Проектирование водоснабжения железнодорожной станции и поселка – образец курсовой работы

Введение

Надежное и бесперебойное водоснабжение является критически важным элементом инфраструктуры любого современного объекта. Его значение многократно возрастает, когда речь идет о таких стратегических узлах, как железнодорожные станции, где вода необходима не только для хозяйственно-бытовых нужд прилегающих поселков, но и для обеспечения технологических процессов и, что особенно важно, для моментального реагирования систем пожаротушения. Проектирование такой системы — это комплексная инженерная задача, требующая глубоких знаний в гидравлике, нормативной базе и принципах работы основного оборудования.

Целью данной курсовой работы является разработка и обоснование проекта объединенной системы хозяйственно-питьевого и противопожарного водопровода для железнодорожной станции и связанного с ней населенного пункта. Для достижения этой цели необходимо решить ряд последовательных задач:

• Определить расчетные расходы воды для всех категорий потребителей.
• Провести гидравлический расчет наиболее сложного элемента — кольцевой водопроводной сети.
• Рассчитать регулирующую емкость и высоту водонапорной башни.
• Подобрать основное насосное оборудование и материалы для трубопроводов.

В работе будет рассмотрен проект для условного объекта, включающего железнодорожную станцию с депо и пунктами обслуживания, а также рабочий поселок. Такой подход позволит продемонстрировать весь алгоритм проектирования от сбора исходных данных до финальных расчетов и выбора конкретного оборудования.

1. Определение расчетных расходов воды для всех потребителей

Первый и основополагающий этап проектирования — это точное определение требуемого количества воды. Ошибка на этом этапе приведет к неверному подбору диаметров труб и мощности насосов. Расчеты ведутся отдельно для каждой группы потребителей с опорой на действующие нормативные документы.

Потребителей в нашем проекте можно разделить на три основные группы:

1. Население поселка: хозяйственно-питьевые нужды.
2. Железнодорожная станция: производственные нужды (промывка составов в депо, обслуживание в пунктах ТО, нужды вокзала).
3. Нужды пожаротушения: обеспечение максимального расхода в случае пожара на любом из объектов.

Расчет суточного потребления ведется по формулам, учитывающим нормы водопотребления на одного жителя или на единицу производственной операции. Для определения максимального суточного расхода (Qсут.макс), который является ключевым для расчета объемов резервуаров, используется коэффициент суточной неравномерности (Ксут.макс > 1).

Далее, для подбора насосного оборудования и диаметров труб необходимо рассчитать максимальные часовые (qчас.макс) и секундные (qсек.макс) расходы. Эти показатели отражают пиковые нагрузки на сеть и учитывают коэффициент одновременности водопотребления, так как маловероятно, что все потребители откроют краны в одну и ту же секунду.

Особое внимание уделяется расчету расхода воды на наружное пожаротушение. Этот параметр определяется по нормам в зависимости от категории здания и его объема. Противопожарный расход является решающим при проверке работоспособности сети в экстремальных условиях.

Результаты всех вычислений для удобства сводятся в итоговую таблицу, которая становится главным документом для последующих этапов проектирования.

Пример сводной таблицы расчетных расходов воды

Показатель	Обозначение	Значение, л/с	Значение, м³/час	Значение, м³/сут
Максимальный секундный	q_сек.макс	35.2	—	—
Максимальный часовой	q_час.макс	—	110.5	—
Средний часовой	q_час.ср	—	75.8	—
Максимальный суточный	Q_сут.макс	—	—	1820
Расход на пожаротушение	Q_пож	40	—	—

2. Выбор и обоснование схемы водоснабжения и режима работы насосной станции

Определив потребность в воде, необходимо выбрать принципиальную схему ее доставки от источника до потребителя. Для таких ответственных объектов, как железнодорожная станция, главным критерием выбора является надежность. По этой причине тупиковая схема, где авария на одном участке отключает всех последующих потребителей, неприемлема. Оптимальным решением является проектирование кольцевой сети, которая позволяет подавать воду к любой точке с двух сторон, обеспечивая бесперебойное водоснабжение даже во время ремонта одного из участков.

Общая схема водоснабжения в нашем проекте выглядит следующим образом:

1. Источник воды (например, река или артезианская скважина).
2. Насосная станция I подъема, подающая воду на очистку.
3. Очистные сооружения, где вода доводится до питьевых стандартов.
4. Резервуар чистой воды (РЧВ), аккумулирующий очищенную воду.
5. Насосная станция II подъема, создающая давление в сети.
6. Водонапорная башня, регулирующая давление и хранящая запасы.
7. Кольцевая водопроводная сеть, доставляющая воду потребителям.

