Водоснабжение

Такой точкой будет наиболее удаленный узел сети — узел 6. Полученная схема представлена на рис 6.Рис.

6. Расчетная схема магистральной водопроводной сети (сосредоточенные расходы воды): а — режим максимального водопотребления; б — то же, при тушении пожаров

Для удобства ведения расчетов путевые расходы воды также заменяют сосредоточенными, т. е. условно считают, что половину путевого расхода забирают в начале участка, а половину в конце. Эти фиктивные сосредоточенные расходы воды называют условными узловыми расходамиводы.Qmу.узл. = 0,5(ql-mпут. + qm-nпут.). (16)Расчетный узловой расход воды: Qmр.узл. = Qmу.узл. + Qmсоср.(17)Результаты вычислений заносим в табл.

5 и представляем в виде расчетной схемы на рис.

7.После вычисления узловыхводоотборов производим предварительное (в первом приближении) потокораспределение по участкам магистральной сети. Направление потоков в кольце задаем согласно схеме. Точку встречи потоков намечаем в узле 6, как наиболее удаленном от начала сети. В дальнейшем этот узел будем именовать диктующим узлом. При определении расчетных расходов воды по участкам сети следует руководствоваться следующим положением:

для всех узлов сети должно выполняться условие (первый закон Кирхгофа):Qi= 0 (18) Количество воды, приходящее в узел, должно быть равно количеству воды, выходящему из этого узла. Полученные в первом приближении значения расчетных расходов по участкам сети записываем на расчетную схему (рис.

8).Таблица 5. Определение расчетных узловых расходов для режимов максимального часового водоразбора и максимального часового водоразбора с пожаротушением в сутки максимального водопотребления

НомераузловНомераучастков Длина

Участковм Раздача

УсловнаядлинаучастковмПутевой

Расходл/с I расчетныйслучайII расчетныйслучай qусл.

узлq сосрq р.узлqусл.

узлq сосрq р. узлл/сл/сл/сл/сл/сл/с1 234 567 891 011 121 2,912,395,302,912,395,30 1−219 012 851,94 2 1,620,11,721,620,11,72 2−319 011 901,29 3 1,29 1,291,29 1,29 3−419 011 901,29 4 1,29 1,291,29 1,29 4−519 011 901,29 5 2,592,244,832,592,244,83 5−628 525 703,88 6 3,23 3,233,233 033,23 6−719 023 802,59 7 1,940,051,991,940,051,99 7−819 011 901,29 8 1,29 1,291,29 1,29 8−919 011 901,29 9 1,94 1,941,94 1,94 9−1 019 023 802,59 10 3,23 3,233,23 3,23 10−128 525 703,88 Итого:

313 521,3321,334,7826,1121,3334,7856,11Рис.

7. Расчетная схема магистральной водопроводной сети (расчетные узловые расходы воды): а — режим максимального водопотребления; б — то же, при тушении пожаров7.

2. Гидравлический расчет

Гидравлический расчет водопроводной сети сводится к выбору экономически наивыгоднейших диаметров труб и определению потерь напора на ее участках. Вычисленные потери напора используются затем для расчета высоты водонапорной башни и потребного напора насосов, питающих водопроводную сеть.Рис.

8. Расчетная схема магистральной водопроводной сети (расчетные узловые расходы воды и расчетные расходы воды по участкам сети): а — режим максимального водопотребления; б — то же, при тушении пожаров

Начнем с определения диаметров труб. Магистральную водопроводную сеть будем изготовлять из асбестоцементных водопроводных труб (диаметры труб не более 500 мм). Заполним последовательно в табл.

6 и 7 столбцы 1;2 и 4. При заполнении таблицы выделим участки с движением воды по часовой стрелке и против часовой стрелки. Для первого расчетного случая по приложению 14 (асбестоцементные трубы) в зависимости от экономического фактора Э и расчетных расходов воды по участкам сети назначим условные диаметры труб. Не забываем, что диаметр труб магистральной сети согласно [1] должен быть не менее 100 мм. Выбранные диаметры заносим в столбец 3. Во втором расчетном случае (тушение пожаров) расчетные расходы по участкам сети больше, следовательно, больше будут и потери напора. Чтобы избежать чрезмерного (свыше 60 м) свободного напора в сети, необходимо на отдельных участках сети диаметр труб увеличить.

