Гидравлический расчет магистральной сети

Разработка схемы водопроводной сети и сооружений производится в следующей последовательности:

1. на плане населенного пункта наносится магистральная водопроводная сеть;

2. производится выбор схемы питания сети с учетом рельефа и местных условий, а также типа источника водоснабжения и его месторасположения;

3. на ситуационном плане размещения объекта водоснабжения намечается месторасположение всех основных элементов системы водоснабжения: водозаборных и водоочистных сооружений, насосных станций, водоводов, напорно-регулирующих емкостей, водопроводных сетей;

4. расставляются расчётные узлы и определяется длина расчётных участков.

Узлами сети называют точки, соединяющие не менее двух трубопроводов. Расчётные узлы назначают в зависимости от длины расчётных участков и точек питания крупных водопотребителей.

Расчётными участками называют линию длиной 400 – 800 м между двумя расчётными узлами.

Если участок проходит по границе с двухсторонней застройкой, то его расчётная длина равна фактической. Если участок проходит по границе с односторонней застройкой, то его расчётная длина равна половине фактической. Если участок проходит по незастроенной территории, то его расчётная длина равна 0.

5. определяется место питания крупных водопотребителей (промпредприятие), т.е. сосредоточенные расходы;

6. перед началом расчёта определяются все расчётные расходы:

- удельный расход;

- путевые расходы;

- сосредоточенный расход;

- узловые расходы.

Наиболее часто принимается такая условная расчетная схема от­дачи воды, при которой сосредоточенный водоотбор наиболее крупных водопотребителей намечается отдельными узловыми точками, что долж­но вполне соответствовать действительной картине работы сети, а водоотбор остальных потребителей предполагается равномерным по длине магистральной сети с отбором его в узловых точках расчетных участков. При этом условно считают, что водоотдача каждого участ­ка сети пропорциональна его длине при постоянном удельном расходе, л/с на 1 м п, который определяется по выражению

При расчёте предполагается, что подаваемая в сеть вода равномерно расходуется по длине сети, т. е. количество воды, отдаваемое участкам, пропорционально его длине.

Удельный расход – это расход воды, приходящийся на единицу длины трубопровода.

q_уд = Σ q _распр/ Σ L_расч, л/с на мп (26)

где Σ q_распр – суммарный расход воды, отбираемой из сети рассредо­точенными потребителями при принятом расчетном режи­ме, т.е. распределительный расход, л/с.

q_распр=q_гор - q_соср (27)

q_гор – расход воды, потребляющийся населённым пунктом, л/с;

q_соср – сосредоточенный расход воды, потребляемый крупным потребителем, л/с;

Отбор путевых расходов предполагается в узловых точках, к ко­торым примыкают расчетные участки. При этом для упрощения расче­тов принимают, что путевой расход каждого участка делится попо­лам и присоединяется в качестве сосредоточенного расхода в узло­вой точке. Таким образом, расчетный узловой расход, л/с, любой узловой точки сети будет состоять из полусуммы путевых расходов всех при­мыкающих к узлу участков.

Путевой расход - это расход, л/с, который отбирается потребителем по длине расчётного участка.

qⁱ_пут=q_уд∙Lⁱ_р (28)

Сумма путевых расходов должна быть равна распределительному расходу.

Узловой расход – это расход воды, л/с, отбираемый из данного узла. Узловой расход определяется как полусумма путевых расходов прилегающих к данному узлу.

q _узлⁱ = 0,5 Σ qⁱ_пут (29)

где Σ qⁱпут – сумма путевых расходов на участках, прилегающих к данному узлу, л/с.

Сумма узловых расходов должна быть равна распределительному расходу.

7. определяется место расположения водонапорной башни и узел питания водонапорной башни;

8. намечается одна или несколько точек схода;

9. составляется расчётная схема сети. На расчетную схему наносят:

– наиболее вероятные направления движения воды из точки ввода в диктующую точку (наиболее удаленную от ввода и расположенную на самой высокой отметке);

– расход воды на производственные нужды предприятия в указанном узле и узловые расходы;

10. производится распределение расхода по расчётным участкам сети, начиная от первой расчётной точки или от точки схода потоков. По каждому узлу проверяется правильность распределительных расходов по закону Кирхгофа: т.е. сумма всех расходов, входящих в узел, должна равняться сумме расходов, вышедших из узла; т. е. алгебраическая сумма расходов в узле должна равняться 0.

