Узел водопроводных сооружений блок-модульного типа Российский патент 2021 года по МПК E03B11/00 E03F5/00 

Изобретение относится к устройствам водоснабжения и водоотведения, а именно к узлам водопроводных сооружений блок-модульного типа.

В последние годы общемировая строительная индустрия демонстрирует устойчивые тенденции к стремлению достижения большей экономической эффективности, повышению эффективности использования земельных участков, сокращению сроков строительства. При устройстве систем водоснабжения и водоотведения наиболее трудо- и материалоемкими являются работы по возведению различного рода и назначения емкостных водопроводных сооружений, к которым относятся:

- насосные станции;

- напорно-регулирующие устройства (емкости запаса воды);

- сооружения для размещения оборудования на водозаборных сооружениях;

- станции водоподготовки и водоочистки.

В настоящее время разработаны и применяются в системах водоснабжения различные емкости запаса воды и насосные станции, отличающиеся друг от друга по назначению, по конструкции, по применяемым материалам и оборудованию [1]. Выбор типа резервуара для хранения запасов воды, его конструктивные особенности и расположение на местности основывается на расчетах совместной работы насосных станций и сети с учетом местных условий и технологических требований [2].

Одним из способов повышения экономической эффективности при проектировании технологических емкостных водопроводных сооружений, устраиваемых на магистральных водоводах, является технологический прием объединения отдельно размещаемых основных и вспомогательных сооружений в единый блок-модуль.

Известен, например, блочно-модульный водозаборный узел (https://productcenter.ru/products/68519/blochno-modulnyi-vodozabornyi-uziel-vzu). Блочно-модульный водозаборный узел (ВЗУ) - это здание блочно-модульного типа, с составе которого находится комплекс инженерного оборудования для забора воды из скважин, ее очистки и транспортировки на системы хоз-питьевого водоснабжения и пожаротушения. Основными преимуществами является: максимальная заводская готовность, мобильность Данные блок-модули имеют габариты, позволяющие транспортировать автомобильным и ж/д транспортом, короткие сроки монтажа на объекте и запуска в эксплуатацию, значительная экономия при возведении в сравнении с капитальным строительством. В стандартный набор оборудования входят: механическая очистка, глубокая очистка, обезжелезивание, обратный осмос, уф-обеззараживание, насосная станция второго подъема, станция автоматического пожаротушения, система автоматизации и диспетчеризации для удаленного мониторинга. Источник: https://productcenter.ru.

Известны модульные станции, выпускаемые ООО «Челябинский завод мобильных энергоустановок и конструкций». Они являются функционально завершенным изделием полной заводской готовности, конструктивно оформленным как самостоятельный продукт и, в зависимости от своего назначения, включают в себя полный комплект технологического оборудования, установленного в специально спроектированном сооружении (блок-боксе) или на раме-основании. В модульном исполнении выпускаются станции пожаротушения, насосные станции, станции водоподготовки (https://chzmek.ru/files/catalog_chzmek_ru.pdf).

Недостатком известных конструкций является то, что в них не предусмотрены резервуары для воды, которые необходимо размещать отдельно. Также они выполняются в виде отдельно стоящих сооружений на поверхности земли, конструкция которых не учитывает различные рельефы местности, на которых необходимо устанавливать такие блок-модули. Существуют жесткие требования по подготовке фундаментов и оснований под такие конструкции.

Известны технические решения, предусматривающие объединение в одном корпусе отсека для заполнения водой и сухого отсека для размещения оборудования.

Так, известен патент RU на полезную модель №139543 (МПК А62С 35/00, опубл. 20.04.2014) «Противопожарное устройство с погружными насосами и резервуарами». Противопожарное устройство, содержащее корпус, выполненный водонепроницаемым из стеклопластика и предназначенный для размещения под поверхностью земли, перегородку, установленную внутри корпуса и разделяющую его на отсек для заполнения водой и на сухой отсек, два колодца, каждый из которых соответственно подсоединен к отсеку для заполнения водой и к сухому отсеку, основной насос, снабженный поплавковым средством для его отключения, и жокей-насос, установленные в отсеке для заполнения водой и связанные напорными трубопроводами через перегородку и через стенку корпуса сухого отсека с напорным коллектором, расположенным вне корпуса, при этом напорный трубопровод основного насоса и напорный трубопровод жокей-насоса соединены в сухом отсеке, а в напорном трубопроводе основного насоса перед местом соединения напорного трубопровода основного насоса и напорного трубопровода жокей-насоса установлены обратный клапан и запорный клапан, сухой отсек снабжен электрическим коммутационным шкафом, установленным внутри сухого отсека, введен по меньшей мере один резервуар для воды, снабженный погружным насосом, который подсоединен напорным трубопроводом к напорному трубопроводу в сухом отсеке за местом соединения напорного трубопровода основного насоса и напорного трубопровода жокей-насоса относительно перегородки, и введен по меньшей мере один дополнительный резервуар для воды, свободный от погружного насоса и снабженный трубой, расположенной в нижней части снаружи дополнительного резервуара для воды и в нижней части отсека для заполнения водой снаружи корпуса, и внутренний объем дополнительного резервуара для воды сообщен с внутренним объемом отсека для заполнения водой посредством трубы.

