Detail předmětu

Vodojemy a čerpací stanice

FAST-BPB007Ak. rok: 2027/2028

Předmět se komplexně věnuje nejdůležitejším objektům vodárenských soustav, kterými jsou vodojemy a čerpací stanice. Studenti se seznámí s  principy jejich návrhu, stavebně-technologického řešení a možnostmi využití počítačových simulací pro jejich navrhování.

V bloku věnovaném vodojemům se studenti naučí navrhovat jejich výškové umístění a vypočítat potřebný objem akumulace. Pozornost je upřena na dimenzování akumulačních nádrží dle normy ČSN 75 5355, stavebně-konstrukční detaily (včetně problematiky spár a větrání) a metody jejich výstavby. Důležitou součástí je také návrh trubního vystrojení armaturních a manipulačních komor a celkové hodnocení technického stavu těchto objektů.

Následná část zaměřená na čerpadla a čerpací stanice studenty provede problematikou dopravy vody. Osvojí si práci s hydraulickými charakteristikami čerpadel (Q-H křivky, výkon, účinnost) a detailně se seznámí s riziky kavitace či sací schopností (NPSH). Výuka pokrývá návrh stavební i strojně-technologické části čerpacích stanic (dle ČSN 75 5301), řešení sacích a výtlačných uspořádání, ochranu proti vodnímu rázu, zapojování čerpadel s proměnlivými otáčkami a provoz automatických tlakových stanic.

Vysoce odbornou praktickou rovinou předmětu je matematické modelování vodovodních sítí. V softwaru EPANET 2.2 si studenti vyzkouší tvorbu topologie modelu z podkladů v AutoCADu a následně provádějí statické i kvazidynamické hydraulické analýzy modelových vodovodních sítí. Během simulací se naučí optimalizovat výkon čerpadel, udržovat tlak v síti v limitech české legislativy a analyzovat stáří distribuované vody. Své výpočty pak převedou do podoby ucelených reportů a názorných vrstevnicových map zásobovaných oblastí. Přednášky i cvičení jsou zaměřena na praktické zvládnutí tvorby a využití simulačního modelu vodovodní sítě.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

Ing. Jan Ručka, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav vodního hospodářství obcí (VHO)

Vstupní znalosti

Vodárenství, hydraulika

Způsob zakončení předmětu a pravidla hodnocení studentů

Od studentů se vyžaduje aktivní účast ve cvičeních a včasné odevzdání všech úkolů správně vyřešených a v předepsané formě a podrobnosti, za což jsou vyučujícím přidělovány body. Pro udělení zápočtu je nezbytné získat více než 50 procent bodů. Ve cvičení se tolerují nejvýše dvě absence. Pro úspěšné složení zkoušky a absolvování předmětu je nezbytné složit vědomostní test na PC a navazující ústní zkoušku.

Učební cíle

Absolvováním tohoto studijního předmětu student získá:

Odborné znalosti

  • Zná principy fungování, konstrukční typy a funkce vodojemů a čerpacích stanic v rámci vodárenských soustav.
  • Rozumí hydraulickým charakteristikám čerpadel (Q-H křivky, výkon, účinnost), sací schopnosti (NPSH), rizikům kavitace a fyzikálním principům vzniku vodního rázu.
  • Orientuje se v platné oborové legislativě a technických normách, především v ČSN 75 5355 (Vodojemy) a ČSN 75 5301 (Vodárenské čerpací stanice), a zná legislativní limity pro tlakové poměry ve vodovodních sítích.
  • Chápe teoretické základy matematického modelování vodovodních sítí, principy kvazidynamické analýzy a faktory ovlivňující stáří distribuované vody.

