Расчет сети сельскохозяйственного водоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

6

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО АГРАРНОЙ ПОЛИТИКИ УКРАИНЫ

ЛУГАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ТРАКТОРЫ И АВТОМОБИЛИ

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

ПО РАСЧЕТУ СЕТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

по дисциплине "Гидравлика и сельскохозяйственное водоснабжение"

Студент Пономарёв А.Д.

Луганск 2011

ВВЕДЕНИЕ

Первостепенное значение приобрели задачи значительного улучшения качества водохозяйственного и мелиоративного строительства, осуществление которых позволят повысить урожайность сельскохозяйственных культур, обеспечить прочную кормовую базу животноводства, повысить его продуктивность. В решении этой проблемы важное значение имеет водоснабжение животноводческих ферм. Оно дает возможность наиболее рационально использовать корма, улучшать санитарно - гигиеническое состояние животных и помещений, повысит производительность труда рабочих на фермах, облегчит их труд.

Централизованное водоснабжение поселков улучшит быт людей, все больше приближая его к городским условиям.

сельскохозяйственный сеть водопровод напор

1. РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ ЧАСТИ ВОДОПРОВОДНОЙ СЕТИ

1.1 Исходные данные

Расчет производится для сети сельскохозяйственного водоснабжения согласно схеме водопровода, изображенного на рис.1.

Согласно рис.1 для всех вариантов задания принимается:

Длина участков водопровода: ?_ВС = 15 м; ?_НАГ = 200 м; ?_1-2 = 200 м; ?_2-3 = 500 м; ?_2-7 = 300 м; ?_2-5 = 300 м; ?_3-4 = 350 м; ?_3-6 = 250 м.

Высотное положение точек над условным уровнем (геодезические отметки):_ИСТ = 0 м; ₀ = 5 м; ₁ = 15 м; ₂ = 12 м; ₃ = 10 м; ₄ = 9 м; ₅ = 10 м; ₆ = 11 м; ₇ = 13 м.

Материал труб - стальные.

Источник водоснабжения - подземные воды. Остальные данные, необходимые для расчета, принимаются согласно номеру варианта задания по табл.1.

Рис.1. Схема водопроводной сети

Таблица 1 - Исходные данные для расчета водопроводной сети

1. Среднесуточное потребление в коммунальном секторе WКОМ, м3	320
2. Среднесуточное потребление в производственном секторе WПР, м3	90
3. Среднесуточное потребление в животноводческом секторе WЖИВ, м3	190
4. Свободный минимальный напор hCВ.min, м	9

1.2 Суточный график водопотребления, удельный путевой расход и секундные расходы по секторам

Таблица 2 - Суточный график водопотребления поселка

Часы суток	Коммунальный сектор	Производственный сектор	Животноводческий сектор
	% от сут. расхода	% от сут. расхода	% от сут. расхода
0 - 1	0,75	1,2	0,8
1 - 2	0,75	1,2	0,8
2 - 3	1,0	1,2	0,8
3 - 4	1,0	1,2	0,8
4 - 5	3,0	1,2	0,8
5 - 6	5,5	1,2	2,7
6 - 7	5,5	1,2	3,2
7 - 8	5,5	1,2	3,2
8 - 9	3,5	8,0	10,0
9 - 10	3,5	8,0	10,0
10 - 11	6,0	8,0	4,8
11 - 12	8,5	8,0	3,5
12 - 13	8,5	8,0	3,5
13 - 14	6,0	8,0	5,0
14 - 15	5,0	8,0	12,5
15 - 16	5,0	8,0	8,7
16 - 17	3,5	8,0	2,7
17 - 18	3,5	8,0	3,1
18 - 19	6,0	2,0	6,2
19 - 20	6,0	2,0	6,9
20 - 21	6,0	2,0	6,2
21 - 22	3,0	2,0	1,6
22 - 23	2,0	1,2	1,6
23 - 24	1,0	1,2	0,6
Итого за сутки	100%	100%	100%

Согласно данным табл.2 коэффициент часовой неравномерности для каждого сектора водопотребителей можно найти, используя уравнение:

,

где х_i - максимальный процент водопотребления в отдельные часы суток для соответствующего сектора водопотребителей.

