Устройство и оборудование водопроводной сети

Водопроводная сеть является наиболее дорогой и ответственной в системе водоснабжения. Водопроводную сеть монтируют из труб заводского изготовления. На месте строительства производится соединение труб и их укладка.

В соответствии с условиями эксплуатации водопроводной сети к ней предъявляются следующие требования: прочность, т.е. высокое сопротивление всем возможным внутренним и внешним нагрузкам; герметичность труб и их стыковых соединений; гладкость внутренней (гидравлической) поверхности труб для обеспечения минимальных потерь напора в сети; долговечность, т.е. возможность длительного срока эксплуатации сети.

В современной практике строительства наружных водопроводов применяется широкий диапазон материалов для изготовления водопроводных труб.

Водопроводные трубы должны быть прочными, долговечными и обеспечивать возможность простого и герметичного соединения и удовлетворять требованиям наибольшей экономичности.

Для укладки наружных водопроводных сетей используются трубы:

− асбестоцементные; железобетонные; чугунные; стальные; пластмассовые.

Асбестоцементные трубы (ГОСТ 539-80*) выпускаются диаметром условного прохода d = 100…500 мм и длиной l = 2…4 м. Трубы изготавливаются с гладкими обтачными концами. Соединение труб осуществляется с помощью надвижных асбестоцементных муфт. Надвигание муфты на соединение труб производят винтовым домкратом. Для уплотнения стыка используются резиновые уплотнительные кольца.

К достоинствам асбестоцементных труб относятся: устойчивость к действию коррозии и блуждающих токов; небольшая масса; гладкая внутренняя поверхность; сравнительно небольшая стоимость.

Недостатками асбестоцементных труб являются: малая сопротивляемость ударам и динамическим нагрузкам; наличие скрытых дефектов (микротрещин), которые обнаруживаются только после гидравлического испытания труб.

В основном асбестоцементные трубы применяются для устройства распределительных водопроводных сетей.

Железобетонные трубы (ГОСТ 12586.0-83, ГОСТ 26819-86) выпускаются диаметром условного прохода d = 500…1600 мм и длиной l = 5 м. Трубы изготовляются с одним гладким и одним раструбным концами двумя способами: виброгидропрессованием и центрифугированием. Соединение труб осуществляется с помощью резиновых уплотнительных колец или манжет. Во избежание выпадения резинового уплотнительного кольца из кольцевого пространства на гладком конце трубы устраивается удерживающий бурт.

К достоинствам железобетонных труб относятся: высокая пропускная способность; гладкая внутренняя поверхность; устойчивость к действию коррозии и блуждающих токов; долговечность; металлоемкость.

К недостаткам железобетонных труб следует отнести их громоздкость и высокую массу, что вызывает необходимость устройства фундамента под каждое стыковое соединение при прокладке труб.

Железобетонные трубы применяются для устройства напорных водоводов, а также для прокладки магистральных линий в населенных пунктах.

Чугунные трубы ( ГОСТ 9583-75* ) выпускаются диаметром условного прохода d = 50… 1200 мм и длиной l = 2…10 м. Трубы изготавливаются с одним гладким и одним раструбным концами из серого чугуна литьем в песчаные формы. Соединение труб осуществляется путем ввода гладкого конца одной трубы в раструб другой с заполнением образовавшегося кольцевого пространства уплотнителем (пеньковой смоляной или битуминизированной прядью и другими материалами). В остальную часть раструба вводится заполнитель, который придает прочность стыку. В качестве заполнителя применяют свинец, асбестоцемент и другие материалы.

Достоинством чугунных труб является их долговечность.

К недостаткам чугунных труб относятся: большой расход металла; неустойчивость к динамическим нагрузкам; подверженность действию коррозии и блуждающих токов.

