Расчёт теплового потока.

Определяем объем бака для равномерной работы насосной станции одним насосом круглосуточно (рис.2а), где  ∆⁺ - 14%, а ∆^- - 4%.

 

Определяем объем бака для двухсменной работы насосной станции одним насосом (16ч) (рис.2б), где ∆⁺ - 11%, а ∆^- - 8%.

 

Определяем объем бака для неравномерной круглосуточной работы тремя насосами (рис.2в), где  ∆⁺ - 6%, а ∆^- - 0%.

 

Определяем объем бака для работы одним насосом с  остановками (рис.2г),

где ∆⁺ - 8%, а ∆^- - 0%.

 

 

Наименьший регулирующий объем бака водонапорной башни обеспечивает  неравномерный круглосуточный режим  работы тремя насосами. Его принимаем  за рабочий режим. Опишем его: В 0 часов  включаем один насос с подачей  2% и работаем до 5 часов. В 5 часов  переходим на работу тремя насосами с общей подачей  6% и работаем до 8 часов. В 8 часов переходим на работу двумя насосами с общей  подачей  4% и работаем до 16 часов. В 16 часов вновь переходим на работу тремя насосами с общей подачей  6% и работаем до 22 ³⁰ часов.

После выбора режима работы станции второго подъёма уточняют регулирующий объем. Табл.4 позволяет  получить более точные значения (∆⁺) и (∆^-), чем их графическое определение. Величины (∆⁺) и (∆^-), определяют по графе «6» по максимальной величине воды в баке  (∆⁺) и недостатку воды в баке (∆^-). Имеем;

 

 

В баке водонапорной башни  должен хранится неприкосновенный пожарный запас воды, рассчитанный на десятиминутную продолжительность тушения пожара.

Неприкосновенный пожарный запас воды в водонапорной башни  предназначенный как непосредственно  для тушения пожара, так и для  обеспечения хозяйственных нужд при пожаре в час максимального  водоразбора:

 

где; t- продолжительность тушения пожара из башни (t-10мин);

;

где; - принятые при расчёте сети расходы воды на тушение соответственно одного наружного и одного внутреннего пожара, л/с принимаем

: и ; n – число одновременных пожаров, n-1.

 

 максимальный  секундный расход воды в сети  на хозяйственные нужды, л/с,  (таб.3 время 19⁰⁰ до 20⁰⁰)

Расчетный расход воды на наружное пожаротушение и расчетное количество одновременных пожаров в населенных пунктах следует принимать согласно прил.7. Расчетный расход воды на внутреннее пожаротушение по 5 л/с (2 струи по 2,5 л/с каждая)

 

Уточнение регулирующего  объема водонапорной башни.    Таблица 4.

Часы суток	Потребление, %	Подача, %	Приток воды в баке, %	Отток воды из бака, %	Наличие воды в баке, %
1	2	3	4	5	6
0-1	1,06050785	2	0,9394922	0	0,9394922
1-2	1,09991022	2	0,9000898	0	1,8395819
2-3	0,86732573	2	1,1326743	0	2,9722562
3-4	1,13778069	2	0,8622193	0	3,8344755
4-5	1,75194432	2	0,2480557	0	4,0825312
5-6	6,02634361	6	0	0,0263436	4,0561876
6-7	7,16397588	6	0	1,1639759	2,8922117
7-8	7,64807898	6	0	1,648079	1,2441327
8-9	4,61697377	4	0	0,6169738	0,6271589
9-10	3,46046301	4	0,539537	0	1,1666959
10-11	3,84516908	4	0,1548309	0	1,3215268
11-12	4,39322509	4	0	0,3932251	0,9283017
12-13	3,48180658	4	0,5181934	0	1,4464951
13-14	4,94976971	4	0	0,9497697	0,4967254
14-15	4,496725	4	0	0,4967254	0
15-16	3,60096905	4	0,399031	0	0,399031
16-17	3,91784621	6	2,0821538	0	2,4811847
17-18	3,17510774	6	2,8248923	0	5,306077
18-19	4,81813106	6	1,1818689	0	6,4879459
19-20	8,35138692	6	0	2,3513869	4,136559
20-21	7,76406418	6	0	1,7640642	2,3724948
21-22	7,43126824	6	0	1,4312682	0,9412266
22-23	2,94341546	6	3,0565845	0	3,9978112
23-24	1,90184397	0	0	1,901844	2,0959672

 

м³

Полученный объем водонапорной башни округляют до типовых размеров (W_б=300 м³). Из приложения 8; выбираем геометрические размеры бака и строим типовую схему, рис.2.

Принимаем: бак стальной, ствол кирпичный,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок.2. Схема бака водонапорной башни.

