Гидравлический расчет кольцевых водопроводных сетей

" Гидравлический расчет кольцевых водопроводных сетей"

1. Исходные данные

1.1 Описание расчетной схемы водоснабжения

Необходимо произвести расчет системы водоснабжения населенного пункта и железнодорожной станции.

Водоснабжение железнодорожного поселка осуществляется подземными водами.

Вода из водосборной галереи 1 поступает в приемный резервуар 2 и оттуда к насосной станции 3 по напорному водоводу подается в водонапорную башню 4, из которой потом поступает в кольцевую водопроводную сеть 4−5-6−7-8−9, снабжающую водой населенный пункт и следующие промышленные и хозяйственные водопотребители:

Рисунок 1. Схема водоснабжения:

1 — Источник водоснабжения

2 — Приемный резервуар

3 — Насосная станция

4 — Водонапорная башня

5 — Станционное здание и краны для заправки пассажирских вагонов

6 — Локомотивное депо

7 — Промышленное предприятие № 1

8 — Промышленное предприятие № 2

9 — Промышленное предприятие № 3

Расход воды на хозяйственно — питьевые нужды и полив улиц и зеленых насаждений равномерно распределен вдоль оси разводящей сети.

1.2 Исходные данные для расчета

1. Расчетное число жителей в поселке -22 170 чел.

2. Этажность застройки — 10 этажей.

3. Здания населенного пункта оборудованы внутренним водопроводом и канализацией без ванн.

4. На станции ежедневно заполняется водой -317 вагонов.

5. Максимальные суточные расходы воды:

промышленными предприятиями:

№ 1 — 3217, м³/сут

№ 2 — 3717, м³/сут

№ 3 — 4217, м³/сут Локомотивное депо — 517, м³/сут

6. Длина участков труб:

3−4 — 4217 м

4−5 — 1017 м

5−6 — 1317 м

6−7 — 817 м

7−8 — 1317 м

8−9 — 1317 м

4−9 — 817 м

4−7 — 1317 м

7. Отметки земли:

— Насосной станции (точка 4) — 264 м

— В точке 5 — 282 м

— В точке 8 — 274 м

— В точке 6 — 278 м

8. Отметки воды в приемном резервуаре — 258 м.

2.Деление расчетных суточных расходов воды

Основным водопотребителем в поселках и городах являются население, которое расходует воду на хозяйственные и питьевые нужды. Количество воды для этих нужд зависит от степени санитарно-технического оборудования жилых домов, развития сети предприятий общественного обслуживания и общего благоустройства города.

Определение суточного расхода воды Q^сут:

· Населенный пункт:

Q_ср=N*q, м³

Q_max =N*q*K_max, м³

где N= 22 170 чел;

К_max= 1,2; К_min= 0,8

q= 0,2 м³ /сут

Q_ср =22 170*0,2=4434 м³

Q_max =22 170*0,2*1,2=5320,8 м³

Q_min=N*q*K_min= 22 170*0.2*0.8=3547,2 м³

Наибольший расчётный суточный расход является основой для расчета большинства сооружений систем водоснабжения.

· Поливка улиц и зеленых насаждений:

Q=N_i*q_пол м³/сут, где N_i — число жителей в поселке;

q_пол— норма воды на полив, приходящаяся на одного жителя;

q_пол=0,07 м³/сут;

Q=22 170*0,07=1551,9 м³/сут .

· Заправка вагонов:

Q=N*q м³/сут, где N — количество вагонов;

N=317 шт;

q=1 м³/сут;

Q =317*1=317 м³/сут.

Расчетные суточные расходы воды Таблица 1

Свободный напор для хозяйственно-питьевого водоснабжения определяем по формуле:

Н_св=10+4(n-1) м. вод. ст. (1)

где n — этажность застройки. Н_св=10+4(10−1)=46 м .вод. ст. принимаем Н_св=46 м. вод. ст.

3. Определение расчетных секундных расходов воды

3.1 Расчет для круглосуточно действующих объектов

водоснабжение населенный пункт

Расчетные секундные расходы воды определяют в л/сутки для отдельных категорий водопотребления. При этом нужно учесть, что одни пункты водопотребления работают круглосуточно (поселок, промпредприятия, железнодорожная станция, депо), а другие — неполные сутки (поливка улиц и зеленых насаждений, заправка вагонов на станции).

Секундный расход круглосуточно работающих объектов водопотребления определяем по формуле:

q_сек=К_час*Q_max^сут /86 400 м³/с (2)

где: К_час — коэффициент часовой неравномерности (к_час=1,56),

Q_max — суточный расход в сутки наибольшего водопотребления;

86 400 — число секунд в сутках.

— хозяйственно-питьевые нужды:

q_сек=1,5*5320,8/86 400=0,096 м³/с

— промышленное предприятие № 1:

q_сек=1,5*3217/86 400=0,0558 м³/с

— промышленное предприятие № 2:

q_сек=1,5*3717/86 400=0,0645 м³/с

— промышленное предприятие № 3:

q_сек=1,5*4217/86 400=0,0732 м³/с

— локомотивное депо:

q_сек=1,5*517/86 400=0,0089 м³/с

— вокзал:

q_сек=1,5*15/86 400=0,26 м³/с

3.2 Расчет для периодически действующих объектов

Расчетные секундные расходы для периодически действующих объектов определяются по формуле:

q_сек=Q_max^сут /(3600*Т_потр), м³/ с (3)

где: Т_потр — период работы объекта в часах.

