《给水管网》PPT课件.ppt

1 袁一星 给水管网 2 绪论 一 任务学习给水系统的基本知识 给水系统的组成部分 各部分的作用 主要建立观念概念 研究给水管网的基本理论 管网平差理论 管网的经济济数计算理论 节能理论 掌握给水管网设计计算的基本技能 方法 依据 建立整体优化的基本思想 管网调度优化等 一学习给水系统的基本知识1什么是给水系统 给水系统定义给水系统是市政工程重要的组成部分 是城市建设的基础设施给水系统是水工业的主要体现给水系统是具备取 净 配水功能的各种构筑物 设施的组合系列体什么是水工业问题 A传统的观念 B现状 C未来2有哪些组成部分 给水系统内容3特点A基础性 先行 地下 B特殊性 工艺特殊 管理特殊 C规划性 城建 水量预测 4相关知识A水泵知识 B城规知识 C水文知识5给水系统的发展方向A系统的工厂化 B管理现代化 C发展 D别墅 3 绪论 二研究给水管网的基本理论1管流水力学2管网水力计算理论 平差理论 3技术经济计算理论 水系统 管网系统 4节能理论 能量分配计算 5管网分析计算基础 线性规划 6电算理论 专门 7管网系统可索性理论三掌握给水管网设计计算的基本技能1学习设计的依据 过程 体现工艺设计特点 2掌握设计方法 技巧 主要参数3完成特定条件下的管网设计计算 计算 图 说明 四建立宏观控制整体优化的基本思想1掌握给水系统的流量 压力关系 互相制约 2优化运行 基础 介绍现状 4 绪论 二 地位及作用一地位 专业性 实践性较强的主干课程二作用 1巩固专业基础 基础课2提高对管网工程的认识A管网工程决定给水工程造价B管网工程给水工程方案选定的主要依据C管网工程是给水系统的命脉D管网工程是给水系统发展的基础条件3作为理论向设计转化的桥梁 5 第一章给水系统 1 1用户对给水的要求 本章从宏观上给出给水系统的基本知识 使大家建立整体意识 用户的类别一稳定型 工厂 企业 轧钢 热电 化工 饮食等 特点1水量大且稳定 2二间断型 居民 餐厅 服务行业特点1用水量规律多变 时间不定 地点不定 大小城市 2有明显用水高峰 低谷现象三集中型 市政用水 规律用水特点有固定的用水时间四临时型 建筑工地 消防特点随机性 不预测性五储备型 小区水库 建筑群特点利用用水低峰时的实际用水 实际水源 低峰进水六运输型 无给水设备地区特点时间固定 水量小为什么要研究此问题 划分用户类别的定义1搞清管网现状 用水规律 2为系统实用优化提供依据 6 1 1用户对给水的要求 二 生活用水生活用水是指工业企业 机关 学校 部队 旅馆 餐厅 浴室和家庭的饮用水 洗涤 烹调和清洗卫生等用水 以及工业企业内部工人的生活用水和清洁用水 范围 饮用水 清洁用水 食用水一水量 生活用水量的多少随当地的气温 生活习惯 房屋卫生设备情况 供水压力 水费标准 收费方式等因素而不同 对工厂来说 企业性质影响生活用水量 轧钢厂与纺织厂南方用水量大于北方 同一地区夏季大于冬季 集中水小于分散取水等 居住条件的变化 生活卫生器具的完备程度 二水压 为了供应用水户的用水 管网必须保证一定的水压 即自由水压 丛地面标起 这是对生活用水而言 1规定 一层10m 二层12m 二层以上每加一层增加4m 高层除外 2分压给水 地形影响 高层影响 管道耐压A城区分区 B系统分区三水质 外观无色 透明 无臭无味 不含致病毒物质 7 1 1用户对给水的要求 三 生产用水生产用水是指工业企业生产过程中 使用的水 如 冷却用水 发电厂 钢铁厂 锅炉用水 软水 原料水 啤酒 冷饮 洗涤水 矿山 印染用水等以水为原料 为辅助工艺钢铁用水 码头用水 绿地 一水量 根据生产工艺不同而异 如 大电力厂用量大二水压 根据生产工艺不同而异 一般整体设计只考虑一层压力三水质 超纯水 电子工艺 纯水 软化 冷却水生产用水的水质要求 与生产工艺过程和产品种类有密切的关系 食品工业用水 制酒 食品加工 饮料电子工业 制药 超纯水原子反应堆 高纯水等 四 消防用水水量 规范 水压 低压消防10m 水质 无特殊要求 8 1 2给水系统的组成和布置 一 给水系统的分类给水工程在人们生活和工农业生产中占有重要地位 在现代化工业企业中 为了生产上的需要以及改善工人的劳动条件 水是必不可少的 我国给水工程已有百余年的历史 是最早的有给水事业的国家之一 1879年 旅顺口 取地下水的集中给水系统1883年 上海杨树浦水厂 目前产量140万T d1898年 天津介园水厂发工情况 49年 全国只有72个城市有给水厂 每日供水量240万吨 供水管长度6500公里83年 每日供水量9121万吨 供水管长度56850公里 不含城镇工业企业 一按使用目的 生活饮用给水 生产给水 消防给水二按服务对象 城市给水 城镇给水 工业给水 直流 循环 循序 三按水源种类 地表水给水系统 江河 湖泊 水库 哈市 上海 大连 长春地下水给水系统 浅层地下水 深层地下水 泉水 