Для чего выполняется гидравлический расчет водопроводной сети? Какие именно параметры нуждаются в расчете? Существуют ли какие-то простые схемы расчетов, доступные для новичка? Сразу оговорим: этот материал ориентирован прежде всего на владельцев небольших частных домов; соответственно, такие параметры, как вероятность одновременного использования всех сантехнических приборов в здании, нам определять не нужно.

Что рассчитывается

Гидравлический расчет внутреннего водопровода сводится к определению следующих параметров:

  1. Расчетного расхода воды на отдельных участках водопровода.
  2. Скорости потока воды в трубах.

Подсказка: для внутренних водопроводов нормой считаются скорости от 0,7 до 1,5 м/с. Для пожарного водопровода допустима скорость до 3 м/с.

  1. Оптимального диаметра водопровода, обеспечивающего приемлемое падение напора. Как вариант — может определяться потеря напора при известном диаметре каждого участка. Если с учетом потерь напор на сантехнических приборах будет меньше нормированного, локальная сеть водоснабжения нуждается в установке подкачки.

Расход воды

Нормативы расхода воды отдельными сантехническими приборами можно обнаружить в одном из приложений к СНиП 2.04.01-85, регламентирующему сооружение внутренних водопроводов и канализационных сетей. Приведем часть соответствующей таблицы.

Прибор Расход ХВС, л/с Общий расход (ХВС и ГВС), л/с
Умывальник (водоразборный кран) 0,10 0,10
Умывальник (смеситель) 0,08 0,12
Мойка (смеситель) 0,08 0,12
Ванна (смеситель) 0,17 0,25
Душевая кабинка (смеситель) 0,08 0,12
Унитаз со сливным бачком 0,10 0,10
Унитаз с краном прямой подачи воды 1,4 1,4
Кран для полива 0,3 0,3

В случае предполагаемого одновременного использования нескольких сантехнических приборов расход суммируется. Так, если одновременно с использованием туалета на первом этаже предполагается работа душевой кабинки на втором — будет вполне логичным сложить расход воды через оба сантехнических прибора: 0,10+0,12=0,22 л/с.

Особый случай

Для пожарных водопроводов действует норма расхода в 2,5 л/сна одну струю. При этом расчетное количество струй на один пожарный гидрант при пожаротушении вполне предсказуемо определяется типом здания и его площадью.


Параметры здания Количество струй при тушении пожара
Жилое здание в 12 — 16 этажей 1
То же, при длине коридора более 10 метров 2
Жилое здание в 16 — 25 этажей 2
То же, при длине коридора более 10 метров 3
Здания управления (6 — 10 этажей) 1
То же, при объеме более 25 тыс. м3 2
Здания управления (10 и более этажей, объем до 25000 м3) 2
То же, объем больше 25 тыс. м3 3
Общественные здания (до 10 этажей, объем 5 — 25 тыс. м3) 1
То же, объем больше 25 тыс. м3 2
Общественные здания (более 10 этажей, объем до 25 тыс. м3) 2
То же, объем больше 25 тыс. м3 3
Администрации предприятий (объем 5 — 25 тыс. м3) 1
То же, объем более 25000 м3 2

Скорость потока

Предположим, что наша задача — гидравлический расчет тупиковой водопроводной сети с известным пиковым расходом через нее. Нам нужно определить диаметр, который обеспечит приемлемую скорость движения потока через трубопровод (напомним, 0,7-1,5 м/с).

Формулы

Расход воды, скорость ее потока и размер трубопровода увязываются друг с другом следующей последовательностью формул:

S = π r ^2, где:

  • S — площадь сечения трубы в квадратных метрах;
  • π — число «пи», принимаемой равным 3,1415;
  • r — радиус внутреннего сечения в метрах.

Полезно: для стальных и чугунных труб радиус обычно принимается равным половине их ДУ (условного прохода).
У большинства пластиковых труб внутренний диаметр на шаг меньше номинального наружного: так, у полипропиленовой трубы наружным диаметром 40 мм внутренний приблизительно равен 32 мм.

Q = VS, где:

  • Q — расход воды (м3);
  • V — скорость водяного потока (м/с) ;
  • S — площадь сечения в квадратных метрах.

Пример

Давайте выполним гидравлический расчет пожарного водопровода для одной струи с расходом 2,5 л/с.

Как мы уже выяснили, в этом случае скорость водяного потока ограничена м/с.

  1. Пересчитываем расход в единицы СИ: 2,5 л/с = 0,0025 м3/с.
  2. Вычисляем по второй формуле минимальную площадь сечения. При скорости в 3 м/с она равна 0,0025/3=0,00083 м3.
  3. Рассчитываем радиус внутреннего сечения трубы: r^2 = 0,00083/3,1415 = 0,000264; r = 0,016 м.
  4. Внутренний диаметр трубопровода, таким образом, должен быть равен как минимум 0,016 х 2 = 0,032 м, или 32 миллиметра. Это соответствует параметрам стальной трубы ДУ32.

Обратите внимание: при получении промежуточных значений между стандартными размерами труб округление выполняется в большую сторону.
Цена труб с диаметром, отличающимся на шаг, различается не слишком сильно; между тем уменьшение диаметра на 20% влечет за собой почти полуторакратное падение пропускной способности водопровода.

