Расчет системы водоснабжения

Московский Государственный Университет Путей Сообщения

Институт Транспортной Техники и Организации Производства

(ИТТОП)

Кафедра: «Теплоэнергетика железнодорожного транспорта»

(ТЖТ)

Курсовая работа по дисциплине:

«Технологические энергоносители промышленных предприятий»

Выполнила:

Ст. гр. ТЭН-412

Проверил:

Москва 2009

Расчет системы водоснабжения

Необходимо:

- Построить график нагрузки сети и установить параметры режимов - максимального водопотребления и максимального транзита,

- Выбрать диаметры труб для участков сети, исходя из режима максимального транзита,

- Выполнить внутреннюю увязку сети для двух указанных режимов,

- Построить пьезометрические графики сети и вычислить характеристики водопитателей.

График нагрузки сети

Строится как сумма графиков потребления воды всеми потребителями. Режим максимального водопотребления соответствует часам максимальной нагрузки сети. В режиме максимального транзита нагрузки сети - минимально.

Потребитель	Расход, м3/с	Геодезическая высота
	0-6	6-12	12-18	18-24
1	0,02	0,08	0,05	0,03	3,5
2	0,01	0,13	0,09	0,03	5,0
3	0,04	0,10	0,12	0,05	1,5
4	0,02	0,04	0,05	0,01	4,0
5	0,02	0,07	0,07	0,03	5,5
НС					0,5
Б					10,5
?	0,11	0,42	0,38	0,15

Q_ср - среднесуточная нагрузка системы определяется интегрированием графика нагрузки сети по времени

=(Q_0-6*6+Q_6-12*6+Q_12-18*6+Q_18-24*6)/24=(0,11+0,42+0,38+0,15)/4= 1,06/4=0,265 м³/с

Эта величина равна производительности насосной станции при условии, что в течении суток вода подается насосами равномерно.

Поток воды в водонапорную башню при минимальной нагрузке сети Q_сmin =0,11 м³/с (режим максимального транзита)

Q_Б= Q_Н - Q_сmin=0,265 - 0,11 = 0,155 м³/с

В часы максимального водопотребления башня отдает воду в сеть в количестве:

Q_Б=Q_cmax - Q_НС=0,42 - 0,265=0,155 м³/с,

где Q_cmax =0,42 м³/с - максимальная нагрузка сети

Выбор диаметров труб для участков сети

Режим максимального транзита (Q_с=min) является определяющим для выбора диаметров. Вначале задается начальное потокораспределение, которое удовлетворяет первому закону Кирхгофа. Для этого, рассматривая конфигурацию сети, как граф, рекомендуется построить дерево графа путем удаления части участков сети, число которых равно n

n=p-m+1 (1),

где p- число участков, m - число узлов, n - количество элементарных контуров

n=9-7+1=3

В результате сеть становится тупиковой (контуры в сети отсутствуют, n=0). Для нее просто задать начальное потокораспределение путем суммирования потребления воды, начиная с концевых узлов. На исключенных участках поток воды принимается равным нулю.

Для каждого i-того участка дерева диаметр труб выбирается из таблицы 1 по величине приведенного расхода q_iп

,

где q_i - поток на участке, м³/с

Э - действительный экономический фактор,

Э_т - табличный экономический фактор,

х - доля единичного расхода на участке,

Единичный расход на участке:

Q_с - нагрузка сети для рассматриваемого режима, м³/с (Q_с=min):

1уч. НС-5 q_п=0,265*(0,11*0,3/0,265)^1/3= 0,198 м³/с=198 литр/с > D=450мм=0,45м

2уч. 5-2 q_п=0,245*(0,11*1/0,245) ^1/3=0,189 м³/с=189 литр/с > D=450мм=0,45м

3уч. 2-Б q_п=0,155*(0,11*0,7/0,155) ^1/3=0,123 м³/с=123 литр/с > D=350мм=0,35м

4уч. 2-1 q_п=0,08*(0,11*0,3/0,08) ^1/3=0,060 м³/с=60 литр/с > D=250мм=0,25м

5уч. 1-3 q_п=0,06*(0,11*0,3/0,06) ^1/3=0,040 м³/с=49 литр/с > D=250мм=0,25м

6уч. 3-4 q_п=0,02*(0,11*0,3/0,02) ^1/3=0,024 м³/с=24 литр/с > D=175мм=0,175м

Диаметры исключенных участков принимаются равными средним значениям диаметров тех участков, которые они соединяют.