-коммунальный сектор

-производственный сектор

-животноводческий сектор

Принимаем k_СУТ = 1,3.

Максимальные секундные расходы по соответствующим секторам составляют:

,

где k_СУТ и k_ЧАС - коэффициенты суточной и часовой неравномерности для соответствующего сектора водопотребителей;

W_{СР. i} - среднесуточное потребление воды в соответствующем секторе (табл.1).

Удельный путевой расход в коммунальном секторе может быть выражен следующей формулой, написанной применительно к рис.1.

.

Для определения расчетного суммарного максимального суточного водопотребления необходимо определить максимальное суточное водопотребление по секторам:

Значения среднесуточного водопотребления W_КОМ., W_ПР., и W_ЖИВ. принимаются по табл.1, согласно номеру варианта задания.

м³

м³

м³

Суммарное максимальное водопотребление поселка за сутки:

, (м³).

1.3 Определение расчетных расходов и диаметров труб на участках водопроводной сети

Расчетный расход (Q_{РАСЧ. i}) определяется с учетом величин сосредоточенного (Q_{СОСР. i}), путевого (Q_{ПУТ. i}) и транзитного (Q_{ТРАН. i}) расходов на соответствующем участке. Например, определим на участке ?_2-3:

Q_СОСР.= 0; Q_ПУТ. = q. ?_2-3=; Q_ТРАН. = Q_ПР.+ Q_ЖИВ.;

Q_РАСЧ. = Q_ПР.+ Q_ЖИВ.+0,5^. Q_ПУТ.

Q_{РАСЧ=0,0026+0,00857+0,5*0,00892*500*0.001=0,134 м3/с}

На участке ?_3-4 соответственно:

Q_РАСЧ.= Q_ЖИВ., т.к. Q_ПУТ. = 0 и Q_ТРАН. = 0.

Q_{РАСЧ=0,00857 м3/с}

На участке ?_3-6 соответственно:

Q_РАСЧ. = Q_ПР., т.к. Q_ПУТ. = 0 и Q_ТРАН. = 0.

Q_{РАСЧ=0,0026 м3/с}

На участке ?_2-5 соответственно:

Q_СОСР.= 0; Q_ПУТ. = q. ?_2-5; Q_ТРАН. = 0;

Q_РАСЧ. = 0,5^. Q_ПУТ.

Q_{РАСЧ=0,5*0,00892*300*0.001=0,0013 м3/с}

На участке ?_2-7 соответственно:

Q_СОСР.= 0; Q_ПУТ. = q. ?_2-7; Q_ТРАН. = Qрасч;

Q_РАСЧ. = 0,5^. Q_ПУТ.

Q_{РАСЧ=0,5*0,00892*300*0.001=0,0013 м3/с}

На участке ?_1-2 соответственно:

Q_{РАСЧ=q(L2-3+L2-5+L5-7)+Qпр+Qжив=0,00892(500+300+300)*0,001+0.00857+0.0026=0,0209 м3/с}

1.3.1 расчет диаметров труб по участкам

Диаметры трубопровода по участкам определяются в соответствии с найденными расчетными расходами на этих участках, задавшись рекомендуемой скоростью в пределах: V_РЕК = 0,75...1,2м/с.

Выбираем V_РЕК = 1 м/с

, (мм)

где Q_{i РАСЧ} - расчетный расход, м³/с;

V_РЕК - выбранное значение рекомендуемой скорости, м/с.

мм

По ГОСТу 8696-74 принимаем Dрасч=170 мм

мм

По ГОСТу 8696-74 принимаем Dрасч=52мм

мм

По ГОСТу 8696-74 принимаем Dрасч=64 мм

мм

По ГОСТу 8696-74 принимаем Dрасч=114 мм

мм

По ГОСТу 8696-74 принимаем Dрасч=133 мм

1.3.2 определение действительных скоростей



1.3.3 Потери напора на участках находим по формуле Павловского

.

