Подготовка сети к расчету

Подготовка сети к расчету заключается в определении предварительных расчетных расходов на участках, назначении диаметров и нахождении потерь напора на участках; определяются также невязки в кольцах при пропуске этих расчетных расходов.

Рисунок 1. План города. Схема сети

Подготовка производится для схемы сети, намеченной при трассировке для расчетного случая при пропуске максимального хозяйственно-питьевого расхода.

Расчёт путевых расходов

Вначале находят удельные расходы для каждого района q_уд, л/с, т.е. расходы на 1 м длины сети:

,

где q_макс – расход воды в час максимального водопотребления района за вычетом расходов крупных потребителей (сосредоточенных расходов, которые привязывают к отдельным узлам), л/с; Σl – суммарная расчетная длина всех участков в сети района, от которых производится отбор воды.

Расход воды, отдаваемый участком длиной l_уч – путевой расход участка q_пут, л/с, находят по формуле

.

Расчеты путевых расходов производят с помощью табл. 8.

В примере расчета (табл. 5) в час максимального водопотребления от 17 до 18 часов расход воды районом (с учетом поливного расхода)

536,8 + 86 = 685,8 м³/ч или q₁ = 685,8 / 3,6 = 190,5 л/с;

в том числе расход воды промпредприятием 46,9 м³/ч (13,0 л/с).

Удельные расходы:

q_уд=190,5/4200=0,04536 л/(с · м),

Сумма всех путевых расходов должна равняться сумме часовых расходов района, взятых в час его наибольшего водопотребления, с учетом расходов на полив.

Расчёт узловых расходов

Полученные путевые расходы сводят в узловые q_узл, л/с. Узловые расходы (рис. 2) определяют, как полусумму путевых расходов участков q_пут, примыкающих к данному узлу, плюс сосредоточенный расход в узле q_соср (если он имеется):

.

Например, к узлу 5 (рис.2) примыкают 3 участка 3-5, 4-5, 5-6; узловой расход равен

q_уз,5 = (27,21 + 21,41 + 9,07)•0,5 = 28,35 л/с.

К точке 3 примыкает промышленное предприятие с расходом 13,0 л/с, тогда

q_уз,3 = (18,14 + 22,68 + 27,21)•0,5 + 13,0= 47,02 л/с.

При расчете на случай одновременного максимального расходов воды городом и на тушение пожаров к узловым расходам прибавляют расходы на тушение пожаров. Места пожаров назначают в точках, удаленных от точек питания сети. В примере (рис. 2) 2 пожара (с расходом воды по 20 л/с) приняты в точках 7 и 9, а также в точке 3 – пожар на промпредприятии (расход-10 л/с). Полученные значения q_уз наносят на схему сети для каждого узла. Сумма всех узловых расходов должна равняться расходу воды всем населенным пунктом в час его наибольшего водопотребления.

Таблица 8

Определение путевых расходов

№ участка	Фактическая длина, м	Удельный расход, , л/с·м	qпут, л/с
	1-2		0,04536	18,14
	2-3		0,04536	22,68
	3-4		0,04536	18,14
	4-5		0,04536	20,41
	1-4		0,04536	22,68
	3-5		0,04536	27,21
	5-6		0,04536	9,07
	6-7		0,04536	43,09
	7-1		0,04536	9,07
				190,5

Проверка: Сумма путевых расходов должна равняться расходу района плюс расход на полив в час максимального водопотребления.

Рисунок 2. Расчетные схемы на случай максимального водопотребления:

а- путевые и узловые расходы; б - узловые и предварительные расчетные расходы

Расчёт предварительных расчётных расходов

Предварительные расчетные расходы q_р получают путем распределения узловых расходов по участкам сети, начиная распределение от точек схода потоков (рис. 2). При этом руководствуются правилом: расход притока к узлу должен быть равен расходу из этого узла плюс узловой расход (если он имеется в этом узле), т.е. алгебраическая сумма расходов в каждом узле должна быть равна нулю [5].

7. Гидравлический расчёт сети

Гидравлический расчёт труб заключается в назначении диаметров труб, нахождении гидравлических сопротивлений участков, потерь напора на участках сети, и выявлений невязки в кольцах.

Определение диаметров труб

Сеть проектируют из полиэтиленовых или чугунных напорных труб, в некоторых случаях применяют асбестоцементные или стальные трубы, которые должны быть покрыты изнутри антикоррозионной изоляцией. Полученные предварительные значения расчетных расходов позволяют наметить диаметры трубопроводов. Обоснованные значения диаметров можно получить, проведя технико-экономическое сравнение вариантов. Расчеты основаны на том, что при увеличенных значениях диаметров возрастает их строительная стоимость; с другой стороны, на больших диметрах невелики потери напора, и, следовательно, уменьшается стоимость электроэнергии, затраченной на перекачку воды. Выбираются такие значения, которые соответствуют минимальным среднегодовым затратам. В курсовом проекте допускается расчет диаметров D, м, производить по формулам

D = 0,05 q^0,4,

где q – расчетный расход на участке в л/с; с учетом пожарного расхода или

,

где q_n – расход на тушение одного пожара, л/с. По вычисленным значениям подбирают стандартные диаметры (табл. 9) по существующим сортаментам (приложение 1).

