Проектирование сетей водоснабжения в заданном населенном пункте

 

Для данного случая работы сети расчетные  расходы принимаются такими же, что и в предыдущем случае. Но, кроме этого, для данного режима работы добавляются, по требованию [1], расходы на пожаротушение.

Q нс = 2412,72 м3/ч =670,2 + 137,54 + 3*45 = 942,74 л/с

Q пут = 2500,19 м3/ч =694,49 л/с

Q п.п. = 394,68 м3/ч =109,63 л/с

Q апт = 0,06 м3/ч =0,17 л/с

Q шк = 5,6 м3/ч =1,55 л/с

Q дс = 0,69 м3/ч =0,19 л/с

Q гост = 5,47 м3/ч =1,52 л/с

Q общ = 1,17 м3/ч =0,32 л/с

 

7.3.Определение расчетных расходов воды при максимальном транзите воды в бак водонапорной башни в сутки максимального водопотребления.

 

Для определения расходов для случая максимального транзита воды в водонапорную башню находим в таблице 1 колонку 34 и выбираем строку с максимальной подачей. В данном случае необходимой для расчета является строка, соответствующая часу 23-0. Далее по этой строке находим следующие показатели: подача насосной станции (32), поступление воды в бак (34), городские расходы (4-16), расход для промышленного предприятия (26), путевой расход (27).

 

Q нс = 2412.72 м3/ч =670,2 л/с

Q вб = 1237,38 м3/ч =343,72 л/с

Q пут = 1154,09 м3/ч =320,58 л/с

Q п.п. = 18,36 м3/ч =5,1 л/с

Q дс = 0,17 м3/ч =0,05 л/с

Q гост = 1,56 м3/ч =0,43 л/с

Q общ = 1,17 м3/ч =0,32 л/с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Составление расчетных схем водопроводной сети.

 

После нахождения всех расчетных расходов составляются расчетные схемы для  всех режимов работы сети. Для этого  находится удельный расход по формуле:

Q уд = Q пут /∑й       

где Q пут – путевой расход в л/с, ∑й – сумма длин участков водопроводной сети, м (см. генплан).

Затем находим расход, проходящий по участку, по формуле:

Q уч = Q уд / й уч       

где й – длина участка водопроводной сети в м (см. генплан).

Для упрощения расчета сети делаются некоторые допущения. В данном курсовом проекте считаем, что отбор воды потребителями происходит в узлах сети, а не по длине участка. На практике по длине участка устанавливаются врезки к потребителям, в результате чего нарушается равномерность распределения воды по участку.

 

В связи с этим, приведение путевых расходов к узловым будет выглядеть следующим образом:

Q узл = Q пут 1 + Q пут 2 +…+ Q пут n /2 + Q соср   

где Q пут 1, Q пут 2, Q пут n – путевые расходы участков, сходящихся в данном узле, в л/с , Q соср – сумма сосредоточенных расходов (баня, гостиница, промышленное предприятие и т.д.), которые снабжаются водой из данного узла (см. генплан).

 

8.1.Составление расчетной схемы для случая максимального часового водопотребления в сутки максимального водопотребления.

 

Находим для данного режима удельный расход, для этого принимаем из таблицы 1 равномерно распределенный расход Q р/р = 2500,19 м3/ч =694,49 л/с

Q уд = 694,49/11,51 = 60,33 л/с.

Далее расчет следует вести по вышеприведенным формулам для каждого участка. Результаты расчета представлены в таблице 3 и на расчетной схеме.

 

8.2.Составление расчетной схемы для случая максимального часового водопотребления и пожаротушения в сутки максимального водопотребления.

 

Для данного режима удельный расход равен удельному расходу для  первого режима.

Q уд = 694,49/11,51 = 60,33 л/с.

Далее расчет следует вести по вышеприведенным формулам для каждого участка. Результаты расчета представлены в таблице 4 и на расчетной схеме.

 

8.3.Составление расчетной схемы при максимальном транзите воды в бак водонапорной башни в сутки максимального водопотребления.

 

Находим для данного режима удельный расход по формуле (7.1), для этого  принимаем из таблицы 1 равномерно распределенный расход Q р/р = 1154,09 м3/ч =320,58 л/с.

Q уд = 320,58/11,51=27,85 л/с

Далее расчет следует вести по вышеприведенным формулам для каждого участка. Результаты расчета представлены в таблице 5 и на расчетной схеме.

 

 

 

 

8.4. Определение узловых расходов  в сети водоснабжения.

 

Расчет узловых расходов приведен в таблице 6. При расчете учтены сосредоточенные расходы в населенном пункте, а также расходы на пожаротушение.

 

 

8. Предварительное потокораспределение воды по участкам водопроводной сети и назначение диаметров для всех участков сети.

