给水系统的运行工况课件

1、给水系统的运行工况,第五章 给水系统的运行工况,给水系统是由功能互不相同但彼此密切联系的各组成部分连接而成，它们必须共同工作才能用户对给水的要求（水质、水量、水压）。 因此，需要从整体上对给水系统各组成部分的工作特点流量、压力进行分析，以便确定各构筑物、管道和设备的设计和运行参数。,给水系统的运行工况,5.1.1 取水构筑物、一级泵站和给水处理构筑物：,5.1 给水系统的流量关系,一级泵站：泵站从水源取水，输送到净水构筑物（水厂） 。 为减小一级泵站、输水管道和净水构筑物的尺寸，节约基建投资，并使构筑物稳定运行，通常要求一级泵站中的水泵昼夜均匀工作（三班制），因此，泵站的设计流量应为：,为了保

2、证供水可靠性，给水系统中所有构筑物都应以最高日设计用水量为基础进行设计计算。,给水系统的运行工况, 考虑水厂本身用水量的系数，地表水源时，一般采用1.051.10；地下水源采用 1 。 T 一级泵站每天工作时间。,5.1 给水系统的流量关系,5.1.2 二级泵站（送水泵站，清水泵站 ）,净化构筑物处理后的水，由清水池流入吸水井，二级泵站从吸水井吸水，通过输水干管将水输往管网。 特点：供水情况直接受用户用水情况的影响，其出厂流量与水压在一天内各个时段中是不断变化的。,给水系统的运行工况,送水泵站工艺流程 ：,1 一清水池；2 一 吸水井；3 一送水泵站； 4 一管网； 5 一 高地水池（水塔）,

3、二级泵站的工作情况与管网中是否设置流量调节构筑物（水塔或高地水池等）有关。 当无调节构筑物时：任一小时的二级泵站供水量等于用水量，二级泵站供水曲线符合用户用水曲线。（目前大中城市不设水塔，均采用此种方法。） 为使水泵高效工作使用大小搭配的多台水泵来适应用水量的变化；,给水系统的运行工况,当有调节构筑物时：二级泵站分级供水。 二级泵站设计供水线根据用水变化曲线拟定。 拟定原则： （1）供水曲线尽量接近于用水曲线，且分级数不宜超过三级，否则需设置较多水泵，增大泵站面积；加大二级泵站输水管直径（因为必须按最大一级供水流量设计输水管道直径）； （2）注意每级能否 选到合适的水泵及 水泵机组的合理搭配，

4、 适当留有发展余地。,城市用水量变化曲线,给水系统的运行工况,水泵工作分成2级： 5时20时 （15小时），一组 水泵运行，流量为 最高日用水量的5.0%； 其余时间水泵 流量为最高日用水量的2.78%。虽然每小时泵站供水量不等于用水量，但泵站一天总供水量等于最高日用水量，即： 2.78%9+5.0%15=100% 供水量低于用水量，水塔流出以补水泵供水量不足。 反之存水。 供水线和用水线越接近，为适应流量变化，泵站工作分级数或水泵机组数可能增加，但水塔或高低水池的调节容积可以减小。,城市用水量变化曲线,给水系统的运行工况,0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24,二

5、泵站供水曲线,用水曲线,城 市 用 水 量 变 化 曲 线 示 意 图,给水系统的运行工况,5.1.3 输水管和配水管网 从取水构筑物到水厂的原水输水管：设计流量与一级泵站相同。 从水厂到配水管网的清水输水管： 管网无水塔，以最高日最高时用水量作为设计流量。 网前水塔时，泵站到水塔的输水管直径按泵站最大一级供水流量计算；水塔到管网的输水管按最高时用水量计算。 网后（对置）水塔时，泵站到管网的输水管以泵站最大一级供水流量作为设计流量；水塔到管网的输水管按最高时水塔流入管网的流量进行计算。 管网始终按最高日最高时流量进行设计。,给水系统的运行工况,5.1.4 水泵与清水池的调节作用,1. 水塔的流

6、量调节,二级泵站供水线和用户用水量不相等时，其差额可由水塔调解。 供水线和用水线越接近，泵站工作的分级数或水泵机组数可能增加，这时水塔的调节容积可以减小。,给水系统的运行工况,2. 清水池的流量调节,当一级泵站和二级泵站供水线不相等时，其差额可由清水池调解。,二泵站供水曲线,一泵站供水曲线,给水系统的运行工况,给水系统中流量调解由水塔和清水池共同分担，并通过二级泵站供水线拟定，二者所需的调节容积可以相互转化。 由于单位容积的水塔造价远高于清水池造价，所以工程中，一般均增大清水池容积而缩减水塔容积，以节省总投资。,给水系统的运行工况,5.2.1 水塔和清水池的调节容积计算,通常采用两种方法： 根

