ЗОНИРОВАННАЯ СИСТЕМА ВОДОСНАБЖЕНИЯ МЕГАПОЛИСА Российский патент 2016 года по МПК E03B7/04 

Система относится к строительству, в частности к системам водоснабжения населенных мест.

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 насос, 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 ввиду ограниченного объема запасно-регулирующей емкости.

Известна система водоснабжения города, включающая водопроводные станции (очистные сооружения, резервуары чистой воды, насосные станции второго подъема), расположенные в городе и пригородах, водопроводные сети и повысительные насосные станции, расположенные на сетях (Кармазинов Ф.В. Реконструкция и развитие систем водоснабжения и водоотведения Санкт-Петербурга // Водоснабжение и санитарная техника. - 2004. №8-2. С. 2-7.

Недостаток этой системы - низкая надежность водопроводных сетей, поскольку они работают под избыточным давлением, которое поддерживается по всей зоне в целом на максимальном уровне.

Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению является «Система водоснабжения мегаполиса», содержащая кольцевую водопроводную сеть, разделенную на зоны, соединенные 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. В известной системе запасно-регулирующая емкость выполнена безнапорной, зональные насосные станции выполнены в виде совокупности параллельно установленных насосов, при этом:

- по крайней мере, одна зональная насосная станция выполнена 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 снабжены всасывающими трубопроводами и напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны, соединенными с напорными трубопроводами группы низконапорных насосов;

- система снабжена зональными запасно-регулирующими емкостями, соединенными, по крайней мере, с одним источником питания сети водой и зональными насосными станциями при помощи всасывающих трубопроводов, и установленной на водопроводной сети, по меньшей мере, одной зоны, по меньшей мере, одной повысительной насосной станцией с всасывающим трубопроводом, соединенным с напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны.

Имеется вариант развития системы, когда:

- по крайней мере, одна зональная насосная станция, выполненная в виде совокупности параллельно установленных групп низконапорных и высоконапорных насосов с напорными трубопроводами, снабжена группой дополнительных низконапорных насосов с напорными трубопроводами. При этом данная зональная насосная станция снабжена дополнительными напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны, соединенными с напорными трубопроводами группы дополнительных низконапорных насосов;

- система снабжена установленной на водопроводной сети данной зоны, по меньшей мере, одной дополнительной повысительной насосной станцией с всасывающим трубопроводом, соединенным с дополнительными напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны;

- система снабжена, по меньшей мере, одной водопроводной безнапорной запасно-регулирующей емкостью, соединенной с всасывающим трубопроводом повысительной насосной станции и с напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны;

- система снабжена, по меньшей мере, одной дополнительной водопроводной безнапорной запасно-регулирующей емкостью, соединенной с всасывающим трубопроводом дополнительной повысительной насосной станции и с дополнительными напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны (см. Система водоснабжения мегаполиса: патент на изобретение №2321706, Рос. Федерация: МПК E03B 7/04 (2006.01) / Кармазинов Ф.В., Кинебас А.К., Беляев А.Н., Ильин Ю.А, Игнатчик B.C., Игнатчик С.Ю. и др.; опубл. 10.04.2008, Бюл. №10).

Для известной «Системы водоснабжения мегаполиса» характерны следующие недостатки.

1. Высокие затраты электроэнергии на транспортировку воды, поскольку при поступлении воды из водопроводной сети в запасно-регулирующие безнапорные емкости происходит безвозвратная потеря остаточного напора, для создания которого затрачена электроэнергия на насосных станциях.

2. Низкая надежность водопроводных сетей, поскольку они работают под избыточным давлением, которое поддерживается по всей зоне в целом на максимальном уровне, без учета того, что в отдельных ее частях оно могло быть значительно ниже (районы малоэтажной застройки, пониженный рельеф и т.п.). Кроме того, это характерно и для всей системы, включающей несколько зон, в которой давление между зонами так же не регулируется, поскольку они соединены между собой водоводами.

Задачей настоящего изобретения является снижение затрат электроэнергии на транспортировку воды и повышение надежности системы.

