МНОГОЗОННАЯ СИСТЕМА ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Полезная модель относится к строительству, в частности к системам водоснабжения населенных пунктов.
Известна система водоснабжения населенного пункта, включающая резервуары чистой воды, насосную станцию с нерегулируемыми насосами, запасно-регулирующую емкость, поддерживающую нормативный напор в разводящей сети, и наружную разводящую сеть, соединенные с трубопроводами, регулируемый, установленный после нерегулируемых насосов и соединенный с ним последовательно через запасно-регулирующую емкость (см. авторское свидетельство СССР №859559, Е03В 7/04, приоритет от 17.07.79 г.).
Недостаток этой системы - узкая область применения, т.к. она не может быть применена для больших городов (мегаполисов) ввиду ограниченного объема запасно-регулирующей емкости.
Наиболее близким решением к предлагаемой полезной модели является «Система водоснабжения населенного пункта» (см. авторское свидетельство СССР №1756478, Е03В 7/04, приоритет от 06.07.89 г.). Известная система содержит кольцевую водопроводную сеть, разделенную на зоны, соединенные между собой безнапорными водоводами, источники питания сети водой и распределитель воды по зонам, зональные насосные станции с напорными магистральными трубопроводами подачи воды в зоны, установленную на сети насосную станцию с подающим и отводящим трубопроводами и соединенную с ней запасно-регулирующую емкость. Кроме того, система снабжена установленными на каждом напорном магистральном трубопроводе подачи воды в зону датчиками давления и расхода и блоком формирования гидравлических характеристик, соединенным с каждым из датчиков, а также дополнительными трубопроводами с размещенной на них регулирующей арматурой с приводами. При этом, каждый дополнительный трубопровод соединен одним концом с магистральным напорным трубопроводом соответствующей
зоны, а другим - с запасно-регулирующей емкостью, выполненной напорной. При этом распределитель воды по зонам выполнен в виде резервуара, соединенного подающим трубопроводом с насосной станцией, которая сообщена с запасно-регулирующей емкостью посредством напорного трубопровода и снабжена блоком управления, соединенным с блоками формирования гидравлических характеристик и приводами регулирующей арматуры.
Известная система водоснабжения в отличие от предыдущего аналога может быть применена для водоснабжения мегаполисов. Однако она выполнена по централизованной схеме, поэтому такое ее свойство, как надежность, (см. ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике.) низкие показатели. Одним из таких показателей (см. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике.) является средняя наработка между отказами, которая равна
(см. Ильин Ю.А. Расчет надежности подачи воды. М.: Стройиздат. - 1987 г. 264 с.),
н
-5
где, λ - интенсивность отказа насосов, 10, 1/ч;
-6
- интенсивности отказов напорного резервуара, 2·10, 1/ч;
тр
-5
λ - интенсивности отказов трубопроводов, 5·10, 1/ч км;
ар
-5
λ - интенсивности отказов запорно-регулирующей арматуры, 2·10, 1/ч;
рез
-6
λ - интенсивности отказов безнапорного резервуара, 10, 1/ч;
χ· и φ соответственно коэффициент, и показатель степени в формуле для определения интенсивности отказов напорных магистральных трубопроводов, χ·=0,27, φ=-0,6;
i
l - протяженность магистральных трубопроводов, 0,5 км;
i
D - диаметр магистральных трубопроводов, 0,3 м;
n - количество участков напорных магистральных трубопроводов, 2;
t - период за который оценивается надежность работы системы, 1 год.
При указанных значениях аргументов наработка между отказами известной системы водоснабжения T=13 месяцев, т.к.:
- из-за отсутствия зональных запасно-регулирующих емкостей авария или вывод на текущий и капитальный ремонт безнапорного распределителя подачи воды 4 с вероятностью  приводит к отказу - полному прекращению подачи воды во все зоны мегаполиса;
- из-за отсутствия группы низконапорных насосов авария на насосной станции 6 с вероятностью  приводит к отказу - прекращению подачи воды в напорный распределитель 17;
- авария или вывод на текущий и капитальный ремонт напорного распределителя подачи воды 17 с вероятностью  приводит к отказу - прекращению регулировки расхода воды во всех зонах мегаполиса;
- из-за отсутствия зонирования системы водоснабжения по движению воды авария напорных магистральных трубопроводов 7 с вероятностью  приводит к отказу - полному прекращению подачи воды в зону мегаполиса.
