Определим потери напора в водоводах при различных  режимах водопотребления.

При максимальном водопотреблении населенного пункта от насосной станции второго подъема в водоводы поступает 202.29 м³/ч (см. рис.2), что соответствует 56.19 л/с или     28.1 л/с на каждый водовод.

Потери напора определяем по формуле 12.

h = K ´ A ´ q² ´ L,                                     (12)

где:  K – поправочный коэффициент, зависящий от скорости движения воды в трубопроводе и материала трубопровода;

  A – удельное сопротивление трубопровода;

  q – расход воды в трубопроводе;

  L – длина трубопровода.

Величину скорости найдем из выражения n= q ´ m, где m = 4/pd².

Значения A и m принимаем по приложению 15. Для стальных труб диаметром 150 мм:  m = 0,051; A = 30,65 ´ 10^-6. 
 

n = 28.1 ´ 0,051 = 1,43 м/с

      Значение  коэффициента К найдем из приложения 16, прибегнув при необходимости к интерполяции. К = 1,0.

h₁ = 1,0 ´ 30,65 ´ 10^-6 ´ 28,1² ´ 225 = 5,45 м

      При пожаротушении расход воды в водоводах  необходимо увеличить на величину противопожарного расхода, принимаемого по приложению 11 (в нашем случае возможно два одновременных пожара с расходом воды на каждый пожар q_пож. = 15 л/с). Расход воды в одном водоводе при тушении пожаров составит 28,1 + 15 = 43,1 л/с.

n = 43,1 ´ 0,051 = 2,2 м/с

К = 1,0

h₂ = 1,0 ´ 30,65 ´ 10^-6 ´ 43,1² ´ 225 = 12,81 м

     При прокладке водоводов в две  или более линий и общих  водозаборных сооружениях, между водоводами устраивают переключения, при этом в случае аварии на одном из водоводов подачу воды на хозяйственно-питьевые нужды снижаем на 30 % расчетного расхода, а на производственные нужды - по аварийному графику (см. задание).

q_ав. = 0,7 q_х.п. + 0,7 q_пр.

q_ав. = 0,7 ´ 56,19 = 39,33 л/с

      Количество  переключений (перемычек) между водоводами определим исходя из условия равенства  потерь напора в водоводах при  нормальной эксплуатации и при аварии на одном из водоводов. Для двух параллельных водоводов число участков переключений при одинаковом их диаметре и длине можно определить из уравнения:

n = 3 q_ав.²/ ( q² - q_ав² ),                                         (13)

где:  n – число участков переключений;

    q_ав. – расход воды при аварии;

    q – расход воды при нормальной эксплуатации.

n = 3 ´ 39,33 ²/ ( 56,19 ² - 39,33 ² ) = 2,88

     Принимаем три участка переключений. 

7. Гидравлический расчет  магистральной водопроводной  сети.

 

      Гидравлический  расчет магистральной водопроводной  сети в случае расположения водонапорной башни в начале сети проведем для  двух основных режимов работы системы  водоснабжения:

1. Максимальный часовой расход воды на все нужды населенного пункта в сутки максимального водопотребления;
2. То же, но при тушении пожаров.

7.1. Подготовка к гидравлическому  расчету.

      Потребление воды жилым сектором в городских  водопроводах обычно принимают по упрощенной схеме, которая условно допускает, что отбор воды в жилые здания происходит равномерно по длине сети. Тогда количество воды, отбираемое на каждом расчетном участке, будет пропорционально его длине и наличию жилой застройки. Оба эти фактора учитывает так называемая «условная длина» участка. При отсутствии жилой застройки условную длину участка принимают равной нулю. Если жилая застройка имеется только с одной стороны участка, то условную длину участка принимают равной геометрической длине этого участка. Если жилая застройка имеется с двух сторон от участка, то условную длину участка принимают равной удвоенной геометрической длине этого участка.

