• Текст документа
  • Статус
Поиск в тексте

Сантехника N 1, 2010
Рубрика: Водоотведение
А.А.Отставнов, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник
В.А.Устюгов, канд. техн. наук, директор ГУП "НИИ Мосстрой"
О.В.Устюгова, генеральный директор НПО "Стройполимер"

Канализационные стояки

О некоторых закономерностях качественного функционирования



Качественно функционирующий канализационный стояк следует рассматривать не только в качестве основного элемента внутренней канализационной системы, но и важнейшей составной части сопряженной с ней наружной канализации. Ведь, функцией канализационного стояка является, с одной стороны, транспортирование канализационных стоков от санитарно-технических приборов в наружную канализационную сеть, а с другой стороны, вентилирование (пропускать и выпускать воздух) подземных канализационных трубопроводов и смотровых канализационных колодцев.

Канализационные стояки состоят из этажестояков [1], которые могут различаться между собой (рис.1).

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования


Рис.1. Конструкции канализационных стояков с подключением поэтажных отводных трубопроводов

а - односторонним; б - двухсторонним;
1 - отрезок трубы; 2 - ревизия; 3 - тройник; 4 - унитаз; 5 - гиб; 6 - крестовина; 7 - вытяжка в атмосферу; 8 - выпуск в дворовую сеть


Одни из них, помимо отрезков канализационных труб, имеют в своем составе ревизию (для прочистки в случае образования засоров в стояках) и тройник (для подключения поэтажного отводного трубопровода - с одной стороны) либо крестовину (для подключения поэтажных отводных трубопроводов - с двух сторон). При этом могут быть использованы с различными углами Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования входа ответвляющей части фасонной соединительной детали - 45°, 60° и 90° как тройники, так и крестовины.

Вполне закономерно, что под действием горизонтальной (в отводных трубопроводах и выпусках) и вертикальной (в стояках) составляющих силы тяжести стоков от санитарно-технических приборов стоки транспортируются по поэтажным отводным трубопроводам, имеющим уклон, вертикальным канализационным стоякам в наружную канализационную сеть через выпуски, также имеющим уклон. Также вполне закономерно, что воздухообмен в наружных трубопроводах и канализационных смотровых колодцах происходит под действием гравитационных сил - давления воздуха, который из наружной канализационной сети выходит в атмосферу по канализационным стоякам через имеющиеся на них вытяжки (при небольших расходах стоков). Канализационный стояк, имеющий вытяжную часть, называется вентилируемым. С другой стороны, воздух, который поступает в стояк (при значительных расходах стоков) из атмосферы через вытяжку, увлекается стоками в наружную канализационную сеть по стояку. Способность стоков при своем движении увлекать воздух называется эжектирующей способностью. С увеличением высоты стояков, а также при понижении температуры наружного воздуха (при прочих равных условиях) воздухообмен возрастает.

Если через вытяжную часть в стояк поступает воздух в количестве, соответствующем величине эжектирующей способности стоков, то в стояке не возникает дефицита воздуха и давление в нем равно атмосферному. При стержневом характере опускного движения водовоздушной смеси в вертикальной трубе стоки омывают внутреннюю поверхность трубы, а внутри потока стоков в виде стержня движется воздух. Следствием возникновения разрежений в канализационном стояке является срыв гидравлических затворов у санитарно-технических приборов.

Закономерности течения водовоздушной смеси в канализационном стояке с достаточной полнотой отражены в исследованиях советского и российского ученого, канд. техн. наук Александра Яковлевича Добромыслова. К сожалению, они ограничены канализационными стояками с односторонним поступлением в них стоков. Согласно представлениям [2], при истечении из поэтажного отвода в канализационный стояк стоки перекрывают его сечение (образуется замкнутый водовоздушный поршень) на уровне присоединения отвода к канализационному стояку. На небольшом расстоянии от места входа в канализационный стояк течение водовоздушной смеси стабилизируется: вода движется по внутренней поверхности канализационного стояка, а внутри потока воды течет воздух. Величина эжектирующей способности зависит от показателей стоков и воздуха и условий входа стоков в стояк. Здесь логично будет допустить то, что за условия входа стоков в канализационный стояк можно принимать не только угол сопряжения поэтажных отводных трубопроводов с канализационными стояками, но и подключение к ним поэтажных отводных трубопроводов: одностороннее - двухстороннее (рис.1).