7уч. Б-1 D=(D_2-Б+D_2-1)/2=(0,35+0,25)/2=0,3м

8уч. 3-2 D=(D_1-2+D_1-3)/2=(0,25+0,25)/2=0,25м

9уч. 5-4 D=(D_2-5+D_3-4)/2=(0,45+0,175)/2=0,3125?0,3м

Режим минимального транзита (Q_с=max) :

1уч. НС-5 q_п=0,265*(0,42*1/0,265)^1/3= 0,309 м³/с=309 литр/с

2уч. 5-2 q_п=0,245*(0,42*1/0,245) ^1/3=0,293 м³/с=293 литр/с

3уч. 2-Б q_п=0,155*(0,42*0,7/0,155) ^1/3=0,192 м³/с=192 литр/с

4уч. 2-1 q_п=0,08*(0,42*0,3/0,08) ^1/3=0,093 м³/с=93 литр/с

5уч. 1-3 q_п=0,06*(0,42*0,3/0,06) ^1/3=0,077 м³/с=77 литр/с

6уч. 3-4 q_п=0,02*(0,42*0,3/0,02) ^1/3=0,037 м³/с=37 литр/с

Внутренняя увязка сети:

Увязка выполняется по методу Лобачева-Кросса. Для каждого участка сети вычисляется гидравлическая характеристика s_i

где D_i - диаметр трубы, м; L_i - длина участка, м; а - коэффициент, учитывающий местные сопротивления.

Падение давления на участке связано с расходом квадратической зависимостью

p_i=s_iq_i²

где p_i - падения давления, м вод ст; s_i - гидравлическая характеристика; q_i - расход воды на участке, м³/с

По соотношению Эйлера (1) определяется количество элементарных контуров сети. Увязка выполняется следующих образом:

1. Для каждого участка сети задается положительное направление потока и его величина, причем все потоки на участках должны удовлетворять первому закону Кирхгофа; для этого удобно рассматривать его как нулевое приближение,

2. В каждом контуре вычисляется невязка ?h_n, определяющая меру несоответствия потоков воды в сети второму закону Кирхгофа,

?h_n=?s_iq_iabs(q_i)

Суммирование выполняется по участкам сети, составляющим контур, с учетом знаков и направления обхода, принятых при формулировке второго закона Кирхгофа,

3. Если модуль максимальной невязки меньше допустимой величины, увязка заканчивается; в противном случае процесс итераций продолжается,

4. Для каждого контура вычисляется поправка ?q_n, положительное направление которой противоположно обходу контура по второму закону Кирхгофа

Суммирование в знаменателе выполняется по участкам контура,

5. Контурные поправки используются для коррекции значений потоков воды на участках

q_i^k+1=q_i^k+??q_n

Суммируются поправки только тех контуров, в состав которых входит рассматриваемый участок; суммирование выполняется с учетом направлений, принятых для потоков и контурных поправок; далее вычисления повторяются, начиная с пункта 2.

По программе получилось, что выбранные направления на участках 5,6,8,9 надо изменить на противоположные. Это будет выглядеть так:

Пьезометрический график

Номер узла	Геодез. Высота Z, м	Свободный Напор (предвар) Н,м	Пьез. Высота (предвар) П, м	Н, м	П, м
НС	0,5	32,636	33,136	63,8	64,3
1	3,5	1,504	5,004	21,5	25 (дикт)
2	5,0	19	24	38,996	43,996
3	1,5	21,728	23,228	41,724	43,224
4	4,0	20	24 (дикт)	51,164	55,164
5	5,5	18,453	23,953	49,617	55,117
Б	10,5	-5,507	4,993	14,489	24,989