Объем бака	Высота ствола башни Нб,м	Типовой проект	Размеры, м				Объем конической части бака,м3
			Внутренний диаметр бака, Dвн	Строительная высота бака, Н	Высота конуса бака, h	Диаметр днища бака, d
300	15,18,21,24,30,36	901-5-24/70	8,00	8,51	3,51	1,00	66,98

 

 

5. Гидравлический расчёт тупиковой водопроводной сети.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок. 3. Генплан  населенного пункта. Село №1. Масштаб 1:30000.

1. Баня;  2.Больница;  3.Молокозавод;  4.Ферма;  5. Водонапорная башня; 6. Очистные сооружения.

 

Нанесём на план населенного  пункта схему тупиковой водопроводной  сети, стремясь к минимальной  длине  труб. После нанесения тупиковой  водопроводной сети на генплан населенного пункта, разделяем его на участки, в пределах которых расход не имеет резких изменений. Участки нумеруем. Используя масштаб генплана и горизонтали определяем длины участков L_у и отметок узловых и тупиковых точек ∆_у. Водонапорную башню устанавливают на наивысшей отметки населенного пункта. При этом она должна быть максимально приближена к водозабору и населенному пункту, что обеспечивает минимальную длину труб.

 

Водонапорная сеть проектируется  таким образом, чтобы обеспечить более или менее равномерную  нагрузку на трубопроводы. Всех потребителей воды делят на сосредоточенных, которые  локально требуют значительных расходов воды и распределённых по сети, которые  более или менее равномерно потребляют воду по длине трубопровода. К распределенным потребителям обычно относят население  и скот в личном пользовании, а  также полив зелёных насаждений. При этом для упрощения гидравлического расчёта сети полагают, что потребление воды распределенными потребителями пропорционально длине трубопровода , на котором они расположены .

 

Гидравлический расчет сети сводится к определению диаметра труб d_у, на отдельных участках трассы и высоты водонапорной башни Н, при которых подача воды будет обеспечена  в заданном количестве с минимальными экономическими затратами.

 

Заданные расходы воды можно подавать по трубам разного  диаметра. При малых диаметрах  труб уменьшаются строительные затраты, но возрастают эксплуатационные затраты, связанные с потерями напора в  трубопроводе.

 

llp

 

где  - потери напора по длине; l - коэффициент Дарси; - длина трубы;  - диаметр трубы;  V – скорость воды в трубе;  - ускорение свободного падения;  А – удельное сопротивление.

Так, например, уменьшение диаметра трубы в два раза вызывает увеличение потерь напора по длине трубопровода примерно в 36 раз при пропуске одинакового  расхода. Потери напора должны быть скомпенсированы  увеличением напора  в начале сети, создаваемому водонапорной башней. При слишком малом диаметре  трубы водонапорной сети высота водонапорной башни принимает большие значения, техническая реализация которых практически невозможна. Кроме того возрастут эксплуатационные затраты, связанные с подачей воды насосами на значительную высоту (растет геометрический напор насосов).    

Анализ показывает, что  для каждого расхода в трубе Q можно выбрать такой диаметр трубы d, при котором сумма строительных и эксплуатационных затрат будет минимальной. Такой результат получается, если принять скорость двожения воды в трубах равномерной экономически эффективной скорости, которую для средних условий строительства можно принять .  

V=1 м/с.

Тогда используя уравнение  расхода:

p

получим

p     (V_у » 1м/с)

 

Окончательно принимаем  ближайшее стандартное значение диаметра трубы. При этом следует  иметь в виду, что для наружной водопроводной сети не допускается  применение труб диаметром мене 100 мм при любых расчетных расходах.

Таким образом каждому  расходу соответствует  определенный диаметр трубопровода водопроводной  сети, т.е диаметры труб принимаются  по расходу.

Общие потери напора в трубопроводах:

 

 

где - потери напора по длине трубопровода;  - сумма потерь на всех местных сопротивлениях.

 

При расчете водопроводных  сетей учет местных потерь напора приводит к неоправданному усложнению гидравлического расчета. Поэтому  местными потерями напора пренебрегают, пологая трубопроводы гидравлически  длинными. При этом для определения  потерь напора используют основную водопроводную формулу.

 

 

где - удельное сопротивление трубопровода, зависящее от диаметра трубы и ее материала и определяемое по водопроводным таблицам, - длина трубопровода, - расход воды в трубе.

