浅谈大型工业厂房屋面雨排水设计

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谢国宝

(江苏中金环保科技有限公司 江苏宜兴 214200)

摘 要:阐述了大型工业厂房屋面雨排水系统的雨水计算、雨水排水方式、雨水管施工固定等等,强调了传统重力流、压力流屋面雨排水方式和虹吸式屋面雨排水方式的各自特点,提出在工程设计时,应根据工程实际情况,选用最合适的排水系统。关键词:重力式雨排水 压力式雨排水 虹吸式雨水斗中图分类号:U445文献标识码:A文章编号:1672-3791(2011)08(c)-0033-02

在工业企业给排水设计的广泛领域之中,主要为各种水处理系统,车间内外管线设计等等。建筑物的屋面雨水设计似乎一直不引起人重视,与大量日新月异不断发展的水处理技术相比,其技术含金量也不高,显得极其微小。但是,正如再先进的机器也会因为一个小小的坏螺丝而无法运转一样,屋面雨水设计的不合理也会给建筑物带来很大的安全隐患,一旦由于设计或施工失误而造成事故其带来的损失也是极其巨大的。

随着目前中国经济的高速发展,特别是重工业的发展,在一些大型的工业企业如汽车厂,船厂,钢铁厂等,车间的规模越来越大,这就给屋面雨水的排放带来了新的问题。本文以某大型工业厂房屋面雨排水设计项目为例,对大型工业厂房屋面雨排水设计做了一些初步的分析和探讨,供实际工程参考。

1 大型工业厂房屋面雨水设计

大型工业厂房屋面平面距离均比较大,坡度变化大,屋面雨水有组织排入室外雨水管网的难度很大。为节省投资和方便布管,在大型工业厂房屋面雨水设计中一般考虑采用的方式为:靠近厂房外墙的雨水立管,采用雨水立管直排至雨水管网的重力流排水系统;设置在厂房中央的雨水斗,通过悬吊管汇总后按压力流方式排至室外雨水管网。1.1雨水排水方式

某大型工业厂房主车间长300米,宽250米,总面积超过8万平方米。经过和建筑专业的多次讨论和方案比较,采用目前较为常用的重力流和压力流相结合的雨水排水方式。每个雨水斗的汇水面积很大,经计算每个雨水斗的直径就有DN300～DN400。大部分雨水斗由于在车间中间位置而无法直接接到室外,且由于车间内有大量设备,设备下有基础,在车间内设立雨水排水管道和雨排水井不大可能。最终决定局部柱列的每列雨水斗(大约20个),通过雨水悬吊管收集至靠近室外的厂房柱子,通过雨水立管排至室外雨水管网。考虑到悬吊管的坡度,避免管道过长而坡降过大,采用分两路管道汇总收集。1.2雨水计算

屋面雨水的设计降雨历时为5分钟,设

计重现期为2～5年,本工程厂房屋面采用工也方便。考虑到常用的雨水排水管UPVCP=5年。根据上海地区的暴雨计算公式(见排水管在规格上没有如此大的尺寸且公式1),降雨历时5分钟的暴雨强度为UPVC排水管的抗压能力较差,故管材选用q5=5.29l/s.100m2

了焊接钢管。

0.3-0.42)1.4雨水管施工固定

q=5544(P(t +10+71gP)0.82+0.071gP (1)

雨水悬吊管通常固定在车间的钢柱要说明的是,由于已考虑重现期P=5

上,由于管道的管径大,在钢柱上固定的悬年,因此不再乘以屋面的坡度系数K值。计吊管对钢柱的负荷也相当大,钢柱的间距算公式如下

长达24米,可见每根钢柱上所受的管道荷 Q=ψFq载也很大。在结构专业的配合下,确定了管5 (2)

其中:Q为设计雨水流量(l/s);道与钢柱固定的方法,确保了管道固定的ψ为径流系数,屋面ψ=1;

安全可靠。另外由于钢柱的间距较长(24q米),超过了安全跨距下管段最大间距的要5为设计降雨强度(l/s·ha);

F为汇水面积(m2

)。求,在每根钢柱两侧附近的悬吊管下设加1.3压力流雨水排水

强筋。在靠近室外的柱子处设雨水立管将计算出单根悬吊管的流量后发现,流雨水接入室外雨水管网,由于管径大而且量是相当大的,在局部柱列,接近甚至超过雨水立管的高度很高,在立管最低处所受800l/s的流量。如果按照重力流方式排雨的力较钢柱上受到的力更大,故立管除了水,按照非满流状态下充满度h/D=0.8计,每隔6米设管道支架(与钢柱固定)外,排水单根悬吊管的管径从DN300～DN400开始;立管底部管径适当放大一档,同时在立管随着所连接的雨水斗的数量增加设计流量最低处450弯头上设弯管支座并于车间钢也不断增加,根据流量悬吊管的管径逐步柱地下承台固定,以保证管道能抵御暴雨增大,悬吊管末端的管径锁定在DN700,时大量雨水的冲击。