Odborné dovednosti

  • Umí vypočítat potřebných objemu akumulace a navrhnout optimální výškové umístění vodojemu.
  • Dokáže navrhnout stavebně-technologické řešení vodojemů a čerpacích stanic, včetně návrhu trubního vystrojení armaturních komor, sacích a výtlačných uspořádání a ochrany proti vodnímu rázu.
  • Ovládá softwarové prostředí EPANET 2.2 pro stavbu i běžné užívání hydraulického modelu sítě.
  • Aplikuje počítačové simulace k provádění statických i kvazidynamických analýz, k optimalizaci výkonu a chodu čerpadel a k regulaci tlaku v síti.
  • Zpracovává výsledky simulací a datových analýz do podoby přehledných textových reportů a vizualizací.

Odborné způsobilosti

  • Je schopen komplexně řešit technické úlohy spojené s návrhem, posouzením a optimalizací vodárenských vodojemů a čerpacích stanic.
  • Získá schopnost kriticky hodnotit technický stav existujících zařízení, analyzovat chybné stavy ve vodovodní síti (např. nefunkční regulace, nebezpečný pokles tlaku) a navrhovat jejich efektivní řešení.
  • Je oborově vybaven pro odbornou komunikaci a týmovou spolupráci se specialisty příbuzných profesí při navrhování složitějších technologických celků čerpacích stanic.

Studijní opory

Studijní materiály potřebné pro zvládnutí předmětu jsou studentům přístupné v e-learningu VUT.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-SI bakalářský

    specializace V , 4 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jan Ručka, Ph.D.

Osnova

  • 1. Vodojemy - místění, typy, hladiny a objem.
  • 2. Vodojemy - konstrukce, výstavba, spáry, větrání.
  • 3. Vodojemy - trubní vystrojení vodojemů a další vybavení.
  • 4. Exkurze č. 1 na vybraný vodojem a čerpací stanici v Brně a nejbližším okolí.
  • 5. Hydraulická analýza vodovodní sítě s využitím EPANET.
  • 6. Ukázka tvorby a praktického využití velikého modelu skutečné vodovodní sítě.
  • 7. Čerpadla - rozdělení čerpadel.
  • 8. Čerpadla - charakteristiky čerpadel, funkční rovnice, čerpací soustavy.
  • 9. Čerpací stanice - požadavky na funkce, nátok a sací dispozice, výtlačné potrubí.
  • 10. Exkurze č. 2 na vybraný vodojem a čerpací stanici v Brně a nejbližším okolí.
  • 11. Regulace a optimalizace provozu čerpadel, automatické tlakové stanice.
  • 12. Speciální armatury, optimalizace provozu vodárenského systému.
  • 13. Hydraulický ráz - základní vztahy pro výpočet, opatření proti vzniku rázu.

Cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jan Ručka, Ph.D.

Osnova

  • 1. Tlakové ztráty třením po délce - hydraulický výpočet potrubí.
  • 2. Návrh akumulační nádrže vodojemu - rozměry, hladiny, trubní vystrojení.
  • 3. Procvičení ČSN 75 5355 - Vodojemy.
  • 4. Exkurze č. 1 na vybraný vodojem a čerpací stanici v Brně a nejbližším okolí.
  • 5. EPANET 2.2 - stavba modelu vodovodní sítě (topologie a import kostry sítě).
  • 6. EPANET 2.2 - vložení vodojemu, zadání parametrů, spuštění výpočtu.
  • 7. EPANET 2.2 - statická hydraulická analýza - výsledky, reporty, export výsledků.
  • 8. EPANET 2.2 - kvazidynamická hydraulická analýza.
  • 9. Procvičení ČSN 75 5301 – Vodárenské čerpací stanice.
  • 10. Exkurze č. 2 na vybraný vodojem a čerpací stanici v Brně a nejbližším okolí.
  • 11. Regulace a optimalizace provozu čerpadel, automatické tlakové stanice - praktické cvičení s modelem sítě
  • 12.  Regulace a optimalizace tlakových poměrů ve vodovodní síti - využití speciálních armatur
  • 13. Zápočet