Простой расчет диаметра

Для быстрого расчета может использоваться следующая таблица, непосредственно увязывающая расход через трубопровод с его размером.


Расход, л/с Минимальный ДУ трубопровода, мм
0,2 10
0,6 15
1,2 20
2,4 25
4 32
6 40
10 50

Потеря напора

Формулы

Инструкция по расчету потери напора на участке известной длины довольно проста, но подразумевает знание изрядного количества переменных. К счастью, при желании их можно найти в справочниках.

Формула имеет вид H = iL(1+K).

В ней:

  • H — искомое значение потери напора в метрах.

Справка: избыточное давление в 1 атмосферу (1 кгс/см2) при атмосферном давлении соответствует водяному столбу в 10 метров.
Для компенсации падения напора в 10 метров, таким образом, давление на входе в водораспределительную сеть нужно поднять на 1 кгс/см2.

  • i — гидравлический уклон трубопровода.
  • L — его длина в метрах.
  • K — коэффициент, зависящий от назначения сети.

Некоторые элементы формулы явно требуют комментариев.

Проще всего с коэффициентом К. Его значения заложены в уже упоминавшийся нами СНиП за номером 2.04.01-85:


Назначение водопровода Значение коэффициента
Хозяйственно-питьевой 0,3
Производственный, хозяйственно-противопожарный 0,2
Производственно-противопожарный 0,15
Противопожарный 0,1

А вот с понятием гидравлического уклона куда сложнее. Он отражает то сопротивление, которое труба оказывает движению воды.

Гидравлический уклон зависит от трех параметров:

  1. Скорости потока. Чем она выше, тем больше гидравлическое сопротивление трубопровода.
  2. Диаметра трубы. Здесь зависимость обратная: уменьшение сечения приводит к росту гидравлического сопротивления.
  3. Шероховатости стенок. Она, в свою очередь, зависит от материала трубы (сталь обладает менее гладкой поверхностью по сравнению с полипропиленом или ПНД) и, в некоторых случаях, от возраста трубы (ржавчина и известковые отложения увеличивают шероховатость).

К счастью, проблему определения гидравлического уклона полностью решает таблица гидравлического расчета водопроводных труб (таблица Шевелева). В ней приводятся значения для разных материалов, диаметров и скоростей потока; кроме того, таблица содержит коэффициенты поправок для старых труб.

Уточним: поправки на возраст не требуются всем типам полимерных трубопроводов.
Металлопластик, полипропилен, обычный и сшитый полиэтилен не меняют структуру поверхности весь период эксплуатации.


Размер таблиц Шевелева делает невозможной их публикацию целиком; однако для ознакомления мы приведем небольшую выдержку из них.

Вот справочные данные для пластиковой трубы диаметром 16 мм.

Расход в литрах в секунду Скорость в метрах в секунду 1000i (гидравлический уклон для протяженности в 1000 метров)
0,08 0,71 84
0,09 0,8 103,5
0,1 0,88 124,7
0,13 1,15 198,7
0,14 1,24 226,6
0,15 1,33 256,1
0,16 1,41 287,2
0,17 1,50 319,8

При расчете падения напора нужно учитывать, что большая часть сантехнических приборов для нормальной работы требует определенного избыточного давления. В СНиП тридцатилетней давности приводятся данные для устаревшей сантехники; более современные образцы бытовой и санитарной техники требуют для нормальной работы избыточного давления, равного как минимум 0,3 кгс/см (3 метра напора).


Однако: на практике лучше закладывать в расчет несколько большее избыточное давление — 0,5 кгс/см2.
Запас нужен для компенсации неучтенных потерь на подводках к приборам и их собственного гидравлического сопротивления.

Примеры

Давайте приведем пример гидравлического расчета водопровода, выполненного своими руками.

Предположим, что нам нужно вычислить потерю напора в домашнем пластиковом водопроводе диаметром 15 мм при его длине в 28 метров и максимально допустимой скорости потока воды, равной 1,5 м/с.

  1. Гидравлический уклон для длины в 1000 метров будет равным 319,8. Поскольку в формуле расчета падения напора используется i, а не 1000i, это значение следует разделить на 1000: 319,8 / 1000 = 0,3198.
  2. Коэффициент К для хозяйственно-питьевого водопровода будет равным 0,3.
  3. Формула в целом приобретет вид H = 0,3198 х 28 х (1 + 0,3) = 11,64 метра.

Таким образом, избыточное давление в 0,5 атмосферы на концевом сантехническом приборе мы будем иметь при давлении в магистральном водопроводе в 0,5+1,164=1,6 кгс/см2. Условие вполне выполнимо: давление в магистрали обычно не ниже 2,5 — 3 атмосфер.

К слову: испытания водопровода при сдаче в эксплуатацию проводятся давлением, как минимум равным рабочему с коэффициентом 1,3.
Акт гидравлических испытаний водопровода должен включать отметки как об их продолжительности, так и об испытательном давлении.


А теперь давайте выполним обратный расчет: определим минимальный диаметр пластикового трубопровода, обеспечивающего приемлемое давление на концевом смесителе для следующих условий:

  • Давление в трассе составляет 2,5 атмосферы.
  • Протяженность водопровода до концевого смесителя равна 144 метрам.
  • Переходы диаметра отсутствуют: весь внутренний водопровод будет монтироваться одним размером.
  • Пиковый расход воды составляет 0,2 литра в секунду.