В городах участки кольцевых сетей выполняют из труб диаметром не менее 100-130 мм.

Полученные первоначальные значения расходов на участках требуется уточнить так, чтобы сумма потерь напора на участках, направленных по часовой стрелке в любом замкнутом контуре или кольце была равна сумме потерь напора на участках, направленных против часовой стрелки. В этом собственно и заключается принцип гидравлической увязки кольцевых сетей.

Расчёт потерь напора и гидравлических сопротивлений участков

Потери напора вычисляются по формуле

,

где i – гидравлический уклон;

l – длина участка, м;

Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений;

V – скорость воды, м/с.

Гидравлический уклон определяется по формуле:

,

где λ – коэффициент сопротивления труб по длине

или

Для пластмассовых труб А₁ = 0,011, m = 0,19; С = 3,51 (для температуры 10 ⁰С).

Для чугунных труб при скорости V < 1,2 м/с, А₁ = 0,0179, m = 0,3, С = 0,867; при скорости V = 1,2 м/с, А₁= 0,021, m=0,3, C = 0.

При определении потерь напора для воды с другой температурой t₁, коэффициент С_t вычисляется по формуле

,

где n_t, n₁₀ – коэффициенты кинематической вязкости воды при соответствующей температуре.

Таблица 9

Определение диаметров труб (q_n = 20 л/с)

№ уч-ка	Расход q, л/с	Длина уч-ка, м	D, м	Расход с учетом пожара q+0,5qn	D. м	Ст. вн. диаметр, тип трубы	λ	Сопротивление участка, S·10^6,с^2/л^5
1-2	96,91		0,31	106,91	0,31	0,399 полиэтилен ГОСТ 18599-84	0,0225	83,44
2-3	76,50		0,28	86,50	0,28	0,279, ------------	0,0221	582,70
3-4	20,03		0,17	30,03	0,16	0,159, ------------	0,0256	8718,07
4-5	9,45		0,12	19,45	0,13	0,142, ------------	0,0287	19123,13
1-4	20,03		0,17	30,03	0,16	0,199, ------------	0,0266	3678,25
3-5	9,45		0,12	19,45	0,13	0,142, ------------	0,0287	25294,08
5-6	9,45		0,12	19,45	0,13	0,142, ------------	0,0287	8838,21
6-7	35,53		0,21	45,53	0,20	0,199, ------------	0,0240	6198,52
7-1	61,61		0,26	71,61	0,25	0,279, ------------	0,0230	265,99

При подготовке сети к гидравлической увязке определяют коэффициент λ для каждого участка, затем после вычисления исправленных расходов на участках значения λ уточняются.

С учетом выражения для скорости формулу для определения потерь напора можно представить в виде

или ,

где S – сопротивление участка; l – длина, м.

Сумму коэффициентов местных сопротивлений при предварительных расчетах принимают в пределах Σξ = 2…5. В примере расчета вычислены значения λ для полиэтиленовых труб на участке 3-4:

;

или S= 8,344·10^-5 с²/л⁵.

Гидравлическая увязка сети

Пример гидравлической увязки сети по методу Лобачева-Кросса приведен в табл. 10. Участки в таблице сгруппированы по кольцам. При вычислении потерь напора рекомендуется выражать величины потерь для участков, направленных в кольце по часовой стрелке – со знаком «+», против часовой стрелки – со знаком «-». Невязка в кольце вычисляется как алгебраическая сумма потерь напора. Чтобы уменьшить величину невязки, необходимо ввести поправки в величины расходов. Поправочный расход вычисляется по формуле