3600 — количество секунд в часе.

— поливка улиц и зеленых насаждений:

Т_потр=8 часов

q_сек=1551,9/(3600*8)=0,0538 м³/с

— Заправка вагонов:

Т_потр=n_{поездов}*t_поезда,

где: n_{поездов} — количество поездов;

n_{поездов}=N_{вагонов}/15=317/15=21;

t_поезда — время заправки одного поезда (0,5 ч);

Т_потр=21*0,5=10 час.

q_сек=317/(3600*10)=0,881 м³/с

4. Подготовка магистральной разводящей сети к гидравлическому расчету

Подготовка магистральной разводящей сети к гидравлическому расчету заключается в составлении расчетной схемы подачи воды сетью и предварительном распределении потоков воды по ее разводящим линиям. В кольцевых сетях заданные отборы воды могут быть обеспечены при неограниченном числе вариантов распределения воды по участкам сети.

4.1 Определение путевых расходов

Расход, приходящийся на 1 погонный метр разводящей сети, называют удельным расходом:

q_уд= (q_сек^хпн + q_сек^поп)/ L; м³/сек где: q_сек^хпн и q_сек^поп — суммарный секундный расход соответственно на хозяйственно-питьевые нужды и полив улиц;

L — суммарная длина линий, отдающих воду, м;

q_уд= (0,096 +0,0538)/7619 =0,196 м³/ сек Расход воды, отдаваемый каждым участком q_пут, определяется по формуле:

q_{пут (i)}=q_уд*l_i м³/сут где: l_i — длина каждого участка разводящей сети

Таблица 2. Путевые расходы разводящей сети

4.2 Определение узловых расходов

Узловой расход определяется по формуле:

q_узл=0,5q_{пут (i)}+q_соср м³/сут где: q_соср — сосредоточенный расход потребителя, присоединенного к узлу.

Таблица 3. Узловые расходы разводящей сети

q₆=0,298 132 q₇=0,866 798 q₈=0,873 732

Рис.

q₅=0,316 732 q₉=0,941 132

Рисунок 2. Расчетная схема водопроводной сети с узловыми расходами

4.3 Предварительное распределение потоков воды по линиям разводящей сети

Предварительное потокораспределение должно быть произведено так, чтобы оно обеспечивало наиболее рациональные диаметры труб её участков и удовлетворяло требованию надёжности.

На нашей разводящей сети (см. рис.2)в три дальних узла необходимо подать одновременно расход q_узл6 + q_узл7 + q_узл8 по трём магистральным линиям 5−6, 4−7, 9−8.

Расходы по линиям 5−6, 4−7, 9−8 будут равны:

q_{маг (5−6, 4−7, 9−8)}= (q_узл6 + q_узл7 + q_узл8)/3 м³/с;

q_{маг (5−6, 4−7, 9−8)}= (0,298 132+ 0,866 798+0,873 732)/3=0,20 386 м³/с;

q₄₋₅= q₅₋₆ + q_узл5 =0,2 038 662+ 0,316 732= 0,2 355 394 м³/с;

q₄₋₉= q₉₋₈ + q_узл9 =0,2 038 662+0,941 132= 0,2 979 794 м³/с;

q₆₋₇= q₅₋₆ — q_узл6 =0,2 038 662- 0,298 132= 0,174 053 м³/с;

q₈₋₇= q₉₋₈ — q_узл8 =0,2 038 662- 0,873 732= 0,116 493 м³/с.

Рисунок 3. Предварительное распределение потоков воды

4.4 Определение диаметров линий разводящей сети

По предварительно намеченным расходам определяем диаметр участков разводящей сети:

Таблица 4

5. Гидравлический расчет магистральной разводящей сети

Гидравлический расчёт производится после начального потокораспределения экономически наивыгоднейших диаметров линий сети.

Гидравлический расчёт кольцевой сети ведём по методу Лобачёва В.Г.

5.1 Определение и запись на расчетную схему исходных данных

Рисунок 4. Расчетная схема разводящей сети

5.2 Определение потери напора во всех участках сети

Потери напора на каждом участке сети определяется по формуле :

h_i = д A_oi l_i q_i² ,

где: q_i — расход i — го участка сети;

Р_i — длина этого же участка сети

A_oi — удельное сопротивление рассматриваемого участка;

д — коэффициент, зависящий от скорости движения воды и материала труб;

принимаем = 1.

5.3 определение поправочного расхода

Д q_К= - Д h_К / (д У A_{i к} q_{i К} ^д-1),

где: Д q_К — поправочный расход к-ого кольца;

Д h_К — невязка к-ого кольца;

A_{i к} — сопротивление i — ого участка к-ого кольца;

A_{i к} q_{i К} ^д-1 — сумма произведений сопротивлений трубопровода на расход к-ого кольца.