Задачей настоящей полезной модели является повышение надежности известной системы водоснабжения.
Поставленная задача решена так, что в известной системе водоснабжения, включающей кольцевую водопроводную сеть, разделенную на k зон, соединенных между собой водоводами, источники питания сети водой, зональные насосные станции с напорными магистральными трубопроводами подачи воды в зоны, установленную на сети насосную станцию с подающим и отводящими трубопроводами и соединенную с ней запасно-регулирующую емкость, согласно нашей полезной модели:
- запасно-регулирующая емкость выполнена безнапорной,
i
i
- зональные насосные станции выполнены в виде совокупности параллельно установленных n насосов, где n - количество параллельно установленных насосов на i-той зональной насосной станции, где i - номер зоны, i=2, 3, ..., k, при этом, по крайней мере, одна i-ая зональной насосная станция выполнены в виде совокупности параллельно установленных групп низконапорных и высоконапорных насосов с напорными трубопроводами, а напорные трубопроводы группы высоконапорных насосов соединены с напорными магистральными трубопроводами подачи воды в зоны, зональные насосные станции дополнительно снабжены всасывающими трубопроводами, напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны, соединенными с напорными трубопроводами группы низконапорных насосов.
Кроме того, система дополнительно снабжена:
- зональными запасно-регулирующими емкостями, соединенными, по крайней мере, с одним источником питания сети водой и зональными насосными станциями при помощи всасывающих трубопроводов;
- установленными на водопроводной сети, по меньшей мере одной i-ой зоны, по меньшей мере, одной повысительной насосной станцией с всасывающим трубопроводом, соединенным с напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны.
Имеется вариант развития когда, по крайней мере, одна i-ая зональная насосная станция выполнена в виде совокупности параллельно установленных групп низконапорных, дополнительных низконапорных и высоконапорных насосов с напорными трубопроводами, при этом, зональные насосные станции дополнительно снабжены дополнительными напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны, соединенными с напорными трубопроводами дополнительной группы низконапорных насосов, при этом система дополнительно снабжена установленными на водопроводной сети i-ой зоны, по меньшей мере, одной дополнительной повысительной насосной станцией с всасывающим трубопроводом, соединенным с дополнительными напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны.
Имеется вариант развития когда, когда система дополнительно снабжена, по меньшей мере, одной водопроводной безнапорной запасно-регулирующей емкостью, соединенной с всасывающим трубопроводом повысительной водопроводной насосной станции и с напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны.
Имеется вариант развития когда, когда система дополнительно снабжена, по меньшей мере, одной дополнительной водопроводной безнапорной запасно-регулирующей емкостью, соединенной с всасывающим трубопроводом дополнительной повысительной водопроводной насосной станции и с дополнительными напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны.
i
i
Имеется вариант развития когда, когда, по крайней мере, одна j-ая повысительная насосная станция, где j=1, 2, ..., m, где m - количество повысительных насосных станций в i-ой зоне, по крайней мере одной, i-ой зоны выполнена в виде совокупности параллельно установленных групп низконапорных и высоконапорных насосов с напорными трубопроводами, при этом, j-ая повысительная насосная станция дополнительно снабжена повысительным напорным трубопроводом подачи воды в зоны, соединяющим кольцевую водопроводную сеть с напорными трубопроводами группы высоконапорных насосов, повысительным транспортным трубопроводом подачи воды в зоны, кроме того, система дополнительно снабжена установленной на водопроводной сети i-ой зоны, по меньшей мере, одной локальной повысительной насосной станцией с всасывающим трубопроводом, соединенным с напорными трубопроводами группы низконапорных насосов j-ой повысительной насосной станции при помощи повысительного транспортного трубопровода подачи воды в зоны.
Имеется вариант развития когда, когда, локальная повысительная насосная станция дополнительно снабжена, по меньшей мере, одной локальной безнапорной запасно-регулирующей емкостью, соединенной с ее всасывающим
трубопроводом и с повысительным транспортным трубопроводом подачи воды в зоны.