Такое допущение на данном этапе разработанности вопроса позволяет распространить многие закономерности, которые установлены для канализационных стояков с односторонним подключением поэтажных отводных трубопроводов, на двухстороннее их подключение. Необходимость в таком подходе продиктована экономическими соображениями, особенно актуальными именно сейчас, когда намечается массовый переход на малоэтажное строительство. По мнению президента страны Д.А.Медведева, малоэтажные дома должны составлять не менее 25% от общих объемов строящегося ежегодно жилья. Вполне очевидно, что затраты материальных, денежных и трудовых ресурсов на устройство одного канализационного стояка диаметром 150 мм, например, для смежных санузлов соседних квартир в жилом доме или туалетов (женского и мужского) в общественном здании будут гораздо меньшими, чем двух раздельных для каждого санузла канализационных стояков диаметром 100 мм.

Остановимся на некоторых закономерностях качественного функционирования стояков. Представляется, что механизм движения стоков и воздуха в канализационном стояке, независимо от подключения отводных поэтажных трубопроводов, примерно одинаков. Стоки в сечении стояка на уровне присоединения отвода остаются "сжатыми" до тех пор, пока не прекратится их поступление из поэтажного отводного трубопровода (рис.2).

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования


Рис.2. Схемы поступления стоков в канализационные стояки диаметром 100 и 150 мм из поэтажных отводных трубопроводов диаметром 100

а - одностороннего; б - двухстороннего;
1 - воздух; 2 - стоки



На некотором расстоянии от места входа происходит беспорядочное движение стоков вниз по стояку. Затем стоки попадают на стенки стояка и их движение постепенно стабилизируется. По мере движения стоки прилипают к внутренним стенкам стояка, что приводит к образованию тонкого слоя, в котором скорость очень быстро снижается до нуля. Изменением условий поступления стоков в канализационный стояк - уменьшением диаметра и угла присоединения к нему поэтажных отводных трубопроводов - может быть достигнуто увеличение площади сечения воздуха в сечении стояка со "сжатыми" стоками. А с ростом расхода стоков увеличивается величина разрежения, т.к. при увеличении расхода площадь живого сечения воздуха в сечении канализационного стояка со "сжатыми" стоками уменьшается и вследствие этого возрастает эжектирующая способность.

Величина разрежений в канализационном стояке также связана с количеством воздуха, поступающего из атмосферы через вытяжную часть стояка. Если через вытяжную часть в канализационный стояк поступает меньшее количество воздуха, то это приводит к образованию дефицита воздуха и возникновению разрежения в стояке. При этом увеличение диаметра вытяжки по сравнению с диаметром стояка малоэффективно, т.к. расход воздуха лимитируется в основном диаметром стояка. Величина разрежений достигает максимума в конце начального участка. Дальнейшее увеличение высоты канализационного стояка не оказывает влияния на величину разрежения; а уменьшение высоты канализационного стояка способствует повышению его пропускной способности. В том случае, когда вытяжная часть по какой-либо причине выходит из строя (например, вследствие обмерзания или попадания посторонних предметов), стояк становится невентилируемым. При этом пропускная способность стояка резко уменьшается. В результате захвата воздуха стоками, движущимися в стояке, образуется двухфазная (вода+воздух) смесь. Наличие в стоках третьей фазы (фекалии, бумага и т.п.) незначительно повышает разрежение в стояке. Несоответствие между величиной эжектирующей способности и количеством воздуха, поступающим в стояк из атмосферы, приводит к образованию дефицита воздуха ниже сжатого сечения стояка (т.е. ниже водовоздушного поршня). Очевидно, что чем больше это несоответствие, тем больше величина разрежения в стояке. Величина эжектирующей способности стоков является функцией скорости ее движения, которая достигает максимального значения на длине падения 6-15 м. Эжектирующая способность стабилизируется на указанном расстоянии от точки входа в стояк. В канализационном стояке, высота которого равна длине начального участка или превышает ее, эжектирующая способность максимальна и постоянна. Эжектирующая способность уменьшается с уменьшением высоты стояка.

