СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОГО И ПОЖАРНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
METHOD OF DOMESTIC AND FIRE WATER SYSTEM AND UNIT FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Область техники
Изобретение относится к объединенным системам хозяйственно-питьевого водоснабжения и внутреннего пожаротушения зданий и может быть применено в новом строительстве и при модернизации существующих систем водоснабжения.
Уровень техники
Системы, объединяющие функции хозяйственно-питьевого водоснабжения и внутреннего пожаротушения зданий, известны и широко используются в соответствии со строительными нормами и правилами (см., например, СНиП 2.04.01-85. Внутренний водопровод и канализация зданий).
Такие системы содержат хозяйственно-питьевой насос и пожарный насос, которые выходными патрубками подключены к объединенному трубопроводу хозяйственно-питьевого водоснабжения и внутреннего пожаротушения зданий. Хозяйственно-питьевой насос предназначен для повышения напора, имеющегося в городском водопроводе, до напора, требуемого для комфортного водоснабжения в диктующей точке здания, а пожарный насос - для получения более высокого напора, обеспечивающего норматив СНиП 2.04.02-84, согласно которому при пожаротушении напор на крыше здания должен быть не менее 10 м в.ст. Оба насоса имеют нерегулируемый привод, а управление системой заключается в том, что хозяйственно-питьевой насос работает постоянно, а пожарный насос включают от датчиков пожарной сигнализации или от кнопок, установленных вблизи пожарных кранов на этажах водоснабжения, только в режиме пожаротушения.
В результате длительной эксплуатации вышеописанных систем выяснилось, что они недостаточно надежны из-за того, что пожарный насос большую часть времени выведен из работы (т.е. находится в режиме «холодного резерва») и должен запускаться из нерабочего состояния (в некоторых случаях с предварительным открытием задвижки) при возникновении пожара. Организационные меры (в том числе периодическое опробование пожарных насосов) усложняют эксплуатацию, но не устраняют кардинально этот недостаток и зачастую не выполняются обслуживающим персоналом.
Известно техническое решение, направленное на устранение вышеуказанного недостатка существующих систем водоснабжения зданий [патент RU 2106165]. Способ управления системой, усовершенствованной согласно этому решению, заключается в том, что хозяйственно-питьевой и пожарный насосы снабжают регулируемым приводом с датчиками обратной связи, контролирующими давление (напор) в трубопроводе, и используют совместно как в режиме хозяйственно-питьевого, так и в режиме пожарного водоснабжения. При этом измеряют напор указанными датчиками, задают и поддерживают напор на одном уровне независимо от режима (хозяйственно-питьевого водоснабжения или пожаротушения) и величины водоразбора путем регулирования частоты вращения насосов.
В системе водоснабжения, управляемой согласно описанному способу-прототипу, насосы, обеспечивающие подачу воды на пожаротушение, постоянно находятся работе, и, следовательно, нет необходимости запускать их при возникновении пожара.
Однако прототип обладает недостатками, состоящими в том, что:
- оснащение как пожарных, так и хозяйственно-питьевых насосов регулируемым приводом требует значительных капитальных затрат;
- для выполнения норматива СНиП 2.04.02-84, требующего, чтобы в процессе пожаротушения обеспечивался напор на крыше здания не менее 10 м в.ст., в трубопроводе водоснабжения должно постоянно поддерживаться избыточное давление;
- большую часть времени все насосы (и в особенности более мощный пожарный насос) работают в режиме пониженного расхода (относительно номинального значения) и, следовательно, с низким КПД.
Указанные недостатки, устранение которых является задачей данного изобретения, приводят к повышенным капитальным затратам, снижению надежности водоснабжения из-за избыточного давления, поддерживаемого в трубопроводе, и к непроизводительным потерям электроэнергии на привод насосов.
Сущность изобретения
Технический результат изобретения - повышение надежности системы, экономия капитальных и эксплуатационных расходов без потери комфортности водоснабжения и с обеспечением нормативных напоров во всех режимах эксплуатации.