沈阳四按供水方式 重力给水 压力给水 混合给水系统 9 1 2给水系统的组成和布置 二 给水系统的组成给水系统由一系列互相联系又有各自工作特性的构筑物组成 它的任务是从天然水源取水 按照用户对水质的要求进行处理 然后将水输送到给水区 并向用户配水 一以地表水为水源的给水系统 10 1 2给水系统的组成和布置 二以地下水为水源的给水系统 11 1 2给水系统的组成和布置 三各组成部分的主要特性1取水部分 从水源取水 包括地下 地表 然后将水输送到水厂 在设计时要有一定的保证率 地点的确定 安全度 保证率 技术要点 保证率 卫生2净水部分 对天然水源的水进行处理 使其符合水质标准 通常说的水厂就是指这部分处理构筑物的组织 常规流程 混合 投药 反应 沉淀 过滤 消毒技术难点 A投药量的控制 B良好的水力条件 流程对称 流速控制 3配水部分 管道部分是将水送到水厂或用户这是调节构筑物 水量调节 水塔 高位水池 也有恒压作用 包括二级泵站 输水系统这部分基本上是隐蔽工程 因此有规划性 高质量的要求 管网 干管 分配管 设计只限于干管 技术难点 A二泵站与管网运行的配合 优化 B扩建工程 现状分析 12 1 2给水系统的组成和布置 三 给水系统的布置形式一统一给水系统 以地表为例 特点 1管理方便 集中 2水质统一 3管网压差大 漏水 费能 13 1 2给水系统的组成和布置 二分质给水系统1不同水源的分质 2同一水源取水位置不同的分质要注意 工业用水的水质要求 是否可以在河流下游取水 特殊水质 14 1 2给水系统的组成和布置 3处理工艺不同的分质 特点 A满足不同水质要求的用户需要规律 饮用水 冷却 沉淀后 浊度不同 对用户而言是经济的B减少处理构筑物的一部分管道费用 造价费 运行费 C被分的水要占有相当的比例 经济比较 比例小 不经济 单设水厂 管线D管线比较复杂4中水道分质 非饮用 污水处理后 15 1 2给水系统的组成和布置 三分压给水系统 分区给水系统 城市沿河岸发展特点 节能 造价高 16 1 2给水系统的组成和布置 四多水源给水系统或者双河流 同在上游取水 特点 1保证供水的安全性2便于城镇的发展 供水系统的扩建3管网压力趋于合理状态 在保证自由水头的前提下 均匀4管理不便 各水厂出水量的分配 17 1 2给水系统的组成和布置 五区域给水系统特点 可保证供水水质 增加电耗 管网造价高 18 1 2给水系统的组成和布置 四 影响给水系统布置的主要因素一城镇规划及工业企业的布局1以给水系统为城镇规划及工业企业布局的基础条件A现有设施及水源的影响规划应考虑水源 给水系统 以系统为中心扩建 无水源开发新企业B适当根据用户的水压要求 进行适当归类层数 工厂性质 高层可集中 高压户在首端 低区重复用水 19 1 2给水系统的组成和布置 2给水系统应以城镇规划及工业企业布局为布置设计的依据A工业企业建筑规模标准和计划人口决定给水工程的设计流量近 远期 包括工业增长情况 10 15年水量预测 B功能区的分布决定管网的布置工厂位置 学校 管网干管走向 环数 水塔 水池位置C建筑物标准决定管网的压力 自由水头 平均层数 高层除外D农业灌溉 航运 旅游业的规划决定水位置和规模 E城镇等级及企业重要性决定给水的可塑性 双输水管不断水 双输水管 双电源 双水源 管网成环 事故储备 抗衰要求 F给水系统按远期规划 近期设计先按一个水源 树状网 土建近期 设备远期G生产用水要求决定给水系统的布置形式改善用水规律 重复 多用 统一 分质的方案比较 20 1 2给水系统的组成和布置 二水源条件任何城镇 都会因水源种类 水源距给水区的距离 水源水质条件的不同而影响到给水系统的布置 水源种类 1优先地下水源如果该地地下水水源丰实且水质符合水源水质标准 应先取用地下水作为水源 因为可省去处理构筑物 省去一些输水管线 节能工程造价 在此条件下 输水管 多水源系统 便于水量调配与调节 便于系统扩建 2重力输水的水源 泉水 高位水池 可省去泵站 节能在此条件下 管网服务面积固定 不利发展3远距离输水的水源就近水源贫乏 地下水位下降深度大 河水枯竭 必须取远处水源 这就增加了输水管长度及中途提升泵站 引滦入津 234公里 引碧入连 127公里 21 1 2给水系统的组成和布置 三地形条件1串联给水系统地形较陡 供水区域垂直河流发展2并联给水系统总之 给水系统的设计是一项复杂的工作 在多种影响因素下 应根据原始资料 提出几个方案 进行技术经济比较 确定最佳方案 也是一个规划性问题 22 1 3工业给水系统 在一般情况下 工业用水常由城镇管网供水 即统一供水系统 在某些情况下 水质要求不同 距离管网距离远 用水量大 也自称系统 工业用水特点 水量大 水质不高 水量小 水质高一般若水量大于全市用水量的三分之一 就可考虑分质给水 工业给水系统 根据使用情况可分为直流 循环 循序三种方式 23 1 3工业给水系统 