Известен также патент RU на полезную модель №139240 (МПК A62C 35/00, опубл. 10.04.2014) «Противопожарное устройство с погружными насосами». Противопожарное устройство, содержащее корпус, выполненный водонепроницаемым из стеклопластика и предназначенный для размещения под поверхностью земли, перегородку, установленную внутри корпуса и разделяющую его на отсек для заполнения водой и на сухой отсек, два колодца, каждый из которых соответственно подсоединен к отсеку для заполнения водой и к сухому отсеку, основной насос, снабженный поплавковым средством для его отключения, и жокей-насос, установленные в отсеке для заполнения водой и связанные напорными трубопроводами через перегородку и через стенку корпуса сухого отсека с напорным коллектором, расположенным вне корпуса, при этом напорный трубопровод основного насоса и напорный трубопровод жокей-насоса соединены в сухом отсеке, а в напорном трубопроводе основного насоса перед местом соединения напорного трубопровода основного насоса и напорного трубопровода жокей-насоса установлены обратный клапан и запорный клапан, сухой отсек снабжен электрическим коммутационным шкафом, установленным внутри сухого отсека, введен по меньшей мере один резервуар для воды, снабженный погружным насосом, который подсоединен напорным трубопроводом к напорному трубопроводу в сухом отсеке за местом соединения напорного трубопровода основного насоса и напорного трубопровода жокей-насоса относительно перегородки.

Недостатками известного решения являются:

- недостаточная универсальность, ввиду ограниченности вариантов конструкции,

- невозможность увеличения (уменьшение) объема "мокрой" части сооружения без использования дополнительных емкостных сооружений, размещаемых отдельно от основных, а также без использования дополнительных соединительных коммуникаций,

- ограниченная область применения по назначению устройства (не применима для хозяйственно-питьевых нужд).

Ближайшим аналогом является техническое решение по патентному документу ES 2317812 A1 (далее - Д1), опубл. 16.04.2009, всего 15 стр., где раскрывается узел водопроводных сооружений с размещенным в этих сооружениях элементами узла, причем в качестве сооружений, в которых размещаются элементы узла, используют блок-модули, изготовленные из секций, выполненных из труб.

Недостатками прототипа являются:

- недостаточная универсальность, ввиду ограниченности вариантов конструкции,

- невозможность увеличения (уменьшение) объема "мокрой" части сооружения без использования дополнительных емкостных сооружений, размещаемых отдельно от основных, а также без использования дополнительных соединительных коммуникаций,

- ограниченная область применения по назначению устройства (не применима для хозяйственно-питьевых нужд), в связи с невозможностью обеспечить предъявляемые требования по физико-техническим и химическим свойствам к элементам конструкции узла.

Таким образом, технической проблемой, существующей в настоящее время, является отсутствие конструкций узлов водопроводных сооружений, которые бы совмещали в себе низкую стоимость, высокую надежность, универсальность, сокращение сроков и стоимости монтажа, а также удобство обслуживания, ремонтопригодность типовых элементов и снижение эксплуатационных затрат. Именно на решение данной технической проблемы направлено создание предлагаемого технического решения.

Технический результат предлагаемого решения заключается в улучшении технико-эксплуатационных характеристик, а именно в обеспечении универсальности, удобства строительства и эксплуатации с одновременным повышением экологичности и безопасности использования.