Итак, приступим.

  1. Допустимая потеря давления составляет 2,5-0,5=2 атмосферы, что соответствует напору в 20 метров.
  2. Коэффициент К и в этом случае равен 0,3.
  3. Формула, таким образом, будет иметь вид 20=iх144х(1+0,3). Несложный расчет даст значение i в 0,106. 1000i, соответственно, будет равным 106.
  4. Следующий этап — поиск в таблице Шевелева диаметра, соответствующего 1000i = 106 при искомом расходе. Ближайшее значение — 108,1 — соответствует диаметру полимерной трубы в 20 мм.

Заключение

Надеемся, что не переутомили уважаемого читателя избытком цифр и формул. Как уже упоминалось, нами приведены предельно простые схемы расчетов; профессионалы вынуждены использовать куда более сложные решения. Как обычно, дополнительная тематическая информация найдется в видео в этой статье. Успехов!

gidroguru.com

 

Гидравлический расчёт водопровода должен быть оформлен в виде таблицы, показанной на рис. 12.

Этот расчёт может быть выполнен автоматизированно с помощью известной программы Microsoft Excel с использованием автономного файла B1_tabl.xls, который можно получить из сети Интернет по нашему адресу

 

http://sologaev2010.narod.ru

 

Можно также гидравлический расчёт водопровода В1 выполнить вручную в таблице. Такой способ подробно описан в предыдущем 1-м издании данных методических указаний от 1988 года. Они хранятся в библиотечном фонде СибАДИ. Результаты автоматизированного и ручного расчёта отличаются не более чем на 5%, что допустимо с инженерной точки зрения.

Далее рассмотрим пример расчёта с использованием Microsoft Excel.

Целью гидравлического расчёта водопровода является определение внутренних диаметров трубопроводной сети и величин потерь напора при движении воды по этим трубопроводам. Выбор материала труб производят по указаниям СНиП 2.04.01-85. В нашем примере выбраны трубы стальные водогазопроводные оцинкованные по ГОСТ 3262-75*.

Расчёт выполняют в строгом соответствии со СНиП 2.04.01-85. Разберём его на примере схемы водопровода на рис. 11. Все неоговоренные ниже буквенные обозначения см. в приложении 1 СНиП 2.04.01-85.

Расчёт начинают с определения расчётной линии сети ¾ пути движения воды во внутреннем водопроводе от узла подключения (колодца на наружной сети) по вводу, далее по трубопроводу разводящей сети к наиболее удалённому стояку и вверх по нему до самой удалённой и высокой водоразборной точки, на которой ставят номер 1 в кружке (см. рис. 11).

Расчётную линию на аксонометрической схеме В1 разбивают на участки, которые нумеруют против движения воды в местах ответвлений труб от расчётной линии, то есть там, где происходит изменение расхода воды из-за разделения потоков. Тогда при таком разбиении на каждом расчётном участке между двумя соседними точками-ответвлениями по трубе протекает постоянный расход воды. Последний номер проставляют в узле подключения ввода водопровода к наружной сети (см. рис. 11 ¾ это номер 10).

Гидравлический расчёт водопровода В1 выполняют в табличной форме. На рис. 12 приведена такая таблица для рассматриваемого примера трёхэтажного двухсекционного жилого дома. Таблицу можно рассчитать в среде пакета Microsoft Excel на компьютере в файле B1_tabl.xls, немного его отредактировав. После введения своих исходных данных в таблицу надо для её пересчёта нажать функциональную клавишу F9. Рекомендуется свой файл сохранять под другим именем, а исходный файл B1_tabl.xls оставить как образец.

 

Гидравлический расчет водопровода

Рис. 12

Первый столбец таблицы содержит нумерацию расчётных участков (см. рис. 11).

Во 2-й столбец таблицы вносят длины расчётных участков трубопроводов с точностью до дециметров.

Столбец 3 таблицы содержит число водоразборных приборов N, обслуживаемых расчётным участком.

В 4-м столбце задают вероятность совместного действия приборов P, вычисленную для данного здания по формуле (3) п. 3.4 СНиП 2.04.01-85.

В 5-м столбце Excel автоматически рассчитывает расчётный расход холодной воды на участке qcв л/с.

В 6-м столбце задают подбором внутренний диаметр трубопровода так, чтобы скорость движения воды в трубе V в 7-м столбце получалась в интервале 0,9-1,2 м/с. Возможны небольшие отклонения V от указанного интервала наиболее экономичных скоростей. Данная рекомендация заимствована у В.С. Кедрова (1980 г.). Например, в последней строке вместо диаметра Æ 25 мм принят Æ 32 мм, так как существенно уменьшаются потери напора на вводе водопровода (проверьте это самостоятельно расчётом в электронной таблице).

В 8-м столбце автоматически рассчитывается гидравлический уклон i, то есть отношение линейных потерь напора к длине трубопровода (удельные потери напора).

9-й столбец надо заполнять самому с учётом п. 7.7 СНиП 2.04.01-85.

В 10-м столбце автоматически рассчитываются общие потери напора на расчётных участках, а в итоге внизу данного столбца программа выдаёт суммарные потери напора на всей расчётной линии сети.