Отличительными признаками заявляемой многозонной системы водоснабжения являются:
1. Выполнение запасно-регулирующей емкости безнапорной (Известно);
i
2. Выполнение зональные насосных станций в виде совокупности параллельно установленных n, насосов (i=2, 3, ..., k,) где k - количество зон (Не известно);
3. Выполнение, по крайней мере, одной i-ой зональной насосной станции в виде совокупности параллельно установленных групп низконапорных и высоконапорных насосов с напорными трубопроводами (Не известно);
4. Соединение напорных трубопроводов группы высоконапорных насосов с напорными магистральными трубопроводами подачи воды в зоны (Не известно);
5. Соединение напорных трубопроводов группы высоконапорных насосов с водоводами (Не известно);
6. Дополнительное снабжение зональных насосных станций всасывающими трубопроводами (Известно);
7. Дополнительное снабжение системы напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны (Не известно);
8. Соединение напорных транспортных трубопроводов подачи воды в зоны с напорными трубопроводами группы низконапорных насосов (Не известно);
9. Дополнительное снабжение системы зональными запасно-регулирующими емкостями (Известно);
10.Соединение зональных запасно-регулирующих емкостей, по крайней мере, с одним источником питания сети водой и зональными
насосными станциями при помощи всасывающих трубопроводов (Не известно);
11. Дополнительное снабжение системы установленными на водопроводной сети, по меньшей мере, одной i-ой зоны, по меньшей мере, одной повысительной насосной станцией с всасывающим трубопроводом (Не известно);
12. Соединение повысительной насосной станции с напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны (Не известно);
13. Выполнение зональных насосных станций в виде совокупности параллельно установленных групп низконапорных, дополнительных низконапорных и высоконапорных насосов с напорными трубопроводами (Не известно);
14. Дополнительное снабжение системы дополнительными напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны (Не известно);
15. Соединение напорных трубопроводов дополнительной группы низконапорных насосов с дополнительными напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны (Не известно);
16. Дополнительное снабжение системы, по меньшей мере, одной дополнительной повысительной насосной станцией с всасывающим трубопроводом, соединенным с дополнительными напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны (Не известно);
17. Дополнительное снабжение системы, по меньшей мере, одной водопроводной безнапорной запасно-регулирующей емкостью, соединенной с всасывающим трубопроводом повысительной водопроводной насосной станции и с напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны (Не известно);
18. Дополнительное снабжение системы, по меньшей мере, одной дополнительной водопроводной безнапорной запасно-регулирующей емкостью, соединенной с всасывающим трубопроводом дополнительной повысительной водопроводной насосной станции и с
дополнительными напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны (Не известно).
19. Выполнение, по крайней мере, одной j-ой повысительной насосной станции, по крайней мере одной, i-ой зоны в виде совокупности параллельно установленных групп низконапорных и высоконапорных насосов с напорными трубопроводами (Не известно).
20. Дополнительное снабжение j-ой повысительной насосной станции повысительным напорным трубопроводом подачи воды в зоны, соединяющим кольцевую водопроводную сеть с напорными трубопроводами группы высоконапорных насосов (Не известно).
21. Дополнительное снабжение j-ой повысительной насосной станции повысительным транспортным трубопроводом подачи воды в зоны (Не известно).
22. Дополнительное снабжение системы, по меньшей мере, одной локальной повысительной насосной станцией с всасывающим трубопроводом, соединенным с напорными трубопроводами группы низконапорных насосов j-ой повысительной насосной станции при помощи повысительного транспортного трубопровода подачи воды в зоны (Не известно).
23. Дополнительное снабжение локальной повысительной насосной станции, по меньшей мере, одной локальной безнапорной запасно-регулирующей емкостью, соединенной с ее всасывающим трубопроводом и с повысительным транспортным трубопроводом подачи воды в зоны (Не известно).
По сведениям, имеющимся у авторов, отличительные признаки 1, 5 и 8 в технической литературе известны, а остальные - нет, что отвечает критерию патентоспособности «новизна».