Предметом изобретения является способ управления системой водоснабжения в режимах хозяйственно-питьевого водоснабжения и внутреннего пожаротушения, заключающийся в том, что в обоих режимах задают и измеряют напор во вводном трубопроводе здания, сравнивают измеренный напор с заданным, регулируют частоту вращения, по меньшей мере, одного насоса системы на поддержание напора, повышают заданный напор при переводе системы в режим внутреннего пожаротушения и запускают, по меньшей мере, один дополнительный насос с нерегулируемым электроприводом, если измеренный напор не достигает заданного.
Уточнения и развития способа относятся к частным случаям его осуществления и состоят в том, что:
- уровень напора в режиме хозяйственно-питьевого водоснабжения задают исходя из требования комфортности хозяйственно-питьевого водоснабжения в диктующей точке трубопровода, а в режиме пожаротушения - равным предельно допустимому нормативу для систем хозяйственно-питьевого и пожарного водоснабжения;
- частоту вращения насоса ограничивают величиной, соответствующей частоте 60 Гц питающего напряжения.
Это позволяет оптимизировать эксплуатационные характеристики модернизируемых систем водоснабжения без замены установленных в них электродвигателей и насосов.
Предметом изобретения также является устройство для осуществления способа, содержащее основной насос с регулируемым электроприводом, дополнительный насос с нерегулируемым электроприводом, подключенные выходами к трубопроводу водоснабжения, в котором установлен датчик напора, и блок управления, первый вход которого подключен к датчику напора, а второй предназначен для подключения к источникам команды на перевод в режим пожаротушения, при этом блок управления подключен первым выходом к регулируемому электроприводу основного насоса, а вторым выходом - к нерегулируемому электроприводу дополнительного насоса и выполнен с возможностью регулирования частоты вращения основного насоса на поддержание напора, увеличения поддерживаемого напора при переводе устройства в режим пожаротушения и с возможностью включения дополнительного насоса, если измеренный датчиком напор не достигает заданного.
Краткое описание чертежей
На чертеже приведена блок-схема устройства, которая иллюстрирует осуществление предлагаемого способа с учетом его развитий.
1
2
Блок-схема содержит основной насос 1 с регулируемым электроприводом, состоящим из электродвигателя 2 переменного тока и преобразователя 3 частоты, и дополнительный насос 4 с нерегулируемым электроприводом 5. Насосы 1 и 4 подключены выходами (через обратные клапаны) к трубопроводу 6 водоснабжения, в котором установлен датчик 7 напора. В устройстве имеется блок 8 управления, к первому входу 9 которого подключен датчик 7. Второй вход 10 блока 8 предназначен для подключения к внешним источникам команды на перевод установки в режим пожаротушения, например датчику пожарной сигнализации, кнопкам пожаротушения, размещаемым вблизи пожарных кранов (ПК). Блок 8 подключен выходом 11 к преобразователю 3. По входам 12 и 13 блока 8 задаются значения H и Н уставок по напору.
1
2
Блок 8 выполнен с возможностью регулирования частоты вращения насоса 1 на поддержание напора на уровне Н, заданном по входу 12, и с возможностью увеличения напора в трубопроводе 6 до уровня Н, заданного по входу 13, при переводе установки в режим пожаротушения по команде, поступившей на вход 10 блока 8.
Кроме того, на чертеже показаны тупиковые стояки 15 с водоразборными приборами и пожарными кранами на этажах здания, снабжаемые водой по трубопроводу 6. На чертеже показана одномагистральная схема водоснабжения здания, применяемая для зданий до 12 этажей, но предлагаемое решение может эффективно применяться и в случае более высоких зданий с двухмагистральной схемой хозяйственно-питьевого и пожарного водоснабжения.
Осуществляя предлагаемый способ, устройство на чертеже работает следующим образом.