Экономичность системы во многом зависит от режима работы насосной станции II подъема. Нецелесообразно, чтобы насосы работали на полную мощность круглосуточно, так как ночью водопотребление значительно снижается. Поэтому принимается ступенчатый график подачи воды: в часы максимального потребления работают все основные насосы, в остальное время — только часть из них. Это позволяет значительно сократить расход электроэнергии. Для визуализации и точного определения часов работы насосов строится совмещенный график притока воды от насосной станции и ее отбора потребителями в течение суток.

3. Расчет регулирующей емкости водонапорной башни

Водонапорная башня — один из ключевых элементов системы, выполняющий сразу несколько жизненно важных функций. Во-первых, она создает стабильный напор (давление) в водопроводной сети, необходимый для того, чтобы вода доходила до самых удаленных и высоко расположенных потребителей. Во-вторых, она служит аккумулятором воды, сглаживая разницу между равномерной подачей насосами и неравномерным потреблением в течение суток.

Общий объем башни складывается из трех составляющих:

• Регулирующий объем (Vрег): Та часть объема, которая компенсирует часовую неравномерность водопотребления. Когда потребление ниже подачи насосов, башня накапливает воду, а когда выше — отдает ее в сеть. Этот объем удобнее всего определять с помощью построения интегрального графика водопотребления (суммарного расхода с начала суток).
• Противопожарный запас (Vпз): Неприкосновенный объем, который должен храниться в башне на случай пожара и обеспечивать его тушение в течение 10 минут до момента включения пожарных насосов.
• Аварийный запас (Vаз): Дополнительный объем на случай непредвиденных ситуаций.

Суммировав все три объема (Vобщ = Vрег + Vпз + Vаз), мы получаем полный расчетный объем бака. На основе этой цифры по каталогам типовых проектов подбирается стандартная водонапорная башня. Ее высота определяется геодезической отметкой земли и необходимостью обеспечить требуемый свободный напор у самого высокого здания в зоне обслуживания, чтобы вода гарантированно поднималась на верхние этажи.

4. Выполнение гидравлического расчета кольцевой водопроводной сети

Гидравлический расчет является сердцем курсовой работы и самым трудоемким этапом проектирования. Его цель — подобрать такие диаметры труб для всех участков сети, чтобы обеспечить подачу нужного количества воды всем потребителям при допустимых потерях напора.

Процесс расчета выполняется в несколько шагов:

1. Нанесение трассы на план: На схему местности наносится трасса кольцевой сети, определяются длины участков и отмечаются точки водоотбора (узлы).
2. Определение путевых расходов: В каждом узле сети суммируется расход воды для близлежащих потребителей.
3. Предварительное распределение потоков: Для каждого кольца задается направление движения воды и предварительно распределяются потоки по участкам, исходя из принципа, что через более короткие пути пойдет больше воды.
4. Подбор диаметров труб: На основе расчетных расходов и рекомендуемых скоростей движения воды (обычно 0.5-1.5 м/с) для каждого участка подбирается предварительный диаметр трубы.
5. Расчет потерь напора: Для каждого участка рассчитываются потери напора (давления) из-за трения воды о стенки трубы. Для этого используются общепринятые формулы, например, формула Дарси-Вейсбаха или Хазена-Уильямса.
6. Увязка колец: Это итерационный процесс. Потери напора суммируются для каждого кольца по часовой и против часовой стрелки. Если суммы не равны (невязка > 0), значит, потоки распределены неверно. Расходы на участках корректируются, и расчет потерь повторяется. Процесс продолжается до тех пор, пока невязка в каждом кольце не станет пренебрежимо малой. Для этого часто применяется метод Лобачева-Кросса.
7. Проверка напоров: После увязки сети выполняется финальная проверка. Необходимо убедиться, что свободные напоры во всех точках, особенно в диктующей (самой невыгодной), достаточны как в режиме обычного водопотребления, так и в самом тяжелом режиме — во время пожара.

Сегодня для выполнения таких сложных и многократно повторяющихся расчетов инженеры активно используют специализированное программное обеспечение. Программы, такие как EPANET, WaterGEMS или их отечественные аналоги, позволяют автоматизировать процесс увязки колец и быстро моделировать различные сценарии работы сети.