Для подачи воды потребителям в различные тупиковые точки  сети требуется различные напоры в начале сети при выбранных диаметрах  труб. В общем случае для подачи заданного расхода в произвольную точку сети требуется напор в начале сети:

                                                      ,

где - потери в трубах до i-й точки сети по кратчайшему расстоянию от водонапорной башни;  -свободный напор в i-й точке сети, обеспечивающий нормальную работу водоразборной арматуры.

Свободный напор  -это напор воды в i-й точке сети, отсчитываемый от поверхности земли; зависит от этажности здания, технологического процесса, вида водоразборной арматуры и ее значения. Так для жилых зданий в системах хозяйственно-питьевого  водоснабжения:

n -1),м,

где  n- число этажей. Принимая двухэтажную застройку (n=2), получим 2 -1)=14м.

Для вычисления высоты водонапорной башни  определяют необходимый напор в начале сети для всех ее точек.

за высоту водонапорной башни  принимают максимальную величину этого  напора (_max. Точка сети, для которой высота водонапорной башни получается максимальной, называется диктующей. Обычно диктующая точка наиболее удалена от водонапорной башни или в ней необходимо создать значительный свободный напор . Высота водонапорной башни обычно определяется относительно дна бака, т.к. уровень воды в баке может изменяться.

Определение диаметров труб водопроводной сети и потерь напора в трубах требует знания расходов воды на отдельных участках. Наличие распределенных потребителей приводит к изменению расхода по длине отдельных участков. Естественно, что на таких участках не могут прокладываться трубы переменного по длине диаметра. Поэтому, на таких участках вводится понятие «расчетного» расхода, по которому определяется диаметр трубы и потери напора в ней:

Q_расч =Q_тр+0,5Q_пут

Расчетный расход Q_расч является как бы средним расходом на данном участке водопроводной сети.

Для расчета водопроводных  сетей предложен «метод узловых  отборов», который  значительно упрощает определение расчетных расходов. По этому методу путевые отборы на отдельных участках превращают в  узловые, отнеся половину путевого отбора на начало участка, а половину на конец участка.

        

 Q Q_цтр Q_тр

 

 

В результате все путевые  отборы исчезают, а остаются только узловые.

Перенесем сеть с генплана на рисунок 4, где найдены длины  участков и основные узловые и  тупиковые точки. На рисунке 5, показаны распределение узловых и путевых  отборов. На рисунке 6а и 6б, путевые  отборы переведены в узловые по методу узловых отборов. На рисунке 7, приведены окончательные варианты расчёта тупиковой сети  с указанием длин расчётных участков, диаметров и потерь на каждом участке.

 

Для определения путевых  и транзитных расходов на отдельных  участках поступаем следующим образом:

Наносим на сеть сосредоточенные  расходы (мол.завод, ферма и т.д). Путевые расходы на отдельных участках распределяем пропорционально соответствующим длинам труб, вдоль их определения находим погонный (удельный) расход, то есть расход с 1 метра трубопровода.

å

где;     å=84,95-15,58=69,38 л/с

где;                    å

Далее находим отборы на каждом участке;

Используя метод узловых  отборов , переводим путевые отборы в узловые и определяем расчетные  расходы на каждом участке сети.

Далее определяем потери напора на каждом участке, предварительно найдя  соответствующие диаметры труб. Затем  определяем высоту водонапорной башни  для каждой точки сети. Результаты сводим в таблицу.5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет тупиковой  водопроводной сети.      Таблица.5

№ уч-ка	l,м	∆i,м	Qрасч, л/с	Qрасч, м3/с	d,м	d,мм	A	hпот, м		∆H, м	Примечание
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
0-1	100	-1	84,96	0,08496	0,32	355	0,42	0,303	13,30	1,68
1-2	275	-9	9,51	0,00951	0,11	110	192,7	4,792	9,79	5,20
1-3	125	-1	75,24	0,07524	0,309	315	0,78	0,551	13,55	1,44
3-4	275	-9	8,56	0,00856	0,104	110	192,2	3,872	8,87	6,11
3-5	125	-1	62,81	0,06281	0,23	250	2,6	1,282	14,28	0,71
5-6	275	-9	6,856	0,00686	0,09	110	192,7	2,490	7,49	7,50
5-7	125	-2	50,37	0,05037	0,25	250	2,6	0,824	12,82	2,16
7-8	275	-9	6,856	0,00686	0,09	110	192,7	2,490	7,49	7,50
7-9	125	-1	37,93	0,03793	0,219	225	4,6	0,827	13,82	1,16
9-10	250	-5	32,12	0,03212	0,202	225	4,6	1,186	10,186	4,80
10-11	375	-2	23,38	0,02338	0,172	180	14,6	2,992	14,99	0	Диктующая точка
11-12	200	-5	13,8	0,0138	0,13	140	54,5	2,075	11,07	3,91