Достигается технический результат тем, что в узле водопроводных сооружений с размещенным в этих сооружениях элементами узла, причем в качестве сооружений, в которых размещаются элементы узла, используют блок-модули, изготовленные из секций, выполненных из труб и имеющих люки для проведения аварийных и профилактических работ, узел водопроводных сооружений включает «сухой» и «мокрый» отсеки, разделенные перегородкой, причем в «сухих» отсеках размещают оборудование, а «мокрые» представляют из себя емкости для запаса воды, секции труб выполнены из стеклопластика и имеют конфигурацию прямого участка с тройником, и/или прямого участка с закругленным поворотом, и/или криволинейного участка с отступом по осевой линии.

Дополнительными отличиями предлагаемого устройства являются:

- в качестве оборудования узла применяют насосные установки, и/или щиты электроснабжения, управления и автоматизации, и/или контрольно-измерительные приборы, и/или узлы учета расхода воды, и/или запорно-регулирующую арматуру, и/или фильтры-поглотители, и/или гидроагрегаты, такие как турбины, и/или генераторы, и/или системы управления, и/или оголовок водозаборной скважины, и/или узел водоподготовки, очистки и обеззараживания воды, и/или устройство для гашения гидравлического удара,

- применяют насосные установки, размещенные в "мокром" отсеке,

- используют стеклопластиковые трубы диаметром 2,0÷4,0 м.

- блок-модуль имеет на торце заглушку,

- на заглушке размещена дверь или люк.

Сокращение сроков строительства предполагает использование новых современных материалов и инновационных методов возведения различных объектов, так объединение в блок-модуль отдельных элементов и сооружений позволяет в заводских условиях изготавливать отсек блок-модуля со всем требуемым технологическим оборудованием, соединенным инженерными сетями в единое целое, и поставлять его на стройплощадку в готовом к эксплуатации виде.

Для изготовления быстровозводимых водопроводных емкостных сооружений блок-модульного типа авторы предлагают использовать полимерные трубы и фасонные части из стеклопластика, используемые в качестве ограждающих конструкций. Основными преимуществами этих труб являются следующие:

- по физическим, физико-механическим и химическим свойствам они наиболее пригодны для изготовления ограждающих конструкций емкостных водопроводных сооружений;

- возможность устройства непроницаемой перегородки внутри трубы для разделения внутреннего объема на "сухую" и "мокрую" части;

- возможность увеличения (уменьшения) внутреннего объема как "сухой", так и "мокрой" частей блок-модуля с наименьшими затратами в минимальные сроки;

- простота и высокая скорость сборки из отдельных элементов в единую конструкцию емкостного сооружения блок-модульного типа;

- взаимозаменяемость отдельных элементов (блоков) ограждающих конструкций емкостных водопроводных сооружений;

- возможность устройства емкостных водопроводных сооружений различной конфигурации для обеспечения требуемого внутреннего объема;

- возможность укладки труб без подготовки специального основания.

Оценив физические, физико-механические и химические свойства различных материалов, приведенные в табл. 1, следует отметить, что стеклопластик, как и ПВХ имеет малый удельный вес, высокую устойчивость к коррозии, к блуждающим токам и биозарастанию. Но одновременно с этим стеклопластик, в сравнении с ПВХ, более стойкий материал по отношению к разрушающим напряжениям. Данный факт подтверждается результатами лабораторных испытаний.

В зависимости от назначения водоводов и их схемных решений блок-модули могут содержать водопроводное оборудование разного назначения, например:

- блок-модуль резервуара (хозяйственно-питьевого, противопожарного или объединенного), совмещенного с насосной станцией (мини ГЭС);

- блок-модуль резервуара (хозяйственно-питьевого, противопожарного или объединенного), совмещенный с водозаборной скважиной и (или) узлом учета воды;

- блок-модуль резервуара (хозяйственно-питьевого, противопожарного или объединенного), совмещенный с насосной станцией и станцией водоподготовки.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими графическими материалами:

фиг. 1, на которой представлена непроницаемая перегородка, разделяющая внутренний объем трубы на "сухую" и "мокрую" части, где:

а - вид снаружи;

б - вид изнутри;

1 - водонепроницаемая перегородка;

фиг. 2, на которой представлен пример увеличения объема блок-модуля при помощи дополнительных секций;

фиг. 3, на которой представлены виды основных секций, изготавливаемые из стеклопластиковых труб, где:

2 - прямой участок;

3 - прямой участок с перегородкой;

4 - тройник;

5 - отвод (поворот);

6 - отступ;

7 - заглушка;

8 - заглушка с дверью;

9 - заглушка с монтажным люком;

фиг. 4, на которой представлены примеры конфигурации блок-модулей, собранных из основных элементов;

фиг. 5, на которой представлена установка блок-модуля частичного заглубления с обваловкой грунтом;

фиг. 6, на которой представлен вариант предлагаемой компоновки узла водопроводных сооружений с 2-мя блок-модулями, общим объемом 500 м³.