Таблицу можно расширять или сжимать по количеству строк в зависимости от числа расчётных участков. Для этого используется простая операция копирования мышью в Excel. Подробности таких действий с пакетом Excel можно найти в руководствах пользователя.

На этом гидравлический расчёт внутреннего водопровода закончен, таблицу выносят на лист чертежей В1, а на плане подвала (см. рис. 7), аксонометрической схеме В1 (см. рис. 11), генплане (см. рис. 5), узле подключения (см. рис. 6), водомерном узле (см. рис. 8), насосной установке (см. рис. 9) проставляют рассчитанные значения внутренних диаметров трубопроводов.

 

 

Подбор водомеров и насосов

ПОДБОР ВОДОМЕРОВ

 

Счётчики холодной воды (водомеры) устанавливают по требованиям СНиП 2.04.01-85 в жилых зданиях в следующих местах:

1) домовой водомер на вводе водопровода;

2) квартирные водомеры ВК-15 на подводках у стояков в квартирах.

Подбор водомеров следует выполнять с использованием гл. 11 СНиП 2.04.01-85. Покажем это на примере.

Прежде всего, определяют среднечасовой расход холодной воды за сутки qcT. Формулу (9) СНиПа 2.04.01-85 запишем в виде

Гидравлический расчет водопровода

По приложению 3 СНиПа для рассматриваемого здания Гидравлический расчет водопровода = 300- 120 = 180 л/сут. Число жителей u принимаем равным числу приборов u = N = 38, согласно прим. 1 п. 3.4 СНиПа. Тогда

Гидравлический расчет водопровода

Последняя колонка табл. 4 СНиПа была исправлена изменением от 1996 г., что нужно учитывать при подборе водомера. По табл. 4, сопоставляя qcT= 0,29 м3/ч с эксплуатационным расходом воды, находим диаметр условного прохода счётчика 15 мм, то есть первоначально его марка получается ВК-15 (водомер крыльчатый). Отметим попутно, что диаметрам 15-40 мм в табл. 4 СНиПа соответствуют крыльчатые водомеры (марка ВК-…), а диаметрам 50 мм и более ¾ турбинные водомеры (марка ВТ-…).

Проверим выбранный счётчик ВК-15 на потерю напора по формуле (18) СНиПа:

Гидравлический расчет водопровода

По исправленной последней колонке табл. 4 СНиПа величина S = 14,5 м/(л/с)2. Расчётный секундный расход воды для здания уже рассчитан в таблице . Это расход на вводе водопровода (участок 9-10) q = 0,53 л/с. Тогда потеря напора на домовом водомере

Гидравлический расчет водопровода

Потеря напора на крыльчатом водомере ВК-15 не превышает 5 метров, что разрешено изменённой редакцией п. 11.3 СНиП 2.04.01-85. Поэтому для всего здания подобран водомер ВК-15 (домовой водомер). Водомерный узел см. рис. 8 .

Квартирные водомеры принимаем тоже ВК-15. Потеря напора на квартирном водомере (используем расход участка 3-4 таблицы гидравлического расчёта )

Гидравлический расчет водопровода

По табл. 4 СНиПа находим для ВК-15 минимальный расход воды (0,03 м3/ч)/3,6 = 0,0083 л/с. В квартире на участке 3-4 расход q = 0,23 л/с (см. таблицу), что больше минимального и ВК-15 может быть принят как квартирный водомер.

 

ПОДБОР НАСОСОВ

 

Проектирование насосных установок осуществляют в соответствии с гл. 12 СНиП 2.04.01-85. Проиллюстрируем это на примере.

В соответствии с п. 12.7 и п. 12.9 СНиПа насос подбирается по максимальному секундному расходу воды q (это расход на вводе В1, то есть участок 9-10 таблицы) и требуемому напору насоса Hp.

Вначале переведём q = 0,53 л/с в м3/ч, то есть найдём подачу (производительность) насоса по расходу:

Гидравлический расчет водопровода

Таким образом, подача (производительность) насоса должна быть не менее 1,91 м3/ч.

Потребный напор на вводе водопровода должен быть

Гидравлический расчет водопровода

где

Hgeom¾ геометрическая высота от отметки оси наружной трубы В1 до отметки наиболее высокорасположенного водоразборного устройства в здании (1-го на расчётной линии сети); её можно подсчитать по аксонометрической схеме , например, Hgeom= 3,9 + 6,85 = 10,75 м;

SH ¾ суммарные потери напора во внутреннем водопроводе В1; принимают по таблице гидравлического расчёта SH = 8,70 м;

hдом.в¾ потери напора на домовом водомере, hдом.в= 4,07 м (см. выше);

hкв.в¾ потери напора на квартирном водомере, hкв.в= 0,77 м (см. выше);

Hf¾ свободный напор для водоразборного устройства принимают по приложению 2 СНиП 2.04.01-85, например, для смесителя мойки Hf= 2 м.

Таким образом, потребный напор на вводе водопровода

Hтр= 10,75 + 8,70 + 4,07 + 0,77 + 2 = 26,29 м.

Сравним его с наименьшим гарантированным напором в наружной сети водопровода (см. исходные данные ) Hg= 15 м , который тоже отсчитан от оси наружного водопровода В1. Так как Hgменьше, чем Hтр, то вода не сможет поступать за счёт напора в наружной сети В1 на верхние этажи здания. Следовательно, нужен насос для подкачки воды. Требуемый напор насоса

= HтрHg= 26,29 -15 = 11,29 м.