一 直流给水系统指工业生产用水由就近水源取水 需要时 可经过简单处理 使用后直接排入水体 一般 冷却用水 取水点可上下游 水的利用率较低 24 1 3工业给水系统 二 循环给水系统指使用过的水经过适当处理后再行回用 在循环过程中 消耗的水量可从水源取水加以补充 25 1 3工业给水系统 三 循序给水系统指根据各车间对水质的不同要求 将水重复利用 26 1 3工业给水系统 四 企业水量平衡规律一内部各组成部分二水量与工艺的关系三先局部平衡 再整体平衡四平衡图 27 1 3工业给水系统 五 工业给水系统布置的影响因素一水量平衡 用水规律 用水量大 浪费大二生产工艺三区域混合管线布局 热 电 四消防系统五安全储备量六工业水处理系统的配套本章重点 1用户对给水的三方面要求2给水系统的分类与组成及各组成部分的作用3工业给水系统的形式难点 给水系统布置形式的确定 28 1 3工业给水系统 六 工业给水系统运行特点一供水量具有一定的稳定性 泵站工作制度简单 二供水水质差别大 不同类型企业 各自建水源系统 三水的重复使用 建立循环系统 水量大 因而提高利用率 四管网布置简单 管径小 距离短 但阀门较多 五系统应具有保证安全供水的适当措施 双条管线 备用水泵 水井 29 第二章设计用水量 设计用水量是确定给水系统中各构筑物 取 净 配 规模的主要依据 影响因素 生活 习惯 环境 水费生产 生产工艺 设备先进程度 管理水平 产量与销售消防 防火等级 灭火措施 灭火方法 30 第二章设计用水量 2 1用水量标准 给水系统的设计用水量是根据用水量标准而定的 用水量标准具有一定的政策性和法令性 涉及面很广 它的选定 直接影响工程的投资 今后用水量的保证率等 一 生活用水量标准是指每人每日的生活用水量 工厂每班每人生活用水量或淋浴用水量 见规范规定 此外 浇路 1 1 5l 次 平方米 绿化 1 5 2 0l 天 平方米工业企业 生活 一般车间25l 人 班高温车间 35l 人 班淋浴见规范40l 人 班60l 人 班 二 生产用水量标准生产用水量标准应根据生产工艺过程的要求确定 有两种标准 一种 单位产品计量 如每生产一吨钢要多少水二种 每台设备 每天计量 一般生产用水量标准由生产部门提出 实际上 生产用水量因生产工艺过程 生产设备 用水的综合利用的不同而有差别 由于水源的缺乏 节约生产用水成为一个十分重要的问题 三 消防用水量标准用水量各种标准的确定方法 1实测 2类比 3数理统计 4标定 31 2 2用水量变化 无论是生活用水量 还是生产用水量 在一年中的每天 都在变化的 生活用水量随生活习惯和气候而变化 如假期比平时高 夏季比冬季高 在一天内 早晨起床后和晚饭后用水量最大 生产用水量的变化幅度可小一些 一 基本概念一最高日用水量 在设计年限内 用水最多的一日的用水量 最高时间水量 在最高日内 用水最多的一小时的水量 它决定水处理系统各构筑物的规模 二日变化系数 在一年中 最高日用水量与平均日用水量的比值 三时变化系数 在最高日内 最高一小时用水量与平均时用水量的比值 二 日用水量变化曲线一绘制 P14表 32 2 2用水量变化 33 2 2用水量变化 1生活用水量变化已知2求出时变化系数二意义1确定二级泵站工作制度的依据 工作制度 选泵 2确定调节流量的依据3反映用水户的多少及大用户用水量 城市大就平缓 三 城镇用水量变化的影响因素一受环境因素影响较大 每天都变 气候 季节二与工业企业的生产状况相关 占比重大 三受给水设施的完善程度影响 日趋完备 用户 自来水公司 四受供水规律的影响 一 二泵 供电 修复 34 2 3用水量计算 一 最高日用水量的求法一居住区 城镇 最高日生活用水总量 第i日生活用水量标准 计划人口数二工业企业职工生活用水及淋浴用水三工业企业生产用水四公共建筑 浇洒道路 绿化用水五未预见用水 10 20 最高日用水量 例3 P73 35 2 2用水量变化 二 应注意的问题一正确选择用水量标准 生活 生产 在设计年限内二用水量逐时变化规律的确定 生活 全天 三未预见水量 浇地 水量的分配本章重点与难点 最大日用水量的求法及逐时变化曲线的绘制正确选择用水量标准 36 第三章给水系统的工作情况 引 上一章我们已经了解了用水量的变化规律 这只是用户的需求情况 并没有设计到给水系统内部的流量情况 因此提出两个问题 1给水系统如何适应这种变化规律2给水系统内部各组成部分有怎样的流量关系 在进行设计时应如何考虑各部分的流量问题 泵站的供水曲线及设计流量用水量变化曲线是反映每小时用水量占全天总用水量的百分比 同样 泵站的供水曲线是反映每小时供水量占全天总供水量的百分比 3 1给水系统的流量关系 37 3 1给水系统的流量关系 一一泵站的供水曲线及设计流量供水曲线 水平线4 17 设计流量 地下水 自用水系数1 05 1 10T 每天工作时数 24小时 38 3 1给水系统的流量关系 