1
1
1
1
Вода из городского водопровода поступает по подающему трубопроводу 16 на всасывающие патрубки насосов 1 и 4. В отсутствие команды на пожаротушение блок 8 сравнивает напор, измеряемый датчиком 7, с заданным по входу 12 напором H, и воздействуя по выходу 11 на преобразователь 3, регулирует частоту вращения двигателя 2 и насоса 1 на поддержание в трубопроводе 6 напора на уровне Н. Значение H выбирается так, чтобы обеспечить выполнение требований СНиП 2.04.01-85 к комфортности водоснабжения в диктующей точке системы при изменении давления в городском водопроводе и всех возможных колебаниях водоразбора на хозяйственно-питьевые нужды. Например, в случае 12-этажного здания требуемая величина напора, задаваемая в виде уставки Н, составляет 46 м в.ст.
2
2
2
После поступления на вход 10 блока 8 команды на перевод системы в режим пожаротушения блок 8 переходит к регулированию частоты вращения двигателя 2 на поддержание в трубопроводе 6 напора, заданного по входу 13 блока 8 уставкой H. Значение уставки Н выбирается так, чтобы обеспечить напор не менее 10 м в.ст. на крыше здания, требуемый СНиП 2.04.02-84 (например, в случае 12-этажного здания уставка Нсоставляет 56-60 м в.ст.).
Произведенные расчеты показали, что хозяйственно-питьевые насосные агрегаты, установленные в большинстве действующих в настоящее время систем водоснабжения, способны без замены и без превышения номинальных параметров электродвигателей и насосов обеспечить поддержание требуемых напоров в обоих режимах, если регулирование выходной частоты преобразователя 3 осуществлять в пределах от нуля до 60 Гц. При этом некоторое снижение надежности из-за кратковременного (только в режиме пожаротушения) увеличения частоты напряжения, питающего электродвигатель, до 60 Гц (вместо номинальных для электродвигателя 50 Гц) с избытком компенсируется повышением надежности за счет использования для пожаротушения непрерывно функционирующего и, следовательно, находящегося в постоянной готовности насосного оборудования.
Для тех случаев, когда мощности основного насоса недостаточно для создания требуемого напора, предусмотрен дополнительный насос 4 (как правило, имеющийся в существующих системах водоснабжения) без необходимости оснащать его регулируемым приводом. Блок 8 включает нерегулируемый электропривод 5 насоса 4, если напор, измеряемый датчиком 7, не достигает в течение некоторого времени соответствующей уставки.
Сравнение предложенного решения с прототипом показывает следующее.
В прототипе общая функция хозяйственно-питьевого и пожарного водоснабжения возлагается на пожарный и хозяйственно-питьевой насосы совместно, каждый из которых должен быть снабжен регулируемым электроприводом, автоматически поддерживающим фиксированный напор на входе в объединенный трубопровод хозяйственно-питьевого и пожарного водоснабжения независимо от режима и величины водоразбора (в том числе независимо от отбора воды для пожаротушения). Поскольку фиксированный напор должен быть достаточным для пожаротушения, в трубопроводе 4 постоянно поддерживается давление, избыточное для хозяйственно-питьевого водоснабжения и ухудшающее его надежность и комфортность.
Номинальный расход установленного в действующей системе пожарного насоса и мощность его электродвигателя, как правило, превышают соответствующие параметры установленного в той же системе хозяйственно-питьевого насоса и также являются избыточными для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Тем более избыточным для этой функции является совместное использование пожарного и хозяйственно-питьевого насосов, оснащение которых регулируемыми приводами увеличивает капитальные затраты.
Предлагаемое решение позволяет, снабдив один насос регулируемым электроприводом, использовать его в качестве хозяйственно-питьевого и пожарного, причем при модернизации действующих систем по предлагаемому техническому решению появляется возможность использовать в качестве такого насоса, совмещающего две функции, имеющийся в действующей системе хозяйственно-питьевой (а не пожарный) насос. При этом (в отличие от прототипа) насос эксплуатируется в проектном режиме по расходу и мощности, что обеспечивает предлагаемой установке более высокий среднесуточный КПД и соответствующую экономию электроэнергии.
Изложенное подтверждает получение технического результата изобретения в виде повышения надежности, экономии капитальных и эксплуатационных расходов без потери комфортности водоснабжения и возможность обеспечения действующих нормативов на давление в трубопроводе системы водоснабжения при всех режимах эксплуатации.