С учётом найденных величин q = 1,91 м3/ч и = 11,29 м по каталогам и справочникам подбирают насос. Наиболее широко для зданий применяют насосы консольные центробежного типа. Для выбора насоса можно использовать рис. 13, заимствованный из книги П.П. Пальгунова и В.Н. Исаева (1991 г.).

Гидравлический расчет водопровода

Рис. 13

Таким образом, с некоторым запасом выбран насос 1,5К-8/18. Его марка расшифровывается так:

1,5 ¾ мощность электродвигателя в кВт;

К ¾ насос консольного типа, то есть он соединяется с электродвигателем консолью;

8 ¾ подача (производительность) насоса q в м3/ч;

18 ¾ напор насоса Hpв м.

Количество насосов в насосной установке должно быть не менее двух: один рабочий и другой резервный. Эти требования изложены в СНиП 2.04.02-84, гл. 7. Насосную установку для рассматриваемого здания см. рис. 9 .

Подбором водомеров и насосов заканчивается расчётная часть по водопроводу. Расчёты по подбору водомеров и насосов в кратком виде выносят на лист. Остальной перечень чертежей по водопроводу см. в п. 1.2.

 

 

lektsia.com

Введение

Трубопровод как способ транспортировки жидких и газообразных сред является самым экономичным способом во всех отраслях народного хозяйства. А значит он  всегда будет пользоваться повышенным вниманием у специалистов.

Гидравлический расчет при проектировании трубопроводной системы позволяет определить внутренний диаметр труб и падение напора в случае максимальной пропускной способности трубы. При этом обязательным является наличие следующих параметров: материал, из которого изготовлены трубы, вид трубы, производительность, физико-химические свойства перекачиваемых сред.

Производя вычисления по формулам, часть заданных величин можно взять из справочной литературы. Ф.А.Шевелев, профессор, доктор технических наук разработал таблицы для точного расчета пропускной способности. Таблицы содержат значения внутреннего диаметра, удельного сопротивления и др параметры. Помимо этого, существует таблица приближенных значений скоростей для жидкостей, газа, водяного пара для упрощения работы с определением пропускной способности труб. Используется в коммунальной сфере, где точные данные  не столь необходимы.

Расчетная часть

Расчет диаметра начинается с использования формулы равномерного движения жидкости (уравнение неразрывности):

q = v*ω,

где q — расчетный расход

v — экономическая скорость течения.

ω — площадь поперечного сечения круглой трубы с диаметром d.

Рассчитывается по формуле:

ω = πd² / 4,

где d — внутренний диаметр

отсюда  d = √4*q/ v*π

Скорость движения жидкости в трубопроводе принимается равной 1,5-2,5 м/с. Это то значение, которое соответствует оптимальной работе линейной системы.

Потери напора (давления) в напорном трубопроводе находят по формуле Дарси:

h = λ*( L/ d)*( v2/2g),

где g — ускорение свободного падения,

L — длина участка трубы,

v2/2g — параметр, обозначающий скоростной (динамический) напор,

λ — коэффициент гидравлического сопротивления, зависит от режима движения жидкости и степени шероховатости стенок трубы. Шероховатость подразумевает неровность, дефект внутренней поверхности трубопровода и подразделяется на абсолютную и относительную. Абсолютная шероховатость — это высота неровностей. Относительную шероховатость можно рассчитать по формуле:

ε = е/r.

Шероховатость различна по форме и неравномерна по длине трубы. В связи с этим в расчетах принимается усредненная шероховатость k1 — поправочный коэффициент. Данная величина зависит от целого ряда моментов: материал труб, длительность эксплуатации системы, различные дефекты в виде коррозии и др. При стальном исполнении трубопровода значение применяется равным 0,1-0,2 мм. В то же время, в иных ситуациях параметр k1 можно взять из таблиц Ф.А.Шевелькова.

В том случае, если длина магистрали невысока, то местные потери напора (давления) в оборудовании насосных станций примерно одинаковы потерям напора по длине труб. Общие потери определяются по формуле:

h = P/ρ*g, где

ρ — плотность среды

Случаются ситуации, когда трубопровод пересекает какое-либо препятствие, например, водные объекты, дороги и др. Тогда используются дюкеры — сооружения, представляющие собой короткие трубы, прокладываемые под преградой. Здесь тоже наблюдается напор жидкости. Диаметр дюкеров находится по формуле (с учетом, что скорость течения жидкости составляет более 1 м/сек):

h = λ*( L/ d)*( v2/2g),

h = I*L+ Σζ* v2/2g

ζ — коэффициент местного сопротивления

Разность отметок лотков труб в начале и конце дюкера принимается равной потерям напора.

Местные сопротивления рассчитываются по формуле:

hм = ζ* v2/2g.

Движения жидкости бывают ламинарные и турбулентные. Коэффициент hм зависит от турбулентности потока (число Рейнольдса Re). С увеличением турбулентности создаются дополнительные завихрения жидкости, за счет чего величина коэффициента гидравлического сопротивления увеличивается. При Re › 3000 всегда наблюдается турбулентный режим.

