Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ВОДОСНАБЖЕНИЯ МЕГАПОЛИСА

Описание изобретения

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

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, 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 (мегаполисов) ввиду ограниченного объема запасно-регулирующей емкости.

Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению является «Система водоснабжения населенного пункта» (см. авторское свидетельство СССР №1756478, Е03В 7/04, приоритет от 06.07.89 г.). Известная система содержит кольцевую водопроводную сеть, разделенную на зоны, соединенные между собой безнапорными водоводами, источники питания сети водой и распределитель воды по зонам, зональные насосные станции с напорными магистральными трубопроводами подачи воды в зоны, установленную на сети насосную станцию с подающим и отводящим трубопроводами и соединенную с ней запасно-регулирующую емкость. Кроме того, система снабжена установленными на каждом напорном магистральном трубопроводе подачи воды в зону датчиками давления и расхода и блоком формирования гидравлических характеристик, соединенным с каждым из датчиков, а также дополнительными трубопроводами с размещенной на них регулирующей арматурой с приводами. При этом каждый дополнительный трубопровод соединен одним концом с магистральным напорным трубопроводом соответствующей зоны, а другим - с запасно-регулирующей емкостью, выполненной напорной. При этом распределитель воды по зонам выполнен в виде резервуара, соединенного подающим трубопроводом с насосной станцией, которая сообщена с запасно-регулирующей емкостью посредством напорного трубопровода и снабжена блоком управления, соединенным с блоками формирования гидравлических характеристик и приводами регулирующей арматуры.

Известная система водоснабжения в отличие от предыдущего аналога может быть применена для водоснабжения мегаполисов. Однако в условиях мегаполисов, инфраструктура которых развивалась в течение нескольких столетий, внедрение известного изобретения приведет к высоким капитальным затратам на строительство самотечных коллекторов и высоким капитальным затратам на изменение конфигурации эксплуатируемой водопроводной сети в зонах.

Высокие капитальные затраты на строительство самотечных коллекторов обусловлены необходимостью дополнительной подачи воды на большие расстояния, т.к.:

- во-первых, в условиях мегаполисов зоны водопроводных сетей, обслуживаемые одним источником питания сети водой, имеют значительные размеры;

- во-вторых, источником питания сети водой в подавляющем большинстве мегаполисов являются водопроводные станции, забирающие воду из поверхностного источника, находящегося на окраине города или на некотором расстоянии от него.

По этим причинам расстояния от источников до центров зон являются значительными.

Высокие капитальные затраты на изменение конфигурации эксплуатируемой водопроводной сети в зонах, при которой вода будет распределяться из центра, обусловлены необходимостью ее полной замены.

Задачей настоящего изобретения является снижение капитальных затрат на внедрение известной системы водоснабжения.

Поставленная задача решена так, что в известной системе водоснабжения, включающей 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 согласно нашего изобретения:

- 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 дополнительно снабжены всасывающими трубопроводами и напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны, соединенными с напорными трубопроводами группы низконапорных насосов.

Кроме того, система дополнительно снабжена:

- зональными запасно-регулирующими емкостями, соединенными, по крайней мере, с одним источником питания сети водой и зональными насосными станциями при помощи всасывающих трубопроводов;

- 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, 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 дополнительно снабжена дополнительными напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны, соединенными с напорными трубопроводами группы дополнительных низконапорных насосов, при этом система дополнительно 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.

Имеется вариант развития, когда система дополнительно 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.

Имеется вариант развития, когда система дополнительно 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.

Отличительными признаками заявляемой системы водоснабжения мегаполиса являются:

1. Выполнение запасно-регулирующей емкости безнапорной (известно).

2. Выполнение зональные насосных станций в виде совокупности параллельно установленных насосов (не известно).

3. Выполнение, по крайней мере, одной зональной насосной станции в виде совокупности параллельно установленных групп низконапорных и высоконапорных насосов с напорными трубопроводами (не известно).

4. Соединение напорных трубопроводов группы высоконапорных насосов с напорными магистральными трубопроводами подачи воды в зоны (не известно).

5. Дополнительное снабжение зональных насосных станций всасывающими трубопроводами (известно).

