уможливлює функціонування системи за різними сезонними або добовими графіками водоспоживання.
Упровадження частотного регулювання також дає змогу:
• скоротити витрати на обслуговування водонапірної башти;
• створити надійну систему захисту насоса і зняти обмеження на кількість пусків (зупинок);
• істотно зменшити енергоспоживання (приблизно на 30%).


Рис. 19. Приклади влаштування частотних перетворювачів
З одного боку, застосування регульованого приводу створює передумови для стабілізації тиску у водопровідній мережі, а отже і для економії електроенергії, скорочення витікання та втрат води. В деяких випадках, маючи регульований привід, можна відмовитися від використання громіздкої і досить дорогої споруди – башти Рожновського.
З другого боку, використання регульованого приводу ускладнює експлуатацію обладнання (виникає потреба у більш кваліфікованому обслуговуванні). Впровадження частотного регулювання призводить до збільшення капітальних витрат. Також, якщо припиняється енергопостачання або виходить із ладу глибинний насос (за відсутності башти), село може залишитися без водопостачання. Водночас підвищити надійність системи можна за рахунок використання додаткових свердловин.
При застосуванні приладів частотного регулювання мають бути виконані такі вимоги:
•підтримання плюсової температури в приміщеннях, де встановлено обладнання;
•додатковий захист від вологи;
•забезпечення стабільного енергопостачання.
Установлення приладів частотного регулювання економічно доцільне для населених пунктів, які динамічно розвиваються (передбачено зростання кількості населення, створення нових підприємств). У такому випадку доведеться споруджувати башти більшої ємності, відповідно можуть стати невиправдано великими капітальні витрати на їх придбання та встановлення.
У будь-якому разі використання приладів частотного регулювання в сільських водопровідних системах має бути економічно обґрунтованим.

Гідропневматичні установки

У системах водопостачання невеликих об’єктів застосовують також гідропневматичні установки. Вони виконують роль водонапірної башти. Необхідний напір у них створюється тиском повітря. Вартість придбання та встановлення гідропневматичних установок набагато нижча за водонапірні башти – щонайменше в 3 рази.

У сучасних конструкціях (Рис. 20) гідропневматичні установки складаються з баків, у яких повітряна подушка відділена від води рухомою гумовою мембраною (з бутилового каучуку). У зв’язку з цим гідропневматичний бак, заповнений перед пуском установки необхідною кількістю повітря, забезпечує розрахунковий режим роботи установки без допомоги компресорних пристроїв або регуляторів запасу повітря.

1 – свердловина;
2 – насос;
3 – шафа керування;
4 – манометр;
5 – гідропневматичний бак;
6 – мембрана

Рис. 20. Конструкція гідропневматичної установки

Характеристика та доцільність улаштування гідропневматичних установок:
Тип регулюючої ємності Умови влаштування Характеристики Переваги/Недоліки
Гідропневматичні установки  Використовуються як регулюючі ємності та резервуари запасу води в системах сільськогосподарського водопостачання Об’єми резервуарів від 200 літрів до 10 м3 і більше. Встановлюються в місцях, де немає можливості встановити башту Рожновського  • Широко використовуються
• Запобігають гідроударам, збільшуючи термін служби насосів
• Гігієнічні й зручні в експлуатації
• Вартість менша вартості башти Рожновського


Переваги такого обладнання порівняно із використанням водонапірних башт такі самі, що і під час використання частотно-регулюючої насосної станції – компактність, надійність, економічність, хороші експлуатаційні та санітарно-гігієнічні якості. Залежно від габаритів обладнання може монтуватись у одній споруді зі свердловиною (Рис. 21), у камері, збудованій поряд (Рис. 22), окремій будівлі (Рис. 23).

Рис. 21. Розміщення гідропневматичних баків у камері поряд зі свердловиною

Рис. 22. Розміщення гідропневматичних баків у одній споруді зі свердловиною

Рис. 23. Розміщення гідропневматичних баків у окремій будівлі

← Назад    Далі →