二二泵站的供水曲线及设计流量供水曲线 工作制度 的确定与用水曲线有关 1供水曲线应尽量接近用水曲线 不多于三级 A提高水泵的工作效率 开启次数 高效段 B减少调节容积二级 A 12 B 12 100 39 3 1给水系统的流量关系 一 二 给水系统的流量变化过程用水量是变化的 供水量是怎么变化呢 各部分的流量关系 40 3 1给水系统的流量关系 41 3 1给水系统的流量关系 由该系统图 一各部分的工作流量 设计 不同在一天中是在变化的 只有一泵不变二水塔与清水池的作用正是由于这个作用 解决了供需矛盾 调节流量的作用水塔和清水池统称为给水系统内的调节构筑物 1调节构筑物存在的可能性 意义 从反面来说明 不存在调节构筑物 A提高水泵的效率如果二泵站的供水线等同于用水线 用水不平缓 高低起伏 这时要有多组不同型号水泵 效率低 超过三台每段 大功率电机启动影响电网 B满足水处理工艺的需要也就是一 二泵站的设计流量不能相同 提供给水厂的流量应是常年均匀的 最大日平均秒流量 投药量 消毒液用量 滤池面积 滤速 反应速度等 一天中不能变化流量 C方便水泵站的运行管理D降低管网的工程费用 高位水池 E提高供水的安全性 储备水量 消防用水 水压稳定 42 3 1给水系统的流量关系 2流量调节作用清水池调节一 二泵站的流量差额水塔 高位水池调节 二泵站与管网的流量差额即 当一泵站供水量大于二泵站供水量时 多余的水进入清水池 当一泵站供水量小于二泵站供水量时 不足的水由清水池流出 当二泵站的供水量大于管网用水量时 多余的水进入水塔 当二泵站的供水量小于管网用水量时 不足的水由水塔流出 43 3 1给水系统的流量关系 三设计用水量的供需平衡A调节量的大小与用水曲线 供水曲线有关B调节作用不因构筑物的位置不同而有异C清水池和水塔二泵站的调节量的关系降低工程费用 减少水塔容积在同一系统中 当用水曲线确定后 若供水曲线接近用水曲线 则水塔的调节容积就会减少 而且清水池的调节容积就会增大 反之 若一 二级泵站曲线 清水池的调节容积就会减小 而水塔调节容积就会增大 44 3 1给水系统的流量关系 三 水处理构筑物 地表水 的设计流量1供水量逐时不等2平衡的调节 水塔 水池 水泵5 10 旧平衡 新平衡 的变化 45 3 1给水系统的流量关系 四 输水管 管网的设计流量输水管指二泵站到管网的部分管线 一无水塔管网 最高日最高时平均秒流量二网前水塔从二泵站 塔最大 高 一级供水量从塔 网 管网 最高时 46 3 1给水系统的流量关系 三对置水塔以在最高时水塔输入管和二泵站输入管为设计流量 供水分界线 1不固定 仅在最高时当二泵供水小于用水时出现 2通过节点分界线上节点二泵 塔日时供水 举例 47 3 2水塔和清水池的容积计算 引 上节介绍了他们的作用 如果用水曲线较平缓 有时可不设水塔 但清水池必设 一 水塔的容积计算一总容积 W W1 W2m3W1 调节容积 有两种算法 一种是根据供水量和用水量变化曲线推算 已知供水曲线 日变化曲线 对应时间之间 另一种是根据经验估算3 6 QdW2 消防储水容积 10分钟市内消防量 二股射流 每股2 5升 秒 二 清水池容积计算总容积 W W1 W2 W3m3W1 调节容积 也是两种算法 有水塔 无水塔有水塔 一 二泵供水线差额 10 20 Qd无水塔 一泵与用水曲线差额W2 消防储水容积 按2小时计W3 水厂自用水容积 5 10 Qd 48 3 3给水系统的水压关系 引 讨论给水系统的水压关系 是为了求出扬程和塔高 上节阐述了流流关系 每一时的各组成部分的流量 都与系统各部分的压力对应 也就是给水系统的工作参数是Q H 是相互对应的 49 3 3给水系统的水压关系 一 一级泵站扬程的确定 50 3 3给水系统的水压关系 Hp H0 hd hsm式中 H0 静扬程 即吸水井最低水位和水处理构筑物最高水位的高程差 m hd hs 由最高日平均时供水量加水厂自用水量确定的吸水管 压水管和泵蛤管线中的水头损失 m 二 二级泵站扬程和水塔高度的确定一管网控制点所谓控制点是指管网中控制水压的点 该点的自由水压满足要求 其余各点均满足要求且高于控制点水压 离泵站最远 地形最高的点 这是管网计算中重要的概念 因为要以控制点为计算水头损失的起点 那么在设计时 首先要选定控制点的位置 不能以个别高层为准 特征 1地形最高点 2举二泵站最远点 3大用户点 51 3 3给水系统的水压关系 二无水塔管网的二泵站扬程 最高时 水压特征 1管网首末端压差大 2供水压力变化较频Hp Zc Hc hs hc hn m hs 吸水管 hc 输水管 hn 管网 Hc 自由 Zc 控制点与吸水井最低水位差特点 1管网压力高 2泵站制度 52 3 3给水系统的水压关系 三网前水塔管网的二泵站扬程和水塔高度水压特征 1管网压力稳定 2Ht局限性 达到设计流量前 之后 3供水压力较稳定Ht Hc