Для квадратической области сопротивления :

Д q_К= - Д h_К / (2 У (A_i q_i) к);

Расчет продолжаем до тех пор, пока невязка не будет меньше 0,5 м Все расчеты приводим в таблицу:

Таблица

Таблица

6.Определение высоты водонапорной башни и емкости напорного бака

При определении емкости бака водонапорной башни исходим из следующего:

— расход воды из бака объектами неравномерен и зависит от времени суток, а подача воды насосами в бак равномерна;

— распределение расходов воды по часам принимаем в зависимости от коэффициента часовой неравномерности, установленного СНиП, и характера объекта водоснабжения (населенный пункт, промпредприятие, здание специального назначения и т. п.)

Рис.

H_б = Z_дт + H_св + ?h_w — Z _б ,

где: Z_б — отметка земли насосной станции (точка 4);

Z_дт — отметка земли в диктующей точке;

H_св — свободный напор;

H_св = 10+4(n-1)=46м

?h_w — потери напора до диктующей точки из расчета по модулю.

Для точки 6: H_б =278+30+8,66 — 264-= 52,66=53 м.

Для точки 8: H_б =274+30+14,94 — 264=54,94=55 м.

Принимаем H_б =55 м.

Таблица. Емкость бака (К=1,35)

Находим объем бака:

W= (Q_max ^сут / 100)*A, м³

где: Q_max^сут — максимальный суточный расход

Q_max^сут= 19 412 м³

A — наибольший остаток в баке %

А=7,2%

W= (19 412/100)*7,2=1397,664 м³

Диаметр бака:

D =³v (W / 0,55)=13,64=14м.

Высота бака:

h= 0,7 D =9,8=10 м.

7.Гидравлический расчет водонапорного водовода

Рис.

Напорный водовод подает воду от источника до водонапорной башни. Для обеспечения бесперебойной работы водовода прокладывают несколько ниток (но не менее 2). Расчет ведется на пропуск максимального суточного расхода. Секундный расход воды определяется по формуле:

q_{водовода} =Q_max ^сут / 3600*T*n, м³/с где: Q_max^сут — максимальный суточный расход;

Твремя работы насосов (Т=23часа);

n — число ниток водовода (n=2).

q_{водовода} =19 412/3600*23*2=0,1172

8.Определение потребной производительности и напора водопроводных насосов, подбор типа насосов, определение отметки оси насоса и соображение по сооружению насосной станции

Рабочий напор насоса можно определить по формуле :

H_тр. = Z_б + H_б + h_б — Z_л + h_вод, м где Z_б — отметка земли в месте установки водонапорной башни (точка 4).

H_б — высота башни;

h_б — высота бака в месте расположения башни;

Z_л — отметка земли в источнике;

h_вод — потери напора водовода.

H_тр. =264+55+9−258+23,6=93,6 м

8.1 Определение потребной мощности и подбор типа насосов

Полезная мощность насоса:

N_п = (Q · Hтр·с·g) / ?, Вт

N_п =(0,1027*93,6*1000*9,81)/0,8=94,3 кВт где: Q — производительность насоса, равная расходу, пропускаемому одной ниткой водовода, м³/с (равна q_{водовода})

H_тр— требуемый напор насоса, м сплотность перекачиваемой жидкости, равная 1000 кг/м³

g — ускорение свободного падения =9,81 м/с²

з — КПД насоса, з = 0,8

По свободным графикам основных технических данных центробежных насосов подбираем насос:

H_тр=93,6/2=46,8 м и q_{водовода}=0,1027 м³/с =110 л/сек > насос типа 6НДс 2950, подбираем 2 насоса, соединенных последовательно.

8.2 Определение отметки оси насоса

Отметку оси насоса можно определить по формуле:

Z_н= Z_и+h_г, м где: Z_н — отметка насоса;

Z_и — отметка воды в источнике;

h_г — геометрическая высота всасывания.

h_г = H_вак^доп— h-V²/2g, м где: H_вак^доп — допустимый вакуум для данного насоса (H_вак^доп=8 м);

h — потери напора во всасывающей линии;

V-скорость движения воды во всасывающей линии.

Потери напора во всасывающей линии определяются по формуле:

h = А_вс *l_вс* q_вод²*1,4, м Для вычисления потери напора необходимо определить параметры всасывающей линии. Воспользуемся формулой для определения диаметра всасывающей линии:

d_вс = d_вод *1,5, мм где d_вод — диаметр водовода (300 мм)

d_вс =450*1,5=675 мм Пользуясь приложением по секундному расходу водовода и учитывая предельный экономический расход Э=0,5 м³/с (трубы стальные), принимаем удельное сопротивление А_вс =0,099 м/с и площадь живого сечения w_вс =0,1706 мм², l_вс=80.

h =0,099*80*0,1027² *1,4=1,00 м Скорость движения воды во всасывающей линии определяется:

V= q_вод/ w_вс =0,1027/0,1706=1,353 м/с Тогда геометрическая высота всасывания определится:

h_г =8−1,00−1,353²/(2*9,81)=0,263 м Зная вычисленные значения получим отметку насоса:

Z_н=258+0,258=258,258 м.