Dq = ‑Dh/ (2SSQ),

Таблица 10

Гидравлическая увязка кольцевой сети

Исходные данные	Первый тур
№ кольца	№участка	Λ	S 10^6	Расход, л/с	SQ	Потери напора SQ^2	Поправки	Q	SQ	SQ^2
в кольце	в смежном кольце	всего
	1-2	0,022512	83,4397	96,91	0,0081	0,7836	-10,33		-10,33	86,58	0,0072	0,6255
2-3	0,022146	582,701	76,50	0,0446	3,4101	-10,33		-10,33	66,17	0,0386	2,5516
3-4	0,025586	8718,07	20,03	0,1746	3,4987	-10,33	-2,48	-12,81	7,23	0,0630	0,4553
1-4	0,026563	3678,25	20,03	0,0737	-1,4761	10,33	5,60	15,93	35,96	0,1323	-4,7574
	0,3010	6,2163		0,2411	-1,1249
∆ q = -6,2163/(2·0,301) = -10,3262	∆ q = 1,1249/(2·0,2411) = 2,3331
	3-5	0,028717	25294,1	9,45	0,2390	2,2585	2,48		2,48	11,93	0,3017	3,5994
3-4	0,025586	8718,07	20,03	0,1746	-3,4987	-2,48	-10,33	-12,81	7,23	0,0630	-0,4553
4-5	0,028717	19123,1	9,45	0,1807	-1,7075	-2,48	5,60	3,12	12,57	0,2405	-3,0236
	0,5944	-2,9476		0,6052	0,1204
∆ q = 2,9476/(2·0,5944) = 2,4797	∆ q = -0,1204/(2·0,6052) = -0,0995
	5-6	0,028717	8838,21	9,45	0,0835	-0,7892	-5,60		-5,60	3,84	0,0340	-0,1306
6-7	0,02399	6198,52	35,53	0,2202	-7,8248	-5,60		-5,60	29,93	0,1855	-5,5509
1-7	0,022998	265,991	61,61	0,0164	-1,0097	-5,60		-5,60	56,01	0,0149	-0,8343
1-4	0,026563	3678,25	20,03	0,0737	1,4761	5,60	10,33	15,93	35,96	0,1323	4,7574
4-5	0,028717	19123,1	9,45	0,1807	1,7075	5,60	-2,48	3,12	12,57	0,2405	3,0236
	0,5745	-6,4400		0,6071	1,2652
∆ q = 6,44/(2·0,5745) = 5,6046	∆ q = -1,2652/(2·0,6071) = -1,0420

где h – невязка в кольце; величина суммы SSQ, вычисляется для каждого кольца. Для участков, направленных по часовой стрелке, поправка вводится со своим знаком, а для участков, направленных в другую сторону – с противоположным знаком. Если участок находится на границе двух колец, в поправочный расход вносится также поправка из соседнего кольца (но с тем же знаком, что в соседнем кольце!). Может оказаться необходимым провести несколько туров увязки так, чтобы невязка в каждом кольце не превышала допустимой величины. В студенческих проектах допускается величина Dh = 0,5 м.

В конце расчета вычисляются скорости потока воды на участках и уточняются значения коэффициентов шероховатости l и сопротивления участков. После этого может потребоваться проведение дополнительных туров увязки. Необходимо также проверить, чтобы невязка по внешнему контуру сети не превышала 1 м.

Выполнение гидравлической увязки водопроводной кольцевой сети целесообразно выполнять в программе MS Office EXEL [4]. На рисунке 3 приведен пример гидравлического расчета рассматриваемой водопроводной сети начиная со второго тура.

Правильность расчета проверяется расчетом балансов расходов в узлах (табл. 11).

Кроме приведенного расчета, на случай максимального водопотребления производится аналогичный расчет, если используется пожарный расход в такие же часы.

Рисунок 3. Гидравлический расчёт кольцевой водопроводной сети в MS Office EXEL

Таблица 11

Проверка баланса в узлах

№ узла	Расход	Приток	Отток
	24,95	203,5	87,38+35,07+56,10+24,95=203,5
	20,41	87,38	20,41+66,97=87,38
	47,02	66,97	47,02+8,11+11,84=66,97
	30,62	8,11+35,07=43,18	30,62+12,56=43,18
	28,35	11,84+3,94+12,56=28,34	28,35
	26,08	30,02	3,94+26,08=30,02
	26,08	56,10	26,08+30,02=56,10

8. Расчёт напоров в сети

По результатам гидравлического расчета определяют необходимый напор в точке питания и напора в узлах сети (табл. 12).

Отметки верха трубы принимают равными отметкам земли за вычетом глубины заложения труб. Глубина заложения – не менее глубины промерзания грунта в данной местности.

Необходимый напор в узлах определяется этажностью зданий; если, например, в узле 5 5-этажные здания, то необходимый напор равен:

Н=10+(Е-1)·4=10+(5-1)·4=26 м,

где Е – число этажей.

Необходимый пьезометр равен необходимому напору плюс отметка верха трубы.

Условный пьезометр необходимо задать в одном из узлов (в любом). В примере (табл.12) условный пьезометр задан в узле 1, равном необходимому. Чтобы найти условный пьезометр в соседнем узле, необходимо отнять потери напора на участке, если двигаться по движению воды, и прибавить потери при движении против потока. В примере на участке 1-2 потери напора (см. рис. 3) равны 0,65 м, и поэтому условный пьезометр в точке 2 51,0-0,65=50,35; в точке 3: 50,35 - h_2-3 = 50,35 – 2,66 = 47,69 и т.д.

Затем все значения условных пьезометров надо поднять на величину максимального дефицита напора (в примере – на 13,12). Напор в узле равен:

Н = П_g - z,

где П_g – действительный пьезометр, z – отметка земли.

На плане города указывают значения напоров в узлах и путем интерполяции наносят изолинии равных напоров (рис. 4). В примере необходимый напор в узле питания равен 39,12 м, что позволяет подобрать соответствующее насосное оборудование.

В примере: в городе 2 пожара по 20 л/с и один пожар на промпредприятии (в точке 3) 10 л/с.

Таблица 12

Дата добавления: 2015-07-25