Формули для гідравлічного розрахунку водовідвідних труб і каналів

Гідравлічний розрахунок самопливних трубопроводів, лотків і каналів систем водовідведення слід виконувати на пропуск розрахункової максимальної витрати стічних вод за формулами:

(4.7)

(4.6)

де V – швидкість руху стічних вод, м/с;Q – розрахункова витрата стічних вод, м³/с; і – гідравлічний похил, який при рівномірному русі дорівнює похилу трубопроводу;ω – площа живого перерізу потоку, м²;W – швидкісна характеристика, яка обчислюється за формулою

(4.8)

де g – прискорення сили тяжіння, м/с²;R – гідравлічний радіус, м; λ – гідравлічний коефіцієнт тертя, який слід визначати за формулою, яка враховує різний ступінь турбулентності потоку

(4.9)

де Δ_е – еквівалентна шорсткість; а₂ – коефіцієнт, який враховує характер шорсткості матеріалу труб і каналів; Rе – число Рейнольдса, яке обчислюють за формулою

(4.10)

– кінематична в’язкість рідини, м²/с, яка залежить від температури стічних вод і концентрації в них зависливих речовин.

Таблиця 4.3

Значення Δ_е і а₂ слід приймати за таблицею 4.3.

Труби та канали	Δ, см	а2
Труби:
бетонні та залізобетонні	0,2
керамічні	0,135
чавунні	0,1
сталеві	0,08
азбестоцементні	0,06
поліетиленові полівінилхлорідні поліпропіленові Канали: з бута, тесаного каменя цегляні бетонні та залізобетонні монолітні теж саме, збірні (заводського виготовлення)	0,004 0,006 0,0005 0,635 0,315 0,3   0,08

У замкнених водоводах ширина потоку зверху починаючи з деякого значення глибини h зі збільшенням останньої зменшується. У верхній частині водоводу зі збільшенням глибини змочений периметр збільшується швидше, ніж площа живого перерізу, що приводить до зменшення гідравлічного радіуса R.

Таке становище згідно з формулами (4.6), (4.7), (4.8) має привести до зменшення швидкості і витрати у трубі, при наповненні більше 0,813d і 0,95d відповідно, але це не підтверджується дослідами. У зв’язку з цим для замкнених перерезів за пропозицією Ю.М. Константінова й О.О. Сапухіна [4] швидкісну характеристику рекомендують визначати за формулою

(4.11)

де - поправковий коефіцієнт, який дорівнює:

; (4.12)

значення беруть за дослідними даними.

З урахуванням викладеного і беручи z = 2/3, середню швидкість у перерізі безнапірного водоводу по відношенню до W_П – витратної характеристики при повному наповненні трубопроводу можна визначити як

, (4.13)

де В – відносна швидкісна характеристика, яка залежить від наповнення водоводу h/d; W_П визначають за таблицями, наведеними у довідниках.

Витрату у безнапірному замкненому водоводі можна записати як

(4.14)

де А – відносна витратна характеристика, що залежить від наповнення водоводу; К_П = ω_ПW_П – витратна характеристика труби при повному наповненні трубопроводу. Значення величин А і В для труб круглого поперечного перерізу наведені в добутку 4.

Розрахунки самопливних мереж виконують за допомогою таблиць, які складені по вищенаведеним формулам [9], або за допомогою розрахункових програм для ЕОМ.

При гідравлічних розрахунках самопливних колекторів діаметром більше 500мм враховують місцеві опори на поворотах, при з’єднанні потоків, у випадках, коли діаметр приєднання складає не менше 350мм, а також при наявності перепадів на основному колекторі. Витрати напору на подолання місцевих опорів в самопливних і напірних трубопроводах визначаються за формулою

(4.15)

де ξ – коефіцієнт місцевого опору.

Коефіцієнти місцевих опорів наведені в довідниках для гідравлічних розрахунків [6, 8].

Для підтримування рівномірного руху в самопливних трубопроводах водовідвідної мережі на ділянках з місцевими опорами слід передбачати додаткове пониження лотку трубопроводу на величину перепаду, який утворює місцевий опір.

Розрахунок напірних трубопроводів, дюкерів, мулопроводів зводиться до вибору діаметру труб, визначенню втрат напору на тертя по довжині трубопроводу і в місцевих опорах.

Діаметри трубопроводів визначаються за формулами рівномірного руху виходячи із розрахункової витрати і техніко-економічного обґрунтування. Швидкість руху стічних вод приймається в границях між мінімальною незамулюючою і максимальною для вибраного матеріалу труб.

Гідравлічний розрахунок напірних мулопроводів, які транспортують сирі та зброджені осади, а також активний мул, виконується із врахуванням режиму течії, фізичних властивостей і особливостей складу осадів.

При вологості 99% трубопроводи для транспорту осаду розраховуються за формулами для стічних вод.

Якщо вологість осаду менше за 99% гідравлічний похил розраховується за формулою:

(4.16)

де λ – гідравлічний коефіцієнт тертя мулопроводу,

λ = 0,00214Р_mud – 0,191 (4.17)

 

Р_mud – вологість осаду, %; - швидкість руху осаду, м/с; Д – діаметр мулопроводу,м.

Для мулопроводів діаметром 150мм величину λ, розраховану за формулою (4.17) слід збільшувати на 0,01 [1].

Найменші розрахункові швидкості руху мулу в напірних мулопроводах, які не допускають осадження більш важких часток мулу і наступного заростання трубопроводів, слід приймати за даними таблиці 4.6 [1].

Таблиця 4.4

Найменші розрахункові швидкості руху осадів _min

Вологість осаду Рmud, %	min, м/с, для діаметрів, мм
150 - 200	250 - 400
	0,8	0,9
	0,9	1,0
	1,0	1,1
	1,1	1,2
	1,2	1,3
	1,3	1,4
	1,4	1,5
	1,7	1,8
	1,9	2,1

 

Після гідравлічного розрахунку самопливних мереж, колекторів і каналів, а також напірних трубопроводів побутових і виробничих стічних вод їх слід перевірити на пропуск розрахункової максимальної витрати і додаткового припливу поверхневих і ґрунтових вод в періоди дощів, які неорганізовано надходять у водовідвідні мережі через нещільності люків колодязів і за рахунок інфільтрації. Додатковий приплив q_ad визначається на основі спеціальних вишукувань або даних експлуатації аналогічних об’єктів, а при їх відсутності за формулою:

(4.18)

де L – загальна довжина самопливних трубопроводів до розрахункової споруди (створу трубопроводів), км;

m_d – максимальна добова кількість опадів, мм, яка визначається за СНіП 2.01.01-82.

Перевірочний розрахунок самопливних трубопроводів і каналів з поперечним перерізом любої форми на пропуск збільшеної витрати здійснюється при наповненні 0,95 висоти труби. Якщо наповнення більше змінюють діаметр або похил трубопроводу.