Гидравлический и прочностный расчет наружных водопроводных и водоотводящих (канализационных) сетей

Введение

Целью курсового проекта является привитие навыков гидравлического и прочностного расчета наружных водопроводных и водоотводящих (канализационных) сетей, подвергнутых реконструкции с помощью бестраншейных технологий и с использованием современных ремонтных материалов защитных покрытий (труб).

Конкретной задачей курсового проекта является определение состояния подлежащих реновации водопроводных и водоотводящих сетей, выполнение графической части и расчетов с использованием компьютерных программ по принятию соответствующих инженерных решений, в частности: по остаточному ресурсу трубопровода, по применению и определению оптимальных параметров реновации ветхих участков трубопроводной сети различными ремонтными материалами (защитными покрытиями), по проверке восстановленной трубопроводной системы на гидравлическую совместимость ее отдельных участков, восстановленных различными материалами.

Объем и состав курсового проекта.

Работа оформляется в виде расчетно-пояснительной записки с эскизами водопроводных и водоотводящих сетей, пьезометрическими профилями (для водопроводных сетей) и продольными профилями (для водоотводящих сетей).

В состав записки включается также реферативная часть с описанием одного из современных методов бестраншейного восстановления или строительства трубопроводов (примерный перечень тем выдается преподавателем).

Курсовой проект выполняется по индивидуальному заданию, стандартный бланк которого содержит всю необходимую информацию об объекте (трубопроводах и ремонтном участке).

Курсовой проект включает два основных раздела:

реновация водопроводных сетей (напорные трубопроводы);

реновация водоотводящих сетей (безнапорные трубопроводы).

В каждом разделе в автоматизированном и ручном режимах решается ряд специальных задач, которые позволяют оценить ситуацию на трубопроводной сети, выполняемой из различных материалов (например, сталь, чугун, железобетон, асбестоцемент, керамика, кирпич) и принять решение о целесообразности реновации тем или иным методом и ремонтным материалом (например, нанесением цементно-песчаного покрытия, наложением на внутреннюю поверхность ветхого участка трубопровода полимерного рукава, протягиванием новых полимерных труб внутрь старого трубопровода).

В записке приводятся результаты гидравлических расчетов водопроводных и водоотводящих сетей города, а также прочностных расчетов (компьютерных распечаток) и рекомендуемых ниже эскизов и текстового материала, поясняющих и обосновывающих принятые технические решения по реновации. Записка должна иметь правильно оформленный титульный лист и содержать список использованной нормативно-технической литературы:

Руководство пользователя соответствующими автоматизированными программами выдается на практических занятиях преподавателем.

Раздел I. Реновация водопроводных сетей

1.1 Реновация стальных трубопроводов

Результат работы автоматизированной программы показывает, что минимальный остаточный ресурс ремонтного участка стального трубопровода составляет 2,09 лет, т.е. его несущая способность не исчерпана.

Результаты счета (распечатки) по результатам работы автоматизированной программы «Сталь + ПР» показывают, что при заданной остаточной толщине стенки на ремонтном участке трубопровода базовая толщина защитного покрытия должна составлять 21,3 мм (0,0213 м), а с учетом повышающих коэффициентов 27,1 мм (0,0271 м) при исходном модуле упругости 320000 т/м², что обеспечивает несущую способность ремонтного участка новой трубной конструкции «сталь + ПР».

Внутренний диаметр ремонтного участка после нанесения ПР составит 1,4 - 0,0271х2 = 1,3458 м.

а). Для ремонтного участка стального трубопровода диаметром 1,4 м при величине остаточного ресурса 2,09 лет представляется возможным произвести санацию ЦПП^* (^*Примечание: проведение санации с помощью ЦПП возможно, если минимальный остаточный ресурс составляет 3 и более лет) В данной ситуации при значительном ресурсе толщина слоя ЦПП должна составить 12 мм (0,012 м); в результате внутренний диаметр трубы уменьшился бы на 24 мм (0,024) и составил 1,4 - 0,012х2 = 1,376 м.