hn Zt Zc m 如Ht 0 Zt Zc Hc hn m 高位水池Zt 水塔地点与清水池最低水位之差 53 3 3给水系统的水压关系 四对置水塔管网的二泵站扬程和水塔高度 54 3 3给水系统的水压关系 水压特征 1转输工况使得管网水压出现分值2供水压力分界线及其移动A控制点在与不在分界线上最低水位B移动C个别管径可能大如果控制点C在分界线上 在最大时由水泵和水塔同时向管网供水 可视为无水塔管网 网前水塔管网求Hp Ht 特点 1转输流量问题以最大转折时计2控制点不在分界线上时 不能用最小自由水头计算 因在分界线上任何点的自由水头应大于最小自由水头3在分界线上可放在管网个别管径 为转输需要4分界线的移动 不固定 55 3 3给水系统的水压关系 五网中水塔管网的二泵站扬程和水塔高度原因当成是有高地可利用 或保证大用户时 水塔可放在网中 构成网中给水系统 分为二种情况 根据位置不同 1水塔靠近二泵站这时若泵站供水量大于泵站与水塔间用户用量 类似于网前水塔 无明显的供水分界线 水压特征 同网前水塔管网Hp Ht Zt H0 hs hc hn m Ht Hc hn Zc Zt 56 3 3给水系统的水压关系 2水塔远离二泵站Hp Hc Zc hs hc hn m Ht Hb hn Zt Zb m Hp Ht Zt H0 hs hc hn m 这时控制点可能不在C点 供水分界线上 而在b点Hp和Ht相应提高这时的情况 网前水塔和对置水塔的综合 57 3 3给水系统的水压关系 六设加压泵站管网的水泵扬程形式 在给水区增大 用水量增加 水压不足的情况 增设加压泵站 水库泵站 这种供水方式类似于网中水塔情形 注意控制点位置 58 3 3给水系统的水压关系 水压特征 1控制点位置变化的可能性最大时 Hc C点为控制点 以C点计扬程最小时 Hb b点可为控制点 因为在最小时管网末端的水量需要经过全部管网运行 加压泵站停止工作 引起的管网水头损失hn hn大 而Hb Hc不能补偿 hn hn 值2节能 使管网水压趋于 漏水量也小 3管网扩建工程 上海 4减少部分管网管径5加压站间歇工作 晚间跌水入库 浪费能量 6加压站位置与经济技术比较 59 3 3给水系统的水压关系 三 消防时的二泵站扬程的确定一说明几点1消防时的管网压力为核算依据在设计时 管径扬程是按最大时流量确定的 而在消防时 对泵站和管网来说 又额外增加了消防流量 这时将增加管网水头损失 必须核算以最高时确定的管径和扬程能够否满足消防时的流量和压力的需要 2消防时的管网压力制度两种 高压网 低压网 我国普遍用的低压制消防 Hf 10m3二泵站在消防时的核算流量 最高时 消防 核算的等效管网为无水塔管径 60 3 3给水系统的水压关系 二无水塔管网Hp Hf Zc hs hc hn h Hf Zc m Hp h Hc Zc比较 h h Hc HfHp 就大于Hp 设消防泵 专用 并联 Hc HfHp 就小于Hp 不设消防泵 61 3 3给水系统的水压关系 三网前水塔管网Hp 求法同无水塔管网 若Hp Hp关水塔进出水管 反之可不关 62 3 3给水系统的水压关系 四对置水塔管网Hp 求法同无水塔管网 管网末端为消防时最不利点这时着火点在水塔附近 而消防时的水压线低于最大时水压线 所以水塔存水可以供消防时使用 但因容积小 很快会放空 63 3 3给水系统的水压关系 四 管网设计计算的核算条件目的 验证最高日最高时所确定的管径扬程能否满足其他情况水量 水压要求 1最高时加消防 2最大转输时 对立 3事故时Q设70 64 3 4给水系统可靠性和保证可靠性的方法 引 随着现代科学技术水平的迅速发展 作为系统工程之一的可靠性工程理论日益受到人们的广泛重视 近年来 在设计和管理上 已经开始应用可靠性的理论 可靠性和其他技术经济指标一样 成为评价系统优劣的主要指标 可靠性问题之所以得到重视 是因为系统 构筑物 设备互相有关 任意一部分损坏可能导致整个系统的故障 而整个系统的故障 将对社会和人的生活带来损害 65 3 4给水系统可靠性和保证可靠性的方法 一 关于可靠性 给水系统 的概念一什么是可靠性能连续可靠的工作 经济合理的保证完成预定的功能 或 给水系统的可靠性是指规定的使用状态下 在规定时间内完成预定功能的性能 预定功能 正常工作时 能保证用户所需的水量 水压和水质 事故情况时 水量水压和水质不能低于规定的限度 包括允许降低水压和减少水量的延续时间 对管网只有水压 水量 给水系统的可靠性是在工程设计中必然要考虑的问题 这样可以减少因故障而引起的损失和维修费 当然为提高可靠性 必然要花费一定的费用 但由于不可靠也会造成费用的损失 如图文 两者应加以权衡而取得最优的可靠性 可能性用可靠度F来表示 这是一个定量指标 它表示任何系统在规定条件下和规定时间内 完成规定功能的概率 可靠度0 F 1 F 1最可靠 F 0最不可靠 66 3 