Значения удельного сопротивления (А_i) для каждого участка трубопровода принимаются по таблице.

Поправочный коэффициент (_i), учитывающий неквадратичность зависимости потерь напора h_ТР от расхода Q при скорости воды в трубе V_i 1,2 м/с. Значения поправочного коэффициента _i = f(V_i )=1,03

Для уточнения hтр воспользуемся формулой Шевелева , где:

м

м

м

м

м

Видим что некоторые потери найденные по формуле Шевелева больше чем по формуле Павловского и наоборот. В дальнейших расчетах принимаем величины потерь, большие по значению. Результаты расчетов потерь на трение приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Результаты гидравлического расчета

№ участков	Длина участка ?i, м	Расход, м3/с	dРАСЧ, мм	dГОСТ, мм	Vi РАСЧ, м/с	i	Аi, (с/м3)2	hТР. i, м
		сосредоточенный QСОСР	путевой QПУТ	транзитный QТРАН	расчетный QРАСЧ
1-2	200	-	-		0,0209	163,36	170	0,92	1,03	20,79	1,88
2-3	500	-	0,00892	0,00111	0,01347	130,8	133	0,97	1,03	76,36	7,15
3-4	350	0,00857	-	-	0,00857	104,6	114	0,84	1,03	172,9	4,69
3-6	250	0,0026	-	-	0,0026	57	64	0,80	1,03	3686	6,41
2-5	300	-	0,00892	-	0,0013	40,74	52	0,61	1,03	3686	1,92
2-7	300	-	0,00892	-	0,0013	40,74	52	0,61	1,03	3686	1,92

1.4 Определение высоты установки бака водонапорной башни

1.4.1 определение диктующей точки и выбор главного направления водонапорной сети

Для определения установки высоты бака водонапорной башни необходимо в сети выявить диктующие точки. Согласно схемы водопровода можно предположить, что диктующей точкой может быть точка "6" или "4", как наиболее удаленные от водонапорной башни. Но несмотря на внешнюю очевидность, рекомендуется проверить все точки водопроводной сети на условие диктующей.

Необходимое положение пьезометрического уровня в узловой точке "2" из условия подачи воды по линиям ?_2-4, ?_2-5, ?_2-6 и ?_2-7 с обеспечением в точках "4, 5, 6, 7" заданного минимального свободного напора h_СВ = h_СВ.min определяется равенствами:

=11+7,15+6,41+9=33,56 м

=9+7,15+4,69+9=29,84 м

=10+1,92+9=20,92 м

=13+1,92+9=23,92м

м

м

h_ПЗ.3-4 > h_ПЗ.3-6, то диктующей точкой является точка "4", а главным направлением - магистраль 1 - 2 - 3 - 4.

1.4.2 Расчет установки высоты бака

Высота установки бака башни определяется из условия подачи воды по главному направлению с обеспечением в диктующей точке h_СВ.min:

=9-15+1,88+7,15+4,69+9=16,72 м

где _Д.Т. - геодезическая отметка в диктующей точке;

₁ - геодезическая отметка у корня башни;

h_{ПОТ.1-Д.Т.} - сумма потерь напора на преодоление сил трения на участках водопровода по главному направлению;

h_СВ.min - минимальный свободный напор в диктующей точке.

Можно применить серийно изготовленную водонапорную башню высотой 15м.