б). В случае использования для ремонта участка протаскиваемой полиэтиленовой трубы наружным диаметром 1,2 м с толщиной стенки 0,0462 м внутренний диаметр трубопровода на ремонтном участке составит 1,2 - 0,0462х2 = 1,1076 м.

а). сталь + ПР.

Используя исходные данные, рассчитываются коэффициент удельного сопротивления стального трубопровода А_СТ , коэффициент удельного сопротивления полимерного рукава А_ПР, потери напора Δ h на всем стальном трубопроводе диаметром 1,4 м, длиной L = 1890 м, начальном давлении 54 м, при расходе q = 2,75 м³/с и на ремонтном участке соответствующей длины 0,7L = 1323 м с учетом его расположения Н (т.е. начало трубопровода):

А_СТ = 0,0017d^-5,1716 = 0,0017х1,4^-5,1716 = 0,000298355;

А_ПР = 0,0007d^-5,2791 = 0,0007х1,3458^-5,2791 = 0,000145948;

Δ h = А_СТLq² = 0,000298355х1890х2,75² = 4,264 м (т.е. давление в конце трубопровода снизится до 54 - 4,264 = 49,736 м)

Расчету подлежат также потери напора на ремонтном участке до проведения санации

Δ h_ст = А_СТ0,7Lq² = 0,000298355х1323х2,75² = 2,985 м

и после проведения санации полимерным рукавом

Δ h_пр = А_ПР0,7Lq² = 0,000145948х1323х2,75² = 1,460 м

Таким образом, разница в потерях напора составит:

Δ h_ст - Δ h_пр = 2,985 - 1,460 = 1,525 м

Вывод: гидравлический дисбаланс положительный, т.е. давление в конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полимерным рукавом возрастает на 1,525 м вод. ст. и становится равным 49,736 + 1,525 = 51,261 м.

С учетом начальных и полученных в результате расчета величин давления на одном поле строятся 2 пьезометрических профиля для всего трубопровода до ремонта и после ремонта на отдельном участке

б). сталь + ЦПП

Выполняются аналогичные операции (см. п. а):

А_цпп = 0,0007d^-5,2791 = 0,0007х1,376^-5,2279 = 0,000169652;

Δ h_цпп = А_ПР0,7Lq² = 0,000169652х1323х2,75² = 1,697 м

Таким образом, разница в потерях напора составит:

Δ h_ст - Δ h_пр = 2,985 - 1,697 = 1,288 м

Вывод: гидравлический дисбаланс положительный, т.е. давление в конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полимерным рукавом возрастает на 1,288 м вод. ст. и становится равным 49,736 + 1,288 = 51,024     м.

в). сталь + ПЭ

Выполняются аналогичные операции (см. п. а) с расчетом коэффициента удельного сопротивления полиэтиленовой трубы по формуле:

А_ПЭ = 0,001.d^-5,316 = 0,001х1,1076^-5,316 = 0,000580845;

Δ h_пэ = А_ПЭ0,7Lq² = 0,000580845х1323х2,75² = 5,811 м;

Таким образом, разница в потерях напора составит:

Δ h_ст - Δ h_пэ = 2,985 - 5,811 = -2,826м

Вывод: гидравлический дисбаланс отрицательный, т.е. давление в конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полимерным рукавом снизится на 2,826 м вод. ст. и становится равным 49,736 - 2,826 = 46,910 м.

Процент снижения давления от расчетного до ремонта составит (49,736 - 46,910) *100 / 49,736 = 6,68 %.

С учетом начального давления на одном поле строятся 2 пьезометрических профиля для всего трубопровода до ремонта и после ремонта на отдельном участке (см. рис. 2).