4给水系统可靠性和保证可靠性的方法 二可靠性与费用的关系 67 3 4给水系统可靠性和保证可靠性的方法 三影响系统可靠性的诸因素给水系统的故障的发生为随机事件 是无法预测的 一般只有从以往的事故记录的统计资料中进行分析和整理后 可得出可靠性指标 因此具有概率性质 1设计和施工的差错设计的一个主要差错就是用水量预测的误差 使得计算流量小于实际流量 施工 标高的差错 水厂的稳定流量的影响 泵轴标高 地下水位的影响 2长期使用引起的损坏和通水能力的降低管网腐蚀 管漏 接口处不严 管内沉积 使得过水断面减小 通水能力小于70 就发生事故 3水流的水位下降 水质恶化水源危机4供电系统失灵 突然断电 因而停泵5自然灾害的影响应用概率论依据 串联系统 任一部分发生故障即会使整个系统处于故障 也就是整个系统必须所有部分都无故障且同时发生 并联系统 任一部分发生故障不会使整个系统处于故障 只有一部分故障才会使整体故障 要使整体系统出现故障 所有部分须故障 同时发生 68 3 4给水系统可靠性和保证可靠性的方法 二 保证给水系统可靠性的方法一可靠性的概率计算给水系统可靠性用可靠率来表示 主要的指标为无故障工作概率 即在一定期间内未发生故障的概率 若系统不可靠则指标为故障概率 他们分别表示为F t 和D t 且F D 11无备用系统的概率计算 串联系统 A无故障工作概率n 系统内组分数 净水构筑物 泵站 水塔 管线 阀门等 串联部分 并联部分 工作组分 备用组分 fi 第i个组分的无故障工作概率 n个组分的无故障工作概率之积如组分类型相同 仅在管网上 都是管线 即fi f 随时值一样 69 3 4给水系统可靠性和保证可靠性的方法 B故障概率Dt 1 Ft如组分类型相同 Dt 1 fn可见 n增加 Dt增加 f 1 因此无备用系统可靠性不高 P26表 结论 1组分越多 可靠度越差2系统的可靠度小于任一部分的可靠度总组分m 工作组分n 备用组分m n 备用化对于并联系统 同有每个组分同时发生才有DtA故障概率d 第i个组分的故障概率如组分类型相同 70 3 4给水系统可靠性和保证可靠性的方法 B无故障工作概率如组分类型相同结论 A组分数越多 可靠度越大B系统可靠度大于组分可靠度C系统的故障概率小于组分的故障概率 例 P27 71 3 4给水系统可靠性和保证可靠性的方法 二保证可靠性的方法1给水系统备用 并联 组分的设置水厂工艺分两段流程每段设流量 满负荷 不小于70 Qd 环状网 并联输水 连接管 管段数 备用泵 其他设备 2建造蓄水池当管线突然损坏 应即措施 容量可供修复时间内用水 3增加同类型组分的数 给水系统的扩建 为扩建预留地 分期施工 多水源4加强给水系统的维护及管理管道清洗 管道防腐 管网现状工况分析5提高设计质量保证施工质量本章重点难点 给水系统的流量以及水压关系 给水系统可靠性的概念及保证可靠性的方法 各组分的设计流量的确定及绘出水压线图 给水系统各部分的设计流量及求法 包括调节流量 例 72 第四章管网和输水管布置 输水和配水系统是保证输水到给水区内并且配水到所有用户的全部设施 它包括 输水管渠 配水管网 泵站 水塔和水池等 73 第四章管网和输水管布置 4 1管网图形 图形由节点和管段组成 有树状网 环状网 74 4 1管网图形 节点 水源点 二泵站 水塔 水池 和用水户水量的折算出流点 不同管径或不同材质的水管相连的点 进水 出水 变径 变质 水力条件变化点 树状网特点 造价低 可靠性差 无备用系统 局部水质恶化环状网特点 造价高 可靠性高 有备用系统 减少水锤影响 一般地 先树状网 后环状网 或二者的结合 75 4 2管网定线 一 现场踏勘和资料的收集城镇给水管网定线是指在地形平面图上确定管线的走向和位置 管线定线是在水量计算的基础上进行的 也就是设计流量是已知的 一用水户的基本情况 位置 性质二城镇的近期和远期规划功能区分布 工业布局三现有给水设施的调查研究四地形地物等工程地质情况五社会效益 经济效益 环境效益 二 管网布置应满足的要求一按照城市规划 分期建设 留有充分的发展余地 二安全可靠 当局部发生事故时 断水范围最小三管线遍布整个给水区域 保证用水户有足够的水量 水压四经济合理 力求以最短的管线敷设到用户 76 4 2管网定线 三 影响管网定线的因素一水源位置 水泵站 水厂 水塔 水池 二供水区的地形 分压给水可能性 多水源给水可能性 三市区街道平面布局四河流 铁路 桥梁等天然 人为障碍物的位置五用水户的位置 主要是大用户位置 四 管网的干管定线要求一干管的延伸方向和主流一致从二泵站供水到大用户的方向二确定连接管位置800 1000m 节点处连接三管道走向应符合规划道路四干管的服务面积较均匀 环的大小 77 4 2管网定线 五 管网附属设备的安排一分配管的确定管径以消防量规定D 100mm二阀门调水量 水压 维修管网 400 600m设一个三消火栓间距120m 