Расчет водопровода

  Вузлові зосереджені відбори води з магістральної мережі на потреби суспільних будинків і промислового підприємства намічаємо на перехрестях вулиць у безпосередній близькості до них.

  Магістральне кільце розбиваємо на розрахункові ділянки, вузлові крапки яких установлюємо в місцях зосередженого відбору води з мережі і на перехрестях вулиць, але не більш ніж через 400...600 метрів. Вузлові крапки нумеруємо за годинниковою стрілкою, починаючи з водонапірної башти.

  Намічаємо напрямок руху води в магістральній мережі й призначаємо точку зустрічі потоків (диктуючу точку). Як правило, це буде вузлова точка найбільш віддалена від початку мережі. У нашім випадку такою точкою буде вузол 7. 

  Розрахунок водогонів 

  Споруди для подачі води від джерела до об'єкту водопостачання називають водогонами (водопроводами).

  Кількість ліній водогонів слід приймати з урахуванням категорії системи водопостачання і черговості будівництва (додаток 17). Приймаємо для другої категорії надійності дві лінії водогонів.

  Водогони, як правило, розраховують на середню годинну витрату води на добу максимального водоспоживання. У нашому випадку цей об’єм водоспоживання дорівнює: 

  Qгод.ср. = Qнпдоб.макс./ 24 = 2349,1/24 = 97,88 м3/год, 

  qср. = 97,88 /3,6 = 27,2 л/с

  Тому що водогонів два, то розрахункова витрата кожного водогону складе 13,6 л/с. Водогони виконаємо із чавунних труб. По додатку 12 виберемо середнє значення економічного фактора Э в залежності від географічного положення населеного пункту. Харківська область (див. завдання) перебуває на сході України, отже, Э =1. Відповідно до додатка 13 (чавунні труби) умовний діаметр водогонів приймаємо рівним 150 та 200 мм.

  Визначимо втрати напору у водогонах при різних режимах водоспоживання.

  При максимальному водоспоживанні населеного пункту від насосної станції другого підйому у водогони надходить 135,6 м3/год (див. мал.2), що відповідає 37,6л/с або 18,8 л/с на кожний водогін.

  Втрати напору визначаємо по формулі 12. 

  h = K ґ A ґ q2 ґ L, (12) 

  де: K - поправочний коефіцієнт, що залежить від швидкості руху води в трубопроводі і матеріалу трубопроводу; A -питомий опір трубопроводу; q - витрата води в трубопроводі; L - довжина трубопроводу.

  Величину швидкості знайдемо з виразу n= q ґ m, де m = 4/pd2.

  Значення A і m приймаємо по додатку 15. Для чавунних труб діаметром 150 мм: m = 0,0548; A = 37,11 ґ 10-6.

  v = 18,8 ґ 0,0548= 1,03 м/с

  Значення коефіцієнта К знайдемо з додатку 16, удавшись при необхідності до інтерполяції. К = 1,015.

  h1 = 1,015 ґ 37,11 ґ 10-6 ґ 18,82 ґ 200 = 2,7 м

  При пожежогасінні витрату води у водогонах необхідно збільшити на величину протипожежної витрати, прийнятого по додатку 11 (у нашім випадку можливо дві одночасних пожежі з витратою води на кожну пожежу qпож. = 15 л/с). Витрата води в одному водогоні при гасінні пожеж складе 18,8 + 15 = 33,8 л/с.

  v = 33,8 ґ 0,0548 = 1,85 м/с

  К = 1,015

  h2 = 1,015 ґ 37,11 ґ 10-6ґ 33,8 2 ґ 200 =8,6 м

  При прокладенні водогонів у дві або більше лінії із загальних водозабірних споруд, між водогонами влаштовують перемички, при цьому у випадку аварії на одному з водогонів подачу води на господарсько-питні потреби знижуємо на 30 % розрахункової витрати, а на виробничі потреби - за графіком (див. завдання). 

  qав. = 0,7 qх.п. 

  qав. = 0,7 ґ37,7= 26,39 л/с

  Кількість перемичок між водогонами визначимо виходячи з умови рівності втрат напору у водогонах при нормальній експлуатації і при аварії на одному з водогонів. Для двох паралельних водогонів число ділянок перемикань при однаковому їхньому діаметрі й довжині можна визначити з рівняння: 

  n = 3 qав.2 /( q2 - qав2 ), (13)

  де: n – число ділянок перемикань; qав. - витрата води при аварії; q - витрата води при нормальній експлуатації.

  n = 3 ґ 26,39 2/ (37,7 2 - 26,39 2 ) = 1,92

  Приймаємо дві ділянки перемикань.