Поставленная задача решена так, что в известной системе, содержащей кольцевую водопроводную сеть, разделенную на зоны, соединенные между собой водоводами, источники питания сети водой, зональные насосные станции с всасывающими трубопроводами, параллельно установленными насосами с напорными трубопроводами, соединенными с напорными магистральными трубопроводами подачи воды в зоны, зональные запасно-регулирующие емкости, соединенные, по крайней мере, с одним источником питания сети водой и зональными насосными станциями при помощи всасывающих трубопроводов, установленную на водопроводной сети, по меньшей мере, одной зоны, по меньшей мере, одну повысительную насосную станцию с всасывающим трубопроводом, установленную на водопроводной сети насосную станцию с подающим и отводящими трубопроводами и соединенную с ней безнапорную запасно-регулирующую емкость, в соответствии с настоящим изобретением:

- безнапорная запасно-регулирующая емкость соединена с подающим трубопроводом установленной на водопроводной сети насосной станции;

- по меньшей мере, одна повысительная насосная станция, по меньшей мере, одной зоны дополнительно снабжена напорным трубопроводом и локальной водопроводной сетью, при этом напорный трубопровод соединен с локальной водопроводной сетью, а всасывающий трубопровод - с водопроводной сетью этой зоны;

- система дополнительно снабжена подводящим трубопроводом, соединяющим водопроводную сеть и безнапорную запасно-регулирующую емкость, дополнительной локальной водопроводной сетью, соединенной с подающим трубопроводом, байпасной линией, соединяющей подводящий трубопровод с отводящими трубопроводами.

Имеются варианты развития, когда:

- система дополнительно снабжена клапанами, установленными на отводящих трубопроводах между точками соединения байпасной линии с отводящими трубопроводами и дополнительной локальной водопроводной сетью, регулирующими давление в дополнительной локальной водопроводной сети;

- локальная водопроводная сеть и дополнительная локальная водопроводная сеть соединены с кольцевой водопроводной сетью, по меньшей мере, одним соединительным трубопроводом с установленным на нем клапаном, регулирующим давление в локальной водопроводной сети и дополнительной локальной водопроводной сети;

- насосная станция дополнительно снабжена группой низконапорных насосов с всасывающими трубопроводами, соединенными с подводящим трубопроводом и напорными трубопроводами, соединенными с отводящими трубопроводами насосной станции;

- насосная станция дополнительно снабжена обводящим трубопроводом, соединяющим подводящий трубопровод с подающим трубопроводом, клапаном, регулирующим давление, установленным на обводящем трубопроводе, при этом клапан, регулирующий давление, установлен с возможностью регулирования давления перед насосной станцией;

- насосная станция дополнительно снабжена гидравлической машиной, например гидротурбиной, кинематически соединенной с электрогенератором, установленной на подводящем трубопроводе;

- система дополнительно снабжена межзонными клапанами, регулирующими давление, установленными на водоводах;

- повысительная насосная станция дополнительно снабжена клапаном, регулирующим давление после себя, установленным на напорном трубопроводе, байпасным трубопроводом, соединяющим всасывающий трубопровод с напорным трубопроводом, при этом точка соединения байпасного трубопровода с напорном трубопроводом расположена между повысительной насосной станцией и клапаном, регулирующим давление после себя.

Отличительными признаками заявляемой зональной системы водоснабжения являются:

1. Соединение безнапорной запасно-регулирующей емкости с подающим трубопроводом установленной на водопроводной сети насосной станции;

2. Дополнительное снабжение системы, по меньшей мере, одной повысительной насосной станцией, по меньшей мере, одной зоны напорным трубопроводом;

3. Дополнительное снабжение системы, по меньшей мере, одной повысительной насосной станцией, по меньшей мере, одной зоны локальной водопроводной сетью;

4. Соединение напорного трубопровода повысительной насосной станции с локальной водопроводной сетью, а всасывающего трубопровода - с водопроводной сетью этой зоны;

5. Дополнительное снабжение системы подводящим трубопроводом, соединяющим водопроводную сеть и безнапорную запасно-регулирующую емкость;

6. Дополнительное снабжение системы дополнительной локальной водопроводной сетью, соединенной с подающим трубопроводом;

7. Дополнительное снабжение системы байпасной линией, соединяющей подводящий трубопровод с отводящими трубопроводами;

8. Дополнительное снабжение системы клапанами, установленными на отводящих трубопроводах между точками соединения байпасной линии с отводящими трубопроводами и дополнительной локальной водопроводной сетью;

9. Выполнение клапанов регулирующими давление в дополнительной локальной водопроводной сети;

