Водозаборные сооружения

 

 Пример расчета регулирующей  емкости РЧВ приведен в табл.7.       В примере регулирующий объем  РЧВ составляет 21,71 % от Q_{сут.макс}. Например, если Q_{сут.макс} = 21753 м³/сут, 2 расчетных пожара по 20 л/с и один пожар на промпредприятии 15 л/с, объем РЧВ составит:

W_рчв = 21753·21,71/100 +0,04·21753 + (30·2+15)·3600·3/1000=6185 м³.

Емкость водонапорной башни W_б, м³ кроме регулирующего объема, включает в себя десятиминутный объем на тушение пожара:

.

Для расчета регулирующих объемов  в случае системы с водонапорной башней необходимо предварительно задаться производительностью и режимом работы насосов на насосной станции второго подъема, подающей воду из РЧВ в город. В этом случае подача насосов в часы максимального водопотребления может быть равной максимальному расчетному расходу, больше или меньше его на 5-10 %. Величину подачи можно при предварительных расчетах принимать по данным табл. 6.

5. Трассировка сети

 

Трассировкой называют начертание сети в плане. В городах  и поселках применяют, в основном, кольцевое начертание сети. При составлении трассировки нужно стремиться, чтобы сеть имела возможную наименьшую длину. Для достижения этой цели необходимо линии сети прокладывать по улицам внутри городской застройки и обеспечивать двухстороннее питание кварталов. Кроме того, желательно, чтобы магистрали были проложены по наиболее возвышенным участкам территории. Рекомендуется длину магистральных участков (расстояния между узлами) принимать равной 400-800 м. Направление потоков – от узла питания к удаленным узлам сети.  При определении направлений потоков желательно в каждом кольце наметить часть участков с направлением по часовой стрелке, другую часть, примерно такой же длины – против часовой стрелки. На сети образуется одна или более точек схода потоков (рис. 1).

 

6. Подготовка сети к расчету

 

Подготовка сети к расчету заключается  в определении предварительных расчетных расходов на участках, назначении диаметров и нахождении потерь напора на участках; определяются также невязки в  кольцах при пропуске этих расчетных расходов.

Подготовка производится для схемы  сети, намеченной при трассировке для обоих расчетных случаев: при пропуске максимального хозяйственно-питьевого расхода и при одновременном пропуске максимального хозяйственно-питьевого и пожарного расходов.

Вначале находят удельные расходы  для каждого района q_уд, л/с, т.е. расходы на 1 м длины сети:

,

где q_макс – расход воды в час максимального водопотребления района за

вычетом расходов крупных  потребителей (сосредоточенных

расходов, которые привязывают  к отдельным узлам), л/с;

        Σl – суммарная расчетная длина всех участков в сети района, от

    которых производится  отбор воды.

Если участок сети обслуживает одновременно два района, то при определении q_уд берется та часть его длины, которая относится к данному району; на смежных участках берется половина длины.

Расход воды, отдаваемый участком длиной l_уч – путевой расход участка q_пут, л/с, находят по формуле

.

Расчеты путевых расходов производят с помощью табл. 8.

В примере расчета (табл. 5) в час максимального водопотребления  от 17 до 18 часов расход воды первым районом ( с учетом поливного расхода)

536,8 + 86 = 685,8 м³/ч   или  q₁ = 685,8 / 3,6 = 190,5 л/с;

расход вторым районом

643,2 + 77 + 104 = 824,2 м³/ч,   или q₂ = 228,9 1/с;

суммарный часовой расход 1556,19 м³/ч (432,3 л/с), в том числе расход воды промпредприятием 46,9 м³/ч (13,0 л/с).

Удельные расходы:

  q_уд1=190,5/3320=0,05738 л/(с · м),

  q_уд2=228,9/3040=0,07530 л/(с · м).

Сумма всех путевых расходов должна равняться сумме часовых  расходов 1-го и 2-го районов, взятых в  час их наибольшего водопотребления, с учетом расходов на полив.