На сегодняшний день самыми перспективными являются трубы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ). Срок службы этих труб достигает 80−100 и более лет, они менее подвержены авариям по сравнению с трубопроводами из других материалов, полностью отсутствует коррозия и зарастание внутренней поверхности труб, устойчивы к внешним нагрузкам. Внутреннее песчанно − цементное покрытие обеспечивает соблюдение санитарно-эпидемиологических требований при транспортировании питьевой воды и улучшает гидравлические свойства трубопроводов. Большое внутреннее проходное сечение труб ВЧШГ по сравнению с полиэтиленовыми трубами позволяет значительно снизить затраты на перекачку транспортируемой жидкости.

Чугунные трубы применяются для прокладки сетей в пределах населенных пунктов.

Стальные трубы (ГОСТ 10704-91*, 8696-74*) в ыпускаются диаметром условного прохода d = 100…1600 мм и длиной l = 4…12 м. В зависимости от способа изготовления трубы бывают: бесшовные (литые) и сварные (с продольным швом).

Соединение стальных труб производится электродуговой сваркой, для чего концы труб выполняют с фасками, снятыми под углом 30…45^о, при этом сварной стык равно прочен трубам.

При небольшом объеме работ сварку труб выполняют вручную на месте укладки. При значительном объеме сварных работ трубы соединяют автоматической сваркой на заводе и в виде плетей длиной 30…35 м перевозят на место строительства.

Достоинствами стальных труб являются: высокая прочность; сравнительно небольшая масса; простота и прочность соединения; высокая сопротивляемость ударам и динамическим нагрузкам.

Существенными недостатками стальных труб являются подверженность коррозии и действию блуждающих токов, а также их значительная стоимость.

Для защиты стальных труб от коррозии их внутреннюю и наружную поверхность покрывают пластмассовой или эмалевой облицовкой.

Стальные трубы применяются для устройства самотечных и всасывающих линий, переходов под железнодорожными и автомобильными дорогами, а также при прокладке трубопроводов в сложных природных условиях.

Полиэтиленовые трубы (ГОСТ 18599-2001)выпускаются из полиэтилена высокого (ПВД) и низкого (НПД) давления и из поливинилхлорида (винипласта) условным диаметром d = 10…600 мм и длиной l = 5…12 м. Трубы рассчитаны на транспорт воды температурой до 30^◦ С. Трубы изготавливаются винипластовые и полиэтиленовые и поставляются диаметром до 40 мм в бухтах, большим диаметром – в виде отрезков длиной 5…12 м.

Неразъемные соединения труб осуществляются сваркой или склеиванием (в раструб или при помощи муфты). Разъемные соединения труб устраиваются фланцевыми или раструбными с применением резиновых уплотнительных колец. Раструбное соединение винипластовых труб на сварке выполняют введением конца одной трубы в нагретый и расширенный конец другой трубы с последующей заваркой винипластовым прутком.

Достоинствами пластмассовых труб являются: устойчивость к действию коррозии и блуждающих токов; гладкая внутренняя поверхность; высокая пропускная способность; долговечность; малая масса и теплопроводность; легкость монтажа; устойчивость к кислотам и щелочам.

К недостаткам пластмассовых труб следует отнести: высокий коэффициент линейного расширения (не рекомендуется использовать в условиях жаркого климата); слабая сопротивляемость раздавливанию.

Пластмассовые трубы применяются для устройства распределительной сети в населенных пунктах, а также для транспортирования агрессивных сред на промышленных предприятиях.

Стеклопластиковые трубы (ТУ2296-002-9657-9200-2007) выпускаются условным диаметром d = 300…2600 мм. Для производства стеклопластиковых труб используют ненасыщенные полиэфирные смолы, стекловолокно, кварцевый песок, вспомогательное сырье. Стеклопластиковые трубы применяются для целей водоснабжения и могут быть отнесены к гидравлически гладким.