10. Соединение локальной водопроводной сети и дополнительной локальной водопроводной сети с кольцевой водопроводной сетью, по меньшей мере, одним соединительным трубопроводом с установленным на нем клапаном, регулирующим давление в локальной водопроводной сети и дополнительной локальной водопроводной сети;

11. Дополнительное снабжение насосной станции группой низконапорных насосов с всасывающими трубопроводами, соединенными с подводящим трубопроводом;

12. Дополнительное снабжение насосной станции группой низконапорных насосов напорными трубопроводами, соединенными с отводящими трубопроводами насосной станции;

13. Дополнительное снабжение насосной станции обводящим трубопроводом, соединяющим подводящий трубопровод с подающим трубопроводом;

14. Дополнительное снабжение насосной станции клапаном, регулирующим давление, установленным на обводящем трубопроводе;

15. Установка клапана, регулирующего давление, с возможностью регулирования давления перед насосной станцией;

16. Дополнительное снабжение насосной станции гидравлической машиной, например гидротурбиной, кинематически соединенной с электрогенератором;

17. Установка гидравлической машины на подводящем трубопроводе насосной станции;

18. Дополнительное снабжение системы межзонными клапанами, регулирующими давление;

19. Установка межзонных клапанов на водоводах;

20. Дополнительное снабжение повысительной насосной станции клапаном, регулирующим давление после себя;

21. Установка клапана, регулирующего давление после себя на напорном трубопроводе;

22. Дополнительное снабжение повысительной насосной станции байпасным трубопроводом, соединяющим всасывающий трубопровод с напорным трубопроводом;

23. Расположение точки соединения байпасного трубопровода с напорном трубопроводом между повысительной насосной станцией и клапаном, регулирующим давление после себя.

По сведениям, имеющимся у авторов, отличительные признаки 1, 2, 5, 11, 17, 20 и 22 в технической литературе известны, а остальные - нет, что отвечает критерию патентоспособности «новизна».

Совместное применение в заявляемой системе указанных отличительных признаков позволяет получить два положительных эффекта.

Первый положительный эффект заключается в том, что снижаются затраты электроэнергии на транспортировку воды, т.к. при поступление ее из водопроводной сети в запасно-регулирующие безнапорные емкости не происходит безвозвратная потеря остаточного напора, для создания которого затрачена электроэнергия на насосных станциях. Это достигается благодаря совместному применению отличительных признаков №1, 7-17, 22, поскольку они позволяют частично или полностью использовать остаточное давление водопроводной сети.

Второй положительный эффект заключается в том, что повышается надежность водопроводных сетей, поскольку они не работают под избыточным давлением, т.к.:

- за счет введения локальных зон в пределах одной зоны кольцевых водопроводных сетей давление не поддерживается по всей зоне в целом на максимальном уровне, а изменяется, учитывая этажность застройки, рельеф и т.п. Это достигается благодаря совместному применению отличительных признаков №1-6, поскольку они позволяют регулировать давление в локальных зонах;

- за счет дополнительного снабжения системы клапанами, установленными на отводящих трубопроводах, напорном трубопроводе с возможностью регулирования давления после себя (перед локальной водопроводной сетью и дополнительной локальной водопроводной сетью), при подаче воды в локальные зоны по байпасной линии, байпасному трубопроводу давление в них поддерживается на требуемом уровне, не превышая его во всех режимах работы. Это достигается благодаря совместному применению отличительных признаков №8, 9, 20-23;

- появилась возможность в различных зонах поддерживать требуемое давление на минимальном уровне. Это достигается благодаря совместному применению отличительных признаков №18-19, поскольку они позволяют регулировать давление в зонах.

Таким образом, заявляемая зонированная система водоснабжения мегаполиса отвечает критерию «изобретательский уровень».

Предлагаемая авторами система отличается от прототипа конструктивно.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемой зональной системы водоснабжения, на фиг. 2 - вариант развития насосной станции, когда она дополнительно снабжена группой низконапорных насосов, на фиг. 3 - вариант развития насосной станции, когда она дополнительно снабжена обводящим трубопроводом, соединяющим подводящий трубопровод с подающим трубопроводом, и клапаном, установленным на обводящем трубопроводе с возможностью регулирования давления перед насосной станцией, на фиг. 4 - вариант развития системы, когда она дополнительно снабжена гидравлической машиной, установленной на подводящем трубопроводе, на фиг. 5 - вариант развития, когда насосная станция дополнительно снабжена обводящим трубопроводом, соединяющим подводящий трубопровод с подающим трубопроводом с одновременной установкой на отводящих трубопроводах клапанов, регулирующих давление в дополнительной локальной водопроводной сети. На фиг. 6 представлен вариант развития, когда повысительная насосная станция дополнительно снабжена клапаном, регулирующим давление после себя, установленным на напорном трубопроводе, байпасным трубопроводом, соединяющим всасывающий трубопровод с напорным трубопроводом в точке между повысительной насосной станцией и клапаном, регулирующим давление после себя.