После определения путевых  расходов возникает необходимость  уточнения направления потоков  для сети, у которой два или  более источников питания (например, для сети с контррезервуаром). В этом случае необходимо выделить зоны питания для каждого источника так, чтобы сумма путевых расходов соответствовала подаче воды от источника.

Таблица 8

Определение путевых расходов

 

№ участ-ка	Фактичес- кая длина, м	1-й район		2-й район		Сум-мар-ный путе-вой  расход
		Расчетная длина	qпут, л/с	Расчетная длина	qпут, л/с
1	2	3	4	5	6	7
1-2	420			420	31,62	31,62
2-3	320			320	24,09	24,09
3-4	560			560	42,16	42,16
1-5	540			540	40,66	40,66
5-4	600	300	17,21	300	22,59	39,80
3-11	280			280	21,08	21,08
11-10	280			280	21,08	21,08
4-10	480	240	13,77	240	18,07	31,84
10-9	580	580	33,28			33,28
8-9	480	480	27,54			27,54
4-8	580	580	33,28			33,28
5-6	200	100	5,74	100	7,53	13,27
6-7	820		47,05			47,05
8-7	220		12,62			12,62
		Sl=3320	q1= 190,5	Sl=3040	q2=228,9	419,4

Полученные путевые  расходы сводят в узловые q_узл, л/с. Узловые расходы (рис. 2) определяют как полусумму путевых расходов участков q_пут, примыкающих к данному узлу, плюс сосредоточенный расход в узле q_соср (если он имеется):

.

Например, к узлу 10 (рис.1) примыкают 3 участка 4-10, 11-10, 10-9; узловой расход равен

q_уз,10 = (31,84 + 21,08 + 33,28)•0,5 = 43,10 л/с.

К точке 3 примыкает промышленное предприятие с расходом 13,0 л/с, тогда

q_уз,3 = (24,09 + 42,16 + 21,08)•0,5 + 13,0= 56,67 л/с.

При расчете на случай одновременного максимального расходов воды городом и на тушение пожаров к узловым расходам прибавляют расходы на тушение пожаров. Места пожаров назначают в точках, удаленных от точек питания сети. В примере (рис. 2) 2 пожара (с расходом воды по 20 л/с) приняты в точках 7 и 9, а также в точке 3 – пожар на     промпредприятии (расход-10 л/с). Полученные значения q_уз наносят на схему сети для каждого узла. Сумма всех узловых расходов должна равняться расходу воды всем населенным пунктом в час его наибольшего водопотребления.

Предварительные расчетные расходы  q_р получают путем распределения узловых расходов по участкам сети, начиная распределение от точек схода потоков. При этом руководствуются правилом: расход притока к узлу должен быть равен расходу из этого узла плюс узловой расход (если он имеется в этом узле), т.е. алгебраическая сумма расходов в каждом узле должна быть равна нулю [4].

Сеть проектируют из полиэтиленовых или чугунных напорных труб, в некоторых случаях применяют асбесто-цементные или стальные трубы, которые должны быть покрыты изнутри антикоррозионной изоляцией. Полученные предварительные значения расчетных расходов позволяют наметить диаметры трубопроводов. Обоснованные значения диаметров можно получить, проведя технико-экономическое сравнение вариантов. Расчеты основаны на том, что при увеличенных значениях диаметров  возрастает их строительная стоимость; с другой стороны на больших диметрах невелики потери напора, и, следовательно, уменьшается стоимость электроэнергии,  затраченной на перекачку  воды. Выбираются такие значения, которые соответствуют минимальным среднегодовым затратам. В курсовом проекте допускается расчет диаметров D, м, производить по формулам

D = 0,05 q^0,4 ,

где q – расчетный расход на участке в л/с; с учетом пожарного расхода или

,

где q_n – расход на тушение одного пожара, л/с. По вычисленным значениям подбирают стандартные диаметры (табл. 9) по существующим сортаментам (приложение 1).