При истечении из поэтажного отводного трубопровода стоки перекрывают сечение канализационного стояка (с односторонним поступлением стоков), ударяются о его противоположную стенку с образованием вихря, а затем начинают двигаться вниз. Есть полная уверенность в том, что аналогичная картина будет наблюдаться и при двухстороннем поступлении стоков в канализационный стояк. Отличием будет являться то, что стоки, поступающие в канализационный стояк из встречных поэтажных отводных трубопроводов, будут соударяться между собой, а не с его стенкой. При опускном движении стоков по стояку воздух движется сверху вниз. До поступления стоков в стояк воздух движется в противоположном направлении.

Уменьшение количества стоков приводит к увеличению доли сечения канализационного стояка, занятой воздухом, что приводит к пленочному движению стоков и интенсивному выходу воздуха из канализационной системы в атмосферу.

При транспортировании больших расходов стоков по стояку происходит интенсивное поступление воздуха из атмосферы в стояк. Однако даже при расходах стоков, значительно превышающих критические, стержневой характер движения не переходит в снарядный, которому присуще наличие газовых пузырей ("снарядов"), имеющих иногда длину в несколько десятков внутренних диаметров канализационных стояков. Газовые пузыри-снаряды занимают все сечение канализационного стояка, являясь газовыми пробками, которые снизу и сверху отделяются одна от другой тонким слоем стоков. При этом резко возрастает эжектирующая способность, что приводит к возникновению в стояке разрежений большой величины. Однако значительный вакуум в канализационных стояках в принципе не может быть достигнут благодаря тому, что они являются незамкнутыми и при срыве хотя бы одного гидравлического затвора мгновенно произойдет сброс образовывавшегося в канализационном стояке вакуума. По этой же причине в канализационных стояках не может возникнуть напорный режим.

Высота канализационных стояков (от места входа в них стоков), когда эжектирующая способность продолжает нарастать, составляет 90 внутренних диаметров Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования . Увеличение рабочей высоты канализационного стояка более 90Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования не влечет за собой интенсивности поступления в него воздуха.

При увеличении расхода стоков возрастает сопротивление, создаваемое в сжатом сечении канализационного стояка их движению, а также увеличивается эжектирующая способность. По этой причине, несмотря на увеличение сопротивлений в сжатом сечении канализационного стояка при возрастании расхода стоков, расход воздуха, поступающего через вытяжную часть в стояк, увеличивается. Расход воздуха, поступающего в канализационный стояк выше его сжатого сечения, увеличивается до определенного предела, соответствующего критическому расходу стоков, т.е. моменту срыва гидравлического затвора. После этого через сорванный гидравлический затвор в стояк поступает дополнительное количество воздуха и, естественно, что расход воздуха, поступающего выше сжатого сечения канализационного стояка, резко уменьшается.

Повышение статического напора воздуха сопровождается не снижением, а повышением уровня стоков в гидравлических затворах санитарно-технических приборов, присоединенных к канализационному стояку в нижних этажах. Выброс стоков, заполняющих эти гидравлические затворы, в санитарно-технические приборы возможен только в том случае, когда канализационный выпуск забит осадком по сечению не менее чем на 75%.

