Гидравлический расчет кольцевых водопроводных сетей

Размещено на http://www.allbest.ru/

16

"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 -22170 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 - 4217м

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= 22170 чел;

К_max= 1,2; К_min= 0,8

q= 0,2 м³ /сут

Q_ср =22170*0,2=4434 м³

Q_max =22170*0,2*1,2=5320,8 м³

Q_min=N*q*K_min= 22170*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=22170*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

№ п/п	Наименование потребителей	Единицы измерения	Число потребителей	Норма водопотребления, м3/сут	Суточный расход, м3/сут
				Среднесу точный	В сутки наиб.	Среднесуточный	В сутки наиб.
1	Населенный пункт	чел.	22170	0,2	0,2*1,2=0,23	4434	5320,8
2	Полив улиц и зеленых. Насаждений	чел.	22170	0,07	0,07	1551,9	1551,9
3	Промышленное предприятие №1	пред.	1	3217	3217	3217	3217
4	Промышленное предприятие №2	пред.	1	3717	3717	3717	3717
5	Промышленное предприятие №3	пред.	1	4217	4217	4217	4217
6	Локомотивное депо	пред.	1	517	517	517	517
7	Вокзал	зд.	1	15	15	15	15
8	Заправка вагонов	вагон	317	1	1	317	317
9	Пожаротушение	пожар	2	0,025*3600*3=270	270	540	540
		19412,7

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 /86400 м³/с (2)

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

Q_max - суточный расход в сутки наибольшего водопотребления;

86400 - число секунд в сутках.

- хозяйственно-питьевые нужды:

q_сек=1,5*5320,8/86400=0,096 м³/с

- промышленное предприятие №1:

q_сек=1,5*3217/86400=0,0558 м³/с

- промышленное предприятие №2:

q_сек=1,5*3717/86400=0,0645м³/с

- промышленное предприятие №3:

q_сек=1,5*4217/86400=0,0732 м³/с

- локомотивное депо:

q_сек=1,5*517/86400=0,0089 м³/с

- вокзал:

q_сек=1,5*15/86400=0,00026 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)=0,00881 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 =0,0000196 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

№ участка	Длина участка li , м	Удельный расход qуд, м3/с	Путевой расход qпут(i); м3/с
4-5	1017	0,0000196	0,0199332
5-6	1317		0,0258132
6-7	817		0,0160132
7-8	1017		0,0199332
8-9	1317		0,0258132
4-9	817		0,0160132
4-7	1317		0,0258132
	0,1493324

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

№ узла	Номера прилегающих участков	Суммы путевых расходов на прилег. участках qпут(i), м3/с	Полусумма путевых расходов 0,5qпут(i), м3/с	Сосредоточенный расход потребления qсоср, м3/с	Узловой расход qузл=0,5qпут(i)+qсоср м3/с
5	4-5	0,0199332	0,0228732	0,0088	0,0316732
	5-6	0,0258132
6	5-6	0,0258132	0,0209132	0,0089	0,0298132
	6-7	0,0160132
7	6-7	0,0160132	0,0308798	0,0558	0,0866798
	7-8	0,0199332
	4-7	0,0258132
8	7-8	0,0199332	0,0228732	0,0645	0,0873732
	8-9	0,0258132
9	8-9	0,0258132	0,0209132	0,0732	0,0941132
	4-9	0,0160132

q₆=0,0298132 q₇=0,0866798 q₈=0,0873732

Рис.

q₅=0,0316732 q₉=0,0941132

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)}= (0,0298132+ 0,0866798+0,0873732)/3=0,20386м³/с;

q_4-5= q_5-6 + q_узл5 =0,2038662+ 0,0316732= 0,2355394м³/с;

q_4-9= q_9-8 + q_узл9 =0,2038662+0,0941132= 0,2979794м³/с;

q_6-7= q_5-6 - q_узл6 =0,2038662- 0,0298132= 0,174053м³/с;

q_8-7= q_9-8 - q_узл8 =0,2038662- 0,0873732= 0,116493м³/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

№ участка	Магистральный расход qмаг м3/с	Условный проход, мм	Длина участка L,м	Расчетное удельное сопротивление А0 м3/с	Сопротивление участка Ai= А0*l
4-5	0,23553	450	1017	0,099	100,683
5-6	0,20386	400	1317	0,185	243,645
6-7	0,17405	400	817	0,185	151,145
4-7	0,20386	400	1317	0,185	243,645
7-8	0,11649	300	1017	0,846	860,382
8-9	0,20386	400	1317	0,185	243,645
9-4	0,29797	500	817	0,057	46,569