Коэффициент гидравлического сопротивления при ламинарном режиме, когда Re ‹ 2300, рассчитывается по формуле:

λ = 64/ Re

В случае квадратичности турбулентного потока ζ будет зависеть от архитектуры линейного объекта: угла изгиба колена, степенью открытия задвижки, наличием обратного клапана. Для выхода из трубы ζ равна 1. Длинные трубопроводы имеют местные сопротивления порядка 10-15% на трение hтр. Тогда полные потери:

Н = hтр + Σ hтр ≈ 1,15 hтр

Производя расчеты, выбирается насос, исходя из параметров подачи, напора, действительной производительности.

prokommunikacii.ru

Гидравлический расчет сети заключается в определении по ус­тановленным расчетным расходам наиболее выгодных диаметров труб и соответствующих потерь напора для каждого участка сети.

Экономический расчет магистральной сети города имеет важное значение, так как водопроводная сеть является самым дорогим элементом водопровода. Для расчета сети требуется прежде всего установить расчетные расходы воды по участкам сети. Если число водоразборных точек невелико и в каждой точке сосредоточен определенный по величине расход воды, то в расчетной схеме водоотдачи могут быть учтены все сосредоточенные расходы.

В большинстве случаев отбор воды из сети производится во многих точках и получается большое количество расчетных участков, а расчет сети весьма трудоемким. Поэтому в городских водопроводных сетях принимают схему равномерно распределенного отбора воды на хозяйственно-питьевые нужды населения.

Расход воды крупных потребителей (промышленные предприятия, железнодорожные вокзалы, пристани, банно-прачечные комбинаты и т. д.) выделяются в сосредоточенные расходы в определенных узловых точках у места их расположения.

Расход, приходящийся на 1 м длины сети, л/с, называют удельным

 

qуд=(qmах — qсоср) /L

где qmах — максимальный расчетный секундный расход, л/с; qсоср —сосредоточенные расходы крупных потребителей, л/с; L — общая длина сети (в длину сети не включаются участки, проходящие по незастроенной территории), м. Например (рис. 10, а),

qуд = (28-4)/480 = 0,06 л/с.

Гидравлический расчет водопровода

 

Рис.10. Расчетные схемы водопроводных сетей на случай максимального водопотребления:

а-разветвленной с башней в начале сети; б — кольцевой с контррезервуаром (линия а-а — граница районов питания)

При принятой методике расчета считают, что расход воды на каждом участке магистральной сети пропорционален его длине.

Расход воды на каждом участке называют путевым расходом и определяют по формуле

qпут = qуд l, л/с,

где l — длина участка cети

Тогда путевой расход для участка 1—2 (рис. 10, а) будет равен qпут = 0,05-100 = 5 л/с.

Каждый промежуточный участок сети, кроме путевого расхода, несет транзитный расход, идущий на питание последующих участков, т. е. расход на участке равен

Qp = QT-+a Qnyт.

 

Для участка 12 получим Qp 1-2 =23 + α·5

 

С достаточной степенью точности мы получим те же расчетные расходы, если разобьем путевой расход пополам и приложим его в начальной и конечной точках рассматриваемого участка:

QP = QT + 0,5Qп = 23 + 0,5-5 = 25,5 л/с.

По принятой методике расчета путевые расходы воды переводятся на расходы, сосредоточенные в узловых точках сети.

Узловой расход каждого узла сети равен полусумме путевых расходов участков, примыкающих к данному узлу:

Qуз= 0,5Σ Qп

Qуз2= Гидравлический расчет водопровода л/с

Для определения диаметров труб участков сети применяют известную формулу гидравлики трубопроводов, связывающую площадь живого сечения трубы w м2, с расходом q, м3/с, и со скоростью движения воды v, м/с,

q = w·v = π·d2v/4:,

откуда

d = √4·q/(π·v).

 

Из этой формулы видно, что диаметр трубы зависит не только от расхода, но и от скорости движения воды. Если принять малое значение расчетной скорости, то трубопровод получится относительно большого диаметра, а следовательно, будет иметь большую строительную стоимость. Наоборот, чем больше будет скорость движения воды, тем меньше будет диаметр трубопровода и его строительная стоимость. Однако увеличение скорости движения воды вызывает резкое увеличение потерь напора в трубах и, следовательно, увеличивается затрата электроэнергии на подачу воды к потребителям, т. е. увеличивается стоимость эксплуатации водопровода. Кроме того, скорость движения воды по водопроводным трубам имеет и технические пределы. При скорости 2 м/с и больше в трубопроводах могут возникать гидравлические удары, опасные для прочности труб и стыковых соединений.

При выборе диаметров труб руководствуются так называемой экономической скоростью движения воды. Эта скорость зависит от стоимости энергии, стоимости труб и их укладки, расчетного срока службы и материала труб.

Н. Н. Абрамовым предложен график для определения экономического фактора Э, для различных значений стоимости электроэнергии σ в зависимости от коэффициента стоимости труб b.

Для удобства подбора диаметра труб составлена таблица предельных экономических расходов для каждого стандартного диаметра металлических труб (табл. 1).