Выбираю диктующего потребителя: 4. Задаю П₄=24 м, H₄=П₄-z₄=24-4=20 м

П₅=П₄-?p_4-5=24-0,047=23,953

П₃=П₄-?p_3-4=24-0,772=23,228

П₁=П₃-?p_1-3=23,228-18,224=5,004

П₂=П₃+?p_2-3=23,228+0,772=24

П_НС=П₅+?p_НС-5=23,953+9,183=33,136



П_Б=П₁-?p_Б-1=5,004-0,001=5,003

П_Б=П₂-?p_Б-2=24-19,017=4,983 П_Б?4,993

Н_НС=П_НС-z_НС=33,136-0,5=32,636

Н₁=П₁-z₁=5,004-3,5=1,504

Н₂=П₂-z₂=24-5=19

Н₃=П₃-z₃=23,228-1,5=21,728

Н₅=П₅-z₅=23,953-5,5=18,453

Н_Б=П_Б-z_Б=4,993-10,5= -5,507

Минимальный свободный напор получился для потребителя 1

Принимаю П₁=25м

П₃=П₁+?p_1-3=25+18,244=43,224

П₂=П₃+?p_2-3=43,224+0,772=43,996

П₄=П₃+?p_3-4=43,224+11,940=55,164

П₅=П₄-?p_4-5=55,164-0,047=55,117

П_НС=П₅+?p_НС-5=55,117+9,183=64,3

П_Б=П₁-?p_Б-1=25-0,001=24,999

П_Б=П₂-?p_Б-2=43,996-19,017=24,979 П_Б?24,989

Н_НС=П_НС-z_НС=64,3-0,5=63,8

Н₁=П₁-z₁=25-3,5=21,5

Н₂=П₂-z₂=43,996-5=38,996

Н₃=П₃-z₃=43,224-1,5=41,724

Н₄=П₄-z₄=55,164-4=51,164

Н₅=П₅-z₅=55,117-5,5=49,617

Н_Б=П_Б-z_Б=24,989-10,5=14,489

Характеристики водопитателей

Рабочий объем водонапорной башни Vp находится с помощью графика нагрузки сети. Необходимо вычислить интеграл

Vp=?(Qc(ф)-Qc)d ф=6*[(0,42-0,265)+(0,38-0,265)]=1,62 м³

Если диаметр бака башни и максимальный уровень его заполнения относятся как 2:1, то с учетом 10% запаса воды диаметр бака равен

D_Б=1,46V_p^1/3=1,46*1,6^1/3=1,715 м,

h₀=,5*D_Б=0,8575 м

где h₀ - максимальный уровень заполнения бака водой,

D_Б - диаметр бака

V_p - рабочий объем

H'_НС=Нтр+(z_A-z_НС)+??p'i=20+(3,5-,5)+89,434=112,434

H”_НС=H_Б+(z_Б-z_НС)+h₀+??p''i=14,489+(10,5-0,5)+0,8575+36,907=62,2535

Где ?p' падения давления при Qc=max, ?p'' падения давления при Qc=min, а

H_Б, H'_НС - max ; H”_НС - min

Итоговая таблица

Уч	D, м	L, м	q', м3/с	q'',м3/с	?p', м вод ст	?p'', м вод ст
1 (НС-5)	0,45	700	0,309	0,198	9,183	3,771
2 (5-2)	0,45	900	0,301	0,194	11,215	4,671
3 (2-Б)	0,35	1000	0,191	0,123	19,017	7,817
4 (2-1)	0,25	800	0,088	0,056	19,015	7,817
5 (1-3)	0,25	850	0,083	0,053	18,244	7,472
6 (3-4)	0,175	700	0,029	0,019	11,940	4,995
7 (Б-1)	0,3	650	0,001	0,000	0,001	0,000
8 (3-2)	0,25	1200	0,014	0,010	0,772	0,344
9 (5-4)	0,3	600	0,008	0,005	0,047	0,020
?		89,434	36,907

Где ?p' и q'- падения давления и расход при Qc=max, а ?p'' и q” - падения давления и расход при Qc=min

Газопровод среднего давления
потребитель	Расход по часам суток, куб.м /час
	0-6		6-12		12-18		18-24
1	150		550		400		200
2	200		950		750		250
3	150		400		800		100
4	100		500		550		200
5	250		850		850		150
6	100		150		150		100
7	100		200		250		100
8	150		350		250		200
9	200		100		200		100
сумма	1400		4050		4200		1400
Газопровод низкого давления
потребитель	Расход по часам суток, куб.м /час
	0-6		6-12		12-18		18-24
6	100		150		150		100
7	100		200		250		100
8	150		350		250		200
9	200		100		200		100
сумма	550		800		850		500

Диаметры труб участков сети выбираются с помощью номограммы, исходя из найденного оптимального p_i , а также L_i , и расхода газа V_i

Участок	Длина, м	Расход, м3/ч	Удельные потери, Па/м	Диаметр стандартный, м
1 - ГРП1	900
1 - 2	900
2 - 3	1000
2 - 4	550
2 - 5	750
5 - ГРП2	500
6 - ГРП2	250
6 - 7	400
6 - 8	150
9 - ГРП 2	250

Испр_max

N=9

DIM flux(N), diam(N), length(N),s(N), press(N)

READ dHmin, a

DATA 0.001, 0.15

for i=1 to N

READ b

flux(i)=b

READ b

length(i)=b

READ b

diam(i)=b

NEXT i

DATA 0.309, 700, 0.450

DATA 0.293,900, 0.450

DATA 0.192,1000, 0.350

DATA 0.093, 800,0.250

DATA 0.077, 850,0.250

DATA 0.037, 700, 0.175

DATA 0, 650, 0.300

DATA 0, 1200, 0.250

DATA 0, 600, 0.300

for i=1 to N

s(i)=0.001735*(1+a)*length(i)/diam(i)^5.3

next i

[A]

dH1=s(3)*flux(3)*Abs(flux(3))-s(7)*flux(7)*Abs(flux(7))-s(4)*flux(4)*Abs(flux(4))

