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).

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 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).

     
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.