книги / Проектирование, строительство и эксплуатация зданий и сооружений

где М - масса загружаемого материала, г; IV—объем фильтрующего элемента, см3.

Рис. 1. Экспериментальный образец фильтра: а - схема фильтра; б, в - схемы снаряжения фильтрующего элемента материалом соответственно при поперечной и продольной фильтрации; 1 - распределительная решетка; 2 - выходной патрубок; 3 - выходное отделение; 4 - фильтрующий элемент; 5 -приемное отделение; б — входной патрубок; 7 - фильтрующий материал

В ходе экспериментов измерялись потери давления на фильтре при различных расходах фильтруемой жидкости.

На основании опытных данных построены зависимости потерь напора в материале Ни от скорости фильтрации V при различных направлениях фильтрации и плотностях упаковки материала (рис. 2). На графике видно, что при одной и той же скорости фильтрации потери напора Ни всегда выше при поперечной фильтрации, чем при продольной и зависят от плотности упаковки материала. В исследованной области скоростей зависимость Нм от V носит прямолинейный характер, что свидетельствует о ламинарном режиме фильтрации жидкости.

Эмпирической величиной, выражающей зависимость Нм от V при

ламинарном режиме фильтрации, является коэффициент фильтрации Яф, который определяется из формулы Дарси [2]:

_ ЪУ

* ф Н и где Ь - длина патрона (толщина слоя материала в фильтрующем элементе), м.

V, м/ч

Рис. 2. Зависимость потерь напора в углеродном волокнистом материале от скорости фильтрации жидкости при различном направлении потока и плотности его упаковки: продольная фильтрация при р, г/см3: 1 - 0,077 ; 3 - 0,100; 5 - 0,133; 7 - 0,161; 9 - 0,190; И - 0,231; поперечная фильтрация при р, г/см3:2 - 0,077; 4 - 0,100; 6 -0,133; 5 -0,161; /0 -0 ,1 9 0 ; /2 -0 ,2 3 1

Для определения влияния плотности упаковки материала на величину потерь напора были построены зависимости коэффициента фильтрации от плотности упаковки р (рис. 3). Анализ полученных данных показывает, что эта зависимость носит нелинейный характер и, при небольшой плотности упаковки материала, коэффициент фильтрации в значительной степени зависит от направления фильтрации. С увеличением р разница в значениях коэффициента фильтрации при продольном и поперечном направлении потока жидкости непрерывно уменьшается и при плотности р > 0,25 г/см3 практически равна

УДК 628.1-192

В.Д. Шаталин

Пермский государственный технический университет

О ВОЗМОЖНОЙ ОЦЕНКЕ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ ОБОРОТНЫХ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Приведены показатели надежности элементов системы оборотного водоснабжения. Показано, что наиболее слабым элементом в системе является насосный агрегат. Для повышения надежности системы до Р = 0,8 необходима установка резервного насоса или наличие его на складе.

Одним из главных эксплуатационных показателей оборотной системы водоснабжения является надежность ее работы - комплексный показатель, характеризующий свойство системы работать безотказно, быть долговечной, ремонтно-пригодной. Применительно к оборотным системам водоснабжения повышение надежности работы способствует увеличению отвода тепла от технологических агрегатов и, соответственно, повышает технологическую и экономическую эффективность работы системы в целом. Количественная оценка надежности оборотной системы водоснабжения позволяет планировать эксплуатационные мероприятия по техническому обслуживанию оборудования, его ремонту и замене отдельных частей. Оценка надежности работы оборотной системы водоснабжения на стадии проектирования и эксплуатации и сопоставление ее с технологической надежностью водопотребляющей системы позволяют выделить наиболее ненадежные элементы и разработать мероприятия, повышающие общую надежность.

При рассмотрении простейшей оборотной системы водоснабжения (рис.1) с расчетной схемой резервирования элементов этой системы (рис.2) предполагается, что интенсивность отказов X (вероятность отказа в единицу времени /) подчиняется экспоненциальному закону, а все элементы системы соединены последовательно.

Общая надежность системы определяется через показатели надежности работы элементов по уравненшо '

где Р\ (/).. .Р5 (() - надежность работы элементов оборотной системы. Учитывая, что для большинства элементов оборотной системы водоснаб­

жения может быть применен экспоненциальный закон распределения отказов, общее уравнение для определения надежности работы системы в целом будет

Рис. 1. Оборотная система водоснабжения: 1 - теплообменник, 2 - циркуляционные трубопроводы, 3 - градирня вентиляторная, 4 - водоприемный резервуар, 5 - циркуля­ ционный насос

Рис. 2. Блок-схема оборотной системы водоснабжения с последовательно-параллельными соединениями элементов

При расчете надежности по экспоненциальному закону получается незначительный запас вследствие того, что коэффициент вариации равен единице.

На основании имеющегося эксплуатационного материала [1,2,3] в табл. 1 приведена интенсивность отказов элементов системы оборотного водоснабжения X (10 "б ч'1).

Используя данные, приведенные в табл. 1, по уравнению (2) рассчитаны показатели надежности работы системы от 0 до 104 ч для различных значений интенсивностей отказов элементов.

Результаты расчетов изменения надежности работы системы в зависимости от количества проработанных часов и величины интенсивности отказов приведены в табл. 2.

Оценка данных, приведенных в табл. 1, показывает, что определяющими являются показатели надежности работы циркуляционного насоса и вентиляторной градирни.

Для оценки увеличения надежности работы системы с последовательно­ параллельным включением элементов рассмотрим два случая (см. рис. 2).

1. Оба насоса установлены параллельно при последовательном соедине­ нии остальных элементов.

2. Параллельно установлены два насоса и две градирни при последо­ вательном соединении остальных элементов.

Надежность работы системы с параллельным соединением двух одинаковых элементов и постоянной интенсивностью отказов определяется по уравнению

Расчетные значения надежности работы системы во времени с ненагруженным резервом приведены в табл. 2.

Кривые изменения надежности работы системы для случаев последовательной и последовательно-параллельной работы элементов с использованием данных табл. 2 приведены на рис. 3.

Надежность работы Р

Рис. 3. Зависимость надежности системы от продолжительности ее работы

При заданной надежности работы системы Р = 0,8 и времени безотказной работы ( = 8760 ч = 1 год оказывается, что система с последовательным соединением элементов не обеспечит требуемой степени надежности. Установка параллельно двух насосов (ненагруженный резерв) обеспечит требуемую надежность, а параллельная установка градирни при продолжительности работы 1 год требуемую надежность на 0,1. Установка дополнительного насоса более предпочтительна из-за условий монтажа и обслуживания. Следует на первом этапе проектирования или эксплуатации для повышения надежности работы ограничиваться установкой дополнительного насоса (ненагруженный резерв).

Проведенный анализ показал:

1) наиболее слабыми элементами надежности работы являются насосы и градирни;

2) регламентирующую степень надежности системы следует определять технико-экономическим расчетом или анализом требуемой технической надежности работы водопотребителей;

Параллельная установка насосов (ненагруженный резерв)

3) на стадии проектирования возможно оценить преимущества и недостатки принимаемых проектных решений и при известной требуемой надежности работы системы рассчитать наиболее эффективный вариант.

Список литературы

1. Белозеров Н.П. Расчет систем водоснабжения с применением вычис­ лительной техники. М.: Колос, 1973.

2. Абрамов Н.Н. Надежность систем водоснабжения. М.: Стройиздат,

1979.

3. Диллон Б., Сингх Ч. Инженерные методы обеспечения надежности систем. М.: Мир, 1984.