距建筑物外墙 5m四排气阀在管内 影响通水能力五泄水阀 六 管线穿越障碍物考虑被穿越的可能性造价高3 5倍 建筑物 河流 铁路顶管施工 七 工业企业内管网定线特点 水质不同 或各车间水压不同 形式 分质管网 分区 压 管网一环 树 双管结合根据主要程度二消防水管网不单设 而是合并于生活或生产管网三受其他管线或地下设施影响甚大 78 4 3输水管定线 引 输水管 从水源到水厂或水厂到管网的管 渠叫做输水管或渠 输水工程的意义是十分重大的 是给水系统中关键环节之一 它的工程造价也很高 特别是水源距给水较远的情况下 意义更为重大 引滦入津234公里 引碧入连177公里输水管的定线问题也是给水工程进行方案比较的主要内容 引滦入津十年 79 4 3输水管定线 一 输水方式一压力输水方式适用条件 水源地地形低于给水区 有一组或多组输水的系统 分级配输水原因 减轻首级泵站 功率 负担 降低管网内压力 减少漏水量 水池可提供事故调节水量 减轻水锤的危害 80 4 3输水管定线 二重力输水方式适用条件 水源地地形高于给水区 节能有时先将水打到高区 再靠重力输水 减少常年费用 本章重点与难点 管网定线 81 4 3输水管定线 三压力输水与重力输水的结合方式这种结合的方式在我国常用 就是说 有压力管 渠 明渠 河道引碧入连 177公里中有53公里是明渠输水引滦入津 234公里有127公里是河道输水应注意 用河道或明渠来输水应有适当的防渗漏 防污染措施 82 4 3输水管定线 输水管的定线原则一现场踏勘输水管定线不像管网那样 有现成的城镇规划平面图可以参考 往往只知道水源和水厂的位置 而从水源到水厂或水厂到管网的地质条件是不知道或不详的 要测量 给出地形图 二经济合理最短距离 重力流 少穿障碍物 经济比较三安全可靠双管或有蓄水池 有良好的工程地质条件 高水位地 沼泽 管线坍塌四施工可行施工方法 顶管 水下铺管等 避开施工困难的场合 绕过而行五管理方便沿埋 寻线 六坡度控制i 1 50 D管径 mm 在平坦地区 有意识做成坡度在高处设置排气阀本章重点与难点 管网定线 方案比较的基础 83 第五章管段流量 管径和水头损失 引 管网的正确设计和经济计算在给水工程的设计中是很重要的 因为管网的造价占总造价的70 80 在有关管网的计算中常会提到两类课题 5 1管网计算的课题 84 一 设计课题在管网定线后 Q时 Q节 Q分 管段 D h Hp Ht 也就是按最高用水时的流量求出各节点流量 进行流量的分配 求出管段流量 再根据所要求的管内流速 求出管径 而求出水头损失 然后根据控制点的位置 求出Hp Ht 二 核算课题在管径确定后 Q时 Q节 Q 分 管段 h Hp 目的在于核算其他情况下的管网水头损失大小 按最高选出的泵扬程能否满足需要 实际上 这两类客体并不是完全断开的 5 1管网计算的课题 85 一 沿线流量一干管的配水情况描述工业企业内部的管网 用水集中在少数几个车间 且车间的用水量较大 所以配水情况比较简单 明确 但是在城镇的干管上 承接各种用户 沿线配水 共给学校 工厂 机关等大用户 也给小用户 配水情况较复杂 干管的这种复杂的配水情况是通过分配管实现的 5 2沿线流量和节点流量 86 虽然干管的配水情况比较复杂 但是其用户情况有两类 1分散用水户 居民 这些用户用水量逐时变化 位置不定 沿线2集中用水户 工厂 这些用户用水量逐时不变 位置已知 集中出流1管网构造的复杂性2干管配水特性不均匀性 各种用户同时向管网配水不确定性 配水点的差异 配水量的差异3干管服务对象的划分分散型 集中型4水力条件的定义 5 2沿线流量和节点流量 87 二比流量虽然已把较复杂的用配水情况分成分散 集中两类 可是按这样的分配情况是很难 也是不必要的 计算管网的 原因是 用水量经常变化 出流位置也不固定 即使固定 其间距又不均匀 因此 实际在管网进行设计计算时 往往加以简化 固定用水量均匀分布在全部干管上 5 2沿线流量和节点流量 88 1比流量概念及意义意义 配水的均匀化 分散型用户用水特点的统一性 反映干管的实际负荷 L为配水实际长度 据此可求出单位长度管线上的分布流量叫比流量 Q 管网总用水量 q 大用户集中用水量之和 L 干管总长度 m 是实际配水长度 不计配水区 如单侧配水 计长度的二分之一 5 2沿线流量和节点流量 89 2影响qs的因素A用水量的变化 q不变 但是Q在逐时变化B用水量标准 如各区房屋内卫生设备情况不同 应分别求qs 标准不同 注意 Q总包括未预见水量 5 2沿线流量和节点流量 90 三沿线流量有了qs就能求出各管段的沿线流量ql qsL 升 秒 ql就是沿线均匀的流量Q总 ql q 升 秒 引入比流量是把原来分散的配水情况变成均匀分散 qs的缺陷 只根据管长求沿线流量 而忽视了沿线用水量多少和供水人数的差别 显然 同长度管段 它的服务面积不同 配水情况是不同的 是不均匀的 