К достоинствам этих труб можно отнести: хорошие эксплуатационные характеристики; хорошая теплопроводность; прочность; биологическая стойкость; влагостойкость и химическая стойкость полимера; устойчивы к агрессивным средам и резким перепадам температур.

Срок эксплуатации труб − 50 лет.

На водопроводной сети устанавливают водопроводные колодцы для размещения в них арматуры и фасонных частей. Размеры колодцев должны обеспечивать возможность размещения и эксплуатации устанавливаемых в них арматуры и фасонных частей. Колодцы устраивают из монолитного и сборного железобетона круглыми или прямоугольными в плане (камеры). Глубина колодцев зависит от принятой глубины заложения труб. На рис. 1.3.1 показана схема устройства водопроводного колодца.

В незамощенных местах дорог люки колодцев должны незначительно возвышаться над поверхностью земли с устройством отмостки шириной 1 м вокруг люка и с уклоном от него. На проезжей части улицы с усовершенствованным покрытием люки располагают на одном уровне с поверхностью покрытия. При наличии грунтовых вод водонепроницаемость колодцев обеспечивается гидроизоляцией дна и стенок на высоту не менее 0,5 м выше уровня этих вод. Проемы в стенках колодцах, через которые проходят трубы заделывают просмоленной прядью и асбестоцементным раствором. Раструбные соединения, примыкающие к стенкам колодца, должны быть обращены раструбом внутрь колодца для удобства заделки раструба.

Переходы под железными и автомобильными дорогами. Трубопроводы при пересечении автомобильными и железными дорогами следует прокладывать в водопропускных трубах под насыпями или путепроводах. При отсутствии такой возможности водопроводные линии укладывают в футляре, представляющем собой трубу диаметром на 300 мм превышающим диаметр трубопровода.

Рис. 1.3.1. Схема устройства водопроводного колодца:

1 – кольца; 2 – плита перекрытия; 3 – каменная отмостка; 4 – ходовые скобы; 5 – плита днища; 6 – чугунный люк с крышкой; 7 – трубопроводы.

Устроенные таким образом переходы, обеспечивают безопасность движения транспорта и предохраняют земляное полотно и проезжую часть от размыва при аварии на трубопроводе. Кожух предохраняет трубопровод от разрушения при воздействии статических и динамических нагрузок. На рис.1.3.2 приведена схема перехода под железнодорожными путями.

Рис. 1.3.2. Схема перехода под железнодорожными путями:

1, 4 – соответственно колодцы с задвижками на входе и выходе трубопровода; 2 – стальной трубопровод (рабочая труба); 3 – стальной кожух (труба большого диаметра); 5 – выпуск

По обе стороны перехода устраиваются колодцы с задвижками для возможности отключения трубопровода в случае аварии. Один конец кожуха выводится в колодец на выходе для возможности наблюдения за работой перехода. Для отведения воды при аварии перехода устраивается выпуск в колодце на выходе, а кожуху придают уклон не менее i = 0,001.

Для возможности извлечения рабочей трубы из кожуха для ее ремонта или замены устраивают ремонтный участок перехода длиной не менее 10 м.

Водопроводные трубы в местах пересечения реки или оврага укладывают по дну в виде дюкера. В фарватерах судоходных рек трубопроводы заглубляют на один метр (ниже дна) во избежание его повреждения якорями судов. Для дюкера применяют стальные трубы повышенной прочности со сварными стыками, усиленными муфтами. Дюкер собирают на берегу и в готовом виде протаскивают тросами по дну на место с помощью трактора или лебедки. Оба конца дюкера должны заканчиваться в специальных колодцах с устройством в них соответствующих переключений.

Водопроводная арматура. Для нормальной эксплуатации водопроводной сети устанавливают следующую арматуру: задвижки, вантузы, обратные клапаны, пожарные гидранты и др.

Задвижки предназначены для отключения аварийных участков водопроводной сети на ремонт и регулирования подачи воды потребителям.