1.5 Определение потребной емкости бака водонапорной башни

Емкость напорно-регулирующего резервуара (бака водонапорной башни) зависит от характера водопотребления населенной пункта и режима работы насосной станции. Для населенных пунктов регулирующая емкость резервуара в среднем принимается равной 19,2 % суточной подачи насосов или же определяется по специальным графикам. Кроме того, резервуар должен вмещать пожарный и аварийный запасы воды. Таким образом, емкость напорно-регулирующего резервуара должна быть равна:

W_б = W_рег + W_пож + W_ав=149,76+10+117=276,76, м³

где W_рег - регулирующий запас, равный 0,192 · W_сут.ср =0,192*780=149,76 м³;

W_пож - пожарный запас, определяемый по нормам (минимальный запас для сельских местностей можно принимать равным 10 м³);

W_ав - Аварийный запас, равный количеству воды, расходуемой из сети в течение 2…4 часов, можно рассчитывать по формуле W_ав = (0,08…0,18) · W_сут.ср=0,15*780=117 м³

полученное расчетное значение W_б > 150 м³, необходимо вводить автоматический режим работы насосной станции, что позволит уменьшить W_рег, а, следовательно, и весь объем бака W_б.

ІІ. РАСЧЕТ НАПОРНОГО ВОДОПРОВОДА И ПОДБОР НАСОСА

Продолжительность работы насоса t = 16 часов в течение суток:

.

Для определения напора насоса необходимо рассчитать диаметры всасывающего и нагнетательного трубопроводов и величину суммарных потерь в них.

Расчетный расход во всасывающем и напорном трубопроводе принимается равным производительности насоса:

Q_РАСЧ = Q_Н = Q_ВС = Q_НАГ =14 л/с.

Скорость движения воды в напорном трубопроводе рекомендуется принимать в пределах V_{РЕК.НАГ} =1,5...2м/с, а во всасывающем трубопроводе V_РЕК.ВС = 0,6...1м/с. Принимаем V_{РЕК.НАГ} =2 м/с V_РЕК.ВС =1 м/с

Определяем диаметры трубопроводов:

По ГОСТ 3262-75 принимаем dрасчвс=170 мм

По ГОСТ 3262-75 принимаем dрасчнаг=114 мм

2.1.3 определяем действительные скорости движения воды во всасывающем и напорном трубопроводах по выбранным диаметрам труб:

2.1.4 определяем потери напора на трение по длине всасывающего трубопровода по формуле Дарси:

,

приняв коэффициент трения л = 0,025

2.1.5 потери напора по преодолению местных сопротивлений во всасывающем трубопроводе принимаем в размере 100% потерь напора по длине

Hмест.вс.=hтр.вс.=0,0814м

2.1.6 определяем потери напора в напорном трубопроводе по длине по формуле Павловского:

Потери напора на преодоление местных сопротивлений принимаем в размере 5% от потерь по длине

Hместнаг=hтрнаг*0,05=0,05*6,401=0,320м

2.1.7 полный напор насоса складывается из геометрического напора, разности геодезических отметок, воды в баке башни с учетом общих потерь напора во всасывающем и напорном трубопроводах

Hг=

где ₁ - геодезическая отметка земной поверхности у корня башни;

Z_Б - расчетная высота установки бака башни, которая согласно заданию принимается Z_Б = Н;

h_ПОТ.ВС - общие потери напора во всасывающем трубопроводе

h_{ПОТ.НАГ} - общие потери напора в нагнетательном трубопроводе

2.1.8 выбираем марку насоса

По табличному значению расхода Qн=14л/с и напора Hн=39м выбираем марку насоса согласно сводному графику для центробежных насосов. Принимаем марку насоса К45/55 (3к-6; 3КМ-6а) - консольный насос с частотой вращения 2900 об/мин, диаметр рабочего колеса равно 192 мм.

2.2 Построение графика работы насоса на сеть и обоснование правильности выбора марки насоса

Для определения действительной производительности выбранного насоса, подающего воду в напорный трубопровод, необходимо построить характеристику насоса Н = f(Q) и общую характеристику всасывающего и напорного трубопровода Н_ТР = f(Q), показывающую изменение сопротивления трубопровода в зависимости от подаваемого в него расхода воды.

Параметры насоса выбранной марки, необходимые для построения графиков Н = f(Q), з = f(Q) и определяются согласно данным таблицы.

