Расчет водопроводных сетей

     Схему водоснабжения с последовательным ( повторным) использованием воды применяют  в тех случаях, когда воду, сбрасываемую после одного технологического цикла, можно использовать во втором, а иногда и в третьем технологическом цикле промышленного предприятия. Воду, использованную в нескольких циклах, удаляют затем в канализационную сеть. Применение такой схемы водоснабжения Экономически целесообразно, когда необходимо сократить расход свежей воды.

 

2 ТРАССИРОВКА ВОДОПРОВОДНОЙ СЕТИ

     Водопроводная сеть- один из основных, дорогостоящих и весьма ответственных элементов системы водоснабжения и представляет собой совокупность водопроводных линий для подачи воды к местам потребления.

     Водопроводная сеть состоит из водоводов, магистральной  сети и распределительных трубопроводов. Она должна удовлетворять следующим основным требованиям: подавать воду в требуемом количестве и под требуемым напором, обеспечивать надежность и бесперебойность подачи, быть экономичной.

     Водоводы  прокладывают для транспортирования  воды от источника водоснабжения  к очистным сооружениям и от резервуаров  чистой воды к магистральной сети. Согласно СНиП водоводы укладывают не менее чем в две параллельные линии с расстоянием между ними от 10 до 100м. с пропускной способностью каждой из них не менее 70% расчетного расхода системы водоснабжения. Для подачи воды непосредственно к местам ее потребления (жилым зданиям, цехам промышленных предприятий) служит водопроводная сеть. При трассировании линий водопроводной сети необходимо учитывать планировку объекта водоснабжения, размещение отдельных потребителей воды, рельеф местности и т.д.

     Правила трассировки вытекают из требований, предъявляемых к водопроводной сети. По форме сети делят на кольцевые ( рис.2.1б), т.е. состоящие из одного или несколько замкнутых контуров, и разветвленные, или тупиковые (рис.2.1а).

     

     Рис.2.1 - Схемы водопроводных сетей.

     а-разветвленной; б-кольцевой; НС- насосная станция; ВБ- водонапорная башня.

 

Разветвленные водопроводные сети выполняют для  небольших объектов водоснабжения, допускающих перерывы в снабжении  водой. Эти сети целесообразны при  сосредоточенном потреблении воды в отдаленных друг от друга точках сети. Кольцевые водопроводные сети выполняют при необходимости бесперебойного водоснабжения, что гарантируется в данном случае возможностью двустороннего питания водой любого потребителя. Протяженность и стоимость кольцевых сетей больше, чем разветвленных.

     В хозяйственно-питьевых и производственных водопроводах, как правило, применяют  кольцевые сети благодаря их способности  обеспечивать бесперебойную подачу воды. В противопожарных водопроводах устройство кольцевой сети обязательно.

     В водопроводной сети различают магистральные (главные) и распределительные (второстепенные) линии. Рассчитывают только сеть магистральных  линий, распределительную сеть не рассчитывают, а диаметры ее труб назначают по пожарному расходу. Магистральные линии должны проходить по наиболее высоким отметкам для создания напора в распределительной сети.

      3 РАСЧЕТ ТУПИКОВОЙ ВОДОПРОВОДНОЙ СЕТИ

      Расчетные расходы участков разветвленной  сети можно найти лишь единственно  возможным способом. На схеме сети показывают направление потоков воды. Особенность тупиковой сети – питание каждого узла с одной стороны.

      Расходы определяют, исходя из правила баланса, т.е. сумма расходов,                                                       притекающих (+) к узлу, равна сумме расходов, вытекающих (-) из него.

      Пользуясь правилом баланса, вычисляют расчетные  расходы на участках     q_{пут .} Если в тупиковой сети, кроме сосредоточенных расходов, имеются распределенные, то расчетный расход (л/с) на участке вычисляют по форму-ле:     q_расч = q_{тр +α} q_{пут.      (3.1)}

      где q_тр- транзитный расход, т.е. расход, пропускаемый данным участ-ком на последующие, л/с; α-коэффициент, учитывающий соотношение путе-вого и транзитного расходов, α = 0,5; q_пути- путевой расход данного участка, л/с. Для упрощения путевые расходы (л/с) можно привести к узловым:

      Q_узл=0,5∑q_пут+∑Q_{соср     (3.2)}

      Определив расчетные расходы на участках, подбирают  диаметры труб     d и вычисляют потери напора h.

