Гидравлический расчет водопроводной сети

q2-3 = q1-2 – q2 =56,5554– 11,549= 45,0064 л/с;

q3-4 = q2-3 – q3 = 45,0064 – 12,549 = 32,4574 л/с;

q4-5 = q7-4 + q3-4 – q4 = 20,1934+32,4574 – 20,7882 = 31,8626л/с;

q6-5 = q7-6 – q6 = 20,1934 – 9,2392= 10,9542 л/с.

Проверка: q5 = q4-5 + q6-5 = 31,8626 + 10,9542 = 42,8168 л/с.

Схема водопроводной сети с предварительно распределенными расхо-дами в обычное время показана на рисунке 2.2.

При пожаре водопроводная сеть должна обеспечивать подачу воды на пожаротушение при максимальном часовом расходе воды на другие нужды за исключением расходов воды на промышленном предприятии на душ, поливку территории и т.п. (п.2.21 СНиП 2.04.02-84*), если эти расходы вошли в расход в час максимального водопотребления. Для водопроводной сети расход воды для пожаротушения следует добавить к узловому расходу в точке 5, где осуществляется отбор воды на промышленное предприятие, т.е.

                                                q¢5 = q5 + Qпож.рас. – qдуш ;                        (33)

Однако из таблицы водопотребления (смотри таблицу 1.1) видно, что без учета расхода воды на душ час максимального водопотребления будет с 9 до 10 часов.

 Расход воды Q¢пос.пр = 426,055 м3/ч = 118,3438 л/с, в том числе сосредоточенный расход предприятия равен Q¢пр  = 75,625 м3/ч  = 21,006 л/с, а сосредоточенный расход общественного здания Q¢об.зд  = 3,92 м3/ч = 1,08 л/с.

Поэтому при гидравлическом расчете сети при пожаре:

                                           Q''пос.пр = Q'пос.пр + Qпож.рас;                          (34)

           Q''пос.пр = 118,3438 + 100 = 218,3438 л/с.

Так как Q''пос.пр ≠ Q'пос.пр, то узловые расходы при пожаре будут другие, чем в час максимального водопотребления без пожара. Определим узловые расходы так, как это делалось без пожара. При этом следует учитывать, что сосредоточенными расходами будут: 

Q'пр = 21,006 л/с,         Q'об.зд = 1,08 л/с,          Qпож.рас = 100 л/с.

Равномерно распределенный расход будет равен:

Qпос.рас = Q''пос.пр – (Q'пр + Q'об.зд + Qпож.рас);                 (35)

Qпос.рас = 218,3438 – (21,006 + 1,08 + 100) = 96,2578 л/с.

7) Так как  значение расхода Qпос.рас получилось больше исходного производится повторный расчет:

= 96,2578 л/с

2) определим удельный  расход воды qуд, т.е.  равномерно распределенный расход, приходящийся на единицу длины водопроводной сети:

 

 

                                                                                                                          (29)

 

           где l j – длина участка;

           m – количество участков;

           j – номер участка;

                                                                                                         (30)

qуд = 96,2578 / 10000 = 0,00962578 л/(см);

3) определим равномерно  распределенные расходы по длине участков (пу-тевые отборы):

                                                                                                        (31)

Результату приведены в таблице 2.1.

 

Таблица 2.1 –Путевые расходы

Номер участка	Длина участка, м	Путевой отбор, л/с
1-2	1000	9,62578
2-3	1500	14,43867
3-4	1000	9,62578
4-5	1500	14,43867
5-6	1500	14,43867
6-7	500	4,81289
7-1	1000	9,62578
7-4	2000	19,25156

 

4) определим узловые расходы  воды:

                                                                                        (32)

          где S Q пут j – сумма путевых отборов на участках, прилегающих к дан-ному узлу;

q1 = 0,5 ( Qпут.1-2 + Qпут.7-1 );

q1 = 0,5 х (9,62578 + 9,62578) = 9,62578  л/с и т.д.

Результаты приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 –Узловые расходы

Номер узла	Узловой расход, л/с
1	9,6258
2	12,0322
3	12,0322
4	21,65800
5	14,4387
6	9,6258
7	16,8451

 

 

 

 

 

Рисунок 2.1 – Расчетная схема водопроводной сети с узловыми расходами

 

5)  к узловым расходам добавляются сосредоточенные расходы.