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

№ кольца	№ участка	Длина участка, м	Диаметр участка, м	Площадь живого сечения щ, м?	Удельное сопротивление участка Аоi, с?/м?	Сопротивление участка Аik, с?/м5	Предварительное распределение	Первое исправление
							qik, м?/c	Vik, м/с	д	Аik*qik	hik	?q1	qik1	Vik1	д	Аik1*qik1	hik1
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1	4 - 5	1017	0,45	0,1706	0,099	853,6058	0,235	1,38	1	200,597	47,140	-0,093	0,142	0,83	1	120,879	17,118
	5 - 6	1317	0,4	0,1346	0,185	2871,531	0,204	1,52	1	585,792	119,502		0,111	0,82	1	317,619	35,132
	6 - 7	817	0,4	0,1346	0,185	151,145	0,174	1,29	1	26,299	4,576		0,081	0,60	1,1	12,184	0,982
	4 - 7	1317	0,4	0,1346	0,185	243,645	-0,204	1,52	1	49,704	-10,140	-0,151	-0,355	2,64	1	86,468	-30,687
?										862,392	161,079					537,149	22,544
2	4 - 7	1317	0,4	0,1346	0,185	243,645	0,204	1,52	1	49,704	10,140	0,151	0,355	2,64	1	86,468	30,687
	7 - 8	1017	0,3	0,0759	0,846	77251,38	-0,116	1,53	1	8961,160	-1039,495	0,058	-0,058	0,77	1,1	4518,912	-264,339
	8 - 9	1317	0,4	0,1346	0,185	243,645	-0,204	1,52	1	49,704	-10,140		-0,146	1,09	1	35,693	-5,229
	4 - 9	817	0,5	0,2091	0,057	46,569	-0,298	1,43	1	13,878	-4,136		-0,240	1,15	1	11,200	-2,693
?										9074,445	-1043,630					4652,273	-241,575

Таблица

Второе исправление	Третье исправление
?q2	qik2	Vik2	д	Аik2*qik2	hik2	?q3	qik3	Vik3	д	Аik3*qik3	hik3
19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
-0,0255	0,151	0,88	1	128,673	19,396	-0,0064	0,1443	0,85	1	123,188	17,778
	0,120	0,89	1	343,838	20,586		0,1133	0,84	1	325,388	18,436
	0,090	0,67	1,1	13,564	1,217		0,0833	0,62	1,15	12,593	1,049
-0,0521	-0,372	2,77	1	90,730	-33,787	-0,0161	-0,3885	2,89	1	94,661	-36,777
				576,805	7,412					555,829	0,485
0,0521	0,372	2,77	1	90,730	33,787	0,0161	0,3885	2,89	1	94,661	36,777
0,0266	-0,032	0,42	1,17	2462,186	-78,476	0,0097	-0,0222	0,29	1,28	1712,346	-37,956
	-0,120	0,89	1	29,206	-3,501		-0,1102	0,82	1	26,841	-2,957
	-0,214	1,02	1	9,960	-2,130		-0,2042	0,98	1	9,508	-1,941
				2592,083	-50,320					1843,356	-6,076

16

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)

Часы суток	Водопот,%	Подача насосов, %	Поступление воды в бак, %	Поступ. воды из бака, %	Остаток, % (А)
0-1	3,0	4,35	1,35		1,35
1-2	3,2	4,35	1,15		2,5
2-3	2,5	4,35	1,85		4,35
3-4	2,6	4,35	1,75		6,1
4-5	3,5	4,35	0,85		6,95
5-6	4,1	4,35	0,25		7,2
6-7	4,4	4,35		0,05	7,15
7-8	4,9	4,35		0,55	6,6
8-9	4,0	4,35	0,35		6,95
9-10	5,6	4,35		1,25	5,7
10-11	4,9	4,35		0,55	5,15
11-12	4,7	4,35		0,35	4,8
12-13	4,4	4,35		0,05	4,75
13-14	4,1	4,35	0,25		5
14-15	4,1	4,35	0,25		5,25
15-16	4,4	4,35		0,05	5,2
16-17	4,3	4,35	0,05		5,25
17-18	4,1	4,35	0,25		5,5
18-19	4,5	4,35		0,15	5,35
19-20	4,5	4,35		0,15	5,2
20-21	4,5	4,35		0,15	5,05
21-22	4,8	4,35		0,45	4,6
22-23	4,6	4,35		0,25	4,35
23-24	3,3	4,35	1,05		5,4

Находим объем бака:

W= (Q_max ^сут / 100)*A, м³

где: Q_max^сут - максимальный суточный расход

Q_max^сут= 19412 м³

A - наибольший остаток в баке %

А=7,2%

W= (19412/100)*7,2=1397,664м³

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;

Т -время работы насосов (Т=23часа);

n - число ниток водовода (n=2).

q_{водовода} =19412/3600*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

с -плотность 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=1,00м

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.

Размещено на Allbest