Система включает кольцевую водопроводную сеть 1, разделенную на зоны. 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. В соответствии с настоящим изобретением выполнение зональных насосных станций 7 может быть различным. В качестве примера на фиг. 1 представлен вариант, когда в первой зоне 2 она выполнена в виде параллельно установленных 7-ми насосов 8, а во второй зоне 3 - в виде 4-х насосов 8.

Источники 4 питания сети водой в соответствии с настоящим изобретением могут быть представлены в виде водопроводных станций, осуществляющих забор и очистку питьевой воды, скважинных водозаборов, водоводов, подающих воду и т.п.

Напорные трубопроводы 9 насосов 8 соединены с напорными магистральными трубопроводами 10 подачи воды в зоны.

Система также включает в себя:

- установленную на водопроводной сети 1 повысительную насосную станцию 11 с всасывающим трубопроводом 12, соединенным с водопроводной сетью 1 этой зоны, а также напорным трубопроводом 13, соединенным с локальной водопроводной сетью 14;

- установленную на водопроводной сети насосную станцию 15 с подающим 16 и отводящими 17 трубопроводами. На фиг. 1-5 отводящие трубопроводы 17 условно показаны одной линией;

- безнапорную запасно-регулирующую емкость 18, соединенную с подающим трубопроводом 16, установленным на водопроводной сети насосной станции 15;

- подводящий трубопровод 19, соединяющий водопроводную сеть 1 и безнапорную запасно-регулирующую емкость 18;

- дополнительную локальную водопроводную сеть 20, соединенную с отводящими трубопроводами 17;

- байпасную линию 21, соединяющую подводящий трубопровод 19 с отводящими трубопроводами 17;

- водоводы 22, соединяющие кольцевые водопроводные сети разных зон.

Изобретение не исключает установку на сети районных и локальных повысительных насосных станций, а также запорной и регулирующей арматуры (задвижек, обратных клапанов, поворотных затворов, вантузов и т.п.) в местах, предусмотренных строительными нормами и правилами.

Имеется вариант развития, когда система дополнительно снабжена клапанами 23, установленными на отводящих трубопроводах 17 между точками соединения байпасной линии 21 с отводящими трубопроводами 17 и дополнительной локальной водопроводной сетью 20. Клапаны 23 выполнены регулирующими давление в дополнительной локальной водопроводной сети 20. Устройство клапанов 23 доступно для понимания специалистами на основании уровня техники их смыслового содержания, т.к. они представляют собой известные в технике клапаны, регулирующие давление после себя. На фиг. 1 отводящие трубопроводы 17 условно показаны одной линией с установленной на ней одним клапаном 23.

Имеется вариант развития, когда локальная водопроводная сеть 14 и дополнительная локальная водопроводная сеть 20 соединены с кольцевой водопроводной сетью 1, по меньшей мере, одним соединительным трубопроводом 24 с установленным на них клапаном 23, регулирующим давление в локальной водопроводной сети 14 и дополнительной локальной водопроводной сети 20. На фиг. 1 представлен вариант, когда локальная водопроводная сеть 14 соединена с кольцевой водопроводной сетью 1 двумя соединительными трубопроводами 24 с установленными на них клапанами 23, а дополнительная локальная водопроводная сеть 20 - одним соединительным трубопроводом 24 с установленным на них клапаном 23.

Имеется вариант развития, представленный на фиг. 2, когда насосная станция 15 дополнительно снабжена группой низконапорных насосов 25 с всасывающими трубопроводами 26, соединенными с подводящим трубопроводом 19, и напорными трубопроводами 27, соединенными с отводящими трубопроводами 17.

Имеется вариант развития, представленный на фиг. 3, когда насосная станция 15 дополнительно снабжена обводящим трубопроводом 28, соединяющим подводящий трубопровод 19 с подающим трубопроводом 16, клапаном 29, регулирующим давление, установленным на обводящем трубопроводе 28, при этом клапан 29, регулирующий давление, установлен с возможностью регулирования давления перед насосной станцией 15.