Предлагаемая авторами система отличается от прототипа конструктивно.
На фиг.1 представлена схема предлагаемой многозонной системы водоснабжения.
i
1
2
Система включает (см. фиг.1.) кольцевую водопроводную сеть 1, разделенную на k зон. На фиг.1 в качестве примера показаны две зоны: первая зона 2 и вторая зона 3. Кроме того, система включает расположенные в каждой зоне источники 4 питания сети водой, зональные запасно-регулирующие емкости 5, соединенные с источниками 4 питания сети водой и с всасывающими трубопроводами 6 зональных насосных станций 7. Последние выполнены в виде совокупности параллельно установленных n, насосов (i=2, 3, ..., k) 8. Их количество может быть различным для каждой зоны. В качестве примера на фиг.1 представлен вариант, когда в первой зоне 2 параллельно установлено 7 насосов (n=7), а во второй зоне 3-4 насоса (n=4).
Источники 4 питания сети водой в соответствии с настоящей полезной моделью могут быть представлены в виде водопроводных станций, осуществляющими забор и очистку питьевой воды, скважинных водозаборов, водоводов, подающих воду и т.п.
На фиг.1 представлен вариант развития, когда одна (первая) зональная насосная станция 7 выполнена в виде совокупности параллельно установленных трех групп насосных агрегатов.
Первая группа - группа 9 высоконапорных насосов с напорными трубопроводами 10, соединенными с напорными магистральными трубопроводами 11 подачи воды в зоны (один из вариантов соединения).
Вторая группа - группа 12 низконапорных насосов с напорными трубопроводами 10, соединенными с напорными транспортными трубопроводами 13 подачи воды в зоны.
Третья группа - группа 14 дополнительных низконапорных насосов с напорными трубопроводами 10, соединенными с дополнительными напорными транспортными трубопроводами 15 подачи воды в зоны.
Высоконапорные, низконапорные и дополнительные низконапорные насосы отличаются между собой величиной развиваемого давления. Их
абсолютные величины могут быть любыми. Но, предлагаемой полезной моделью формулировкой «высоконапорные насосы» предусмотрено, что давление высоконапорных насосов больше, чем давление, развиваемое низконапорными и дополнительными низконапорными насосами.
Система так же включает в себя:
- установленную на водопроводной сети повысительную насосную станцию 16 с всасывающими трубопроводами 6, соединенным непосредственно с напорным транспортным трубопроводом воды 13 или через водопроводную безнапорную запасно-регулирующую емкость 17. На фиг.1 показан вариант с емкостью 17;
- установленную на водопроводной сети дополнительную повысительную насосную станцию 18 с всасывающим трубопроводом 6, соединенным непосредственно с дополнительным напорным транспортным трубопроводом воды 15 или через дополнительную водопроводную безнапорную запасно-регулирующую емкость (на фиг.1 не показана);
- установленную на водопроводной сети насосную станцию 19 с подающим 20 и отводящими 21 трубопроводами и соединенную с ней запасно-регулирующую емкость 22;
- водоводы 23, соединяющие кольцевые водопроводные сети разных зон.
Имеется вариант развития, когда, по крайней мере, одна j-ая повысительная насосная станция 16, выполнена в виде совокупности параллельно установленных групп низконапорных 12 и высоконапорных 9 насосов с напорными трубопроводами. При этом, j-ая повысительная насосная станция 16 дополнительно снабжена повысительным напорным трубопроводом 24 подачи воды в зоны, соединяющим кольцевую водопроводную сеть 1 с напорными трубопроводами группы высоконапорных насосов 9, а так же, повысительным транспортным трубопроводом 25 подачи воды в зоны. По этому варианту развития система дополнительно снабжена установленной на
водопроводной сети i-ой зоны, по меньшей мере, одной локальной повысительной насосной станцией 26 с всасывающим трубопроводом 6, соединенным:
- ибо напрямую с напорными трубопроводами группы низконапорных насосов 12 j-ой повысительной насосной станции 16 при помощи повысительного транспортного трубопровода 25 подачи воды в зоны;
- либо через локальную безнапорную запасно-регулирующую емкость 27. На фиг.1 показан вариант с емкостью 27.