 

4. РАСЧЕТ КОЛЬЦЕВЫХ ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ

     Расчет  кольцевых сетей, как и разветвленных, заключается в определении экономически наивыгоднейших диаметров труб на участках и потерь напора в них. При любых  методах определения диаметров  прежде всего необходимо найти расчетные  расходы на участках. Для кольцевых сетей задача определения расчетных расходов на участках гидравлически неопределенная.

     Особенность кольцевых сетей заключается  в том, что воду к узлу можно  подавать по разным направлениям и  вариантов распределения может  быть несколько. После определения узловых расходов расчет кольцевых водопроводных сетей выполняют в такой же последовательности:

1. Назначают направление движения воды по участкам так, чтобы к любой точке она подавалась кратчайшим путем.
2. Намечают первоначальное распределение потока, т.е. определяют прикидочные расчеты на участках, исходя из двух условий: соблюдения баланса расходов в узлах (первый закон Кирхгофа) и взаимозаменяемости линий, т.е. расходы на участках должны распределяться так, чтобы при отключении одной из линий обеспечить подачу расхода по другой линии. Для этого участки, прилегающие к узлу, должны иметь близкие по размеру диаметры труб. Соблюдение этого условия особенно важно для начальных, ближайших к насосной станции или водонапорной башне участков, расчетные расходы на которых имеют наибольшие значения.
3. Определяют по прикидочным расходам диаметры труб d на участках сети.
4. Находят алгебраическую сумму потерь напора в кольцах, которая должна равняться нулю: ∑h=0 (контурные уравнения, второй закон Кирхгофа), и уточняют расчетные расходы на участках увязкой сети.

 

5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКИ НАИВЫГОДНЕЙШИХ  ДИАМЕТРОВ ТРУБ

     Диаметры  труб на участках сети зависят от средней  экономической скорости, соответствующей  минимальным строительным и эксплуатационным затратам. Но так как скорость может изменяться в широких пределах, расчет будет неточным. Более точно экономически наивыгоднейший диаметр труб можно определить по приведенным затратам П, учитывающим срок окупаемости, неравномерность потребления электроэнергии, ежегодные отчисления на амортизацию, ремонт и другие изменяющиеся факторы. Приведенные затраты минимальны П_min при d_эк. Для условий сельскохозяйственного водоснабжения диаметры труб (м) определяют по формуле с цифровыми значениями, предложенными Н. А. Карамбировым:

     d_эк = Э^0,15q^0,43С^0,28        (5.1)

     где Э-экономический фактор

     Э=mσy    (5.2)

     m- совокупность параметров, мало изменяющихся для данного района, зависящая от материала труб: для стальных труб m=0,92, для чугунных- 0,43, для асбестоцементных- 0,25…0,3; σ- стоимость 1 кВТ*ч; y-энергетический коэффициент, учитывающий отношение действительного расхода электроэнергии на транспортирование воды к расходу электроэнергии, определяемому по расчетному расходу (Q_max) в течении срока окупаемости. Для условий сельскохозяйственного водоснабжения для малых систем (производительность до 1000 м³\ сут.) y = 0,2…0,3, для более крупных (производительность свыше 1000 м³\ сут.) y = 0,4…0,6; Δ – коэффициент, учитывающий стоимость насосных станций, а также поправку при двухставочном тарифе на электроэнергию; для сельскохозяйственного водоснабжения Δ = 1,5 ..2; q – расчетный расход на участке, м³\с; С – коэффициент, учитывающий влияние работы всех участков сети на работу рассматриваемого участка; С = q_i\q_гол ( q_i - расход i-го участка, м³\с; q_гол – расход головного участка, м³\с).

