СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОГО И ПОЖАРНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2010 года по МПК A62C35/64 E03B7/00 

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.

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 H₁ и Н₂ уставок по напору.

Блок 8 выполнен с возможностью регулирования частоты вращения насоса 1 на поддержание напора на уровне Н₁, заданном по входу 12, и с возможностью увеличения напора в трубопроводе 6 до уровня Н₂, 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.

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 H₁, и воздействуя по выходу 11 на преобразователь 3, регулирует частоту вращения двигателя 2 и насоса 1 на поддержание в трубопроводе 6 напора на уровне Н₁. Значение H₁ 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 Н₁, составляет 46 м в.ст.

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 H₂. Значение уставки Н₂ 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 Н₂ составляет 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.

Изобретение может быть применено в объединенных системах хозяйственно-питьевого и пожарного водоснабжения зданий. Устройство управления системой хозяйственно-питьевого и пожарного водоснабжения, осуществляющее способ, содержит насос с регулируемым электроприводом, состоящим из электродвигателя переменного тока и преобразователя частоты, и датчик напора. Датчик подключен к первому входу блока управления. Второй вход блока предназначен для подключения к внешним источникам команды на перевод системы в режим пожаротушения, например датчику пожарной сигнализации, кнопкам пожаротушения, размещаемым вблизи пожарных кранов. Блок подключен выходом к преобразователю и регулирует частоту вращения насоса на поддержание заданного напора. По команде, поступающей на вход, поддерживаемый напор увеличивается со значения H₁, заданного по входу, до значения Н₂, заданного по входу. Дополнительный насос, нерегулируемый электропривод которого подключен к дополнительному выходу блока, включается, если напор, измеряемый датчиком, не достигает заданного напора, что обеспечивает повышение надежности системы, экономию капитальных и эксплуатационных расходов без потери комфортности водоснабжения и с обеспечением нормативных напоров во всех режимах эксплуатации. Предложен способ управления указанной системой. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. 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.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в режиме хозяйственно-питьевого водоснабжения напор 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.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что частоту вращения насоса ограничивают величиной, соответствующей частоте 60 Гц питающего напряжения.

4. Устройство для осуществления способа по п.1, 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.