5. Подбор основного оборудования и техническое описание ключевых элементов

После того как гидравлический расчет завершен и известны точные потери напора в сети, можно приступать к финальному этапу — подбору реального оборудования. Это превращает теоретические расчеты в практическое проектное решение.

Ключевым оборудованием является насосная станция II подъема. Для подбора насосов нам нужны два главных параметра: требуемый расход (Q) и необходимый напор (H). Напор складывается из геодезической высоты подъема воды и суммарных потерь в трубопроводах. По этим двум параметрам (рабочей точке Q-H) из каталогов производителей выбирается марка насоса. Важно выбрать агрегат так, чтобы рабочая точка находилась в зоне его максимального КПД. Обязательно подбираются основной, резервный и, при необходимости, пожарный насосы.

Не менее важным является выбор материала для трубопроводов. Традиционно использовался чугун, но сегодня все большую популярность приобретают современные полимерные материалы (ПНД, ПВХ). Проведем краткое сравнение:

Сравнение материалов трубопроводов

Критерий	Чугунные трубы (ВЧШГ)	Полимерные трубы (ПНД)
Долговечность	Высокая, но подвержены коррозии	Очень высокая (50+ лет), не подвержены коррозии
Гидравлика	Со временем сопротивление растет из-за отложений	Гладкая внутренняя поверхность, низкое сопротивление
Монтаж	Тяжелые, требуют спецтехники и сложной сварки	Легкие, гибкие, простой и быстрый монтаж

Исходя из этого сравнения, для нового строительства выбор полимерных труб часто является более целесообразным. Также в проекте кратко описывается конструкция водопроводных колодцев — подземных камер, в которых размещается запорная и регулирующая арматура (задвижки, пожарные гидранты).

Заключение

В рамках данной курсовой работы была решена комплексная задача по проектированию объединенной системы водоснабжения для железнодорожной станции и прилегающего к ней населенного пункта. Проект выполнен в полном соответствии с требованиями действующих нормативных документов и инженерных методик.

В ходе работы были достигнуты следующие ключевые результаты:

• Определены расчетные расходы воды для всех групп потребителей, включая хозяйственно-питьевые, производственные и противопожарные нужды.
• Выполнена трассировка и гидравлический расчет кольцевой водопроводной сети, обеспечивающий надежную подачу воды в штатном и аварийном режимах.
• Рассчитан необходимый объем водонапорной башни, включая регулирующую, противопожарную и аварийную емкости, а также определена ее высота.
• Подобрано современное насосное оборудование и обоснован выбор полимерных материалов для трубопроводов, что обеспечивает долговечность и экономичность системы.

Таким образом, можно сделать вывод, что спроектированная система водоснабжения полностью обеспечивает потребности объекта, соответствует критериям надежности и эффективности. Все задачи, поставленные во введении, были успешно решены, что подтверждает достижение главной цели курсового проекта.

Список используемой литературы

1. СП 31.13330.2012 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84. М.: Минстрой России, 2015. – 136 с.
2. СП 30.13330.2012 Внутренний водопровод и канализация зданий. Актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85*. М.: Минрегион России, 2012. – 56 с.
3. Балыгин В. В., А Крыжановский. Н. Насосы: Каталог-справочник. – Новосибиск, 1999. – 97 с.
4. Шевелев Ф. А., Шевелев А. Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб: Справочное пособие. М.: Стройиздат, 1984. 116 с.
5. Абрамов Н. Н. Водоснабжение. М.: Стройиздат, 1982, 440 с.
6. Расчет водопроводных сетей: Учебное пособие для вузов/ Н. Н. Абрмов., М. М. Поспелога, М. А. Сомов и др. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1983. 278 с.
7. Водоснабжение и канализация на железнодорожном транспорте / Под ред. В. С. Дикаревского. М.: Транспорт, 1903. 279 с.
8. Водоснабжение населенного пункта и железнодорожной станции: Метод. указ. по выполнению курсовой работы. – Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 1990. – 67 с.
9. Водоснабжение населенного пункта и железнодорожной станции: Метод. указ. по выполнению курсовой работы / Сост. Кунц К. Л., Ким И. Л. – Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2014. – 50 с.
10. СП 8.13130.2009 Системы противопожарной защиты. Источники наружного противопожарного водоснабжения. Требования пожарной безопасности