Получено 10.06.99

УДК 696 1/4

Л.В. Бартова, М.В. Болонкин, Е.А. Балабанова, Н.В. Норина

Пермский государственный технический университет

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЗОННЫХ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Снижение предельно допустимой величины гидростатического давления во внутренних объединенных системах хозяйственно-питьевого и противопожарного водо­ снабжения с 0,60 до 0,45 мПа [2] влечет за собой сокращение области применения однозонных систем водоснабжения. Если до изменения СНиП однозонные системы могли быть запроектированы в зданиях до 16 этажей включительно, то новая редакция ограничивает область их применения зданиями высотой не более 11 этажей.

Зонирование систем водоснабжения зданий выполняют для снижения гидростатического давления в системе с целью предотвращения перерасхода воды и повреждения арматуры. До последнего времени зонные системы проектировались в зданиях высотой 17 этажей и более. В зданиях меньшей этажности удовлетворительно работали однозонные системы; при этом удавалось обеспечить требуемый напор на верхнем этаже: 2 - 3 м при макси­ мальном водоразборе и 9,6 - 10 м при пожаре; а свободный напор перед самым низкорасположенным прибором на первом этаже или в подвале на превышал допустимой величины 60 м.

В 1996 г. в СНиП 2.03.04-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий» [1] были внесены изменения, касающиеся материала труб для внутренних водопроводных сетей. Если в прежней редакции обязательным было применение стальных труб, то в нынешней предпочтение отдается трубам из полимерных материалов. Поскольку надежность резьбовых соединений

пластмассовых труб, фасонных частей и арматуры пока ниже, чем стальных, то было принято и другое изменение: предельно допустимая величина свободного напора у наиболее низкорасположенного прибора была снижена с 60 до 45 м [2]. Эти изменения неизбежно влекут за собой сокращение области применения однозонных систем водоснабжения.

Сотрудниками и студентами кафедры водоснабжения и канализации нашего университета были проведены проектные исследования с целью определить области применения одно- и двухзонных систем водоснабжения в свете изменений СНиП [1]. Расчеты проведены на примерах жилых и общественных зданий различной этажности и при разных режимах работы наружного водопровода. Они показали, что здания высотой 12 этажей - это тот предельный случай, когда еще может быть применена однозонная система. По расчету , при требуемом свободном напоре на 12-м этаже 2 - 3 м при максимальном водоразборе и 9,6 - 10 м при пожаре напор перед приборами первого этажа будет равен соответственно 37 и 44,5 м, то есть он не превысит предельно допустимой величины 45 м.

Однако возможность применения однозонной схемы для 12-этажного здания ограничивается следующими условиями: в подвальном этаже отсутствуют водоразборные устройства, гарантийный напор в городском водопроводе достаточен для обеспечения водой здания, либо недостающий напор компенсируется повысительным насосом абсолютно точно, колебания напора в наружном водопроводе незначительны. В практике проектирования такие условия встречаются крайне редко. Напор в городском водопроводе, как правило, бывает недостаточен для снабжения водой 12-этажных зданий, и приходится предусматривать повысительные насосы, при этом практически невозможно добиться точного соответствия рабочих параметров насосного оборудования расчетным величинам. Напор насосов, как правило, превышает требуемый на несколько метров даже в часы максимального водоразбора й, тем более, при минимальном водопотреблении. Превышение фактических величин напора в зданиях над требуемыми обусловлено еще и распространенной в настоящее время микрорайонной схемой водоснабжения населенных пунктов, когда весь комплекс зданий микрорайона обслуживается одной группой повысительных насосов. То есть в общем случае, как показали расчеты, при водоснабжении 12-этажных зданий по однозонной .схеме гидростатическое давление во внутреннем водопроводе в режиме пожаротушения будет превышать максимально допустимое - 45 м.

Однозонные системы будут удовлетворительно работать в зданиях высотой до 11 этажей включительно ; что подтверждается серией расчетов.

В зданиях большей этажности следует проектировать зонные системы. В общем ряду схем выделяются своей оригинальностью и экономичностью двухзонные системы конструкции МНИИТЭП и ОАО «Пермгражданпроект». Их рекомендуется проектировать в зданиях высотой от 12 до 20 этажей.