В тех случаях, когда давление в канализационном стояке становиться ниже атмосферного на величину Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования , происходит понижение уровня в гидравлическом затворе (в ветви, которая находится под атмосферным давлением) на такую же величину Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования . При этом из второй ветви гидравлического затвора в канализационный стояк выплескивается определенный объем стоков. Если же давление в канализационном стояке становится ниже атмосферного на величину, несколько превышающую высоту гидравлического затвора, то уровень стоков в правой его ветви понижается на такую же величину. При этом из ветви, сообщающейся с атмосферой, происходит проскок воздушного пузыря, который выплескивает стоки, заполняющие левую ветвь гидравлического затвора, в канализационный стояк. Второй, третий и последующие воздушные пузыри, следующие с интервалом в несколько секунд за первым, способствуют полному опорожнению гидравлического затвора. Срывом гидравлического затвора и называется факт исчезновения из него стоков под действием разрежений в канализационном стояке и поэтажном отводном трубопроводе. При этом открывается беспрепятственный доступ в помещения, где пребывают люди, канализационным газам - токсичным и дурно пахнущим, а в больших концентрациях взрывоопасным. (Следует указать на то, что стоки из гидравлического затвора могут испариться при длительном простое сантехприбора, на котором он установлен. Этот случай не является расчетным. Правда, иногда здесь требуется все же специальное техническое решение.) Срыв гидравлических затворов происходит не всегда, что объясняется изменением режимов течения жидкости и воздуха в гибе: со стержневого (в канализационном стояке стоки омывают его внутреннюю поверхность, а внутри потока стоков движется воздух) на разделенное (в канализационном выпуске стоки движутся понизу, а над ними свободно течет воздух (рис.3).

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования


Рис.3. Схема изменения стержневого течения стоков и воздуха в стояке на раздельное в гибе

1 - стоки; 2 - воздух


Внутренние системы канализации следует рассчитывать и конструировать таким образом, чтобы была гарантирована устойчивость гидравлических затворов у санитарно-технических приборов.

Основным фактором, определяющим размерные и конструктивные характеристики надземной части внутренней системы канализации, является наименьшая высота гидравлического затвора, установленного у любого санитарно-технического прибора в здании. Поэтому расчет канализационных систем зданий необходимо производить с использованием методик, которые позволяют [3] обеспечить устойчивость гидравлических затворов санитарно-технических приборов в процессе эксплуатации внутренней канализации. В таких методиках, как правило, предлагается определять разрежения, которые могут возникнуть в канализационном стояке и под них подбирать гидравлические затворы. Чем больше высота гидравлического затвора, тем большее разрежение допускается в канализационном стояке. Срыв гидравлического затвора высотой 60 мм происходит, когда разрежение в канализационном стояке составляет 65 кгс/мКанализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования (65 мм вод.ст.; 637 Па), срыв гидравлического затвора высотой 80 мм - при разрежении в стояке, равном 90 кгс/мКанализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования (90 мм вод. ст.).

При расчете внутренних канализационных систем следует правильно определять расходы транспортируемых стоков, далее адекватно принимать соответствующие конструктивные решения узлов сопряжения канализационных стояков с поэтажными отводными трубопроводами из соответствующих труб (полимерных или чугунных), и гидравлических затворов, а затем точнее оценивать возможное образование разрежений в канализационных стояках.

Для этого вначале следует осуществить приближенный подбор диаметров стояков по табл.1, данные которой охватывают стояки и гидравлические затворы высотой (Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования 90Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования ) и 60 мм, соответственно.


Таблица 1

Пропускная способность вентилируемых стояков

Поэтажные отводы

Пропускная способность, л/с, стояков при диаметре Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования , мм

наружный диаметр, мм

угол присоединения
к стояку, град.

50

100

150

50

45

0,96

6,26

19,9


60

0,84

5,50

17,6


90

0,56

3,67

11,7

100

45

-

5,50

14,5


60

4,90

12,8

90


3,20

8,62

150

45

-

-

12,6

60


11,0

90


7,20



Далее произвести корректировку пропускной способности стояков с учетом конкретных значений высоты канализационного стояка, высоты гидрозатвора путем умножения на

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования


раз (Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования - внутренний диаметр канализационного стояка) при Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования 90Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования ; 1,1 - при высоте гидрозатворов 70 мм и на 0,9 - при высоте гидрозатворов 50. И только потом произвести полную увязку путем расчета с использованием одной какой-либо из известных [4, 5] методик, в том числе и зарубежных.

Допустимая величина разрежений в вентилируемых и невентилируемых канализационных стояках из любых труб не должна превышать 0,9Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования , где Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования , мм, - высота наименьшего из гидравлических затворов санитарно-технических приборов.