DN800,DN800,DN500。计算坡度为0.005。上述介绍的压力流屋面雨水排水方式,与重力流排水方式相比,利用压力差排重力流屋面排水系统由于受其水力特性的雨水,使得计算出来的雨水管径大为减小,限制,造成排水立管多,管径偏大,排水能减少了管道和土建费用,施工也方便,此种力偏小,对于类似本工程的大面积工业厂方法正不断运用在工程实践中,取得了比房及公共建筑屋面排水系统则更显突出。较好的效果。

这可从本工程的雨水悬吊管管径为DN800就可见一斑。悬吊管管径过大,不仅增加管2 虹吸式屋面雨水系统

道投资,而且也增加了厂房土建施工费用除了上述叙述的雨水排水系统,近几和难度。

年不少工程中逐渐开始采用虹吸式压力流因此,可根据《建筑给水排水设计规屋面雨水排水系统,虹吸式屋面雨水排水范》,累似工业厂房的大型屋面雨水排水悬系统能很大地提高屋面雨水排水的能力,吊管设计可采用压力流雨排水方式。大型悬吊管接入雨水斗的数量不受限制,节省企业建筑高度均比较高,可尽量利用建筑了不少的雨水立管,悬吊管不需做坡度,安高度形成的压力差排雨水,采用压力流排装方便、美观,系统按虹吸式压力流计算可水。设计时应符合几个规定:悬吊管与雨水以减小选用管道的管径,可大量减少工程斗出口的高差应大于1m;悬吊管设计流速造价。与重力式和压力式相结合的屋面雨不宜小于1m/s,悬吊管水头损失不得大于水排水系统相比有明显的技术优势。

80KPa等等,其中较为重要的一条是雨水排虹吸式屋面雨水排水系统由雨水斗、水管道总水头损失与流出水头之和不得大雨水悬吊管、雨水立管、雨水埋地管组成,于雨水管进、出口的几何高差。结合本工但因为系统的工作原理完全不同,在二种程,悬吊管采用压力流雨水排水方式,各柱不同水力条件下工作,因此系统中各部件列悬吊管末端的管径可缩小为DN450,的功能要求是不一样的,系统也有其相应DN600,DN600,DN300,管径缩小了,这样可的一套计算方法。虹吸式屋面雨水排水系以大大减少管道费用和土建费用,同时施

统的最大改进和技术进步是开发了一种具

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一方对雨水斗至悬吊管的末端的总水头损失应有所限制,以控制悬吊管末端的最大负压值。

目前的虹吸式雨水斗有DN50～DN150等多种规格,能够满足工程的实际要求,其材质有铸铁、铝合金钢、不锈钢、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP),下沉的雨水斗置于屋面层中,上部设有进水格栅。在降雨过程中,通过格栅盖进入雨水斗的屋面雨水落入深斗内,斗内带孔隙的整流罩,使处于涡流状态的雨水平稳地以淹没泄流流出进入排水管。下沉式的雨水斗最大限度的减小了天沟的进水深度,使屋面承受的雨水荷载降至最小,同时又使雨水斗的出口获得较大的淹没水深,消除了在设计流量下工作时的渗气现象,提高了雨水斗的额定流量。

任何型式的雨水斗的泄流量都随斗前水位的增加而加大。对于虹吸式雨水斗,要求在正常的工作条件下,雨水斗不渗入空气。这样就有一个临界水位,当雨水斗前的水位小于该水位时雨水斗开始有空气渗入,虹吸式屋面雨水排水系统的压力流状态被破坏。所以,虹吸式雨水斗的额定流量是以不渗入空气为确定原则,提出相应的斗前水深,以DN50雨水斗为例,当泄流量为6l/s时,斗前水深降至45mm,水在本自动化系统中,测张是间接法,而微张控制的控制目的是使轧机在无张力矩下轧制。因而,计算及存储无张力矩是控制中的难点。

无张力矩由轧件头部确定。当一根钢头部咬入第1架轧机,电动机动态速降恢复后,直到该块钢咬入第2架前这段时间。对于第1架轧机而言,相当于无前张力的自由轧制,滤波后采样此时的轧制转矩即视为自由轧制转矩。当该钢咬入第2架时,由于1、2架轧机速度不匹配导致第1架轧机的力矩发生变化,此时通过调节第2架速度使第1架轧机恢复到先前记录的无张力轧制状态。第1架调整结束后且第2架动态速降恢复后,在轧件咬入第3机架前,第2架处于无张力矩轧制状态,滤波后采样此时第2架轧机转矩并记录,以此类推到后面机架。调整后的机架间速度级联关系被存储,供下一根钢轧制时使用。通过这种自适应调整,使过几根钢后,轧制微张力保持在工艺要求的范围(图2)。