Имеется вариант развития, представленный на фиг. 4, когда система дополнительно снабжена гидравлической машиной 30, установленной на подводящим трубопроводе 19. Гидравлическая машина 30 в соответствии с настоящим изобретением может быть выполнена в виде гидротурбины 31, кинематически соединенной при помощи кинетической связи 32 с электрогенератором 33.

Имеется вариант развития, представленный на фиг. 5, когда насосная станция 15 дополнительно снабжена обводящим трубопроводом 28, соединяющим подводящий трубопровод 19 с подающим трубопроводом 16. При этом, в отличие от варианта, представленного на фиг. 3, система дополнительно снабжена клапанами 23, установленными на отводящих трубопроводах 17 между точками соединения байпасной линии 21 с отводящими трубопроводами 17 и дополнительной локальной водопроводной сетью 20. В этом варианте клапаны 23 выполнены регулирующими давление в дополнительной локальной водопроводной сети 20.

Имеется вариант развития, представленный на фиг. 1, когда система дополнительно снабжена межзонными клапанами 34, регулирующими давление, и установленными на водоводах 22. Настоящим изобретением не исключается установка межзонных клапанов 34, регулирующих давление (до себя или после себя).

Имеется вариант развития, представленный на фиг. 6, когда повысительная насосная станция 11 дополнительно снабжена клапаном 23, регулирующим давление после себя, установленным на напорном трубопроводе 13, байпасным трубопроводом 35, соединяющим всасывающий трубопровод 12 с напорным трубопроводом 13, при этом точка соединения байпасного трубопровода 35 с напорном трубопроводом 13 расположена между повысительной насосной станцией 11 и клапаном 23, регулирующим давление после себя.

Зонированная система водоснабжения мегаполиса 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. Предлагаемым изобретением предусмотрена перекачка воды в кольцевую водопроводную сеть 1, по меньшей мере, в две ступени.

Первая ступень предусматривает подачу воды при помощи всех (кроме резервных) параллельно установленных насосов 8 через напорные трубопроводы 9 в напорные магистральные трубопроводы 10 подачи воды в зоны. На чертеже этот вариант показан реализованный в двух зонах: первой зоне 2 и второй зоне 3. В этом случае по длине магистральных трубопроводов 10 должно поддерживаться давление, необходимое для питания водой близлежащую застройку. При этом чем больше длина магистральных трубопроводов 10, тем больше снижается давление за счет линейных потерь, которые прямо пропорциональны их длине. Когда давление в них снижается до значений меньше минимально допустимых или требуемое давление возрастает, например, при повышении этажности застройки, т.е. появлением локальной водопроводной зоны с повышенным давлением, то подключается вторая ступень перекачки. Конструктивно она может быть представлена в двух вариантах.

Первый вариант - с применением установленной на водопроводной сети повысительной насосной станции 11. При этом в локальную водопроводную сеть 14 вода может подаваться по двум подвариантам.

Первый подвариант возможен в часы минимального водопотребления, например в ночь, когда давление воды во всасывающем трубопроводе 12 достаточно (больше или равно норме) для подачи ее в локальную водопроводную сеть 14 напрямую по байпасному трубопроводу 35 через напорные трубопроводы 13. В этом случае (см. фиг. 6), клапан 23, регулирующий давление после себя и установленный на напорном трубопроводе 13, регулирует давление в локальной водопроводной сети 14, не допуская его превышения. Это повышает надежность этой локальной сети, поскольку аварийность на сетях возрастает с повышением давления.

Второй подвариант работает в режиме, когда давления воды во всасывающем трубопроводе 12 недостаточно (меньше нормы) для подачи ее в локальную водопроводную сеть 14 напрямую по байпасному трубопроводу 35 и напорные трубопроводы 13. В этом случае вода (см. фиг. 1, 6) при помощи повысительной насосной станции 11 по всасывающему трубопроводу 12, соединенному с водопроводной сетью 1 этой зоны, а также напорным трубопроводом 13, поступает в локальную водопроводную сеть 14. За счет работы повысительной насосной станции 11 в напорном трубопроводе 13 создается давление, равное требуемому давлению в локальной водопроводной сети 14 или выше его. Последнее имеет место, когда насосная станция 11 развивает минимально возможное давление. Для того чтобы избежать избыточного давления, включается в работу клапан 23 (см. фиг. 6), регулирующий давление после себя и установленный на напорном трубопроводе 13. Он регулирует давление в локальной водопроводной сети 14, не допуская его превышения.