Таблица 9

Определение диаметров труб (q_n = 20 л/с)

 

N участка	Расход q, л/с	D, м	Расход с учетом пожара q+0,5qn	D. м	Стандартный внутренний диаметр, тип трубы
1-2	219,5	0,43	229,5	0,454	0,404м, чугун ГОСТ 9583-75
2-3	191,7	0,41	201,7	0,426	0,404м          -----«-----«------
3-4	84,8	0,295	94,8	0,292	0,3044м        -----«-----«----
1-5	176,7	0,396	186,7	0,410	0,404м          -----«-----«----
5-4	84,8	0,295	94,8	0,292	0,3044м         -----«-----«----
3-11	50,23	0,239	60,23	0,232	0,2792 м, полиэтилен, ГОСТ 18599-84   -----«-----«----
11-10	29,15	0,192	39,15	0,187	0,1994м   -----«-----«----
4-10	29,15	0,192	39,15	0,187	0,1994 м  -----«-----«----
10-9	15,20	0,148	25,20	0,150	0,1596 м  -----«-----«----
8-9	15,21	0,148	25,21	0,151	0,1596 м  -----«-----«----
4-8	66,85	0,268	76,85	0,262	0,2792 м  -----«-----«----
5-6	45,08	0,229	55,08	0,222	0,1994 м  -----«-----«----
6-7	14,92	0,147	24,92	0,150	0,1596 м  -----«-----«----
8-7	14,92	0,147	24,92	0,150	0,1596 м  -----«-----«----

В городах участки  кольцевых сетей выполняют из труб диаметром не менее 100-130 мм.

Полученные первоначальные значения расходов на участках требуется уточнить так, чтобы сумма потерь напора на участках, направленных по часовой стрелке в любом замкнутом контуре или кольце была равна сумме потерь напора на участках, направленных против часовой стрелки. В этом собственно и заключается принцип гидравлической увязки кольцевых сетей.

7.Определение гидравлических  сопротивлений 

участков и  потерь напора

 

Потери напора вычисляются по формуле

,

где i – гидравлический уклон;

      l – длина участка, м;

     Σξ –  сумма коэффициентов местных  сопротивлений;

     V – скорость воды, м/с.

Гидравлический уклон  определяется по формуле

,

где λ – коэффициент  сопротивления труб по длине

 

или

Для пластмассовых труб А₁ = 0,011, m = 0,19; С = 3,51 (для температуры 10 ⁰С).

Для чугунных труб при  скорости V < 1,2 м/с, А₁ = 0,0179, m = 0,3,    С = 0,867; при скорости V = 1,2 м/с А₁= 0,021,   m= 0,3,    C = 0.

При определении потерь напора для воды с другой температурой t₁, коэффициент С_t вычисляется по формуле

,

где n_t, n₁₀ – коэффициенты кинематической вязкости воды при соответст-

вующей температуре.

При подготовке сети к гидравлической увязке определяют коэффициент λ для каждого участка, затем после вычисления исправленных расходов на участках значения λ уточняются.

С учетом выражения для  скорости формулу для определения потерь напора можно представить в виде

 или  ,

где S – сопротивление участка;  l – длина, м.

Сумму коэффициентов  местных сопротивлений при предварительных  расчетах принимают в пределах Σξ = 2…5. В примере расчета вычислены значения λ для чугунных труб на участке 3-4:

λ = 0,0210/0,3044^0,3 = 0,030.

Сопротивление на этом участке  равно

Сопротивление S определено для расхода, выраженного в м³/с; для расхода в л/с S=0,0005606 c²/л⁵.

На участке 4-10 для пластмассовых труб получают:

;

или S= 0,002688 с²/л⁵.

Пример гидравлической увязки сети по методу Лобачева-Кросса приведен в  табл. 10. Участки в таблице сгруппированы по кольцам. При вычислении потерь напора рекомендуется выражать величины потерь для участков, направленных в кольце по часовой стрелке – со знаком «+», против часовой стрелки – со знаком «-». Невязка в кольце вычисляется как алгебраическая сумма потерь напора. Чтобы уменьшить величину невязки, необходимо ввести поправки в величины расходов. Поправочный расход  вычисляется по формуле