Рис.7. Расчетная схема магистральной водопроводной сети (расчетные узловые расходы воды): а – режим максимального водопотребления; б – то же, при тушении пожаров. 

7.2. Гидравлический расчет.

      Гидравлический  расчет водопроводной сети сводится к выбору экономически наивыгоднейших диаметров труб и определению потерь напора на ее участках. Вычисленные потери напора используются затем для расчета высоты водонапорной башни и потребного напора насосов, питающих водопроводную сеть.

Начнем  с определения диаметров труб. Магистральную водопроводную сеть будем изготовлять из асбестоцементных водопроводных труб (диаметры труб не более 500 мм). Заполним последовательно  в табл.6 и 7 столбцы 1;2 и 4. При заполнении таблицы выделим участки с движением воды по часовой стрелке и против часовой стрелки. Для первого расчетного случая по приложению 14 (асбестоцементные трубы) в зависимости от экономического фактора Э (в нашем случае Э = 1) и расчетных расходов воды по участкам сети назначим условные диаметры труб. Диаметр труб магистральной сети согласно [1] должен быть не менее 100 мм. Выбранные диаметры заносим в столбец 3. Во втором расчетном случае (тушение пожаров) расчетные расходы по участкам сети больше, следовательно, больше будут и потери напора. Чтобы избежать чрезмерного (свыше 60 м) свободного напора в сети, необходимо на отдельных участках сети диаметр труб увеличить.

Рис.8. Расчетная схема магистральной водопроводной сети (расчетные узловые расходы воды и расчетные расходы воды по участкам сети): а – режим максимального водопотребления; б – то же, при тушении пожаров. 

Рекомендуем сравнить расчетные расходы воды по участкам сети для рассматриваемых  режимов работы системы водоснабжения. Если при тушении пожаров расчетный расход возрастает более чем в 2,5 раза, то диаметр труб можно увеличить на один размер по сортаменту. В рассматриваемом примере диаметры труб увеличены на участках 3-4; 4-5; 5-6; 6-7.

     Потери  напора на отдельных участках сети определяем по формуле 12 (см. раздел 6). Величину скорости находим из выражения n= q ´ m, где m = 4/pd². Значения А, m и К берем из приложений 15 и 16.

     Вычисляем и заносим в столбец 8 произведения КАq_рl, которые потребуются в дальнейшем для определения поправочных расходов воды.

Проверим нашу сеть на соответствие второму закону Кирхгофа:

Sh _i = 0                                                      (19)

      Сумма потерь напора на участках с движением  воды по часовой стрелке должна быть равна сумме потерь напора на участках с движением воды против часовой стрелки.

      В практических расчетах считается допустимой невязка потерь напора Dh не более 0,3 м для первого расчетного случая и не более 0,5 м для случая пожаротушения.

      В рассматриваемом примере:

Dh ₁ = 5,21 – 5,15 = 0,06 м < Dh _доп = 0,3 м;

Dh ₂ = 23,77 – 19,75 = 4,02 м > Dh _доп = 0,5 м.

      В первом случае невязка потерь напора не превышает допустимую невязку, поэтому  коррекцию расходов по участкам сети, производить не будем. Во втором случае невязка потерь напора превышает допустимую невязку, следовательно, заданное в первом приближении потокораспределение не соответствует реальности. Необходимо произвести коррекцию расходов по участкам сети или, как говорят, увязку сети.

      Увязка  кольцевой водопроводной сети сводится к определению значения поправочного расхода Dq, при внесении которого будет найдено истинное распределение расходов воды по участкам сети. Наибольшее распространение получил метод увязки кольцевых сетей предложенный  проф. В.Г.Лобачевым. Согласно этому методу поправочный расход воды вычисляют по формуле:

Dq = Dh / 2S КАq_рl                                            (20)

      Полученный  поправочный расход воды вносим со знаком «+» во все участки того полукольца магистральной водопроводной сети, в котором сумма потерь напора была меньше, и, наоборот, со знаком «-» во все участки полукольца, в котором сумма потерь напора была больше (первый закон Кирхгофа будет соблюден).

      Определим поправочные расходы.

Dq ₂ = 4,02 / 2(0,702 + 0,915) = 1,24 л/с.

      В соответствии с вышеизложенным внесем поправки во все участки водопроводной сети. Получим новые расчетные расходы воды и проведем повторный гидравлический расчет водопроводной сети. Диаметры труб при этом не меняем (значения А останутся прежними). По окончании расчетов выполняем проверку на соблюдение второго закона Кирхгофа:

Dh 2 = 21,68 – 21,43 = 0,25 м < Dh доп = 0,5 м.

      Результаты  расчета удовлетворяют всем условиям. Гидравлический расчет завершен.

 

Гидравлический  расчет кольцевой  магистральной сети в режиме максимального часового водоразбора в сутки максимального водопотребления

Таблица 6.

 

 

Гидравлический  расчет кольцевой  магистральной сети в режиме максимального  часового водоразбора  и пожаротушения  в сутки максимального  водопотребления

Таблица 7.

 
 

 

      

8. Построение линий  пьезометрических  высот

      Разбор  воды большинством потребителей происходит на некоторой высоте над поверхностью земли, в связи, с чем в водопроводной сети должно поддерживаться определенное давление. Пьезометрическая высота, обеспечивающая нормальные условия эксплуатации водопровода, носит название свободного напора. Иначе говоря, свободный напор это расстояние от поверхности земли до пьезометрической линии. Минимальный свободный напор для населенных пунктов при максимальном хозяйственно-питьевом водопотреблении принимают [1, п.2.26]: при одноэтажной застройке не менее 10 м над поверхностью земли, при большей этажности на каждый этаж следует добавлять 4 м. В период тушения пожаров свободный напор в сети должен быть не менее 10 м, независимо от этажности зданий [1, п.2.30]. Максимальный напор хозяйственно-питьевого водопровода не должен превышать 60 м [1, п.2.28], в противном случае необходима установка регуляторов давления или зонирование системы водоснабжения.

      Перед построением пьезометрических линий  необходимо нанести на чертеж продольный профиль поверхности земли по трассе водопроводной сети. Трассу водопроводной сети намечаем от насосной станции второго подъема по водоводам и далее по полукольцу магистральной сети до диктующей точки (выбираем то полукольцо, где сумма потерь напора больше).

      Построение  пьезометрических линий начинаем от конца сети (от диктующей точки). Принимаем свободный напор в диктующей точке равным минимальному. Для режима максимального хозяйственно-питьевого водопотребления

Н_св.мин = 10 + 4(n – 1),

где n – количество этажей.

      В нашем примере этажность зданий (см. задание) равна 5 этажам.

Н_св.мин = 10 + 4(4 – 1) = 22 м.

Для режима пожаротушения  Н_св.мин = 10 м.

      Добавив к отметке поверхности земли  в диктующей точке значения минимальных  свободных напоров, получим начальные  отметки линий пьезометрических высот. Двигаясь последовательно по участкам сети к водонапорной башне и добавляя к полученным ранее отметкам пьезометрических линий потери напора на каждом из участков (табл.6 и 7), строим две линии пьезометрических высот. Свободный напор в узлах магистральной сети определяем как разность между отметками пьезометрических линий и поверхности земли. Свободный напор в точке расположения водонапорной башни (в режиме максимального хозяйственно-питьевого водопотребления) определяет высоту башни от поверхности земли до дна бака. Аналитически высоту водонапорной башни можно определить из выражения: