Гидравлический расчет водопроводной сети

Расчет сети должен выполняться по всем характерным расходам по часам суток максимального водопотребления, а также проверяться на пропуск необходимых количеств воды с требуемыми напорами для целей пожаротушения. Ввиду трудоемкости расчетов на практике обычно ограничиваются следующими режимами работы:

 

1) для безбашенной схемы питания – режимами максимального и минимального водопотребления;

2) для схемы с башней в начале сети – режимом максимального водопотребления;

3) для сети с контррезервуаром – режимами максимального водопотребления и максимального транзита воды в башню.

 

Определение расчетных расходов на участках

 

Прежде всего в соответствии с трассировкой водопроводной сети составляют расчетную схему отбора воды. На ней обозначают узловые точки и, уяснив характер отбора воды вдоль трассы сети, показывают сосредоточенные (узловые) и путевые (распределенные) расходы.

Сосредоточенные расходы соответствуют отбору воды отдельными крупными потребителями и определяются по формуле:

 

Q_соср = q_ч / 3600,

 

где q_ч – максимальный часовой расход для рассматриваемого потребителя;

Путевые расходы характерны для коммунального сектора и определяются по формуле:

 

q_пут = q_уд × l,

где l – длина участка;

q_уд – удельный расход (на единицу длины).

 

q_уд = q_распр / Sl,

 

где Sl – общая длина участков, проходящих по жилой застройке;

q_распр – распределительный отбор сети

 

q_распр = q_сети - SQ_соср,

 

где q_сети – общий расход сети;

S Q_соср – суммарный расход крупных потребителей.

Очевидно, сумма всех путевых и сосредоточенных расходов должна быть равна секундному хозяйственному расходу в час максимального водопотребления.

Для упрощения вычислений рекомендуется путевые расходы привести к узловым. Приведенный узловой расход находится как полусумма путевых расходов участков, примыкающих к узлу, т.е. Q_пр.узл = 0,5SQ_пут. Тогда полный расчетный узловой расход

Q_узл = Q_пр.узл + SQ_соср

Результаты расчета путевых и узловых расходов следует представить в табличной форме (см.таблицу 3.1)

 

Таблица 3.1 Путевые и узловые расходы

 

№ узла	Участок, примыкающий к узлу	Длина участка, м	Путевой расход, л/с	Узловой расход, л/с	Крупные потребители	Полный узловой расход, л/с
наимено- вание	расход, л/с

 

 

Расчет кольцевой сети

Для кольцевых сетей вследствие неопределенности направлений движения воды по участкам система возможных уравнений (баланса расхода для каждого узла, баланса напоров для каждого участка и баланса потерь напора для каждого кольца) является незамкнутой.

Разработан ряд расчетных методов для подобных гидравлических систем. Все они реализуются с обязательным соблюдением двух условий:

 

Sq = 0 (для узла);

Sh = 0 (для кольца)

Первое из них выражает равенство расходов в узле (приток равен оттоку), а второе – равенство потерь напора на участках, где вода движется по часовой стрелке и в обратном направлении.

Обычно используется метод балансирования напоров, суть которого в следующем: для рассматриваемой расчетной схемы обеспечивают выполнение условия Sq = 0 для каждого узла и последующим расчетом добиваются выполнения второго условия Sh = 0 для каждого кольца. Расчет ведется методом последовательных приближений в такой последовательности:

1) назначают направление движения воды по участкам;

2) намечают исходное распределение расходов на участках (с соблюдением условия Sq = 0 и возможности подачи воды к основным потребителям при аварийном отключении одной из линий);

3) определяют по прикидочным расходам диаметры труб на участках;

4) вычисляют потери напора на участках и выполняют увязку сети (для удовлетворения условия Sh = 0).

 

Определение диаметров труб

Диаметры труб находят по прикидочным расчетным расходам участков сети одним из известных способов /3/.

