Расчет разветвленных (тупиковых) водопроводных сетей

Тупиковая водопроводная сеть состоит из основной (главной) магистрали и ответвлений. Величины отдачи (потребления) воды из сети в точках разветвления отдельных ее участков (узлов) и в конечных точках принято называть узловыми расходами и обозначать Q₁, Q₂, Q₃ и т. д. Величины потребления воды на отдельных участках сети называ­ют путевыми расходами и обозначают Q_1-2, Q_2-3, Q_1-4 и т. д.

Путевые расходы приводятся к узловымпутем добавления,соглас­но формуле Q_р= Qтр+0,55 Q_пут, к узловому расходу в конце участка 0,55 Q_пут, а к узловому расходу в начале участка 0,45 Q_пут. Однако для упрощения расчетов водопроводных сетей путевые расходы на каждом участке де­лят на две равные части и добавляют их к узловым расходам в начале и в конце участка.

Расчетные расходы, проходящие по отдельным участкам сети, называются линейными расходами и обозначаются и т. д.

Расчетный расход состоит из суммы расходов в узлах (в том числе при­веденных), находящихся после данного участка.

Обычно при расчете тупиковой сети определяют диаметры труб на всех участках и напоры в каждой узловой точке сети. В этом случае предварительно выбирают главную магистраль, соединяющую началь­ную точку сети с наиболее удаленной и возвышенной из конечных ее точек. Диаметры участков главной магистрали в зависимости от линейных расходов определяют по формуле

, (1)

после чего по ф-ле

Н_н – Н_к = ΣS₀ Q² l (2)

находят напоры в каждой узловой точке.

Диаметры ответвлений от главной магистрали определяют из форму­лы

Н_н – Н_к = S₀ Q² l (3)

по известной разнице напоров в начале и в конце каждого ответвления. Если ответвление состоит из нескольких участков, то можно определить средний пьезометрический уклон всего ответвления по формуле

(4)

По этому уклону можно принять ориентировочные напоры в каж­дой узловой точке ответвления, а затем определить диаметры каждого участка. Таким же образом рассчитывают и главную магистраль при известных пьезометрических напорах в ее начале и в конце. Применяя формулы (2)и

Н_н – Н_к =(Q²/К²)·l (5)

можно определить также про­пускную способность участков сети при известных диаметрах и напорах в начальной и в конечных точках сети.

Рисунок 1

При швидкості руху води в трубі V <1,2 м/с (перехідна об­ласть опору) питомі опори таких труб обчислюють за форму­лою

де θ — коефіцієнт, що визначають залежно від швидкості во­ди V:

Пример 1 Тупиковая водопроводная сеть (рис.1) характеризуется следующими данными: длины участков: l_1-2 = 300 м; l_2-3 = 200 м; l_3-4 = 150 м; l_3-5 = 250 м; l_2-6 = 100 м; l_6-7 = 100 м; l_6-8 =150 м; геодезические отметки точек: z₁= 41 м; z₂= 40,5 м, z₃=40,5 м, z₄=38 м, z₅=37 м, z₆=38 м, z₇=36 м, z₈=37 м. Узловые расходы Q₂ = 6 л/с, Q₃ = 20 л/с, Q₄ = 12 л/с, Q₅ = 17 л/с, Q₆ = 8 л/с, Q₇ = 9л/с, Q₈ = 8 л/с, удельне путевые расходы на участках: 5-3 и 6-8 q_о =0,02 л/с/м; свободный напор Нсв ≥12 м. Определить диаметры участков и напоры в узло­вых точках, если трубы чугунные.

Решение

Выбор и расчет главной (основной) магистрали производится так.Из условия задачи видно, что направления к точкам 7 и 8 не могут быть основной магистралью, так как отметки этих точек, расстояния до них и расходы в них меньше, чем в точках 4 и 5. В точке 5 расход больше, чем в точке 4, большим также является и расстояние до точки 5, но отметка земли в точке 4 выше, чем в точке 5. В связи с этим следует сравнить между собой напоры в узловой точке 3, необходимые для пода­ чи воды в точки 4 и 5.

Примем в первом приближении предельную скорость на участках 3 — 4 и 4 —5 V_пр = 1,1 м/с и по формуле (1) определим диаметры участков, соответствующие этой скорости

I

Принимаем ближайшие диаметры условного прохода D_3-4 = 125 мм и D_3-5 = 150 мм.

Уточним скорости движения воды V на этих участках и с их помощью по табл. 1 определим удельные сопротивления:

Определим необходимый напор в точке 3 для подачи воды в точку 4:

Затемв точке 3 для подачи воды в точку 5

Так как для подачи воды в точку 4 необходим напор, больший, чем для подачи воды в точку 5, то основной магистралью является направление 1 – 5 – 3 – 4.

Принимаем напор в точке 3 Н₃= 52,16 м.

Проверяем свободный напор в точке 3

Таким образом, напор получился меньше заданного. Поэтому нужно увеличить пьезометрическую отметку в точке 3 до

Далее определяем расчетный расход на участке 2 — 3:

Задаемся предельной скоростью на этом участке V_пр=1,2 м/с и определяем диаметр

Принимаем диаметр условного прохода D_2-3 = 250 мм.

Уточнение скорости, определение удельного сопротивления на участке 2 — 3 и пьезометрического напора в точке 2, а затем и расчет линии 1 — 2 производится аналогично расчету, приведенному выше. Следует помнить, что расчетный расход на участке 1 — 2 будет представлять собой сумму всех узловых расходов в точках 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и путевых расходов на участках 2 — 3 и 6 — 8.

Расчет основной магистрали удобно свести в таблицу по приводимой форме. (табл. 3).

Таким образом, если в начале основной магистрали сооружается водонапорная башня, то ее расчетная высота должна равняться свободному напору в этой точке, т. е. 15,34 м.

Расчет ответвлений (ветвей) от основной магистрали ведется следующим образом.

Ветвь 3 —5. Для этого участка известны пьезометрические напоры в начале и в конце. Из формулы (3) можно сразу определить необходимое удельное сопротивле­ние

Принимаем ближайший больший диаметр D = 150 мм (табл. 1).

Таблица 3

Для данного диаметоа при заданном расходе уже было определено удельное сопро­тивление Поэтому мы можем определить свободный напор в точке 5:

Ветвь 5 – 6 – 8. Здесь, кроме диаметров, не известен также пьезометрический на­пор в точке 6, которым можно задаться в соответствии со средним пьезометрическим уклоном, определяемым по формуле (4):

Тогда ориентировочный напор в точке 6

а расчетный расход на участке 2—6

По табл. 1 принимаем D = 200 мм.

Уточним скорость движения воды V и удельное сопротивление S₀.

Уточняем пьезометрический напор в точке б:

Участки 6 — 8 и 6—7 рассчитываем по известной разнице напоров в их начале и в конце аналогично участку 3—5. Расчеты ветвей удобно свести в табл. 4.

Таблица 4

Так как свободные напоры в конечных точках сети 5, 8, 7 несколько меньше заданной величины (Нсв ≥12 м) то для более экономического решения можно эти участки разделить на две части с разными диаметрами.

Дата добавления: 2015-07-26