.2 Реновация асбестоцементных, чугунных и железобетонных трубопроводов

Результаты решения задачи 1: определение толщины и модуля упругости защитного покрытия (внутреннего полимерного рукава), обеспечивающего несущую способность восстановленного участка новой трубной конструкции «материал трубопровода + полимерный рукав» для двух альтернативных случаев: не нарушения и нарушения несущей способности ветхого трубопровода.

а). асбестоцементный трубопровод;

Результаты счета (распечатки) по результатам работы автоматизированной программы показывают, что для случая не нарушения несущей способности асбестоцементного трубопровода толщина слоя полимерного рукава составляет 21 мм (0,021 м), а при нарушении 33 мм (0,033 м). Модули упругости полимерного рукава для двух случаев остаются неизменными - 500000 т/м².

Таким образом, внутренний диаметр ремонтного участка асбестоцементного трубопровода при не нарушении его несущей способности после нанесения ПР составит 0,5 - 0,021х2 = 0,458 м, а при нарушении - 0,5 - 0,033х2 = 0,434 м.

б). железобетонный трубопровод;

Результаты счета (распечатки) по результатам работы автоматизированной программы показывают, что для случая ненарушения несущей способности железобетонного трубопровода толщина слоя полимерного рукава составляет 8 мм (0,008 м), а при нарушении 31 мм (0,031 м). При этом модули упругости полимерного рукава различны: при не нарушении несущей способности - 250000 т/м², а при нарушении в 2 раза больше - 500000 т/м².

Таким образом, внутренний диаметр ремонтного участка железобетонного трубопровода при не нарушении его несущей способности после нанесения ПР составит 1,4 - 0,008х2 = 1,384 м, а при нарушении - 1,4 - 0,031х2 = 1,338 м.

в). чугунный трубопровод;

Результаты счета (распечатки) по результатам работы автоматизированной программы «Полимерный рукав (напорный режим эксплуатации)» показывают, что для случая не нарушения несущей способности чугунного трубопровода надежность конструкции обеспечена, а при нарушении при максимальном модуле упругости 500000 т/м² толщина слоя полимерного рукава составляет - 34 мм (0,034 м) 0,2-0,034х2 = 0,132 м

Результаты решения задачи 2: определение параметров санации ветхого участка трубопровода путем нанесения цементно-песчаного покрытия (ЦПП) и протаскивания полиэтиленовой трубы (ПЭ).

а). Нанесение ЦПП может производиться лишь на чугунный трубопровод в случае не нарушения несущей способности ремонтного участка. Для диаметра трубопровода 0,2 м толщина слоя ЦПП должна составить 0,005 м (см. таблицу 4).

Таким образом, внутренний диаметр ремонтного участка чугунного трубопровода при ненарушении несущей способности чугунного трубопровода после нанесения ЦПП составит 0,2 - 0,005х2 = 0,19 м.

б). Протаскивание полиэтиленовой трубы на ремонтном участке всех типов трубопроводов приведет к следующим изменениям внутреннего диаметра:

для асбестоцементного трубопровода диаметром 0,5 м при использовании полиэтиленовой трубы диаметром 0,45 м: 0,45 - 0,0174х2 = 0,4152 м;

для железобетонного трубопровода диаметром 1,4 м при использовании полиэтиленовой трубы диаметром 1,2 м: 1,2 - 0,0462х2 = 1,1076 м;

для чугунного трубопровода диаметром 0,2 м при использовании полиэтиленовой трубы диаметром 0,18 м: 0,18 - 0,007х2 = 0,166 м;

Результаты решения задачи 3: проведение гидравлического расчета новых трубных конструкций «материал трубопровода + ПР», «материал трубопровода + ЦПП» и «материал трубопровода + ПЭ» с построением пьезометрического профиля для оценки гидравлической совместимости нового (восстановленного) участка с действующим трубопроводом по величинам потерь напора.