所以提出一种计算方法 用 A代替 L A供水区总面积 5 2沿线流量和节点流量 91 二 节点流量引 按照用水量在干管上均匀分配的假定求出沿线流量 另一种简化 但是 这种根据qs求出的ql还是变化的 均匀 不便求出管径和水头损失 必须将沿线流量化成节点流出的流量 也就是在一管段上的沿线流量 让其在两端流出 中途不流出 这样在管段上就没有均匀的流量了 下面讲如恶化将沿线流量转化成节点流量 一沿线流量的水头损失计算 5 2沿线流量和节点流量 92 管网中任一管段的流量 由两部分组成 一部分是沿该管段配水沿线流量 另一部分是通过该管段输水到以后管段配水的转输流量 这两部分流量 转输流量在该管段内是沿程不变的 而该管段的沿线流量则因管段沿线配水逐渐减小到该管段末端为零 只剩下转输流量 如图管段所示 5 2沿线流量和节点流量 93 通过该管段1 2任意断面 距1点为x距离 的流量为 令据水力学 dx段的损失 5 2沿线流量和节点流量 94 令 解xdx LdY用换元法 当x 0Y 1 x LY 这是通过该管段变化流量qx引起的水头损失 虽然是定值 但是通过管段的流量一定是均匀出流 出流点间距无限小 这是不存在的 故要找出另外的方法 5 2沿线流量和节点流量 95 二折算流量的水头损失计算现在要求出一个沿线不变的折算流量q 使它产生的水头损失等于由沿线变化的流量qx引起的水头损失 设折算流量为q qt ql 折算系数 用来把沿线流量折算成在管段两端节点出流的流量 即节点流量 q产生的水头损失令 供水压力满足用水均匀配水要求 工程意义 5 2沿线流量和节点流量 96 一般 n 2可见 只与有关管网末端 管网首端 在计算中取 5 2沿线流量和节点流量 97 三 的意义 的工程意义 将沿线流量折半作为管段两端的节点流量 即 任意点的节点流量等于与该点相连的管段的沿线流量总和的一半 对于工厂等集中流量在设计计算时 可直接加在节点上 到此为止 把干管配水的用户的流量 全部集中在节点上 这一过程是经过两步化简 第一步 杂乱分散 均匀分散第二步 均匀分散 节点出流所以 对管网来讲 节点数的多少对计算精度 与实际符合 有影响 例 5 2沿线流量和节点流量 98 三 管网计算节点的选定那么节点的位置如何确定 干管与连接管交点 变径点 大用户点 500 800m点 往往在求沿线流量时确定 L管段长 两节点间距 节点的意义 计算方便 可反映计算的精确度 5 2沿线流量和节点流量 99 引 求出节点流量以后 可引进流量分配 其目的是确定各管段中的流量 据此选出管径 进行水力计算是管网计算中的一个重要环节 进行管网的流量分配 是根据已求出节点流量将管网中的供水量分配到各管段上 即求出所谓管段流量 某一管段流量包括该管段的沿线流量和后续管段的转输流量 区分 沿线流量 管段流量 比流量 节点流量 5 3流量分配 100 一 树状管网的流量分配因为在树状管网中 从水源到控制点 只有一个可循的方向供水 因此各管段的流量等于该管段以后 顺水流方向 所有节点流量之和 管段1 2所以 树状管网的流量分配具有唯一性 5 3流量分配 101 二 树状管网的流量分配一 节点流量连续性方程对节点而言 流向节点和流出节点的流量相等 设定流向节点的流量为负号 流出节点的流量为正好 Q 0二 流量分配特点以1节点为例 固定 而有多种组合等式成立所以 管段流量具有不唯一性 5 3流量分配 102 三流量分配合理性问题已经由上面得出每一管段的流量分配是不唯一的 可以有多种分法 显然 每种分法就对应有每种管径 管径不同 对于总长度相同的管道来说 造价是不一样的 因此 环状网的流量分配直接影响管网工程的造价 而且往往造价问题和供水的安全性 可靠性 是矛盾的 如若将管段1 2分配很大的流量 而将管段1 4分配很小的流量 这样造价可能会低些 但是一旦管段1 2损坏 需要检修时 管段1 4的管径过小 负荷过重 可造成大面积给水区水量 水压下降 低于允许值 因此应从安全性和经济性两方面考虑 对环状网没有最经济的流量分配 只有分配流量后才可得出经济管径 合理性是指在保证管网供水的可靠性的前提下 进行流量分配 5 3流量分配 103 四流量分配的步骤因为环状管网的管段流量有不唯一性 所以有多组流量分配方案 在考虑供水的安全性前提下 进行相对经济的流量分配 1假定整个管网的主导水流方向 据此拟定各管段的流向从水源到用户 基础资料 控制点和大用户的位置 2拟定出干管和连接管段3分配干管的流量大致均匀 连接管内流量供两侧用户4具有供水分界线的管网 在分界线上的节点 管段 应是双水源提供流量 5 3流量分配 104 1确定各管段的水流方向 顺 逆时针 2划分干管与连接管3根据连续性方程 各环管段的流量大致均匀4选定节点 5 3流量分配 105 确定管网中每一管段的直径是输水和配水系统设计计算的主要课题之一 管段的直径应按分配后的流量确定 管段的管径按下式计算 式