При использовании уравнения баланса расхода скорость движения воды принять в пределах u = 0,7 – 1,5 м/с. Меньше значения рекомендуются для труб диаметром d < 300 мм.

При определении диаметра с учетом экономического фактора (например, по формуле, предложенной Н.А. Карамбировым /3/) его значение удобно найти по таблицам Ф.А. Шевелева /4/.

Независимо от способа определения d следует иметь ввиду, что в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения, объединенного с противопожарным, согласно /2/ минимальный диаметр труб не может быть меньше 100 мм.

Определение потерь напора

Для расчета длинных водопроводных труб обычно используют формулу:

 

h = АКlq², (3.5)

h = Sq², (3.6)

где А – удельное сопротивление, зависит от материала и диаметра трубы;

К – поправочный коэффициент, учитывающий неквадратичность режима;

l – длина участка;

q – расчетный расход на учатске;

S – сопротивление участка.

Значение А и К принимают по справочной литературе /3, 4/.

Потери напора можно найти с использованием таблиц Ф.А. Шевелева, в которых для различных расходов q и диаметров d приведены значения 1000 I (здесь I – гидравлический уклон, выражающий потери напора на 1 м длины трубопровода).

 

Увязка кольцевой сети

Для обеспечения намеченного исходного потокораспределения в сети необходимо выполнить условие Sh = 0 (для каждого кольца).

При расчете по прикидочным расходам обычно имеем Sh = ± Dh (здесь h – невязка в кольце). Допустимая величина невязки составляет Dh_доп = 0,3 – 0,5 м. Если Dh > 0,5 м, производят увязку сети одним из известных методов /3, 5/.

Рекомендуется применить метод А.Г. Лобачева, который предусматривает перераспределение расходов (с перегруженных ветвей колец на недогруженные) путем введения поправочных расходов Dq во всех кольцах сети на каждом шаге вычислительного процесса в ходе последовательных приближений.

Поправочный расход в каждом кольце определяется по формуле:

Dq = Dh / 2 S (Sq), (3.7)

где знаменатель представляет собой удвоенную сумму произведений сопротивления S на расход q всех участков кольца.

Для участков, например, i – го кольце, имеющего общий участок с j – ым кольцом, исправленный расход в общем случае равен:

Q_{испj =} q_j Dq_i + Dq_j (3.8)

где q_i – прикидочный расход участка i – го кольца;

D q_i, Dq_j – соответственно поправочные расходы i – го и j – го кольца.

Третий член правой части (3.8) учитывается только при рассмотрении участка, принадлежащего сложным кольцам.

Аналогично определяется q_испj для участков j – го кольца:

Следует иметь ввиду, что поправочный расход пропускается по кольцу в направлении, противоположном знаку невязки (знаки Dq и Dh различны). Поэтому расчетные расходы уменьшаются на величину расхода Dq на участках с направлением движения воды, совпадающим со знаком невязки, и увеличиваются на Dq на участках с обратным движением воды.

Уточняющий расчет выполняется до получения требуемой точности. Обычно достаточно трех-четырех исправлений.

Сеть с подобранными диаметрами труб проверяется на пропуск пожарного расхода воды. В качестве расчетного принимают случай, когда время возникновения пожаров и максимального водопотребления совпадают. Необходимые для расчета число пожаров, расходы на внешнее и внутренне пожаротушение, свободные напоры в сети при пожаре, объем и место расположения пожарных запасов воды следует обосновать с учетом требований /2/.

Гидравлический расчет кольцевой сети удобно вести в табличной форме (см. таблицу 3.2).

 

Расчет тупиковых участков

Тупиковые участки следует рассматривать как боковые ответвления разветвленных трубопроводов с известным напором в точке подключения и заданным направлением движения воды.

Задача расчета сводится к определению диаметров труб по допустимым потерям напора на участках.

Минимальный диаметр согласно /2/ принимают 100 мм.