а). асбестоцементный трубопровод;

Конструкция «асбестоцемент + ПР»

Используя исходные данные, рассчитываются коэффициент удельного сопротивления асбестоцементного трубопровода А_АЦ, коэффициент удельного сопротивления полимерного рукава А_ПР, потери напора Δ h на всем асбестоцементном трубопроводе диаметром 0,5 м, длиной L = 600 м, начальном давлении 28,2 м, при расходе q = 0,3 м³/с и на ремонтном участке соответствующей длины 0,7L = 420 м:

А_АЦ = 0,0024d^-4,9384 = 0,0024х0,5^-4,9384 = 0,07359;

А_ПР = 0,0007d^-5,2791 = 0,0007х0,458^-5,2791 = 0,04319 (при ненарушении несущей способности);

А_ПР = 0,0007d^-5,2791 = 0,0007х0,434^-5,2791 = 0,05739 (при нарушении несущей способности);

Δh = А_АЦLq² = 0,07359х600х0,3² = 3,974 м (т.е. давление в конце трубопровода снизится до 28,2 - 3,974 = 24,226 м);

Расчету подлежат также потери напора на ремонтном участке до проведения санации

Δ h_ац = А_АЦ0,7Lq² = 0,07359х420х0,3² = 2,781 м

и после проведения санации полимерным рукавом

Δ h_пр = А_ПР0,7Lq² = 0,04319х420х0,3² = 1,633 м (при не нарушении несущей способности);

Δ h_пр = А_ПР0,7Lq² = 0,05739х420х0,3² = 2,169 м (при нарушении несущей способности);

Таким образом, разница в потерях напора составит:

Δ h_ац - Δ h_пр = 2,781 - 1,633 = 0,148 м (при не нарушении несущей способности);

Δ h_ац - Δ h_пр = 2,781 - 2,169 = 0,612м (при нарушении несущей способности);

Вывод:

при не нарушении несущей способности гидравлический дисбаланс положительный; давление в конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полимерным рукавом возрастает на 0,148 м вод. ст. и станет равным 24,226 + 0,148 = 24,374 м, т.е. практически не изменится.

при нарушении несущей способности гидравлический дисбаланс положительный; давление в конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полимерным рукавом возрастет на 0,612 м вод. ст. и станет равным 24,226 + 0,612 = 24,838 м, т.е. также практически не изменится.

Процент снижения давления от расчетного до ремонта составит (24,838 - 24,374)*100 / 24,838 = 1,87 %.

Конструкция «асбестоцемент + ПЭ»

Используя исходные данные, рассчитываются коэффициент удельного сопротивления асбестоцементного трубопровода А_АЦ, коэффициент удельного сопротивления полиэтиленового трубопровода А_ПЭ, потери напора Δ h на всем асбестоцементном трубопроводе диаметром 0,5 м, длиной L = 600 м, начальном давлении 28,2 м, при расходе q = 0,3 м³/с и на ремонтном участке соответствующей длины 0,7L = 420 м:

А_АЦ = 0,0024d^-4,9384 = 0,0024х0,5^-4,9384 = 0,07359;

А_ПЭ = 0,001.d^-5,316 = 0,001х0,4152^-5,316 = 0,10699;

Δ h = А_АЦLq² = 0,07359х600х0,3² = 3,974 м (т.е. давление в конце трубопровода снизится до 28,2 - 3,974 = 24,216 м);

Расчету подлежат также потери напора на ремонтном участке до проведения санации

Δ h_ац = А_АЦ0,7Lq² = 0,07359х420х0,3² = 2,782 м

и после проведения санации полиэтиленовой трубой

Δ h_пэ = А_ПЭ0,7Lq² = 0,10699х420х0,3² = 4,044 м;

Таким образом, разница в потерях напора составит:

Δ h_ац - Δ h_пэ = 2,782 - 4,044 = - 1,262 м;

Вывод: гидравлический дисбаланс отрицательный, т.е. давление в конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полиэтиленовой трубой понизится на 1,262 м вод. ст. и станет равным 24,216-1,262=22,954 м.