6. Дополнительное снабжение системы напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны (не известно).

7. Соединение напорных транспортных трубопроводов подачи воды в зоны с напорными трубопроводами группы низконапорных насосов (не известно).

8. Дополнительное снабжение системы зональными запасно-регулирующими емкостями (известно).

9. Соединение зональных запасно-регулирующих емкостей, по крайней мере, с одним источником питания сети водой и зональными насосными станциями при помощи всасывающих трубопроводов (не известно).

10. Дополнительное снабжение системы, 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 (не известно).

11. Соединение повысительной насосной станции с напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны (не известно).

12. Снабжение, по крайней мере, одной зональной насосной станции, выполненной в виде совокупности параллельно установленных групп низконапорных и высоконапорных насосов с напорными трубопроводами, группой дополнительных низконапорных насосов с напорными трубопроводами (не известно).

13. Дополнительное снабжение системы дополнительными напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны (не известно).

14. Соединение напорных трубопроводов дополнительной группы низконапорных насосов с дополнительными напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны (не известно).

15. Дополнительное снабжение системы, по меньшей мере, одной дополнительной повысительной насосной станцией с всасывающим трубопроводом, соединенным с дополнительными напорными транспортными трубопроводами подачи воды в зоны (не известно).

16. Дополнительное снабжение системы, 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 (не известно).

17. Дополнительное снабжение системы, 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 (не известно).

По сведениям, имеющимся у авторов, отличительные признаки 1, 5 и 8 в технической литературе известны, а остальные - нет, что отвечает критерию патентоспособности «новизна».

Совместное применение в заявляемом устройстве указанных отличительных признаков позволяет получить положительный и новый эффект.

Положительный эффект заключается в том, что расширяется область применения устройства, т.к. для его реализации в условиях функционирующих мегаполисов не требуется строительства дорогостоящих самотечных коллекторов.

Новый эффект заключается в том, что снижаются эксплуатационные затраты на перекачку воды, т.к. транспортировка воды на значительные расстояния осуществляется по выделенным низконапорным системам - насосы и водоводы (группы низконапорных насосов и напорных транспортных трубопроводов подачи воды в зоны, группы дополнительных низконапорных насосов и дополнительных напорных транспортных трубопроводов подачи воды в зоны). Это в отличие от транспортных систем с высоким давлением (давлением, необходимым для подачи воды в дома высокой застройки) требует значительно меньших энергозатрат.

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

Предлагаемая авторами система отличается от прототипа конструктивно.

На чертеже представлена схема предлагаемой системы водоснабжения мегаполиса.

Система включает кольцевую водопроводную сеть 1, разделенную на зоны. На чертеже в качестве примера показаны 2 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. Последние выполнены в виде совокупности параллельно установленных насосов 8. Их количество может быть различным для каждой зоны. В качестве примера на чертеже представлен вариант, когда в первой зоне 2 параллельно установлено 7 насосов, а во второй - зоне 3-4 насоса.

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.

На чертеже представлен вариант развития, когда одна (первая) зональная насосная станция 7 выполнена в виде совокупности параллельно установленных трех групп насосных агрегатов.

Первая группа - группа 9 высоконапорных насосов с напорными трубопроводами 10, соединенными с напорными магистральными трубопроводами 11 подачи воды в зоны.

Вторая группа - группа 12 низконапорных насосов с напорными трубопроводами 13, соединенными с напорными транспортными трубопроводами 14 подачи воды в зоны.

Третья группа - группа 15 дополнительных низконапорных насосов с напорными трубопроводами 16, соединенными с дополнительными напорными транспортными трубопроводами 17 подачи воды в зоны.

Высоконапорные, низконапорные и дополнительные низконапорные насосы отличаются между собой величиной развиваемого давления. Их абсолютные величины могут быть любыми. Но предлагаемым изобретением формулировкой «высоконапорные насосы» предусмотрено, что давление высоконапорных насосов больше, чем давление, развиваемое низконапорными и дополнительными низконапорными насосами.