Расчет общей характеристики трубопровода производится по уравнению Н_ТР = Н_Г +сQ².

Задаваясь величинами расхода Q_i в пределах от Q_i = 0 до Q_i = Q_MAX, в пятой колонке необходимо значение расхода принять равным расчетному значению Q_i = Q_РАСЧ, при котором определялись суммарные потери во всасывающем и напорном трубопроводах (Уh_ПОТ). Результаты расчета заносятся в табл. 5.

Таблица 5 - Результаты расчета характеристики трубопровода

№	Параметры	Результаты расчета
1	Qi,м3/с	Qi = 0	Qi 0,3Qрасч	Qi 0,5Qрасч	Qi 0,8Qрасч	Qi = QРасч	Qi 1,3 Qрасч
2	Нтр, м	31.72	31.89	32,211	32,97	33,68	35,04

По данным табл. 5 строится кривая сопротивления трубопровода Н_ТР=f(Q). На пересечении кривых Н = f(Q) и Н_ТР=f(Q) находится так называемая рабочая точка "А".

Координаты этой точки показывают, какой действительный расход (Q_Д) и напор (Н_Д) будут получены в трубопроводе на выходе из насоса.

Мы получили, что Qд>Qрасч, значит нам необходимо за счет снижения частоты вращения рабочего колеса или его проточки по наружному диаметру уменьшить величину расхода на ДQ = Qд - Q_РАСЧ.

2.3 Расчет допустимой высоты установки

При выборе высотного положения насоса учитывается требование обеспечения бескавитационного режима его работы. Для этого разрежение на входе в насос должно быть меньше или равно допустимой величине вакуума ().

Вакуумметрическую высоту всасывания насоса можно определить согласно

где h_ВС - геометрическая высота всасывания (высота установки насоса над поверхностью воды в источнике).

h_ВС = ₀ -_ИСТ =5-0=5м

Условие выполнено значит насос установлен правильно.

2.4 Расчет мощности электродвигателя привода насоса, вал которого соединяется через жесткую муфту

Мощность электродвигателя привода насоса можно определить по формуле:

, кВт

Значения величин расхода (Q_Д, м³/с), напора (Н_Д, м) и коэффициента полезного действия (_Д) принимаются из графика (см. рис. 2) для рабочей точки насоса ("А"). Удельный вес воды принять г = 10000 Н/м³.

Величина коэффициента запаса задается в пределах: k_Д = 1,05...1,4.

Принимаем kд=1,1.

Зная частоту вращения рабочего колеса насоса выбранной марки и расчетное значение мощности электродвигателя, можно определить по каталогу марку электродвигателя, необходимого для привода насоса.

Выводы

Расход и напор можно было бы уменьшить, увеличив число оборотов. Но в этом случае необходимо было бы установить редуктор между электродвигателем и насосом, в результате чего усложнился бы привод и обслуживание насосной станции. Поэтому принятие решения расточить диаметр рабочего колеса будет являться наиболее рациональным.

Литература

Вода в природе и технике / Колобанов С.К., Колобанова Е.С., Белый Л.М. - Киев: Будівельник. - 136с.

Дідур В.А., Савченко О.Д., Пастушенко С.І., Мовчан С.І. Гідравліка, сільськогосподарське водопостачання та гідропневмопривод. - Запоріжжя: Прем'єр, 2005. - 464 с.

Костюченко Э.В., Лаптев В.И., Холодок Л.А. Практикум по гидравлике и гидромеханизации сельскохозяйственных процессов: Учеб. пособие / Мн.: Ураджай, 1991. - 272с.

Насосы. Каталог - справочник. М.-Л., 1960.

Палишкин Н.А. Гидравлика и сельскохозяйственное водоснабжение. - М.: Агропромиздат, 1990. - 351 с.

Часовской В.П., Лангазов В.Н. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы сельскохозяйственной техники: Специальный курс. - Луганск: Знание, 2003. - 336 с.

Размещено на Allbest.ru