Режим расходования воды в сети

Гидравлический расчет разводящей водопроводной сети сводится к определению диаметров труб на участках, потерь напора на линиях и в каждом кольце. Для гидравлического расчета сети необходимо знать не только конфигурацию сети и протяженность всех линий, но также надо знать в каких узлах и как производится разбор воды из нее населением и крупными водопотребителями. Установить точно, как производится отбор воды из сети различными потребителями, задача весьма трудная. Поэтому при расчетах водопроводных сетей условно принимается упрощенная схема водоразбора, допускающая, что вода на коммунальный сектор распределяется равномерно по участкам, а сосредоточенные секундные расходы (q_{c. хоз,} q_{с. пр}, q_с.ж), в узловых точках сети.

Рисунок 2.1. - Схема разводящей сети

Расходы воды, отбираемые в определенных узлах сети, называются сосредоточенными расходами. К ним относят расходы воды таких потребителей, как промышленное предприятие, животноводческий сектор, баня, прачечная, больница и др.

Расход воды, отбираемый равномерно по всей длине сети, называется путевым расходом сети. К нему относят расход воды коммунальным сектором и полив зеленых насаждений. Для определения расчетных путевых и сосредоточенных расходов воды из сети, необходимо знать режим отбора воды из сети различными водопотребителями.

Расчет разводящей сети на пропуск максимального

Секундного расхода воды

Расчет выполняется в следующей последовательности.

Предполагается, что q_с.ком разбирается равномерно по всей длине.

1. Определяется общая длина водопроводной сети.

Общая длина сети Σl определяется по формуле:

Σl= l_1-2+l_2-3+l_3-4+l_4-5+l_5-6+ l_1-6+l_{2-5, м (2.1)}

Тупиковые участки такие как (l_ВБ-1, l_4-7) не учитываются при условии, что на этих участках не располагается коммунальный сектор.

2. Определяется удельный расход на 1 п.м. участка трубы.

Удельный расход q_уд в л/с на один погонный метр сети определяется по формуле:

q_{уд =} , л/с на п/м (2.2)

q_с.ком - принимается из таблицы 1.5

3. Расчет путевых расходов по участкам.

Путевые расходы для каждого участка q_пут.уч в л/с определяются по формуле:

q_пут.уч= q_уд·l_уч., (2.3)

где l_уч- длина участка сети в м.

Результаты расчета сводятся в таблицу 2.1.

4. Расчет узловых расходов.

Узловой расход воды в любом узле сети q_уз в л/с определяется по формуле:

(2.4)

где - сумма путевых расходов участков сети, примыкающих к данному узлу в л/с.

Путевые и узловые расходы воды сводят в таблицу 2.1. Путевые и узловые расходы наносятся на рисунке 2.1.

Таблица 2.1 - Вычисление путевых и узловых расходов воды

№ узлов	Линии сети	Длина линий,м	Удельный расход, qуд, л/с	Путевой расход, qпут, л/с	Узловой расход, qуз, л/с	Крупные потребители	Полный узловойрасход, qполн.уз,. л/с
Наименование	Расход воды, л/с
	1-2 1-6	l1-2 l1-6	qуд	q1-2 q1-6		-
	1-2 2-3 2-5	l1-2 l2-3 l2-5	q1-2 q2-3 q2-5		ПС		+
	2-3 3-4	l2-3 l3-4	q2-3 q3-4		-
	4-5 3-4	l4-5 l3-4	q4-5 q3-4		ЖС		+
	4-5 5-6 2-5	l4-5 l5-6 l2-5	q4-5 q5-6 q2-5		-
	5-6 1-6	l5-6 l1-6	q5-6 q1-6		-
Всего				∑ = qc. ком	-	∑qс. соср	qс.макс

Контроль:

а) Сумма графы 6 должна равняться q_с.ком.

б) Сумма графы 8 равняется Σq_с.соср.

в) Сумма графы 9 должна быть равна q_с.макс.

Номера узлов, из которых отбираются сосредоточенные расходы (баня, прачечная, животноводческий комплекс или промышленное предприятие) определятся местом их расположения на генплане населенного пункта.

5. Распределение потоков воды по участкам.

После определения узловых расходов задаются точкой схода потоков (к примеру, точка 4) и на схеме сети намечают стрелками предполагаемое направление движения воды по всем участкам (рис.2.2).

К расчету сети на пропуск максимального - хозяйственного расхода.

Распределение расходов следует начинать от ВБ к узлу 1 и далее по направлению движения воды к узлу 7.