     Так же для определения диаметров  труб можно использовать формулу:      (5.3)

 

     где  Q_расч – расчетный расход на участке,л/с

     v_эк – экономически наивыгоднейшая скорость=0,75-1,5 м/с

     Диаметры, полученные расчеты, округляют до ближайшего стандартного.

     В практике проектирования водопроводных  сетей при определении экономически наивыгоднейших диаметров и потерь напора пользуются таблицами Ф.А. Шевелева, в которых приведены значения экономического фактора Э и соответствующие  им параметры гидравлического расчета.

     Для окончательного выбора диаметров труб на участках необходимо провести анализ работы сети, при этом не должно быть резких переходов одного диаметра к другому, а также значительных отличий в скоростях движения. Последние рекомендуют, м/с: 0,7 для d < 300 мм и 1…1,5 для        d > 300 мм. Минимальный диаметр труб в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения, объединенного с противопожарным, принимают 100 мм (СНиП 2.04.02-84)

 

     6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА

     Потери  напора (м) на участках сети вычисляют по формуле:

     h=AKq²=Sq²   (6.1)

     где А-удельное сопротивление, зависит  от диаметра и типа труб при v=1 м/с; К- поправочный коэффициент, учитывающий неквадратичность зависимости потерь напора от средней скорости на участке и типа труб; А и К принимают по таблицам Ф.А. Шевелева; l-длина участка, м; q- расчетный расход на участке, м³/с; S-сопротивление участка.

     Потери  напора можно также определять по таблицам, составленным Ф.А.Шевелевым, в которых для диаметров условного прохода d даны значения 1000i, соответствующие потере напора в мм на 1 м или в м на 1 км длины при различных расходах. По этим же таблицам можно найти движение воды на участках.

     СПИСОК  ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

     1) Л.В.Большаков «Справочник по  гидравлике »

     2) Сабашвили «Гидравлика»

     3) Р.Р.Чугаев «Гидравлика»

     4)Ю.М.  Константинов «Гидравлика»

     5) Н.Н. Лашнев « Гидравлика»

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     7.УВЯЗКА  СЕТИ.

     Поскольку расходы на участках сети намечали до назначения диаметров труб, то, очевидно, не было возможности учесть условие  баланса, как правило, оказывается нарушенным:

     ∑h≠0

     ∑h=±Δh

     где Δh - невязка, м.

     Если  сумма потерь напора не равна нулю, то при принятых диаметрах расходы  воды по участкам сети распределяются иначе, чем это было назначено.

     Гидравлический  расчет кольцевой сети заключается  в определении расходов на ее участках и соответствующих им потерь напора при соблюдении условия баланса потерь напора в кольцах.

     Вычисляют потери напора на участках по прикидочным  расходам, а затем определяют алгебраическую сумму для каждого кольца с  учетом направления потоков воды. Если невязка хотя бы в одном кольце превышает допустимую, то сеть увязывают, последовательно перераспределяя расходы, вводя при каждом исправлении поправочный расход Δq. Наиболее часто используют метод увязки по Лобачеву-Кроссу.

     Поправочный расход в каждом кольце определяют по формуле:

     Δq=Δh/(2∑Sq)

     где Δh-невязка в данном кольце; 2∑Sq-удвоенное произведение сопротивлений участков на расходы данного кольца.

     По  знаку невязки устанавливают  знак Δq, который должен быть обратным знаку Δh. Знак невязки показывает, какие участки перегружены. Вводя Δq, исправляют расчетные расходы, вычитая его величину из расходов перегруженных участков и прибавляя к расходам недогруженных участков. На смежных участках поправочный расход вычисляют как алгебраическую сумму поправок со стороны каждого из смежных колец. Исправленный расход (л/с):   q_ис=q ± Δq

     По  исправленным расчетным расходам вновь  определяют потери напора и расчет повторяют до тех пор, пока невязка  станет допустимой обязательно в  каждом кольце. Обычно принимают Δh=0,3…0,5 м. Расчеты по увязке сети по методу Лобачева – Кросса ведут в табличной форме.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     8.РАСЧЕТ  ВОДОПРОВОДНОЙ СЕТИ