 
Гідравлічний розрахунок магістральної водогінної мережі

  Гідравлічний розрахунок магістральної водогінної мережі у випадку розташування водонапірної башти на початку мережі проведемо для двох основних режимів роботи системи водопостачання:

  Максимальна годинна витрата води на всі потреби населеного пункту на добу максимального водоспоживання; Те ж, але при гасінні пожеж. 

  Підготовка до гідравлічного розрахунку 

  Споживання води житловим сектором у міських водопроводах звичайно приймають за спрощеною схемою, що умовно допускає, що відбір води в житлові будинки відбувається рівномірно по довжині мережі. Тоді кількість води, що відбирається на кожній розрахунковій ділянці, буде пропорційно його довжині й наявності житлової забудови. Обидва ці фактори враховує так звана «умовна довжина» ділянки. При відсутності житлової забудови умовну довжину ділянки приймають рівної нулю. Якщо житлова забудова є тільки з однієї сторони ділянки, то умовну довжину ділянки приймають рівній геометричній довжині цієї ділянки. Якщо житлова забудова є із двох сторін від ділянки водогону, то умовну довжину ділянки рівна подвоєній геометричній довжині цієї ділянки.

  Виходячи з вищевикладених допущень, можна обчислити питому шляхову витрату води, тобто витрату води, що відбирається з одиниці умовної довжини магістральної мережі: 

  Qпит.шл. = qжил.с. / SL умов. , (14) 

  де qжил.с. – розрахункова витрата води житлового сектора населеного пункту, таблиця 3 в л/с; SL умов. - сума умовних довжин всіх ділянок магістральної водогінної мережі. qжил.с. =26,25л/с,

  SL умов. =3280(Дані з таблиці 5, стовпець 5 ),

  Qпит.шл. =26,25/3280=0,008л/(сґм).

  Витрата води, що забирається на потреби житлового сектора на кожній конкретній ділянці, зветься шляховою витратою води. Шляхові витрати води визначаємо по формулі: 

  qm-nшл. = qпит.шл.Lm-nумов. , (15) 

  де Lm-nумов. – умовна довжина ділянок мережі.

  q1-2шл. =0,008ґ400=3,2 л/(сґм). q2-3шл. =0,008ґ150=1,2 л/(сґм).

  q3-4шл. =0,008ґ100=0,8 л/(сґм). q4-5шл. =0,008ґ280=2,24 л/(сґм).

  q5-6шл. =0,008ґ120=0,96 л/(сґм). q6-7шл. =0,008ґ800=6,4 л/(сґм).

  q7-8шл. =0,008ґ240=1,72 л/(сґм). q8-9шл. =0,008ґ140=1,12 л/(сґм).

  q9-10шл.=0,008ґ100=0,8 л/(сґм). q10-11шл.=0,008ґ150=1,2 л/(сґм).

  q11-12шл.=0,008ґ400=3,2 л/(сґм). q12-1шл.=0,008ґ400=3,2 л/(сґм).

  Відбір води з магістральної мережі в суспільні будинки й промислові підприємства здійснюють із конкретних вузлів мережі. Такі відбори називають зосередженими відборами, а витрати води - зосередженими витратами води. Перенесемо у вигляді схеми трасу магістральної водогінної мережі з основними спорудами. На цій схемі для двох розрахункових режимів роботи системи вкажемо всі розрахункові відбори води з мережі (табл.3), крім житлового сектора. Відбір води на гасіння пожеж намітимо в самій несприятливій точці. Такою точкою буде найбільш віддалений вузол мережі - вузол 7.

  Для зручності ведення розрахунків шляхові витрати води також заміняють зосередженими, тобто умовно вважають, що половину шляхової витрати забирають на початку ділянки, а половину наприкінці. Ці фіктивні зосереджені витрати води називають умовними вузловими витратами води.

  Результати обчислень заносимо в табл.5 і представляємо у вигляді розрахункової схеми на мал.7.

  Після обчислення вузлових водовідборів робимо попереднє (у першому наближенні) потокорозподілення по ділянках магістральної мережі. Напрямок потоків у кільці задаємо відповідно до схеми. Точку зустрічі потоків намічаємо у вузлі 5, як найбільш віддалену від початку мережі. Надалі цей вузол будемо іменувати вузлом, що диктує.

  При визначенні розрахункових витрат води по ділянках мережі варто керуватися наступним положенням:

  - для всіх вузлів мережі повинна виконуватися умова (перший закон Кірхгофа): 

  SQ i = 0 (18) 

  Кількість води, що приходить у вузол, повинна дорівнювати кількості води, що виходить із цього вузла.

  Розрахункові витрати води по ділянках мережі будемо визначати, рухаючись від вузла, що диктує, до початку мережі. Попередньо випишемо на розрахункову схему значення розрахункових вузлових витрат води. У вузлі, що диктує, значення розрахункових вузлових витрат у розглянутому прикладі складає 2,4535 л/с для першого розрахункового випадку і 32,4535 л/с для випадку пожежогасіння. Відповідно до першого закону Кірхгофа витрата води, що забирається з вузла, дорівнює сумі витрат води, що надходять у вузол. У першому наближенні будемо вважати, що половина розрахункової вузлової витрати, що забирається в точці, що диктує, приходить по ділянці 4-5 і половина по ділянці 5-6. Тоді розрахункова витрата води на ділянках, що примикають до вузла, що диктує, складе 1,2 л/с для першого розрахункового випадку й 16,2л/с для випадку пожежогасіння. Рухаючись від вузла, що диктує, до початку мережі, розрахункові витрати води на кожній ділянці одержуємо як суму транзитної витрати, що йде в наступну ділянку, і розрахункової вузлової витрати в кінцевому вузлі даної ділянки. Отримані в першому наближенні значення розрахункових витрат по ділянках мережі записуємо на розрахункову схему (мал.8) 

  Таблиця 5. Визначення розрахункових вузлових витрат для режимів максимального годинного водоразбору і максимального годинного водоразбору з пожежогасінням на добу максимального водоспоживання

 

  Гідравлічний розрахунок 

  Гідравлічний розрахунок водогінної мережі зводиться до вибору економічно найвигідніших діаметрів труб і визначенню втрат напору на її ділянках. Обчислені втрати напору використовуються потім для розрахунку висоти водонапірної башти й потрібного напору насосів, що постачає водогінну мережу.

  Почнемо з визначення діаметрів труб. Магістральну водогінну мережу будемо виготовляти з азбестоцементних водопровідних труб (діаметри труб не більше 500 мм). Заповнимо послідовно в табл.6 і 7 стовпці 1;2 і 4. При заповненні таблиці виділимо ділянки з рухом води за годинниковою стрілкою й проти годинникової стрілки. Для першого розрахункового випадку по додатку 14 (азбестоцементні труби) залежно від економічного фактора Э (у прикладі Э = 1) і розрахункових витрат води по ділянках мережі призначимо умовні діаметри труб. Не забуваємо, що діаметр труб магістральної мережі згідно [1] повинен бути не менш 100 мм. Обрані діаметри заносимо в стовпець 3. У другому розрахунковому випадку (гасіння пожеж) розрахункові витрати по ділянках мережі більше, отже, більше будуть і втрати напору. Щоб уникнути надмірного (понад 60 м) вільного напору у мережі, необхідно на окремих ділянках мережі діаметр труб збільшити. Рекомендуємо порівняти розрахункові витрати води по ділянках мережі для розглянутих режимів роботи системи водопостачання. Якщо при гасінні пожеж розрахункова витрата зростає більш ніж в 2,5 рази, то діаметр труб можна збільшити на один розмір за сортаментом. У розглянутому прикладі діаметри труб збільшені на ділянках 3-4; 4-5; 5-6; 6-7.

  Втрати напору на окремих ділянках мережі визначаємо по формулі 12 (див. розділ 6). Величину швидкості знаходимо з вираження n= q ґ m, де m = 4/pd2. Значення А, m і К беремо з додатків 15 і 16.

  Обчислюємо й заносимо в стовпець 8 добуток КАqрl, які будуть потрібні надалі для визначення виправних витрат води.

  Перевіримо нашу мережу на відповідність другому закону Кірхгофа:

  Sh i = 0 (19)

  Сума втрат напору на ділянках з рухом води за годинниковою стрілкою повинна дорівнювати сумі втрат напору на ділянках з рухом води проти годинникової стрілки.

  У практичних розрахунках вважається припустима неув'язка втрат напору (h не більше 0,3 м для першого розрахункового випадку і не більше 0,5 м для випадку пожежогасіння.

  У розглянутому прикладі: 

  Dh 1 = 4,365189– 3,745835= 0,619354 м > Dh прип = 0,3 м;