Для примера покажем, как производится предварительное распределение расходов воды, по участкам сети начиная от башни.

Из башни вытекает q_с.макс. В узле 1 отбирается узловой расход q_уз¹(рис.2.2) и следовательно, суммарный расчетный расход на последующих участках за узлом 1 будет: q_с.макс. - q_уз¹

Рисунок 2.2 - Схема распределения расходов

по водопроводной сети

Суммарный расход воды по участкам 1-2 и 1-6 всегда должен быть равен количеству притекаемой воды к узлу 1 за вычетом узлового расхода q_уз¹. (1-й закон Кирхгофа). Поэтому расход воды на участках 1-2 и 1-6 может быть определен по формуле:

q_1-2 = q_1-6 = , (2.5)

аналогично по другим участкам получим:

q2-3 = q2-5 =	(2.6)
q5-6 = q1-6 – qуз6	(2.7)
q5-4 = q5-6+ q2-5 – qуз5	(2.8)
q3-4 = q2-3 – qуз3	(2.9)

К узлу 4 притекают расходы с участка 3-4 и участка 5-4. Таким образом, общий приток к узлу 4 будет q_3-4 +q_5-4. Отбор в узле 4 равен q^уз_4, следовательно, из узла 4 в узел 7 оттекает расход за минусом q^уз₄. Это подтверждает то, что ориентировочное распределение расходов воды по участкам сети сделано правильно.

(2.10)

В 7 узле сосредоточен животноводческий сектор, в узле 2 – промышленный сектор и хозяйственные коммунальные предприятия (баня, прачечная).

Поэтому эти расходы намечают ориентировочно, с учетом вычисленных узловых расходов и принятого направления потоков по участкам сети.

Учитывая, что водоводы от водонапорной башни к узлу 1 прокладываются в две нитки, расчетные расходы каждой нити на участке ВБ-1 равны .

После определения первых прикидочных расчетных расходов по участкам сети задаются материалом труб, руководствуясь рекомендациями [2,4,5,8,11,12]. Принимают трубы различного класса и материала: сталь, чугун, пластик, а/ц и т.д (по заданию).

По намеченным транзитным расходам по участкам сети подбирают диаметры труб, а с учетом пропуска пожарного расхода диаметры следует увеличить на 10-15%.

Диаметры труб следует принимать с учетом экономического фактора по таблицам Шевелева, Добромыслова [1,6] , либо по графикам (рис.2.3, 2.4).

Рисунок 2.3 - График выбора диаметров труб при V=1 м/с

1 - стальная, чугунная труба; 2- асбестоцементная труба

В таблице Шевелева Ф.А. (1) область экономически выгодных диаметров труб выделена жирной линией.

Рисунок 2.4 - График выбора диаметров пластмассовых труб

при V=1 м/с

Полученные транзитные расходы по участкам, подобранные диаметры труб заносят в таблицу 2.2 и последующую увязку кольцевой водопроводной сети удобнее проводить в табличной форме.

Сущность увязки водопроводной сети заключается в том, что необходимо так перераспределить расходы, чтобы потери напора в каждом кольце не превышали ∆h≤±0,5м, а по контуру сети должна быть меньше ΔН_к≤±1,0м.

Для каждого участка сети находят потери напора h, в м.

Следует отметить, что назначенные диаметры труб участков сети при расчете не меняются.

Расчет и увязку кольцевой сети выполняем по методу проф. А.Г. Лобачева табличным способом (табл. 2.2).

При этом методе расчета кольцевых сетей потери напора на участках сети h (м) следует определять по формуле.

h=К·А·L·q² =S·q²(2.11)

где К- поправочный коэффициент к значениям А (см прилож. 7-9); А - удельное сопротивление трубопроводов (^с/_л)², (приложение 10,11); L-длина участка трубопровода, в м; q -расход на участке в л/с; S- сопротивление участка сети (S=К·А·L).