Второй вариант - с применением установленной на водопроводной сети насосной станции 15 с подающим 16 и отводящими 17 трубопроводами. В этом случае, как и в первом варианте второй ступени перекачки вода из водопроводной сети 1 по подводящему трубопроводу 19 может подаваться в дополнительную локальную водопроводную сеть 20 по двум подвариантам.

Первый подвариант возможен в часы минимального водопотребления, например в ночь, когда давление воды в подводящем трубопроводе 19 достаточно (больше или равно норме) для подачи ее в дополнительную локальную водопроводную сеть 20 напрямую по байпасной линии 21 через отводящие трубопроводы 17. В этом случае, клапаны 23, установленные на отводящих трубопроводах 17, регулируют давление в дополнительной локальной водопроводной сети 20, не допуская его превышения. Это повышает надежность этой локальной сети, поскольку аварийность на сетях возрастает с повышением давления.

В этом подварианте подача воды в дополнительную локальную водопроводную сеть 20, так же как и в локальную водопроводную сеть 14 в первом варианте, дополнительно осуществляется по соединительным трубопроводам 24 с установленными на них клапанами 23, регулирующим давление в локальной водопроводной сети 14 и дополнительной локальной водопроводной сети 20.

Второй подвариант работает в режиме, когда давления воды в подводящем трубопроводе 19 недостаточно (меньше нормы) для подачи ее в локальную водопроводную сеть 20 напрямую по байпасной линии 21 через отводящие трубопроводы 17. В этом случае вода по подводящему трубопроводу 19 с разрывом струи поступает в безнапорную запасно-регулирующую емкость 18, а из нее по подающим трубопроводам 16 при помощи насосной станции 15 через отводящие 17 трубопроводы с требуемым давлением подается в дополнительную локальную водопроводную сеть 20. В результате в запасно-регулирующей емкости 18 создается запас воды, что повышает надежность работы системы, поскольку создает временной резерв в подаче воды, когда в дополнительную локальную водопроводную сеть 20 вода может подаваться даже в режиме аварии на кольцевой водопроводной сети 1, подводящем трубопроводе 19, напорных магистральных трубопроводах 10 подачи воды в зоны, зональных насосных станциях 7, источниках 4 питания сети водой, зональных запасно-регулирующих емкостях 5.

В этом подварианте насосная станция 15 должна развивать напор, равный требуемому напору в дополнительной локальной водопроводной сети 20, поскольку при поступлении воды по подводящему трубопроводу 19 в безнапорную запасно-регулирующую емкость 18 происходит безвозвратная потеря давления воды. Для того чтобы частично компенсировать эту потерю, имеются следующие режимы работы (варианты развития) системы.

Первый режим, когда (см. фиг. 2) вода из с подводящего трубопровода 19 через всасывающие трубопроводы 26 группой низконапорных насосов 25 по напорным трубопроводам 27 подается в отводящие трубопроводы 17. Низконапорные насосы 25 могут развивать более низкий напор по сравнению с насосами насосной станции 15. Поэтому для обеспечения требуемого напора для подачи воды в дополнительную локальную водопроводную сеть 20 давление в подводящем трубопроводе 19 не гасится безвозвратно, а используется в качестве подпора перед группой низконапорных насосов 25. В результате происходит снижение потребляемой мощности P на величину ΔP1=0,0027∗Q∗P₁₉, кВт, где Q - расход воды, поступающей по подводящему трубопроводу 19, м³/ч; P₁₉ - давление воды в подводящем трубопроводе 19, м.в.с.

В первом режиме вода не может быть подана напрямую для повышения давления на насосную станцию 15, поскольку с учетом подпора давление в дополнительной локальной водопроводной сети 20 превысит расчетное, т.к. для каждой насосной станции существует минимально допустимое развиваемое давление и расход. Для избегания избыточного давления в дополнительной локальной водопроводной сети 20 осуществляется переход во второй режим (см. фиг. 3) ее работы. В этом случае вода по обводящему трубопроводу 28 через клапан 29, регулирующий давление перед насосной станцией 15, поступает на нее, а затем - в дополнительную локальную водопроводную сеть 20. При этом после клапана 29, т.е. перед насосной станцией 15, образуется максимально возможное давление Р₂₈, при котором с учетом минимально возможного развиваемого давления насосной станцией 15 в дополнительной локальной водопроводной сети 20 образуется требуемое давление. В результате происходит снижение электропотребления P на величину ΔP2=0,0027∗Q∗P₂₈, кВт.