Рекомендуем сравнить расчетные расходы воды по участкам сети для рассматриваемых режимов работы системы водоснабжения. Если при тушении пожаров расчетный расход возрастает более чем в 2,5 раза, то диаметр труб можно увеличить на один размер по сортаменту. В рассматриваемом примере диаметры труб увеличены на участках 3−4, 4−5, 7−8, 8−9, 9−10.Потери напора на отдельных участках сети определяем по формуле 12 (см. раздел

6). Величину скорости находим из выражения = qm, где m = 4/d2. Значения

А, mи К берем из приложений 15 и 16. Вычисляем и заносим в столбец 8 произведения КАqрl, которые потребуются в дальнейшем для определения поправочных расходов воды. Проверим нашу сеть на соответствие второму закону Кирхгофа: hi= 0 (19)Сумма потерь напора на участках с движением воды по часовой стрелке должна быть равна сумме потерь напора на участках с движением воды против часовой стрелки. В практических расчетах считается допустимой невязка потерь напора hне более 0,3 м для первого расчетного случая и не более 0,5 м для случая пожаротушения. h 1 = 4,67 — 4,0 = 0,67 м hдоп = 0,3 м;h 2 = 48,41 — 46,85 = 1,56 м hдоп = 0,5 м. И в том и в другом случае невязка потерь напора превышает допустимую невязку, следовательно, заданное в первом приближении потокораспределение не соответствует реальности. Необходимо произвести коррекцию расходов по участкам сети или, как говорят, увязку сети. Увязка кольцевой водопроводной сети сводится к определению значения поправочного расхода q, при внесении которого будет найдено истинное распределение расходов воды по участкам сети. Наибольшее распространение получил метод увязки кольцевых сетей предложенный проф. В. Г. Лобачевым. Согласно этому методу поправочный расход воды вычисляют по формуле: q = h / 2 КАqрl (20)Полученный поправочный расход воды вносят со знаком «+» во все участки того полукольца магистральной водопроводной сети, в котором сумма потерь напора была меньше, и, наоборот, со знаком «-» во все участки полукольца, в котором сумма потерь напора была больше (первый закон Кирхгофа будет соблюден).Определим поправочные расходы для нашего примера. q 1 = 0,86 / 2(0,39 + 0,32) = 0,60 л/с;q 2 = 4,41 / 2(1,3+ 1,15) = 0,9 л/с.В соответствии с вышеизложенным внесем поправки во все участки водопроводной сети.

Получим новые расчетные расходы воды и проведем повторный гидравлический расчет водопроводной сети. Диаметры труб при этом не меняем (значения, А останутся прежними). По окончании расчетов выполняем проверку на соблюдение второго закона Кирхгофа: h 1 = 2,48 — 2,309 = 0,17 м hдоп = 0,3 м;h 2 = 25,266 — 25,266 = 0,004 м hдоп = 0,5 м. Результаты расчета удовлетворяют всем условиям. Гидравлический расчет завершен. Если этого не произойдет, увязку сети необходимо повторить еще раз. Таблица 6. Гидравлический расчет кольцевой магистральной сети в режиме максимального часового водоразбора в сутки максимального водопотребления

Номераучастков Длинаучастковм Диаметртрубмм Предварительное распределение расходов Первое исправление qрКАКАqрlhqрqКhл/см/с мл/см/с м123 456 789 101 112 128−219 015 010,750,961,1 231,550,070,7010,150,911,010,622−31 901 509,030,811,3 431,550,060,518,430,761,0450,443−41 901 257,740,691,5 676,080,120,917,140,641,1240,834−51 901 256,450,581,8 676,080,100,655,850,521,1120,555−62 851 251,620,151,45 276,080,050,081,020,091,4830,03Итого:

0,392,86Итого:

2,486−71 901 251,620,151,45 276,080,030,062,220,201,3080,097−81 901 253,560,321,276,080,060,224,160,371,1720,298−91 901 254,850,441,13 776,080,080,395,450,491,1180,489−101 901 506,790,431,14 531,550,050,327,390,471,1260,3710−128 515 010,020,641,12 431,550,101,0110,620,681,0561,07Итого:

0,321,99Итого:

2,309Таблица 7. Гидравлический расчет кольцевой магистральной сети в режиме максимального часового водоразбора и пожаротушения в сутки максимального водопотребления

Номераучастков Длинаучастков м Диаметртруб мм Предварительное распределение расходов

Первое исправлениеqрКАКАqрlhqрqКhл/см/с 10. июн мл/см/с м123 456 789 101 112 128−219 015 025,752,31 131,550,153,9724,852,2313,702−319 015 024,032,16 131,550,143,4623,132,0713,213−419 012 522,742,4 176,080,337,4721,841,9616,894−519 012 521,451,92 176,080,316,6520,551,8416,105−628 512 516,621,49 176,080,365,9915,721,4115,36Итого:

1,327,5Итого:

25,276−719 012 516,621,49 176,080,243,9917,521,5714,447−819 012 518,561,66 176,080,274,9819,461,7515,478−919 012 519,851,78 176,080,295,7020,751,8616,229−1 019 015 021,791,39 131,550,132,8522,691,4513,0910−128 515 025,021,59 131,550,225,6325,921,6516,04Итого:

1,523,14Итого:

25,26Построение линий пьезометрических высот

Разбор воды большинством потребителей происходит на некоторой высоте над поверхностью земли, в связи, с чем в водопроводной сети должно поддерживаться определенное давление. Пьезометрическая высота, обеспечивающая нормальные условия эксплуатации водопровода, носит название свободного напора. Иначе говоря, свободный напор это расстояние от поверхности земли до пьезометрической линии. Минимальный свободный напор для населенных пунктов при максимальном хозяйственно-питьевом водопотреблении принимают [1, п.

2.26]: при одноэтажной застройке не менее 10 м над поверхностью земли, при большей этажности на каждый этаж следует добавлять 4 м. В период тушения пожаров свободный напор в сети должен быть не менее 10 м, независимо от этажности зданий [1, п.

2.30]. Максимальный напор хозяйственно-питьевого водопровода не должен превышать 60 м [1, п.

2.28], в противном случае необходима установка регуляторов давления или зонирование системы водоснабжения. Перед построением пьезометрических линий необходимо нанести на чертеж продольный профиль поверхности земли по трассе водопроводной сети. Трассу водопроводной сети намечаем от насосной станции второго подъема по водоводам и далее по полукольцу магистральной сети до диктующей точки (выбираем то полукольцо, где сумма потерь напора больше).Построение пьезометрических линий начинаем от конца сети (от диктующей точки). Принимаем свободный напор в диктующей точке равным минимальному. Для режима максимального хозяйственно-питьевого водопотребления Нсв. мин = 10 + 4(n — 1), где n — количество этажей. В нашем примере этажность зданий (см. задание) равна 5 этажам.Нсв.мин = 10 + 4(5 — 1) = 26 м. Для режима пожаротушения Нсв. мин = 10 м. Добавив к отметке поверхности земли в диктующей точке значения минимальных свободных напоров, получим начальные отметки линий пьезометрических высот. Двигаясь последовательно по участкам сети к водонапорной башне и добавляя к полученным ранее отметкам пьезометрических линий потери напора на каждом из участков (табл.

6 и 7), строим две линии пьезометрических высот. Свободный напор в узлах магистральной сети определяем как разность между отметками пьезометрических линий и поверхности земли. Свободный напор в точке расположения водонапорной башни (в режиме максимального хозяйственно-питьевого водопотребления) определяет высоту башни от поверхности земли до дна бака. Аналитически высоту водонапорной башни можно определить из выражения:

НВБ = Нсв. мин + h — (1 -д), где: Нсв. мин- минимальный свободный напор в диктующей точке для случая максимального хозяйственно-питьевого водопотребления; h- сумма потерь напора от диктующей точки до начала кольцевой сети (см. табл.

6); 1ид- отметки поверхности земли в начале сети и в диктующей точке. НВБ = 26 + 2,48+0,71 — (57,35−56,75) = 28,59мВ режиме максимального водопотребления пьезометрическая линия в створе водонапорной башни делает скачок вверх на высоту, равную наибольшей глубине воды в баке водонапорной башни (см. п.

4.3.). При пожаротушении водонапорная башня не работает, поэтому пьезометрическая линия в этом случае разрывов не имеет и является непрерывной. Добавив к отметкам пьезометрических линий в створе водонапорной башни соответствующие потери напора в водоводах (см. п.6), получим отметки пьезометрических линий в створе насосной станции второго подъема. Разница между этими отметками и отметкой дна резервуаров чистой воды (см. п.

4.2.) определяет расчетный напор насосов насосной станции второго подъема. Для первого расчетного случая:

Рис.

9. Линии пьезометрических высот: 1-режим максимального хозяйственно-питьевого водопотребления; 2- то же при пожаротушении. Нр1 = 91,84 — 56,35 = 42,6 м;Для второго расчетного случая:

Нр2 = 101,67 — 56,35 = 45,32 м.На рис.

9 построены линии пьезометрических высот для рассматриваемого конкретного примера и обозначены расчетные значения напоров насосной станции второго подъема и высоты водонапорной башни.

Литература

1. СНиП 2.

04.02−84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. — М.: Стройиздат, 1985.

2. СНиП 2.

04.01−85 Внутренний водопровод и канализация зданий./Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.

3. СНиП 2.

09.02−854. Шевелев Ф. А. Таблицы для гидравлического расчета стальных, чугунных, асбестоцементных, пластмассовых и стеклянных водопроводных труб. — М.: Стройиздат, 1973.