 

Назначение предварительного потокораспределения расходов воды по участкам кольцевой сети является ответственной задачей в проектировании и расчете. Отметим, что при заданной конфигурации сети может быть намечено бесконечное множество вариантов распределения расходов воды по ее участкам.

В основу гидравлического расчета  положено, что распределение потоков  воды по линиям сети происходит в соответствии с законами Кирхгофа:

- по первому закону – количество воды притекающей к узлу, равно количеству воды, уходящей от узла.

Sq=0

- по второму закону – потери напора на участках водопроводной сети, по которым вода течет по часовой стрелке, должны быть равны потерям напора на участках, где вода движется против часовой стрелки (относительно данного контура).

Sh=0

Исходя из этого, производим предварительное потокораспределение для каждого расчетного случая, при этом в точке встречи потоков от насосной станции и водонапорной башни разница между поступлением воды и ее расходом должна быть равна 0.

Диаметры труб для каждого участка  назначаются с учетом всех схем распределения  потоков. Это диктуется условиями надежности работы сети.

 

10.   Гидравлический расчет водопроводной сети.

 

Для увязки водопроводной сети изначально составляются уравнения баланса расходов в узлах сети по I закону Кирхгофа. Затем составляют уравнения определяющие равенство нулю потерь напора по контурам, по II закону Кирхгофа.

Уравнения, составленные по I закону, будут являться линейными, а по II закону – нелинейными. Решение этих уравнений позволяет определить на каждом расчетном участке водопроводной сети действительный расход и соответствующий ему потери напора q _{i k} – h _{i k}.

В качестве известных величин принимаются:

1. длина участка;
2. диаметр трубы;
3. удельные сопротивления;
4. расходы для расчетных участков, принимаемые по предварительному потокораспределению;

К предварительно намеченному расходу  q_ik прибавляют поправку Dq _I, после этого получаем новый расход, равный истинному, причем этот расход должен удовлетворять системе нелинейных уравнений.

В практике для решения линейных и нелинейных уравнений широко распространены два метода:

1. Метод Лобачева – Кросса.
2. Метод Андрияшева.

В данном курсовом проекте режимы максимального водопотребления  и максимального транзита воды в  водонапорную башню рассчитаны методом  Лобачева-Кросса, а режим максимального  водопотребления и пожаротушения  – методом Андрияшева.

 

11.   Расчет потерь напора в водоводах.

 

Как видно из генерального плана, вода от насосной станции второго подъема, а также вода из водонапорной башни  подается в городскую сеть по двум водоводам, потери напора в которых  нужно учитывать при построении графика пьезометрических отметок. Следовательно, для определения  потерь напора нужно задаться диаметром  трубопроводов. Диаметр водоводов, как правило, принимается равным наибольшему из диаметров участков кольцевой сети.

В курсовом проекте длина водоводов от насосной станции второго подъема принята равной 540 м,  а диаметр - 700 мм. По двум водоводам к сети при режиме максимального водопотребления поступает 670,2 л/с. На каждый водовод приходится 670,2 / 2 = 335,1 л/с. По таблицам Шевелева Ф.А. определяются потери напора i на единицу длины водоводов диаметром 700 мм для расхода 335,1 л/с. Величина i составляет 0,00136. Тогда потери напора в водоводе режиме максимального водопотребления определятся по следующей формуле:

hв = i x Lв = 0,00136 x 540 = 0,73 (м).

При режиме максимального водопотребления  и пожаротушения по двум водоводам поступает 942,74 л/с. На каждый водовод приходится 942,74 / 2 = 471,37 л/с. По таблицам Шевелева Ф.А. определяются потери напора i на единицу длины водоводов диаметром 700 мм для расхода 471,37 л/с. Величина i составляет 0,00255. Тогда потери напора в водоводе режиме максимального водопотребления и пожаротушения определятся по формуле:

hв = i x Lв = 0,00255 x 540 = 1,38 (м).

При режиме максимального транзита воды в башню по двум водоводам к сети поступает 670,2 л/с. На каждый водовод приходится 670,2 / 2 = 335,1 л/с. По таблицам Шевелева Ф.А. определяются потери напора i на единицу длины водоводов диаметром 700 мм для расхода 335,1 л/с. Величина i составляет 0,00136. Тогда потери напора в водоводе режиме максимального транзита воды в башню определятся по формуле:

hв = i x Lв = 0,00136 x 540 = 0,73 (м).

Аналогично, определяем потери напора в водоводах от водонапорной башни:

Длина водоводов от водонапорной башни принята равной 330 м,  а диаметр - 400 мм. По двум водоводам в сеть при режиме максимального водопотребления поступает 137,54 л/с. На каждый водовод приходится 137,54 / 2 = 68,77 л/с. По таблицам Шевелева Ф.А. определяются потери напора i на единицу длины водоводов диаметром 400 мм для расхода 68,77 л/с. Величина i составляет 0,00108. Тогда потери напора в водоводе при режиме максимального водопотребления определятся по следующей формуле:

hв = i x Lв = 0,00108 x 330 = 0,356 (м).