К узловому расходу в точке 5 добавим сосредоточенный расход пред-приятия, а в точке 3 – сосредоточенный расход общественного здания. Тогда   q5 = 43,3967 л/с, q3 = 13,0322 л/с. Величины узловых расходов показаны на рисунке 2.2. С учетом сосредоточенных 

Рисунок 2.2 – Расчетная схема водопроводной сети с узловыми и сосредоточенными расходами при хохяйственно-производственном водопотреблении

 

6) выполним предварительное  распределение расходов воды  по участкам сети. Сделаем это  сначала для водопроводной сети  при максимальном хозяйственно  – производственном водопотреблении (без пожара). Выберем   диктующую  точку, т.е.  конечную точку подачи  воды.  В данном примере   за   диктующую точку примем  точку 5.  Предварительно   наметим  направления движения воды от   точки 1 к точке 5 (направления показаны  на рисунке 2.2).  Потоки воды могут подойти к точке 5   по трем направлениям: первое – 1-2-3-4-5, второе – 1-7-4-5, третье – 1-7-6-5. Для узла 1 должно выполняться соотношение q1 + q1-2 + q1-7 = Qпос.пр. Величины q1 = 9,6258 л/с и Qпoc.пp. = 126,2158 л/с известны, a q1-2 и q1-7 - неизвестны. Задаемся произвольно одной из этих величин. Возьмем, например, q1-2 = 58,295 л/с. Тогда q1-7 = Qпoc.пp. – (q1 + q1-2) = 126,2158 – (9,62558+58,295) = 58,295 л/с.

Для точки 7 должно соблюдаться следующее соотношение: Значения q1-7 = 58,295 л/с и q7 = 16,8451 л/с известны, a q7-4 и q7-6 – неизвестны.  Задаемся   произвольно одной   из   этих   величин   и   принимаем, например, q7-4 = 20,72495 л/с. Тогда q7-6 = q1-7 – (q7 + q7-4) = 58,295 – (16,8451 + 20,72495) = 20,72495 л/с. Расходы воды по другим участкам   сети   можно   определить   из следующих соотношений:

q2-3 = q1-2 – q2 =58,295 – 12,0322= 46,2628 л/с;

q3-4 = q2-3 – q3 = 46,2628 – 13,0322 = 33,2306 л/с;

q4-5 = q7-4 + q3-4 – q4 = 20,72495 + 33,2306 – 21,6580 = 32,2975 л/с;

q6-5 = q7-6 – q6 = 20,72495 – 9,6257= 11,0992 л/с.

Проверка: q5 = q4-5 + q6-5 = 32,2975 + 11,0992= 43,3967л/с.

8)  к узловым расходам добавляются соответствующие пожарные расходы: 

Q3 = 13,0322 л/с;

Q5 = 43,3967 + 100 = 143,3967 л/с;

Qпос.пр = 126,2158 + 100 = 226,2158 л/с.

Рисунок 2.3 – Расчетная схема водопроводной сети с предварительно распределенными расходами при пожаре                               

 

8) выполним предварительное распределение расходов воды по участкам сети.  Сделаем это для водопроводной сети при максимальном   хозяйственно – производственном   водопотреблении (с пожаром).  Выберем   диктующую точку, т.е.  конечную точку подачи воды.  В данном примере   за диктующую точку примем точку 5.  Предварительно наметим направления движения воды от точки 1 к точке 5 (направления показаны   на рисунке 2.3).                                                            Потоки воды могут подойти к точке 5 по трем направлениям: первое – 1-2-3-4-5 второе – 1-7-4-5, третье – 1-7-6-5. Для узла 1 должно выполняться соотно-шение q1+q1-2+q1-7 = Qпос.пр. Величины q1 = 9,6258 л/с и Qпoc.пp. = 226,2158 л/с известны, a q1-2 и q1-7 – неизвестны. Задаемся   произвольно одной   из   этих   величин. Возьмем, например, q1-2 = 108,295 л/с. Тогда q1-7 = Qпoc.пp. – (q1 + q1-2) = 226,2158 – (9,6258 + 108,295) = 108,295 л/с.

Для точки 7 должно соблюдаться следующее   соотношение: значения q1-7 = 108,295 л/с и q7 = 16,8451 л/с известны, a q7-4 и q7-6 – неизвестны. Задаемся   произвольно одной из этих величин и принимаем, например, q7-4 = 45,72495 л/с.  Тогда q7-6 = q1-7 – (q7 + q7-4) = 108,295 – (16,8451 + 45,72495) = 45,72495 л/с. Расходы воды  по  другим  участкам   сети   можно  определить   из   следующих  соотношений:

q2-3 = q1-2 – q2 = 108,295 – 12,0322 = 96,2628 л/с;

q3-4 = q2-3 – q3 = 96,2628 – 13,0322 = 83,2306 л/с;

q4-5 = q7-4 + q3-4 – q4 = 45,72495 + 83,2306 – 21,6580 = 107,29755 л/с;

q6-5 = q7-6 – q6 = 45,72495 – 9,6258 = 36,09915 л/с.

Проверка: q5 = q4-5 + q6-5 = 107,29755 + 36,09915 = 143,3967 л/с.

9) Определим диаметры  труб участков сети. Для стальных  труб Э = 1. По экономическому фактору и предварительно распределенным расходам воды на участках сети при пожаре по приложение II определяются внутренние диаметры труб участков водопроводной сети:

d1-2 = 0,412 м;        d2-3 = 0,412 м; d3-4 = 0,363 м;   d4-5 = 0,412 м;

d5-6 = 0,260 м;  d6-7 = 0,260 м;  d7-1 = 0,412 м;   d7-4 = 0,311 м.