微张力参数计算。

若两机架间存在张力偏差,必然有转矩的偏差,根据电机学的有关公式,可以得到张力差:

流出现乳化现象,数量降至40mm,渗气量为0.2l/s。虹吸是雨水斗的斗前水深不宜大于55mm。两个雨水斗之间的间距不应超过20m。

虹吸式屋面雨水排水系统的水力计算应包括对系统中每一管路的水力学工况作精确的计算。计算结果应包括每一计算管段的管径、计算长度、流量、流速、压力。

有良好整流功能的雨水斗。雨水斗在其额

定设计流量时处于淹没泄流排水状态,不渗气;设计排水量大;雨水斗淹没泄流的斗前水深小。采用了虹吸式雨水斗的屋面雨水排水系统,在降雨过程中相当于从屋面上的一个稳定水面的水池中泄水,经屋面内排水管系,从排出管排出,管道全充满的压力流状态,屋面雨水的排水过程是一个虹吸排水过程。所以,把具有虹吸排水能力的屋面雨水内排水系统称之为虹吸式屋面雨水内排水系统。虹吸式屋面排水系统的管道在设计降雨强度下呈负压,管材的选用应考虑承受负压的能力但在比较小的降雨强度或降雨过程的末期,降雨量减小,雨水斗淹没泄流的斗前水位降低到其一定的值,雨水斗开始有空气渗入,排水管道内的真空被破坏,排水系统会从虹吸压力流的工况转向重力流。虹吸式屋面雨水排水系统管道内设计状态下的压力分布与一般的重力式屋面雨水排水系统有明显的区别。虹吸式屋面雨水排水系统自雨水斗连接管以下,管道内呈负压,在悬吊管与立管的交叉点处负压最大,其后立管上的负压减小,至临界点负压消失,管道内的压力为零,水流状态转为重力流。从上面的分析可以得出,雨水斗的进水水面至临界总高度是有效作用高度,在设计计算中应充分利用;另

3 结语

虹吸式屋面雨水排水系统近几年在国内不少大面积工业厂房及公共建筑中已得到运用,效果不错。与传统的重力流屋面排水系统相比,虹吸式屋面雨水排水系统能很大程度的提高屋面雨水排水的能力,计算出来的雨水管管径大为缩小,节省了不少的雨水立管,悬吊管不需做坡度,方便安装、施工,且雨水管安装方便、美观,但缺点是工程造价相对比较大。传统的重力流屋面排水系统,管径采用比较大,管道施工不方便,但工程造价相对虹吸式屋面雨水排水系统较小。因此两者各有特点,在工程设计时,应根据工程实际情况,选用最合适的排水系统。

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LtLMinLt≤LMaxLMin≤LtLMax式中

VLt为调节输出值;KP为比例调节系数;Ki为积分调节系数;V0为当前速度值;

LMin为调控制死区套量值;LMax为调活套上极限套量值。

活套调节量参与速度级联运算,即某机架活套调节量变化,会同时改变其上游的所有机架速度,以保证上游机架调节的快速性。

2.4微张力控制

中、精轧区立—平、平—立之间的微张力控制由电气控制系统采用转矩记忆法原理实现。在轧件的轧制过程中利用自动化系统自动检测和分析轧机转矩的变化,根据轧机转矩的变化量从而计算出轧机之间形成的张力。及时地修正轧机之间的速度关系,就能把轧机间的张力控制在最佳状态之内。同时以级联调速的方式按比例调节上游其它机架速度。微张力控制投入使用之后可以有助于提高中、精轧区轧件断面积的控制精度,从而使精轧区来料料形得到保证。这一点尤其在轧大规格钢时极其重要(因为活套在甩机架时同时去掉)。

i为变速箱减速比;D为轧辊直径;N为第n架的速度;

Ne为第n架的额定速度;Tn为第n架的采样转矩;

To为第n架的自由轧制转矩;

Kn为张力系数的给定值,由轧制规程给出TnSnKNmm2。

上式中,K根据工艺决定。

3 结语

系统投入后控制效果明显,主要表现在两方面:一是系统调节迅速,一般在换辊后或换规格后轧制1～2支钢,活套高度技能调节到设定高度控制范围内。二是控制系统稳定性好,活套高度变化在进入稳定正常调节阶段,活套摆臂的范围一般不超过±5°。为保障系统可靠运行,特别需要注意对角度检测环节和活套机械转动部分的维护。计量避免联轴器松动打滑等,对正常活套高度控制和带钢质量的影响。

参考文献

[1]轧钢自动控制系统的运行机制.中国冶

金,2005,15(11):27～29．[2]西门子S7-400手册.



T

n



2iD



NN

e

T

n



TK

0n



上式中:

Tn为第n架的张力偏差;

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