Система так же включает в себя:

- установленную на водопроводной сети повысительную насосную станцию 18 с всасывающим трубопроводом 19, соединенным непосредственно с напорным транспортным трубопроводом воды 14 или через водопроводную безнапорную запасно-регулирующую емкость 20. На чертеже показан вариант с емкостью 20;

- установленную на водопроводной сети дополнительную повысительную насосную станцию 21 с всасывающим трубопроводом 22, соединенным непосредственно с дополнительным напорным транспортным трубопроводом воды 17 или через дополнительную водопроводную безнапорную запасно-регулирующую емкость (не показана);

- установленную на водопроводной сети насосную станцию 23 с подающим 24 и отводящими 25 трубопроводами и соединенную с ней запасно-регулирующую емкость 26, выполненную безнапорной;

- водоводы 27, соединяющие кольцевые водопроводные сети разных зон.

Изобретение не исключает установку на сети районных и локальных повысительных насосных станций.

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 предусмотрено три варианта подачи воды в водопроводную сеть 1.

Первый вариант предусматривает подачу воды при помощи всех (кроме резервных) параллельно установленных насосов 8 в напорные магистральные трубопроводы 11 подачи воды в зоны. На чертеже этот вариант показан реализованным в зоне 3. В этом случае по длине магистральных трубопроводов 11 должно поддерживаться давление, необходимое для питания водой близлежащую застройку. В случаях, когда это давление больше давления, необходимого для транспортировки воды, появляется необходимость осуществлять ее транспортировку под завышенным давлением или реализовывать второй и третий варианты подачи воды в зоны.

Второй и третий варианты подачи воды в зоны предусматривают параллельную работу соответственно двух и трех групп насосных агрегатов насосной станции 7 на разные водоводы. На чертеже этот вариант показан реализованным в зоне 2 на примере трех групп насосных агрегатов:

- первая группа 9 высоконапорных насосов с напорными трубопроводами 10 подает воду в напорные магистральные трубопроводы 11 подачи воды в зоны и таким образом обеспечивает давление, необходимое для питания водой близлежащую застройку;

- вторая группа 12 низконапорных насосов с напорными трубопроводами 13 подает воду в напорные транспортные трубопроводы 14 подачи воды в зоны и таким образом обеспечивает ее транзит при минимальных напорах до водопроводной безнапорной запасно-регулирующей емкости 20. Из последней вода при помощи повысительной насосной станции 18 с всасывающим трубопроводом 19 под необходимым давлением подается в кольцевую водопроводную сеть 1;

- третья группа 15 дополнительных низконапорных насосов с напорными трубопроводами 16 подает воду в дополнительные напорные транспортные трубопроводы 17 подачи воды в зоны и таким образом обеспечивает ее транзит при минимальных напорах до дополнительной повысительной насосной станции 21 с всасывающим трубопроводом 22. Последняя под необходимым давлением подает воду в кольцевую водопроводную сеть 1. Настоящим изобретением не исключается оборудование насосной станции 21 дополнительной водопроводной безнапорной запасно-регулирующей емкостью (не показана), соединенной с всасывающим трубопроводом 22 дополнительной повысительной насосной станции 21 и с дополнительными напорными транспортными трубопроводами 17 подачи воды в зоны.

Кроме повысительных насосных станций 18 и 21 давление в сети до необходимого уровня могут поддерживать:

- установленная на водопроводной сети насосная станция 23 с подающим 24 и отводящими 25 трубопроводами, забирающая воду из соединенной с ней запасно-регулирующей емкости 26, выполненной безнапорной;

- другие районные и локальные повысительные насосные станции, применение которых не исключает настоящее изобретение.

Таким образом, предлагаемая система водоснабжения мегаполиса не требует дополнительного строительства коллекторов для осуществления транзита воды на большие расстояния. Предлагаемые в ней низконапорные транспортные трубопроводы можно выделить (путем отключения их от непосредственных потребителей воды) из существующей сети.

Кроме того, за счет в предлагаемой системе водоснабжения мегаполиса снижаются эксплуатационные затраты на перекачку воды, т.к. транспортировка воды на значительные расстояния осуществляется по выделенным низконапорным системам - насосы и водоводы (группы низконапорных насосов и напорных транспортных трубопроводов подачи воды в зоны, группы дополнительных низконапорных насосов и дополнительных напорных транспортных трубопроводов подачи воды в зоны).