11. по расходам воды на напорном расчётном участке с помощью [4] определяется:

- диаметр c учетом экономического фактора Э=0,75;

- единичные потери напора и потери напора по длине;

- скорости движения воды на участках (допустимая скорость на случай максимально-хозяйственного водопотребления принимается до 1,5 м/с; допустимая скорость на случай максимально-хозяйственного водопотребления при пожаре до 3 м/с);

12. производится увязка каждого кольца. Для этого складывают все потери напора по часовой стрелке и все потери напора против часовой стрелки. Потери напора по часовой стрелке считаются положительными, против – отрицательными. Алгебраическая сумма потерь напора по и против часовой стрелки, называется невязкой. Невязка на все расчетные случаи должна составлять не более ±0,5

∆h = +∑h-∑h

Невязка может быть положительная и отрицательная. Если невязка больше допустимого значения, то необходимо выполнить перераспределение расходов воды.

Перераспределение расходов воды производится в зависимости от знака невязки.

Если невязка положительная, то необходимо уменьшить на одну и ту же величину расходы по часовой стрелке и увеличить на ту же величину расходы, проходящие против часовой стрелки (т.е. пропустить увязочный расход).

Если невязка отрицательная, то необходимо уменьшить расходы против часовой стрелки, и увеличить расходы по часовой стрелке на одну и ту же величину (метод увязки многокольцевой сети, предложенный М.М.Андрияшевым);

13. проверяется правильность распределения расходов по закону Кирхгофа в каждом расчетном узле;

14. по ранее подобранным диаметрам и по новым расходам, определяются потери напора по длине и скорости на каждом участке. После этого снова определяется невязка кольца, если она будет более допустимой, то необходимо провести еще один цикл увязки;

15. определяется невязка по контуру, которая должна быть не более 1,5. Если невязка по контуру будет более допустимого значения, то необходимо произвести перераспределение расхода по контуру.

16. результат расчёта выносят на расчётную схему.

Все расчеты по определению путевых расходов сводятся в таблицу 10.

Таблица 10 - Определение расчетных и фактических длин участков и путевых расходов

№ участков	Длины линий, м	Путевые расходы, л/с
Фактические	Расчетные
∑

Величины узловых расходов на случай максимального транзита воды в башню определяются с коэффициентом, равным отношению водопотребления населения в час максимального транзита в башню к водопотреблению населения в час максимального водоразбора.

Расчет по определению узловых расходов сводится в таблицу 11.

Таблица 11- Определение узловых расходов

№ узлов	№ участков примыкающих к узлу	Сумма расчетных длин участков, примыкающих к узлу, м	qузл, л\с
Максимально-хозяйственный водоразбор	Максимальный транзит в башню	Максимально-хозяйственный водозабор при пожаре
∑

Предварительное определение диаметров водопроводной сети производится в таблице 12.

Таблица 12- Определение диаметров водопроводной сети

№№ участков	Расходы для расчетных режимов воды, л/с	Диаметр сети, мм
Максимально- хозяйственный водоразбор	Максимальный транзит в башню	Максимально- хозяйственный водоразбор при пожаре

Расчёт сети на случай максимального водоразбора при пожаре является поверочный расчётом. Поэтому диаметры труб участков сети, определяемых для предыдущего случая, проверяют на пропуск увеличенных диаметров. При пожаре допускается увеличение скоростей движения воды больше экономических (V_пож=2,5-3 м/с), т.к. пожар продолжается сравнительно недолго. Выбор предполагаемых точек пожара производят из соображений подачи воды на тушение пожара в самые высокие и отдалённые от начала сети точки.

Расчет сети на случай максимального транзита воды в башню производится по методу Лобачева-Кросса в табличной форме.

Расчеты по увязке сети ведутся в следующем порядке:

1) по предварительно намеченным расходам, и диаметрам отдельных участков сети по таблице Ш [4] находят скорости в трубах;

2) по табл. 2 [4] находят удельные сопротивления А и поправки к ним на скорость - коэффициенты К по табл. 4 [4];

3) вычисляют сопротивления всех линий сети S = А1К, произведения S Q и потери напора во всех линиях h = S Q²

4) путем арифметического суммирования определяют для каждого кольца ∑S Q и путем алгебраического суммирования - невязки потерь напора в кольцах h =∑ S Q² .