Таблица. 1

Диаметр труб, мм Экономические факторы
Э=0,25 Э=0,5 Э=0,75
Предельные экономические расходы Q ,л/с
Qmin Qmax Qmin Qmax Qmin Qmax
— 27,5 10,3 27,5 — — 12,7 21,8 8,2 21,8 — — 11,1 7,1 —  

 

По таблице 1 подбираем диаметр трубы для участка 12 при экономическом факторе 0,5 …200 мм.

Потери напора на трение в трубах можно определить по формуле

Гидравлический расчет водопровода Гидравлический расчет водопровода

где q- расход; l — длина трубопровода; d — диаметр труб; k и λ —коэффициенты потери напора; k = 0,083 λ,.

В практике расчета сети для определения потерь в трубопроводах в большинстве случаев пользуются формулой h = i·l, где l— длина трубопровода, км; i — потери напора на 1000 м принимают по таблицам Ф. А. Шевелева, м.

В таблицах выделена область экономически выгодных диаметров и поэтому отпадает необходимость первоначального подбора диаметров по таблице 1. Для нашего случая q=25,5 л и =100м; l =5,47·0,1=0,55 м.

Гидравлический расчет разветвленной сети производят в такой последовательности.

В первую очередь рассчитывают главную магистраль 1234—5, соединяющую начальную точку сети с наиболее удаленной и возвышенной из конечных ее точек. Затем рассчитывают ответвления 21011; 29; 367; 6—5 (см. рис. 10, а).

Расчет сети может быть произведен в том случае, когда:

а) заданы требуемые напоры во всех узлах, необходимо определить требуемый напор в начальной точке;

б) заданы напоры в начальной и в узловых точках, требуется определить диаметры труб для пропуска расхода при располагаемом напоре.

При расчете кольцевой сети в общем случае неизвестными являются как диаметры участков, так и расходы на участках. Следовательно, каждый участок сети дает два неизвестных— диаметр и расход, а общее число неизвестных равно удвоенному числу участков.

Для нахождения этих неизвестных необходимо составить надлежащее число уровней.

Рассмотрение законов движения жидкости по замкнутому контуру позволяет составить некоторое число уровней для их нахождения.

1. Сумма расходов, приходящих в узел, равна сумме расхода, уходящих из этого узла, плюс узловой расход.

Если обозначить расходы, приходящие в узел, знаком плюс, а уходящие (включая узловой расход) — знаком минус, то алгебраическая сумма расходов будет равна нулю, Σq= 0.

2. В каждом замкнутом кольце сети сумма потерь на участках, где вода движется по часовой стрелке (обозначим условно-положительными), равна сумме потерь напора на участках, на которых вода движется против часовой стрелки (обозначим — отрицательными), т. е. алгебраическая сумма потерь в кольце равна нулю Σh = 0 или ΣSq2 = 0, где S — сопротивление участка, S= Al; А — удельное сопротивление трубы, принимается по табли­це Ф. А. Шевелева.

Однако решение системы квадратных уравнений для сети с большим количеством колец представляется весьма сложной задачей.

Поэтому гидравлический расчет сети производят различными приближенными способами, причем все они сводятся к методу последовательного приближения.

Рассмотрим два метода увязки сети -метод В. Г. Лобачева и метод М. М. Андриашева.

В. Г. Лобачев разработал теорию расчета кольцевых сетей и предложил метод увязки, основанный на иттеративном способе решения системы квадратных уравнений.

 

Возьмем одно кольцо 1 см. (рис.10, а)с намеченным распределением расходов воды q, по которым определены диаметр труб d; длина участков известна.

Предложим, что при первом предварительном распределении расходов удалось достигнуть условия Σh = 0 и мы получили Σh =Δh или

S34 q2 34 + S5-6 (q 25-6 — Δ q25-6) — S3-6 q 23-6S4-5 q2 4 -5 =Δh

 

Пусть неувязка Δh >0, т. е. перегружены верхний (43) инижний (56) участки, в которых вода движется по часовой стрелке.

Для получения равенства Σh = 0 или Δh = 0 необходимо некоторый, пока неизвестный, поправочный расход Δ q пропустить по участкам кольца в направлении, обратном знаку неувязки:

S 34 ·(q2 34 q)2 + S5-6 (q 25-6 — Δ q)2S3-6 (q 3-6 +Δq)2 S 4 -5(q 45 +Δq)2=0

 

Преобразуя уравнение, можно найти искомую величину

Δ q= Гидравлический расчет водопровода

 

Величина Δq2 отброшена как относительно малая по сравнению с членами, содержащими q и Δq.

Числитель есть Δh, а знаменатель является удвоенной суммой произведений расходов каждого участка на его сопротивление, т. е.

Δq = Δh/(2Σ Sq).

Если сеть состоит из нескольких колец, то задача сводите; к решению системы стольких уравнений, сколько колец в сети.

При увязке сети по этому методу каждое кольцо рассматривается вне их взаимной связи и поправочный расход вводите: в каждое кольцо отдельно. М. М. Андрияшев предлагает пoпpaвочный расход проводить по замкнутому контуру, охватывающему несколько колец. Величина и направление поправочного pacхода определяется на основании анализа неувязок, полученных в отдельных кольцах.

Путь поправочного расхода выбирают так, чтобыон был направлен против движения потока в перегруженных участках и совпал с потоком в недогруженных.