Соответствующие расчетные внешние диаметры определяются по ГОСТ539-80 и равны:

d1-2 = 0,450 м; d2-3 = 0,450 м;            d3-4 = 0,400 м;          d4-5 = 0,450 м;

d5-6 = 0,280 м;  d6-7 = 0,280 м;       d7-1 = 0,450 м;          d7-4 = 0,355 м.

При этом в соответствии с п.2.30 СНиП 2.04.02-84* максимальный свободный напор в сети объединенного водопровода не должен превышать     60 м.

Увязку удобно выполнять в виде таблицы (таблица 2.5).

При увязке потери напора в трубах из стали определяем по формуле:

 

                         (36) 
         где = 0,02 для стали, .

Данные для расчета взяты из таблицы 2.5 и приложения 10 СНиП 2.04.02-84* 

Таблица 2.3 –Увязка водопроводной сети при максимальном хозяйственно – производственном водопотреблении

 

Номер кольца	Участок сети	Расход воды q, л/с	Расчетный внутренний диаметр d, м	Длина l, м	скорость V, м/с	h	Гидравли-ческий уклон
1	2	3	4	5	6	7	9
	1-2	108,295	0,412	1000	0,8127	1,634	2,19
	2-3	96,2628	0,412	1500	0,7224	1,936	2,60
I	3-4	83,2306	0,363	1000	0,8046	1,818	2,65
	4-7	45,72495	0,311	2000	0,6022	2,377	2,13
	7-1	108,295	0,412	1000	0,8127	1,634	1,80
	4-5	107,29755	0,412	1500	0,8052	2,406	0,85
II	5-6	36,09915	0,260	1500	0,6802	2,721	0,25
	7-6	45,72495	0,260	500	0,8616	1,455	1,85
	7-4	45,72495	0,311	2000	0,6022	2,377	2,13

 

3 Определение режима работы  насосной станции НС-II

 

Выбор режима работы насосной станции второго подъема (НС-II) определяется графиком водопотребления (рисунок 3.1). В те часы, когда подача НС-II больше водопотребления поселка, избыток воды поступает в бак водонапорной башни, а в часы, когда подача НС-II меньше водопотребления поселка, недостаток воды восполняется за счет воды из бака водонапорной башни. Для обеспечения минимальной емкости бака график подачи воды насосами стремятся максимально приблизить к графику водопотребления. Однако частое включение и выключение насосов усложняет эксплуатацию насосной станции и отрицательно сказывается на электрической аппаратуре управления насосными агрегатами. Установка большой группы насосов с малой подачей приводит к увеличению площади HC-II и КПД насосов с меньшей подачей ниже, чем КПД насосов с большей подачей. Поэтому обычно принимают двух или трехступенчатый режим работы НС-II. При любом режиме работы НС-II подача насосов должна обеспечить полностью (100 %) потребление воды поселком.

1 – график водопотребления; 2, 3 – двухступенчатый режим работы НС-II с подачей каждым насосом соответственно 2,5% и 3% в час от суточного водопотребления.

Рисунок 3.1 – Режим работы НС-II и график водопотребления

 

1 вариант. Примем двухступенчатый  режим работы НС-II с подачей  каждым насосом 2,5 % в час от  суточного водопотребления. Тогда  один насос за сутки подаст 2,5 24 = 60% суточного расхода воды. Второй насос должен подать 40% суточного расхода воды и надо его включать на 40/2,5 = 16 ч. В соответствии с графиком водопотребления (рисунок 3.1) предлагается второй насос включать в 5 ч. и выключать в 21 ч. Этот режим работы НС-II нанесен на рисунке 3.1 пунктирной линией.

2 вариант. Примем двухступенчатый  режим работы НС-II с подачей  каждым насосом 3 % в час от суточного  водопотребления. Тогда один насос  за сутки подаст 3 24 = 72 % суточного расхода воды. Второй насос должен подать 28 % суточного расхода воды и надо его включать на 28/3 = 9,33 ч. Второй насос предлагается включать с 8 ч. до 17 часов 20 минут. В соответствии с графиком водопотребления (рисунок 3.1) Этот режим работы НС-II нанесен на рисунке 3.1 штрихпунктирной линией.

Для определения регулирующей емкости бака водонапорной башни составим таблицу 3.1. В столбце 1 проставлены часовые промежутки, а в столбце 2 часовое водопотребление в % от суточного водопотребления в соответствии со столбцом 11 таблице 1.1. В столбце 3 и 7 подача насосов в соответствии с предложенным режимом работы НС-II (рисунок 3.1).

Если подача насосов, выше чем водопотребление поселка, то разность этих величин записывается в столбец 4 и 8 (поступление в бак), а если ниже – в столбец 5 и 9 (расход из бака). Остаток воды в баке (столбец 6 и 10) к концу некоторого часового промежутка определяется как алгебраическая сумма данных столбцов 4 и 5 (положительных при поступлении воды в бак и отрицательных при расходе из него).