Увязочный расход определяют по формуле

q₁= h/ 2∑ S Q, л/с

где h - невязка в кольце при первом туре расчета сети;

∑ S Q - сумма произведений сопротивления участка на расчетный расход участка;

q₁ и q₂ - исправленные расходы, л/с.

№ участка	l	Предварительное потокораспределение	1-ое исправление
q	d	v	A	K	S=AlK	Sq	Sq^2	Δq	q	Sq	Sq^2
11-5				0,94	0,00008361	1,0126	0,027516	0,330188	3,962251	0,5	11,5	0,1362	3,6368
5-6		17,11		1,3488	0,00008361	0,944656	0,0466	0,797322	13,64219	0,5	16,61	0,774	12,86
6-7		17,11		1,3488	0,00008361	0,944656	0,031593	0,540558	9,248939	0,5	17,61	0,5547	9,786
7-11				0,94	0,00008361	1,0126	0,042332	0,507981	6,095771	2,24	14,24	0,602	8,577
								∑=	2,259726				-1,866
							2*∑=	4,352097				4,49
7-11				0,94	0,00008361	1,0126	0,042332	0,507981	6,095771	2,24	14,24	0,6023	8,577
10-11				0,56	0,000007399	1,1342	0,005581	0,100452	1,808129	8,44	26,44	0,1452	3,845
9-10		36,2		0,724	0,000002299	1,07056	0,000492	0,017819	0,645056	1,74	34,46	0,017	0,594
8-9		18,31		1,0055	0,00003409	0,99934	0,016182	0,296294	5,425135	1,74	16,57	0,2684	4,448
7-8		13,15		1,032	0,00008361	0,99616	0,039562	0,520244	6,841202	1,74	11,41	0,444	5,077
								∑=	-5,00749				+2,31
							2*∑=	2,885578				2,95
11-5				0,94	0,00008361	1,0126	0,027516	0,330188	3,962251	0,5	11,5	0,3162	3,6368
3-11		17,86		0,9816	0,00003409	1,002024	0,011956	0,213528	3,813608	6,7	11,86	0,141	1,6738
3-4		33,76		1,0428	0,000007399	0,994864	0,002392	0,080765	2,726622		33,76	0,081	2,735
4-5		13,15		1,032	0,00008361	0,99616	0,0304	0,399766	5,256924		13,15	0,399	5,2568
								∑=	0,207687				+2,6812
							2*∑=	2,048493				1,862
3-11		17,86		0,9816	0,00003409	1,002024	0,011956	0,213528	3,813608	6,7	11,86	0,141	1,6738
2-3		57,34		1,1368	0,000002299	0,979536	0,000507	0,029054	1,665932	6,7	50,64	0,0253	1,282
1-2		63,25		0,8725	0,0000008336	1,02815	0,000579	0,036591	2,314403	6,7	56,55	0,033	1,851
1-10		36,69		0,8769	0,0000008336	1,027006	0,000505	0,018532	0,679952	6,7	43,39	0,2117	0,9413
10-11				0,56	0,000007399	1,1342	0,005581	0,100452	1,808129	8,44	26,44	0,1452	3,845
								∑=	5,305863				+0,02
							2*∑=	0,796314

4.4 Гидравлический расчет водоводов второго подъёма

В соответствии с принимаемой системой водоснабжения необходимо рассчитать водоводы, соединяющие водонапорную башню с сетью, и водоводы, соединяющие насосную станцию второго подъема с сетью. Для обеспечения надежности подачи воды, водоводы выполняются из двух линий.

Общий расход воды, подаваемый водоводами второго подъёма, Q^общ_ВII, л/с, принимается равным расходу воды насосной станции второго подъема.

Q^общ_ВII = Q^м-х_НСII

Длина водоводов определяется по генплану города.

Диаметр водоводов принимается с учётом экономического фактора, равного приближенно Э = 0,75

Определение потерь напора в водоводах сводится в таблицу 13.

Таблица 13 - Расчет водоводов второго подъема и башенных водоводов.

Расчетный случай работы	Расчетный расход, л/с	Диаметр, мм	Длина, м	Потери напора, м
1. максимальный водоразбор	- -	- -	- -	- -
2. максимальный транзит в башню	- -	- -	- -	- -
3. максимальный водоразбор при пожаре	- -	- -	- -	- -

Примечание: в числителе показавают потери напора в водоводах второго подъема, а в знаменателе - в башенных водоводах.