Всю запись расчета М. М. Андрияшев рекомендует вести не­посредственно на расчетных схемах, а вычисления производить при помощи счетной линейки. На схеме (рис. 10, б) показан пример записи расчета: первые цифры — расход, л/с; вторые —потери напора, м; цифры у стрелок внутри колец —величины неувязок; цифры в рамке — сопротивления участков.

Зонное водоснабжение

 

Водопроводные сети, разделенные на зоны, называют зонными. Каждая зона имеет самостоятельную сеть, отдельную насосную установку и напорно-регулирующую емкость. Запасные емкости могут быть объединены.

Зонирование водопровода может быть вызвано как техническими, так и экономическими соображениями. По чисто техническим соображениям необходимость зонирования и число зон принимают исходя из требований не превышать расчетный напор, допускаемый техническими условиями эксплуатации водопровода.

В соответствии с указаниями СНиП 2.04.02—84 свободный напор в сетях хозяйственно-питьевого водопровода не должен превосходить 60 м вод. ст. Эти требования устанавливают в зависимости от материала и типа труб и условий эксплуатации сети.

Необходимость зонирования водопроводной сети может быть определена из следующего выражения:

ΔH=9.8[(zk.t — zh,t)+ Hсв+hmax]

где zk.t — zh,t =Δz — максимальная разность отметок точек критической, где должен быть обеспечен требуемый свободный напор Hсв, и наиболее низко расположенной в начале сети, м; hmaxмаксимальная потеря напора от начала сети до критической точки, м.

Если полученная величина Нтaх превышает допускаемую величину свободного напора в сети, то зонирование необходимо.

Часто зонные водопроводы устраивают в случаях, когда имеется большая разница в величине необходимых для отдельных потребителей свободных напоров.

В практике проектирования зонных водопроводов зонирование предусматривают по последовательной или параллельной схеме.

При последовательном зонировании (рис.11, а) насосная станция № 1 подает воду в количестве, равном сумме расходов первой и второй зон (т. е. Q I+QII), но под напором, требуемым для обеспечения свободного напора в диктующей точке нижней зоны.

При этом расход верхней зоны QII проходит транзитом через сеть нижней зоны и поступает в резервуар Р. Насосная станция № 2 подает расход лишь для верхней зоны QII и обеспечивает требуемый напор в пределах второй зоны. Насосы станции № 2 могут брать воду или непосредственно из сети (рис. 11, а, 1), или из промежуточного резервуара (рис. 11, а, 2). Резервуар Р может служить одновременно запасной емкостью для верхней зоны и контррезервуаром для нижней. Обычно этот резервуар располагают выше границы зон на отметках, обеспечивающих Требуемые свободные напоры в диктующих точках нижней зоны. Таким образом, напоры в начальных точках зон значительно уменьшаются и не превышают нормативных 60 м.

При параллельной системе зонирования (рис. 11, б) вода подается в сеть каждой зоны отдельными группами насосов, установленными на общей насосной станции, по отдельным водоводам.

При этой системе зонирования напор выше допускаемого будет только в водоводах верхней зоны в пределах от насосной станции до точки присоединения водоводов к сети.

Кроме технических требований, обусловливающих зонирование водопроводных систем, могут быть и чисто экономические соображения необходимости зонирования.

Экономические расчеты показывают, что увеличение количества зон уменьшает затраты энергии на подачу воды.

В незонированной системе водоснабжения весь расход Q подается насосами под напором Н, требуемым для создания свободного напора в диктующей точке. Количество затрачиваемого на подачу воды энергии можно определить из выражения Э=ρ·g·Q·H

Разделив систему водоснабжения на две зоны с высотой H/2 и расходом Q/2 в каждой из них, определим затраты энергии.

При последовательной системе зонирования: для первой станции

ЭI =γ·Q·H/2; для второй станции; для второй станции ЭII =γ·Q/2·H/2= γ·Q·H/4

а всего

Э= ЭI+ ЭII=3/4 γ·Q·H

При параллельном зонировании:

 

ЭI =γ·Q/2·H/2= γ·Q·H/4

ЭII =γ·Q/2·H= γ·Q·H/2

Э= ЭI+ ЭII=3/4 γ·Q·H

 

Таким образом, для обеих систем зонирования при разделении сети на две зоны получим уменьшение количества энергии, затрачиваемой на подъем воды на 25%.

Однако наряду с сокращением эксплуатационных расходов на подъем воды зонирование вызывает увеличение суммарной строительной стоимости насосных станций и стоимости содержания обслуживающего персонала при последовательном зонировании, а при параллельном зонировании увеличивается суммарная стоимость водоводов.

При любой системе зонирования увеличивается стоимость резервуаров.

Решение о зонировании системы водоснабжения принимается на основании технико-экономического сравнения вариантов.

Выбор системы зонирования зависит в основном от конфигурации населенного пункта и рельефа местности.

Параллельное зонирование обычно более рационально для городов с территорией, вытянутой вдоль горизонталей, так как в этом случае длина водоводов от насосной станции до каждой из зон будет сравнительно малой.

При застройке, вытянутой в направлении, перпендикулярном горизонталям, более экономичным является зонирование по пос­ледовательной системе.

Гидравлический расчет водопровода

 

Рис 11. Схемы зонирования

а— последовательного; б-паралельного

megalektsii.ru


Categories: Водопровод

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock
detector