dH2=s(4)*flux(4)*Abs(flux(4))-s(5)*flux(5)*Abs(flux(5))-s(8)*flux(8)*Abs(flux(8))

dH3=s(2)*flux(2)*Abs(flux(2))+s(8)*flux(8)*Abs(flux(8))-s(6)*flux(6)*Abs(flux(6))-s(9)*flux(9)*Abs(flux(9))

if Abs(dH1)<dHmin and Abs(dH2)<dHmin and Abs(dH3)<dHmin goto [B]

dq1=0.5*dH1/(s(4)*Abs(flux(4))+s(7)*Abs(flux(7))+s(3)*Abs(flux(3)))

dq2=0.5*dH2/(s(4)*Abs(flux(4))+s(5)*Abs(flux(5))+s(8)*Abs(flux(8)))

dq3=0.5*dH3/(s(8)*Abs(flux(8))+s(2)*Abs(flux(2))-s(9)*Abs(flux(9))+s(6)*Abs(flux(6)))

flux(1)=flux(1)

flux(2)=flux(2)-dq3

flux(3)=flux(3)-dq1

flux(4)=flux(4)+dq1-dq2

flux(5)=flux(5)+dq2

flux(6)=flux(6)+dq3

flux(7)=flux(7)+dq1

flux(8)=flux(8)+dq2-dq3

flux(9)=flux(9)-dq3

goto [A]

[B]

for i=1 to N

press(i)=s(i)*flux(i)*Abs(flux(i))

next i

for i=1 to N

PRINT "i="; i;

PRINT ";lenght="; length(i);

PRINT ";diam="; diam(i);

PRINT ";flux="; using ("#.###", flux(i));

PRINT ";press="; using ("##.###", press(i))

next i

PRINT "dH1="; using ("#.#####", dH1) ;";dH2="; using ("##.#####",dH2); ";dH3="; using("#.#####", dH3)

end

Испр_min

N=9

DIM flux(N), diam(N), length(N),s(N), press(N)

READ dHmin, a

DATA 0.001, 0.15

for i=1 to N

READ b

flux(i)=b

READ b

length(i)=b

READ b

diam(i)=b

NEXT i

DATA 0.198, 700, 0.450

DATA 0.189,900, 0.450

DATA 0.123,1000, 0.350

DATA 0.060, 800,0.250

DATA 0.049, 850,0.250

DATA 0.024, 700, 0.175

DATA 0, 650, 0.300

DATA 0, 1200, 0.250

DATA 0, 600, 0.300

for i=1 to N

s(i)=0.001735*(1+a)*length(i)/diam(i)^5.3

next i

[A]

dH1=s(3)*flux(3)*Abs(flux(3))-s(7)*flux(7)*Abs(flux(7))-s(4)*flux(4)*Abs(flux(4))

dH2=s(4)*flux(4)*Abs(flux(4))-s(5)*flux(5)*Abs(flux(5))-s(8)*flux(8)*Abs(flux(8))

dH3=s(2)*flux(2)*Abs(flux(2))+s(8)*flux(8)*Abs(flux(8))-s(6)*flux(6)*Abs(flux(6))-s(9)*flux(9)*Abs(flux(9))

if Abs(dH1)<dHmin and Abs(dH2)<dHmin and Abs(dH3)<dHmin goto [B]

dq1=0.5*dH1/(s(4)*Abs(flux(4))+s(7)*Abs(flux(7))+s(3)*Abs(flux(3)))

dq2=0.5*dH2/(s(4)*Abs(flux(4))+s(5)*Abs(flux(5))+s(8)*Abs(flux(8)))

dq3=0.5*dH3/(s(8)*Abs(flux(8))+s(2)*Abs(flux(2))-s(9)*Abs(flux(9))+s(6)*Abs(flux(6)))

flux(1)=flux(1)

flux(2)=flux(2)-dq3

flux(3)=flux(3)-dq1

flux(4)=flux(4)+dq1-dq2

flux(5)=flux(5)+dq2

flux(6)=flux(6)+dq3

flux(7)=flux(7)+dq1

flux(8)=flux(8)+dq2-dq3

flux(9)=flux(9)-dq3

goto [A]

[B]

for i=1 to N

press(i)=s(i)*flux(i)*Abs(flux(i))

next i

for i=1 to N

PRINT "i="; i;

PRINT ";lenght="; length(i);

PRINT ";diam="; diam(i);

PRINT ";flux="; using ("#.###", flux(i));

PRINT ";press="; using ("##.###", press(i))

next i

PRINT "dH1="; using ("##.#####", dH1) ;";dH2="; using ("##.#####",dH2); ";dH3="; using("##.#####", dH3)

end