      Исходя  из вышеизложенных допущений, можно  вычислить удельный путевой расход воды, т.е. расход воды, отбираемый с единицы условной длины магистральной сети:

q_уд.пут. = q^жил.с. / SL _усл. ,                                        (14)

где q^жил.с. – расчетный  расход  воды  жилого  сектора населенного пункта;

   SL _усл. – сумма условных длин всех участков магистральной водопроводной сети.

      Расход  воды, забираемый на нужды жилого сектора  на каждом конкретном участке, носит название путевого расхода воды. Путевые расходы воды определяем по формуле:

q^m-n_пут. = q_уд.пут. L^m-n_усл. ,                                        (15)

где L^m-n_усл. – условная длина участков сети.

           Отбор воды из магистральной  сети в общественные здания и промышленные предприятия осуществляют из конкретных узлов сети. Такие отборы называют сосредоточенными отборами, а расходы  воды – сосредоточенными расходами воды. Перенесем в виде схемы с рис.5 трассу магистральной водопроводной сети с основными сооружениями. На этой схеме для двух расчетных режимов работы системы укажем все расчетные отборы воды из сети (табл.3), кроме жилого сектора. Отбор воды на тушение пожаров наметим в самой неблагоприятной точке. Такой точкой будет наиболее удаленный узел сети – узел 6.

      Полученная  схема представлена на рис 6.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис.6. Расчетная схема магистральной водопроводной сети (сосредоточенные расходы воды): а – режим максимального водопотребления; б – то же, при тушении пожаров. 

     Для удобства ведения расчетов путевые  расходы воды также заменяют сосредоточенными, т.е. условно считают, что половину путевого расхода забирают в начале участка, а половину в конце. Эти  фиктивные сосредоточенные расходы воды называют условными узловыми расходами воды.

Q^m_у.узл. = 0,5(q^l-m_пут. + q^m-n_пут.).                                  (16)

      Расчетный узловой расход воды:

Q^m_р.узл. = Q^m_у.узл. + Q^m_соср.                                       (17)

      Результаты  вычислений заносим в табл.5 и представляем в виде расчетной схемы на рис.7.

      После вычисления узловых водоотборов  производим предварительное (в первом приближении) потокораспределение  по участкам магистральной сети. Направление  потоков в кольце задаем согласно схеме. Точку встречи потоков намечаем в узле 6, как наиболее удаленном от начала сети. В дальнейшем этот узел будем именовать диктующим узлом.

      При определении расчетных расходов воды по участкам сети следует руководствоваться  следующим положением:

     - для всех узлов сети должно выполняться условие (первый закон Кирхгофа):

SQ _i = 0                                                      (18)

       Количество воды, приходящее в  узел, должно быть равно количеству  воды, выходящему из этого узла.

      Расчетные расходы воды по участкам сети будем определять, двигаясь от диктующего узла к началу сети. Предварительно выпишем на расчетную схему значения расчетных узловых расходов. В диктующем узле значения расчетных узловых расходов в рассматриваемом примере равны 10,35 л/с для первого расчетного случая и 40,35 л/с для случая пожаротушения. В соответствии с первым законом Кирхгофа расход воды, забираемый из узла, равен сумме расходов воды, поступающих в узел. В первом приближении будем считать, что половина расчетного узлового расхода, забираемого в диктующей точке, приходит по участку 5-6 и половина по участку 6-7. Тогда расчетный расход воды на участках, примыкающих к диктующему узлу составит 5,175 л/с для первого расчетного случая и 20,175 л/с для случая пожаротушения. Двигаясь от диктующего узла к началу сети, расчетные расходы воды на каждом участке получаем как сумму транзитного расхода, уходящего в последующий участок, и расчетного узлового расхода в концевом узле данного участка. Полученные в первом приближении значения расчетных расходов по участкам сети записываем на расчетную схему (рис.8).

 

 

Определение расчетных узловых  расходов для режимов  максимального часового водоразбора и  максимального  часового водоразбора с  пожаротушением в  сутки максимального  водопотребления

Таблица 5.