Согласно настоящей полезной модели группа 9 высоконапорных насосов с напорными трубопроводами 10 зональной насосной станции 7 может быть дополнительно соединена с водоводами 23, например, при помощи трубопровода 28. Возможен вариант, когда группа 9 высоконапорных насосов соединена только с водоводами 23.
Многозонная система водоснабжения работает следующим образом.
Источники 4 питания сети водой подают воду в зональные запасно-регулирующие емкости 5, откуда ее по всасывающим трубопроводам 6 забирают зональные насосные станции 7. Предлагаемой полезной моделью предусмотрено три варианта подачи воды в водопроводную сеть 1.
Первый вариант предусматривает подачу воды при помощи всех (кроме резервных) параллельно установленных насосов 8 в напорные магистральные трубопроводы 11 подачи воды в зоны. На фиг.1 этот вариант показан реализованным в зоне 3. В этом случае по длине магистральных трубопроводов 11 должно поддерживаться давление, необходимое для питания водой близлежащую застройку. В случаях, когда это давление больше давления, необходимого для транспортировки воды, появляется необходимость осуществлять ее транспортировку под завышенным давлением или реализовывать второй и третий варианты подачи воды в зоны.
Второй и третий варианты подачи воды в зоны предусматривают параллельную работу соответственно двух и трех групп насосных агрегатов насосной станции 7 на разные водоводы. На фиг.1 этот вариант показан реализованным в зоне 2 на примере трех групп насосных агрегатов:
- первая группа 9 высоконапорных насосов с напорными трубопроводами 10 подает воду в напорные магистральные трубопроводы 11 подачи воды в зоны и таким образом обеспечивает давление, необходимое для питания водой близлежащую застройку своей зоны и/или подает воду в водоводы 23 и таким образом обеспечивает давление, необходимое для питания водой другой зоны;
- вторая группа 12 низконапорных насосов с напорными трубопроводами 10 подает воду в напорные транспортные трубопроводы 13 подачи воды в зоны и таким образом обеспечивает ее транзит при минимальных напорах до водопроводной безнапорной запасно-регулирующей емкости 17. Из последней вода при помощи повысительной насосной станции 16 с всасывающими трубопроводами 6 под необходимым давлением подается в кольцевую водопроводную сеть 1;
- третья группа 14 дополнительных низконапорных насосов с напорными трубопроводами 10 подает воду в дополнительные напорные транспортные трубопроводы 15 подачи воды в зоны и таким образом обеспечивает ее транзит при минимальных напорах до дополнительной повысительной насосной станции 18 с всасывающим трубопроводом 6. Последняя под необходимым давлением подает воду в кольцевую водопроводную сеть 1. Настоящей полезной моделью не исключается оборудование насосной станции 18 запасно-регулирующей емкостью.
Кроме повысительных насосных станций 16 и 18 давление в сети до необходимого уровня могут поддерживать:
- установленная на водопроводной сети насосная станция 19 с подающим 20 и отводящими 21 трубопроводами, забирающая воду из соединенной с ней запасно-регулирующей емкости 22;
- локальная повысительная насосная станция 26, забирающая воду из соединенной с ней локальной безнапорной запасно-регулирующей емкости 27. В этом случае в вода в нее подается группой низконапорных насосов 12
по повысительному транспортному трубопроводу 25, затрачивая при этом минимальный расход энергии.
Технический эффект заключается в том, что повышается свойство надежности системы водоснабжения - продолжительность наработки между отказами
рез
маг
Например, для системы состоящей из двух зон (к=2, к=2) при m=2 согласно предлагаемой полезной модели (см. фиг.) наработка между отказами повышается почти в 2 раза Т=24 месяца, поскольку:
- в ней отсутствует элементы, отказы которых приводят к отказу всей системы водоснабжения мегаполиса. В частности, вместо одного централизованного распределителя воды по зонам предлагаемая система содержит зональные запасно-регулирующие емкости. При отказе одной из них, в худшем случае, снизится подача воды в данную зону. При этом, имеется возможность (за счет соединения между собой зон кольцевой водопроводной сети при помощи водоводов) обеспечить водой и эту зону путем ее транзита из другой зоны.