В зависимости от конструкции затвора задвижки бывают параллельные и клиновые, с выдвижным и не выдвижным шпинделем.

Параллельная задвижка с выдвижным шпинделем работает следующим образом. При вращении маховика, прикрепленного к вертикальному шпинделю, затворные диски поднимаются или опускаются, тем самым, открывая или закрывая сечение трубы. В процессе опускания шпиндель прижимает затвор к уплотнительным кольцам, обеспечивая герметичность перекрытия воды. Схема устройства задвижки представлена на рис. 1.3.3 Для удобства эксплуатации водопроводной сети задвижки устраивают на расстоянии не более 100 м друг от друга.

В клиновых задвижках проход корпуса перекрывается круглым диском, который помещается в гнезде между наклонными уплотняющими кольцами корпуса.

Поворотные дисковые затворы получают все большее распространение. По сравнению с задвижками они имеют меньшие габариты, массу, удобны в обслуживании, но обладают большим гидравлическим сопротивлением. Затворы выпускаются с ручным и электрическим приводом.

Рис. 1.3.3. Схема устройства задвижки:

1 – корпус задвижки; 2 – затворные диски; 3 – вертикальный шпиндель; 4 маховик; 5 – уплотнительные кольца; 6 – распорный клин

Вантузы предназначены для выпуска воздуха из трубопровода, который скапливается в его повышенных точках. Воздушные скопления снижают пропускную способность трубопровода, повышают гидравлические сопротивления и способствуют образованию внутренней коррозии труб.

В ряде случаев возникает необходимость впуска воздуха в трубопровод, если в нем по каким-либо причинам образовался вакуум (например, при опорожнении трубопровода).

Вантуз работает следующим образом. При скоплении воздуха в корпусе вантуза уровень воды в нем понижается и поплавок-клапан опускается, открывая воздуховыпускное отверстие. По мере выхода воздуха из вантуза в атмосферу, уровень воды в нем поднимается и поплавок всплывает, закрывая при этом отверстие. На рис. 1.3.4 показана схема устройства вантуза.

Рис. 1.3.4. Схема устройства вантуза:

1 – корпус вантуза; 2 – предохранительные крышки; 3 – воздуховыпускное отверстие; 4 – поплавок-клапан

Обратные клапаны (рис. 1.3.5) устраивают на напорных водоводах для предотвращения гидравлического удара. Явление гидравлического удара возникает в случае резкой остановки работы насоса (например, при отключении электроэнергии). Тогда поток воды в трубопроводе будет двигаться в обратном направлении и при ударе может разрушить корпус насоса.

Рис. 1.3.5. Схема устройства обратного клапана: 1 – корпус обратного клапана; 2 – крышка; 3 – рычаг; 4 - седло; 5 – тарелка

Обратный клапан работает следующим образом. Под действием прямого движения воды по трубопроводу тарелка поворачивается на рычаге относительно его оси, и вода проходит через клапан. При обратном движении воды тарелка с помощью рычага опускается на седло и клапан закрывается, препятствуя пропуску воды.

Пожарные гидранты о тносятся к водоразборной арматуре и предназначены для подачи воды из водопроводной сети при тушении пожара.

Пожарный гидрант состоит из чугунной колонки, укрепленной на пожарной подставке. Внутри колонки расположен шток. Для приведения пожарного гидранта в действие открывают люк водопроводного колодца, откидывают закрепленную на шарнире крышку гидранта и устанавливают на него стендер. Вращение рукоятки стендера передается штоку гидранта и заставляет его передвигаться в вертикальном направлении. Вода из сети поднимается по колонке гидранта, подходит к колонке стендера и далее в пожарные рукава.

Пожарные гидранты устанавливаются в колодцах водопроводной сети на расстоянии не более 150 м (длина пожарного рукава) друг от друга вблизи перекрестков улиц, при этом учитываются условия для наиболее удобной организации тушения пожара прилежащих зданий и объектов.