7、据 24h供水量和用水量变化曲线推算； 凭经验估算。,5.2 清水池和水塔,当泵站分级工作时，水塔的调节容积可按最高日用水量的2.5%6% 估算，城市用水量大时取低值。,城市水厂的清水池调节容积，按最高日用水量的10%20% 估算。供水量大的城市，可取较低百分数，以免清水池过大。,给水系统的运行工况,W1调节容积，按最高日用水量1020%估算； W2消防贮水量，按2小时火灾延续平均计算； W2 =同一时间火灾处数一处火灾用水量 2 3600/1000（m3）； （查 城镇、居住区室外的消防用水量） W3水厂自用水（沉淀池排泥及过滤构筑物反冲洗），一般采用最高日用水量的510%； W4安全贮备水

8、量，避免清水池被抽空（即：水池压底水量）。,一级泵站与二级泵站的流量差额由清水池调节,清水池容积：,给水系统的运行工况,水塔（高地水池）容积：,W1调节容积，可按最高日用水量的36%估算； W2消防贮水量，一般按10分钟消防用水量计算。,二级泵站与用户的流量差额由水塔（高地水池）调节。,当一级泵站、二级泵站供水量接近，清水池调节容积可以减小，但此时二级泵站趋于恒量供水，而管网用水量却时刻变化，水塔容积将会增大。 二级泵站供水量越接近用水量，水塔容积越小，但此时二级泵站供水量变化较大，清水池容积增加。 由此可见：清水池调节容积与水塔容积是相互制约的关系。,给水系统的运行工况,以图4-1（P69）

9、为例，二级泵站供水线按用水量变化情况，采用3.11%（20-5时）和4.80%（5-20时）两级供水。 表5-1 清水池和水塔调节容积计算（教材P78 ）,（5）（6）（7）项中累计正值或负值可确定水塔或清水池的调节容积。,给水系统的运行工况,5.2.2 清水和池水塔的构造,1. 清水池的构造,材料：常用钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土、砖石水池，钢筋混凝土水池使用最广。 形状：圆形或矩形。水池容积小于2500m3时，圆形较经济，大于2500m3矩形较经济。 管道：进水管、出水管、溢流管、放空管。 溢水管管径和进水管相同，管端有喇叭口、管上不设阀门。 放空管管径一般按2h内将池水放空计算。容积在1

10、000m3以上的水池，至少应设两个检修孔。,给水系统的运行工况,清水池构造图（图5-2 P80）,给水系统的运行工况,清水池规范要求：, 清水池个数或分格数不得少于两个，并能单独工作和分别泄空。 生活饮用水的清水池和水塔，应有保证水的流动、避免死角、防止污染、便于清洗和透气等措施。 清水池池顶宜铺设草皮。 生活饮用水的清水池10m以内不得有化粪池、污水处理构筑物、渗水井、垃圾堆放场等污染源；周围2m以内不得有污水管道和污染物。当达不到上述要求时，应采取防污染措施。,时尽可能选用标准图集,给水系统的运行工况,2. 水塔的构造,水塔一般采用钢筋混凝土或砖石等建造，主要由 水柜、塔架、管道和基础组成

11、。 （1）水柜 (或水箱) （2）塔体 （3）管道和设备 （4）基础 进、出水管可以合用，也可分别设置。 须设置溢水管和放空管，管径可和进、 出水管相同。溢水管上不设阀门。排水管从 水柜底接出，管上设阀门。水塔应设避雷装置。,给水系统的运行工况,国家标准图：S843845、90S846、 90S847 高度：1532m；容积：30400m3,给水系统的运行工况,高地水池,给水系统的运行工况,5.3 给水系统的水压关系,城市管网最小服务水头：1层楼 10m，2层楼12m，2层以上每层增加4m。（6层建筑，所需28米） 市政给水管网供水压力，以满足数量上占主导地位的低层和多层建筑需要为准，高层建筑

12、通常采用局部加压方式予以满足。 市政管网水压过高既造成能量浪费、增加漏损、不便使用，还需采用高压管道，增大工程投资。 研究给水系统水压关系，目的在于合理确定水泵扬程和水塔高度，以保证各系统所需水压。,给水系统的运行工况,5.3.1一级泵站水泵扬程确定,式中： hs 最高日平均时供水量Qp+水厂自用水量确定的吸水管水头损失(m)； hc最高日平均时供水量Qp+水厂自用水量确定的压水管和泵站连接管线水头损失，m； H0 一级泵站静扬程，等于集水井最低水位与清水池设计水位的高差(m)。,给水系统的运行工况,5.3.2 二级泵站水泵扬程和水塔高度的确定,给水管网中起控制管网水压的点，称为控制点，也称供