Таблица 2.2 - Расчет по увязке сети по методу проф. В.Г. Лобачева

№ кольца

Наименование участка

Дли-на участка L, м

Расход, qпр, л/с

Диаметр d, мм

Коэф скорости m

Скорость в трубе, V, м/с

Поправочный коэффициент К

Удельное сопротивление А,(л/с)2, х10-6

Сопротивление участка сети, S=A∙K∙l

Произведение, S·qпр

Потери напора h, м

I

1-2

+

2-5

+

5-6

-

6-1

-

∑I 2·∑ I

Δh I ∆q I

II

2-3

+

3-4

+

4-5

-

5-2

-

∑ I I 2·∑ I I

Δh I I ∆q I I

Первое исправление

Второе исправление

Поправочный расход, Δq, л/с

q1

S·q1

Потери напора, h=S·q12, м

Поправочный расход, Δq, л/с

q2

S·q2

Потери напора h=S·q22, м

В кольце

смежный

общий

В кольце

смежный

общий

Δq I

q1-2 Δq I

+

+ Δq I

+ Δq I

+

Δq I

Δq I I

q2-5 Δq I

+

+ Δq I

+ Δq I

+ Δq I

+

Δq I

q5-6 Δq I

-

- Δq I

- Δq I

-

Δq I

q1-6 Δq I

-

- Δq I

- Δq I

-

2∑Δh I ∆q I

Δh

Δq I I

q2-3 Δq II

+

- Δq I I

- Δq I I

+

Δq I I

q3-4 Δq II

+

- Δq I I

- Δq I I

+

Δq I I

q4-5 Δq II

-

+ Δq I I

+ Δq I I

-

Δq I I

Δq I

q5-2 Δq II

-

+ Δq I I

+ Δq I I

+ Δq I I

-

2∑Δh I I ∆q I I

Δh

Скорость определяется по формуле

V=m·q, м/с (2.12)

где q - транзитный расход воды по участку, л/с;

m – скоростной коэффициент:

(2.13)

где - диаметр трубопровода, м.

Поправочный коэффициент К зависит от скорости движения воды в трубе.

Потери напора принимают со знаком плюс (+) на тех участках сети, на которых направление потока совпадает с направлением движения часовой стрелки, и со знаком минус(-) на которых движение потока направлено против часовой стрелки.

Подсчитанные потери напора на участках сети наносят на расчетную схему сети.

После первого расчета определяют невязку в каждом кольцеΔh_I, Δh_II.

Если сумма потерь напора ∑h 0,5 для 1-го или 2-го кольца, то необходимо перераспределять расходы на участках, согласно метода последовательных приближений. Для этого определяется поправочный расход по формуле:

После вычисления потерь напора на всех участках сети определяется невязка в каждом кольце Δh_I и Δh_II по вышеизложенному методу. Затем для каждого кольца находят поправочный (увязочный) расход Δq_I и Δq_IIв л/с по формуле:

(2.14)

где S – сопротивление участка; S = A·K·L; Δh-невязка потерь напора в конкретном кольце в м; Σ(S·q) - сумма произведений первых прикидочных расчетных расходов каждой линии кольца на соответствующие удельное сопротивление.

Поправочный расход ставится для каждой линии с учетом следующего принципа: если Δh для кольца получилась со знаком « - », то это означает, что участки сети с движением воды против часовой стрелки перегружены и их необходимо разгрузить на поправочный расход ∆q, если Δh получится со знаком « + », то участки сети с движением воды по часовой стрелки перегружены и их необходимо разгрузить на соответствующий поправочный расход ∆q.

Поправочный расход заносится в продолжение таблицы 2.2, при этом поправочный расход смежной линии переносится со своим знаком противоположного кольца водопроводной сети.

Последующий расчет будет называться 2-м приближением, диаметр труб не меняют, скорость можно не уточнять, вычисляют потери напора и проверяют выполнение условия, чтобы ∆h≤±0,5м (для каждого кольца). Если условие не выполняется, то заново определяют поправочный расход и перераспределяют потоки с учетом предыдущих исправленных расходов.

Так продолжают до тех пор, пока не выполнится условие.

Вычисленные увязанные расходы показываются на расчетной схеме сети как на примере рис. 2.3.

Рисунок 2.3 - Распределение расходов по сети с последующей увязкой: в 7 узле сосредоточен животноводческий сектор, в узле 2 промышленный сектор

Работу тупиков рассчитываю табличным способом при нормальном режиме и в период пожара на одной из ниток. Результаты расчета сводят в табл.2.3.

Таблица 2.3 - Гидравлический расчет тупиков

Участок	Дли-на участка, l, м	Расход, qпр, л/с	Диаметр d, мм	Коэф. скорости m	Скорость в трубе V, м/с	Поправочный коэффициент К	Удельное сопротивление. А, (л/с)2, х10-6	Сопротивление участка сети S=AKl	Произведение S·qпр	Потери напора h, м
При пропуске максимального расхода
ВБ - 1
4 - 7
При пропуске пожарного и аварийного расходов
ВБ - 1
4 - 7