Новая конструкция узла блок-модульного типа разработана с использованием стеклопластиковых труб диаметром 3,0 м, особенностью данной конструкции является наличие внутренней непроницаемой перегородки, делящей корпус емкости на 2 отсека: «мокрый» отсек и «сухой» отсек. На фиг. 1 показана непроницаемая перегородка разделяющая внутренний объем трубы на "сухую" и "мокрую" части.

«Мокрый» неэксплуатируемый отсек резервуара блок-модульного типа предназначен для аккумулирования требуемого объема воды необходимого качества. Объем «мокрого» отсека противопожарного блок-модуля определяется из расчета подачи воды на нужды системы пожаротушения объекта, а хозяйственно-питьевого блок-модуля - по сумме расходов воды на хозяйственно-питьевые нужды и аварийного расхода.

В "сухом" эксплуатируемом отсеке блок-модулей размещены: запорно-регулирующая арматура, насосные установки, фильтры-поглотители (для хозяйственно-питьевых блок-модулей), щиты управления и автоматизации, контрольно-измерительные приборы. Насосные установки в зависимости от назначения резервуара блок-модульного типа могут располагаться как в "сухом" эксплуатируемом отсеке, так и непосредственно в «мокром» неэксплуатируемом отсеке [5].

Объем "мокрой" и "сухой" частей резервуара блок-модульного типа может быть увеличен или уменьшен за счет изменения количества и вида отдельных секций. Пример увеличения объема блок-модуля путем добавления двух дополнительных секций показан на фиг. 2, а основные конструктивные элементы (трубы и фасонные части), изготовляемые в заводских условиях, приведены на фиг. 3.

Благодаря использованию фасонных частей, изготавливаемых из стеклопластиковых труб в заводских условиях, достигается высокая скорость монтажа и простота сборки резервуаров блок-модульного типа, а также других емкостных водопроводных сооружений.

В зависимости от местных условий, от размеров площадки, выделенной под размещение сооружений, от назначения сооружения, а также от наличия и количества в составе сооружения различных отдельных элементов технологической схемы емкостные водопроводные сооружения блок-модульного типа для обеспечения необходимого внутреннего объема отсеков могут выполняться в различных конфигурациях. На фиг. 4 приведены варианты компоновки блок-модульного сооружения, в некоторых случаях для размещения оборудования, входящего в состав сооружения, компоновочные варианты могут выполняться как одноплоскостные (варианты а и б), так и двухплоскостные (вариант в).

Одним из наиболее сложных и трудоемких процессов при возведении емкостных водопроводных сооружений традиционным методом является устройство фундаментов под отдельно размещающиеся элементы в пределах площадки строительства. Отличительной особенностью при возведении сооружений блок-модульного типа является то, что для их укладки и сборки на месте установки не требуется возведения каких-либо дополнительных устройств, а достаточно всего лишь устройства обычного щебеночного основания.

На фиг. 5 приведен вариант установки блок-модуля частичного заглубления с обваловкой слоем грунта.

Блок-модули могут быть заглублены в грунт полностью или частично с обваловкой слоем грунта, обеспечивающим теплоизоляцию резервуаров.

В процессе выполнения различных проектов магистральных водоводов, было выполнено сравнение 2-х вариантов компоновки технологического узла водопроводных сооружений общим объемом 500 м³:

- вариант типовой компоновки узла водопроводных сооружений из отдельно расположенных сооружений: 2-х хозяйственно-питьевых резервуаров [4], повысительной насосной станции НС, помещениями фильтров-поглотителей ФП и трансформаторной подстанцией ТП;

- вариант предлагаемой компоновки узла водопроводных сооружений с 2-мя блок-модулями, состоящими из хозяйственно-питьевого резервуарами объемом 500 м³, совмещенные с повысительной насосной станцией НС, фильтрами-поглотителями ФП и трансформаторной подстанцией ТП (фиг. 6).

Минимальная площадь участка водопроводных сооружений по варианту типовой компоновки составляет Smin=46 × 26=1196 м², в тоже время по варианту с блок-модулями - Smin=33 × 24=792 м². Площадь сократилась на 404 м², одновременно с этим сократилось количество внутриплощадочных сетей, а также капитальные затраты на их монтаж [5].