13、水最不利点。 一般情况下，控制点在系统的下列地点： （1）地形最高点； （2）距离供水起点最远点； （3）要求自由水压最高点。 只要控制点的最小服务水头满足用户及消防等要求，则全管网的各点服务水头就均能符合要求。,给水系统的运行工况,5.3.2 二级泵站水泵扬程和水塔高度的确定,二级泵站扬程和水塔高度，就是以保证控制点所需最小服务水头为条件计算的，计算原理同上。 城市给水管网根据有无水塔和水塔位置分为无水塔管网、网前水塔管网、网后水塔管网等。,但实际工程中，某一地点只具备其中的一个或两个条件，这时需选出几个可能的地点通过分析比较才能确定。 另外，选控制点时应排除个别对水压要求很高的特殊用户（如

14、高层建筑、工厂等，他们应自行加压解决 ），对于同一管网系统，各种工况（最高时、消防时、最不利管段损坏时、最大转输时等）的控制点往往不是同一地点，需根据具体情况正确选定。,给水系统的运行工况,二级泵站水泵扬程的确定：,二级泵站无水塔管网净扬程等于最不利供水点（控制点）的服务水头标高与清水池最低水位之差； 有水塔管网净扬程等于水塔最高水位与清水池最低水位之差。,给水系统的运行工况,1.无水塔管网,由泵站直接输水到用户时，静扬程等于清水池最低水位与管网控制点所需水压标高的高程差。,水头损失包括吸水管、压水管、输水管和管网等水头损失之和。故无水塔时二级泵站扬程为：,见图5-5 P83,hs,hc,hn

15、,Zc,Hc,1,2,最小用水时,最高用水时,净扬程等于控制点服务水头（水压）标高与清水池最低水位之差；,给水系统的运行工况,hs,hc,hn,Zc,Hc,1,2,最小用水时,最高用水时,式中： Zc 管网控制点c的地面标高和清水池最低水位的高程差，m； Hc 控制点所需的最小服务水头，m； hs 吸水管中的水头损失，m； hc、hn 输水管和管网中水头损失，m。 hs、hc、hn 都应按水泵最高时用水量计算。,给水系统的运行工况,水塔出水侧压力按水塔中最低水位计算，而水塔进水侧压力按水塔中最高水位计算，两者之差为H0（水箱中设计水位差）。水压线在此点形成不连续现象（实际上水压线是连续的，并且

16、进水管和出水管往往就是同一根管线）。这是从最不利情况考虑：（1）水塔最低水位时还能保证最不利点水压要求；（2）水塔压力最高时水泵总扬程也能保证供水要求。,最高用水时,最小用水时,2.网前（前置）水塔管网,hc,hs,hn,给水系统的运行工况,当泵站供水量大于管网用户用水时，多余水量通过输水管送至水塔，而在最高用水时，由泵站和水塔联合向管网用户供水。水压线见图5-6（P85），最高用水时水压平衡关系为：,最高用水时,最小用水时,常用于 工业企业、 中小城市水厂,净扬程等于水塔最高水位与清水池最低水位之差。,hc,hs,hn,网前水塔,给水系统的运行工况,水柜底高于地面的高度；,控制点要求的最小服

17、务水头；,最大时水塔到控制点的水头损失；,水塔设置点的地面高度；,控制点的地面高度。,式中：,故水塔高度计算公式为：,从式可看出，建造水塔处的地面标高 Zt 越高，则水塔高度 Ht 越低，造价越低，当 Ht=0 时，即变为高地水池，这就是水塔建在高地的原因。,给水系统的运行工况,3.网后（对置）水塔管网,水塔往往不是前置的。更多情况是中间水塔（管网中间，由平面布置和地形高度决定），也有后置水塔。 由于城市地形和保证供水区水压的需要，水塔可能布置在管网末端的高地上，对置水塔系统有两种工况： （1）最高用水量时，管网由泵站和水塔同时供给，两者各有自己的给水区，在给水区分界线上，水压最低（水压最低点

18、的确定必须通过管网计算）。水泵扬程按无水塔管网计算，水塔高度按网前水塔计算。 （2）最大转输时，多余水量通过管网转输入水塔贮存，一般取最大时转输流量作为管网设计校核的依据。,给水系统的运行工况,3.网后（对置）水塔管网,最高用水时,最大转输时,H0,Ht,Zt,Hc,Zc,最大转输时水泵扬程：,最大转输时吸水管、输水管和管网水头损失，m。按最大转输流量计算。,校核根据最高用水量确定的水泵扬程 能否满足最大转输时水泵扬程,给水系统的运行工况,5.3.3 消防时的水压关系,二级泵站扬程除满足最高用水水压外，还应满足消防时水压要求。消防时，管网中额外增加了消防流量，因而增加了管网的水头损失。 消防时管网通过的总流量按最高时设计用水量加消防流量（ ），控制点应选在设计时假设的着火点，管网自由水压值应保证不低于10mH2O进行核算，以确定按最高用水时确定的管径和水泵