Третий режим, когда (см. фиг. 4) вода по подводящему трубопроводу 19 через гидротурбину 31, кинематически соединенную при помощи кинетической связи 32 с электрогенератором 33, с разрывом струи поступает в безнапорную запасно-регулирующую емкость 18. При этом не происходит безвозвратная потеря давления воды, т.к. она превращается в электроэнергию величиной ΔP3=0,0027∗Q∗P₁₉∗η, кВт, где η - коэффициент полезного действия гидротурбины 31 с электрогенератором 33.

Четвертый режим, когда (см. фиг. 5) вода по обводящему трубопроводу 28 поступает на насосную станцию 15, которая, развивая минимально возможное давление, повышает его до минимально возможного уровня P_min>P₂₀, где P₂₀ - требуемое давление в дополнительной локальной водопроводной сети 20. Однако после клапанов 23, установленных на отводящих трубопроводах 17 и выполненных регулирующими давление в дополнительной локальной водопроводной сети 20, давление в ней снижается до требуемого P₂₀. В результате происходит снижение электропотребления P на величину ΔP2=0,0027∗Q∗(P₂₀-(P_min-P₂₈)), кВт.

Кроме перечисленных вариантов и подвариантов обеспечения давления в локальной водопроводной сети 14 и в дополнительной локальной водопроводной сети 20 система позволяет регулировать давление в зонах посредством межзонных клапанов 34 (см. фиг. 1), образуя перетоки воды из зон с избыточным давлением, в зоны где его не хватает. Это дополнительно повышает надежность системы и снижает ее электропотребление.

Таким образом, предлагаемая зонированная система водоснабжения мегаполиса позволяет:

1. Снижать затраты электроэнергии на транспортировку воды, т.к. при поступление ее из водопроводной сети 1 в запасно-регулирующие безнапорные емкости 18 не происходит безвозвратная потеря остаточного напора, для создания которого затрачена электроэнергия на насосных станциях;

2. Повысить надежность водопроводных сетей, поскольку они не работают под избыточным давлением, т.к.:

- за счет введения локальных зон 14 и 20 в пределах одной зоны кольцевых водопроводных сетей 1 давление не поддерживается по всей зоне в целом на максимальном уровне, а изменяется, учитывая этажность застройки, рельеф и т.п.;

- за счет дополнительного снабжения системы клапанами, установленными на отводящих трубопроводах, напорном трубопроводе с возможностью регулирования давления после себя (перед локальной водопроводной сетью и дополнительной локальной водопроводной сетью) при подаче воды в локальные зоны по байпасной линии, байпасному трубопроводу давление в них поддерживается на требуемом уровне, не превышая его во всех режимах работы;

- в различных зонах поддерживается требуемое давление на минимальном уровне.