Использование предлагаемой (с единым блок-модулем) компоновки технологического узла водопроводных сооружений позволяет сократить:

- габаритные размеры участка под технологический узел - на 30-45%;

- затраты на строительно-монтажные работы - в 1,5-2 раза;

- сроки выполнения строительно-монтажных работ - в 3-5 раз.

Мобильность при поставке к месту размещения и быстрота монтажа узлов водопроводных сооружений блок-модульного типа позволит сократить капитальные затраты при строительстве новых и реконструкции существующих объектов водоснабжения и водоотведения.

ЛИТЕРАТУРА

1. СНиП 2.04.02-84*. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Минстрой России. - М.: ГПЦПП, - 1985. - 128 с.

2. Кузьмин Ю.М., Кошелев Г.Н. Водоснабжение. Часть 1. Водоснабжение объектов общевойскового строительства. ЛВВИСКУ, 1981.

3. Шипилов А.А., Скуднева И.А. Проектирование резервуаров запаса воды для сейсмических районов. // Технологии очистки воды «ТЕХНОВОД-2016»: материалы IX Межд. науч.-практ. конф.; г. Ростов-на-Дону, 5-7 октября 2016 г. / Юж.-Рос. гос. политехи, ун-т.(НПИ) имени М.И. Платова - Новочеркасск: «Лик», 2016., с. 119-123.

4. Типовой проект 901-4-95 С. 86. «Резервуар для воды прямоугольный железобетонный сборный емкостью 100…250 м3 (с применением изделий промзданий) сейсмичность 9 баллов.

5. Шипилов А.А., Усков К.А., Горобец А.Ю. Опыт проектирования магистральных трубопроводных систем водоснабжения и водоотведения в особых горноклиматических условиях. // Журнал "Военный инженер" №4(10), 2018, с. 20-2

Изобретение относится к области водоснабжения и водоотведения. В узле водопроводных сооружений размещены элементы узла. В качестве сооружений, в которых размещаются элементы узла, используют блок-модули, изготовленные из секций, выполненных из труб и имеющих люки для проведения аварийных и профилактических работ. Узел водопроводных сооружений включает «сухой» и «мокрый» отсеки, разделенные перегородкой. В «сухих» отсеках размещают оборудование, а «мокрые» представляют из себя емкости для запаса воды. Секции труб выполнены из стеклопластика и имеют конфигурацию прямого участка с тройником, и/или прямого участка с закругленным поворотом, и/или криволинейного участка с отступом по осевой линии. Обеспечивается улучшение технико-эксплуатационных характеристик. 13 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

1. Узел водопроводных сооружений с размещенными в этих сооружениях элементами узла, причем в качестве сооружений, в которых размещаются элементы узла, используют блок-модули, изготовленные из секций, выполненных из труб и имеющих люки для проведения аварийных и профилактических работ, отличающийся тем, что узел водопроводных сооружений включает «сухой» и «мокрый» отсеки, разделенные перегородкой, причем в «сухих» отсеках размещают оборудование, а «мокрые» представляют из себя емкости для запаса воды, секции труб выполнены из стеклопластика и имеют конфигурацию прямого участка с тройником, и/или прямого участка с закругленным поворотом, и/или криволинейного участка с отступом по осевой линии.

2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оборудования узла применяют насосные установки.

3. Узел по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оборудования узла применяют щиты электроснабжения, управления и автоматизации.

4. Узел по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оборудования узла применяют контрольно-измерительные приборы, и/или узлы учета расхода воды, и/или запорно-регулирующую арматуру.

5. Узел по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оборудования применяют фильтры-поглотители.

6. Узел по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оборудования применяют гидроагрегаты, такие как турбины, и/или генераторы, и/или системы управления.

7. Узел по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оборудования применяют оголовок водозаборной скважины.

8. Узел по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оборудования применяют узел водоподготовки, очистки и обеззараживания воды.

9. Узел по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оборудования применяют устройство для гашения гидравлического удара.

10. Узел по п. 1, отличающийся тем, что используют стеклопластиковые трубы диаметром 2,0÷4,0 м.

11. Узел по п. 1, отличающийся тем, что блок-модуль имеет на торце заглушку.

12. Узел по п. 11, отличающийся тем, что на заглушке размещена дверь.

13. Узел по п. 11, отличающийся тем, что на заглушке размещен люк.

14. Узел по п. 1, отличающийся тем, что в «мокром» отсеке размещены насосные установки.