При режиме максимального транзита воды в башню по двум водоводам  от сети поступает 343,72 л/с. На каждый водовод приходится 343,72 / 2 = 171,86 л/с. По таблицам Шевелева Ф.А. определяются потери напора i на единицу длины водоводов диаметром 400 мм для расхода 171,86 л/с. Величина i составляет 0,00602. Тогда потери напора в водоводе при режиме максимального транзита воды в башню определятся по формуле:

hв = i x Lв = 0,00602 x 330 = 1,99 (м).

 

 

 

 

 

 

12.   Построение графиков пьезометрических линий.

 

В системе водоснабжения насосные станции должны подавать воду потребителям в требуемом количестве и под требуемым напором. В трубах водопроводной сети необходимо иметь внутреннее давление p, достаточное для подъема воды до наивысшей или самой удаленной водоразборной точки и ее свободного излива из водоразборной арматуры, а также для преодоления всех сопротивлений на ее пути от сети до точки излива. Иными словами, пьезометрическая высота в точке ответвления от сети, измеряемая от поверхности земли, должна быть равна геометрической высоте подъема воды над точкой и суммарным потерям напора на пути ее движения. Пьезометрическая высота, необходимая для нормальной работы водопровода, называется «свободным напором». Свободный напор определяется этажностью зданий – для жилой застройки, или особенностями технологического процесса – для промышленного предприятия.

Графиком пьезометрических линий  называется множество точек, определяющих пьезометрические высоты для соответствующих точек сети водопровода.

Пьезометрические линия начинают строить от диктующей точки (наивысшей  или самой удаленной), чтобы выдержать  свободный напор.

Диктующей точкой является точка 3 (см генплан). Свободный напор в соответствии с нормами [1] определяется по формуле:

H_св = 10+(n-1)*4       

где n – этажность застройки (согласно исходных данных).

H_св = 10+(5-1)*4= 26 м

По результатам гидравлического  расчета строим пьезометрические линии  для всех расчетных случаев с учетом потерь в водоводах от насосной станции II-го подъема до узла 1, и потерь от узла 3 до водонапорной башни.

Согласно задания, глубина промерзания в заданном районе составляет 1,9 м. Принимаем глубину заложения сетей водопровода: 1,9 – 0,5 = 2,4 м.

 

13.   Определение потребного напора насоса и подбор марки центробежных насосов.

 

  Потребный напор насосов  для водоснабжения населенного пункта определяется по графику пьезометрических линий, построенному на продольном профиле водопроводной сети. Для нахождения необходимого напора отнимаем от пьезометрической отметки I режима геодезическую отметку поверхности земли у насосной станции второго подъема:

Н=227,62-186,0=41,62 м

При режиме пожаротушения:

Н=234,01-186,0=48,01 м

При расходе в первом режиме Q=670,2 л/с=2412,72 м³/ч и Н = 41,62 м выбираем центробежный насос двухстороннего входа марки Д3200-75, H =45 м , n= 730 об/мин.                   При расходе во втором режиме Q=942,74 л/с=3393,86 м³/ч и Н=48 м выбираем центробежный насос двухстороннего входа марки Д6300-80, Н=50м   n=545 об/мин.  

Следует установить 1 рабочий насос, 1 резервный и 2 (рабочий, резервный) для пожара. Для подачи воды в водонапорную башню принимаем насос марки Д200-36, Q=140,5, Н=38 м), 1 рабочий и 1 резервный.

Высота водонапорной башни определяется по формуле:

Нб = Нсв+∑h+Zк.т.-Zб = 26 + 1,99 + 198,0 – 200,9 = 22,09 м.

 

14.   Деталировка водопроводного кольца с указанием мест установки пожарных гидрантов и оборудования в колодцах.

 

  При проектировании наружной водопроводной сети после определения диаметров и выбора материала труб производят деталировку всех узлов сети (в курсовом проекте будет произведена деталировка кольца 1-2-3-4). Деталировка делается на рабочих чертежах, где условными обозначениями показывают арматуру и фасонные части, из которых монтируются отдельные узлы сети. Правильное конструирование узлов и рациональное использование существующего сортамента фасонных частей снижают стоимость устройства сети, уменьшают размеры колодцев. При составлении деталировки прежде всего следует наметить места установки задвижек и пожарных гидрантов. 

На наружных сетях водоснабжения проектируются 3 основных типа арматуры:

1. запорная и регулирующая арматура (задвижки, вентили и др.);
2. водоразборная арматура (уличные водоразборные колонки и уличные водоразборные краны, пожарные гидранты);
3. предохранительная арматура (предохранительные и обратные клапаны, вантузы, выпуски).