Изобретение относится к области водоснабжения. Система содержит кольцевую водопроводную сеть (1), разделенную на зоны (2 и 3), соединенные между собой водоводами (22), источники (4) питания сети водой, зональные насосные станции (7) с всасывающими трубопроводами (6), параллельно установленными насосами (8) с напорными трубопроводами (9), соединенными с напорными магистральными трубопроводами (10) подачи воды в зоны, зональные запасно-регулирующие емкости (5), соединенные по крайней мере с одним источником (4) питания сети водой и зональными насосными станциями (7) при помощи всасывающих трубопроводов (6), установленную на водопроводной сети (1) по меньшей мере одной зоны по меньшей мере одну повысительную насосную станцию (11) с всасывающим трубопроводом (12), установленную на водопроводной сети насосную станцию (15) с подающим (16) и отводящими (17) трубопроводами и соединенную с ней безнапорную запасно-регулирующую емкость (18). Безнапорная запасно-регулирующая емкость (18) соединена подающим трубопроводом (16) с установленной на водопроводной сети насосной станцией (15), по меньшей мере одна повысительная насосная станция (11) по меньшей мере одной зоны дополнительно снабжена напорным трубопроводом (13) и локальной водопроводной сетью (14). Напорный трубопровод (13) соединен с локальной водопроводной сетью (14), а всасывающий трубопровод (12) - с водопроводной сетью (1) этой зоны. Система дополнительно снабжена подводящим трубопроводом (19), соединяющим водопроводную сеть (1) и безнапорную запасно-регулирующую емкость (18), дополнительной локальной водопроводной сетью (20), соединенной с подающим трубопроводом (16), байпасной линией (21), соединяющей подводящий трубопровод (19) с отводящими трубопроводами (17). Обеспечивается снижение затрат электроэнергии на транспортировку воды и повышение надежности системы. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Зонированная система водоснабжения мегаполиса, содержащая кольцевую водопроводную сеть, разделенную на зоны, соединенные между собой водоводами, источники питания сети водой, зональные насосные станции с всасывающими трубопроводами, параллельно установленными насосами с напорными трубопроводами, соединенными с напорными магистральными трубопроводами подачи воды в зоны, зональные запасно-регулирующие емкости, соединенные по крайней мере с одним источником питания сети водой и зональными насосными станциями при помощи всасывающих трубопроводов, установленную на водопроводной сети по меньшей мере одной зоны по меньшей мере одну повысительную насосную станцию с всасывающим трубопроводом, установленную на водопроводной сети насосную станцию с подающим и отводящими трубопроводами и соединенную с ней безнапорную запасно-регулирующую емкость, отличающаяся тем, что безнапорная запасно-регулирующая емкость соединена подающим трубопроводом с установленной на водопроводной сети насосной станцией, по меньшей мере одна повысительная насосная станция по меньшей мере одной зоны дополнительно снабжена напорным трубопроводом и локальной водопроводной сетью, при этом напорный трубопровод соединен с локальной водопроводной сетью, а всасывающий трубопровод - с водопроводной сетью этой зоны, система дополнительно снабжена подводящим трубопроводом, соединяющим водопроводную сеть и безнапорную запасно-регулирующую емкость, дополнительной локальной водопроводной сетью, соединенной с подающим трубопроводом, байпасной линией, соединяющей подводящий трубопровод с отводящими трубопроводами.

2. Зонированная система водоснабжения мегаполиса по п.1, отличающаяся тем, что система дополнительно снабжена клапанами, установленными на отводящих трубопроводах между точками соединения байпасной линии с отводящими трубопроводами и дополнительной локальной водопроводной сетью, регулирующими давление в дополнительной локальной водопроводной сети.

3. Зонированная система водоснабжения мегаполиса по п.1, отличающаяся тем, что локальная водопроводная сеть и дополнительная локальная водопроводная сеть соединены с кольцевой водопроводной сетью по меньшей мере одним соединительным трубопроводом с установленным на нем клапаном, регулирующим давление в локальной водопроводной сети и дополнительной локальной водопроводной сети.

4. Зонированная система водоснабжения мегаполиса по п.1, отличающаяся тем, что насосная станция дополнительно снабжена группой низконапорных насосов с всасывающими трубопроводами, соединенными с подводящим трубопроводом и напорными трубопроводами, соединенными с отводящими трубопроводами насосной станции.

5. Зонированная система водоснабжения мегаполиса по п.1, отличающаяся тем, что насосная станция дополнительно снабжена обводящим трубопроводом, соединяющим подводящий трубопровод с подающим трубопроводом, клапаном, регулирующим давление, установленным на обводящем трубопроводе, при этом клапан, регулирующий давление, установлен с возможностью регулирования давления перед насосной станцией.

6. Зонированная система водоснабжения мегаполиса по п.1, отличающаяся тем, что насосная станция дополнительно снабжена гидравлической машиной, например гидротурбиной, кинематически соединенной с электрогенератором, установленной на подводящем трубопроводе.

7. Зонированная система водоснабжения мегаполиса по п.1, отличающаяся тем, что система дополнительно снабжена межзонными клапанами, регулирующими давление, установленными на водоводах.

8. Зонированная система водоснабжения мегаполиса по п.1 или 2, отличающаяся тем, что насосная станция дополнительно снабжена обводящим трубопроводом, соединяющим подводящий трубопровод с подающим трубопроводом.

9. Зонированная система водоснабжения мегаполиса по п.1, отличающаяся тем, что повысительная насосная станция дополнительно снабжена клапаном, регулирующим давление после себя, установленным на напорном трубопроводе, байпасным трубопроводом, соединяющим всасывающий трубопровод с напорным трубопроводом, при этом точка соединения байпасного трубопровода с напорным трубопроводом расположена между повысительной насосной станцией и клапаном, регулирующим давление после себя.