С учетом рассмотренных закономерностей предлагается при определении величины разрежений в вентилируемом канализационном стояке, мм вод.ст., учитывать вид присоединения (одностороннее тройником либо с двух сторон крестовиной) отводных поэтажных трубопроводов:

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования , (1)


где Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования - расчетный расход стоков для стояка, л/с, определяется согласно [4] по формуле:

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования , (2)


где Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования - расчетный расход воды на участке, л/с;

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования - максимальный секундный расход стоков от прибора с максимальным водоотведением (для жилых зданий - 1,6 л/с от смывного бачка унитаза), л/с;

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования - коэффициент, учитывающий способ присоединения поэтажных отводных трубопроводов к стояку, для тройников Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования 1, для крестовины Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования 1,1 (требуют опытной проверки и последующей корректировки);

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования - угол присоединения расчетного отвода к стояку, град.;

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования - внутренний диаметр стояка, м;

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования - внутренний диаметр расчетного поэтажного отвода, м;

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования - рабочая высота стояка, м.

Рабочая высота канализационного стояка - это часть стояка, по которой могут транспортироваться стоки, расстояние от точки присоединения наиболее высоко расположенного санитарно-технического прибора (или группы приборов) до гиба (точки перехода канализационного стояка в выпуск).

При 90Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования следует принимать 90 Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования , при этом

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования , (3)


При Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования 90° и Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования .

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования . (4)


Невентилируемый стояк должен заканчиваться прочисткой (ревизией), устраиваемой в направленном вверх раструбе тройника (крестовины), с помощью которого к стояку присоединяются наиболее высоко расположенные в здании санитарно-технические приборы (рис.4).

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования


Рис.4. Схема невентилируемого канализационного стояка

1 - гиб; 2 - отрезок трубы; 3 - ревизия; 4 - унитаз; 5 - умывальник; 6 - прочистка



Величина разрежения, мм вод.ст., в невентилируемом канализационном стояке

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования , (5)


где Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования - средняя скорость движения водовоздушной смеси, м/с:

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования , (6)


где Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования - эжектирующая способность, мКанализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования /с:

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования , (7)


где Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования - то же, что в формуле (1);

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования - угол присоединения диктующего поэтажного отвода к стояку, град.;

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования - площадь живого сечения стояка, м:

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования . (8)


В приближенных расчетах внутренней канализации с невентилируемыми стояками значения (с точностью до 15%) разрежения Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования и эжектирующей способности Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования можно определять по номограммам [4, 5].

В заключение укажем на то, что рассмотренные закономерности качественного функционирования канализационных стояков могут вполне позволить обеспечить, при правильном и своевременном их использовании на стадии проектирования, достаточные условия для надежной работы как внутренних, так и наружных канализационных систем.


Литература

1. Отставнов А.А., Устюгов В.А. К выбору труб для канализационных стояков // СОК. 2009. N 6.

2. Добромыслов А.Я. Расчет и конструирование систем канализации зданий. М., 1978.

3. Ромейко В.С, Отставнов А.А., Устюгов В.А. и др. Пластмассовые трубы в строительстве. Ч.1. Трубы и детали трубопроводов. Проектирование трубопроводов. М., 1997.

4. СП 40-102-2000. Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования.

5. СТО 024947335.2-01-2006. Стандарт организации "СантехНИИпроект".

Доступ к полной версии этого документа ограничен

Ознакомиться с документом вы можете, заказав бесплатную демонстрацию систем «Кодекс» и «Техэксперт».

Что вы получите:

После завершения процесса оплаты вы получите доступ к полному тексту документа, возможность сохранить его в формате .pdf, а также копию документа на свой e-mail. На мобильный телефон придет подтверждение оплаты.

При возникновении проблем свяжитесь с нами по адресу spp@kodeks.ru

Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования

Название документа: Канализационные стояки. О некоторых закономерностях качественного функционирования

Вид документа: Комментарий, разъяснение, статья

Принявший орган: Различные информационные источники

Опубликован: Сантехника N 1, 2010
Дата принятия: 01 января 2010

Информация о данном документе содержится в профессиональных справочных системах «Кодекс» и «Техэксперт»
Узнать больше о системах