Процент снижения давления от расчетного до ремонта составит (24,216 - 22,954)*100 / 24,216 = 5,21 %.

б). железобетонный трубопровод;

Конструкция «железобетон + ПР»

Используя исходные данные, рассчитываются коэффициент удельного сопротивления железобетонного трубопровода А_ЖБ, коэффициент удельного сопротивления полимерного рукава А_ПР, потери напора Δ h на всем железобетонном трубопроводе диаметром 1,4 м, длиной L =1950 м, начальном давлении 38 м, при расходе q = 2,45 м³/с и на ремонтном участке соответствующей длины 0,6L = 1170 м:

А_ЖБ = 0,0017d^-5,1901 = 0,0017х1,4^-5,1901 = 0,000297;

А_ПР = 0,0007d^-5,2791 = 0,0007х1,384^-5,2791 = 0,000127 (при ненарушении несущей способности);

А_ПР = 0,0007d^-5,2791 = 0,0007х1,338^-5,2791 = 0,000151 (при нарушении несущей способности);

Δ h = А_ЖБLq² = 0,000297х1950х2,45 ² = 3,476 м (т.е. давление в конце трубопровода снизится до 38 - 3,476 = 34,524 м);

Расчету подлежат также потери напора на ремонтном участке до проведения санации

Δ h_жб = А_ЖБ0,6Lq² = 0,000297х1170х2,45² = 2,086 м

и после проведения санации полимерным рукавом

Δ h_пр = А_ПР0,85Lq² = 0,000127х1170х2,45² = 0,892 м (при ненарушении несущей способности);

Δ h_пр = А_ПР0,85Lq² = 0,000151х1170х2,45² = 1,061 м (при нарушении несущей способности);

Таким образом, разница в потерях напора составит:

Δ h_жб - Δ h_пр = 2,086 - 0,892 = 1,194 м (при ненарушении несущей способности);

Δ h_жб - Δ h_пр = 2,086 - 1,061 = 1,025 м (при нарушении несущей способности);

Вывод:

при не нарушении несущей способности гидравлический дисбаланс положительный (практически не существует); давление в конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полимерным рукавом возрастает на 1,194 м вод. ст. и станет равным 34,524 + 1,194 = 35,718 м,

при нарушении несущей способности гидравлический дисбаланс также положительный (практически незначительный); давление в конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полимерным рукавом возрастет на 1,025 м вод. ст. и станет равным 34,524 + 1,025= 35,549 м.

Конструкция «железобетон + ПЭ»

Используя исходные данные, рассчитываются коэффициент удельного сопротивления железобетонного трубопровода А_ЖБ, коэффициент удельного сопротивления полиэтиленового трубопровода А_ПЭ, потери напора Δ h на всем железобетонном трубопроводе диаметром 1,4 м, длиной L = 1950 м, начальном давлении 38 м, при расходе q = 2,45 м³/с и на ремонтном участке соответствующей длины 0,6L = 1170 м:

А_ЖБ = 0,0017d^-5,1901 = 0,0017х1,4 ^-5,1901 = 0,000297;

А_ПЭ = 0,001.d^-5,316 = 0,001х1,1076^-5,316 = 0,000581;

Δ h = А_ЖБLq² = 0,000297х1950х2,45² = 3,476 м (т.е. давление в конце трубопровода снизится до 38 - 3,476 = 34,524 м);

Расчету подлежат также потери напора на ремонтном участке до проведения санации

Δ h_жб = А_ЖБ0,6Lq² = 0,000297х1170х2,45² = 2,086 м

и после проведения санации полиэтиленовой трубой

Δ h_пэ = А_ПЭ0,6Lq² = 0,000581х1170х2,45² = 4,080 м;

Таким образом, разница в потерях напора составит:

Δ h_жб - Δ h_пэ = 2,086-4,080 = -1,994 м;

Вывод: гидравлический дисбаланс отрицательный, т.е. давление в конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полиэтиленовой трубой снизится на 1,994 м вод. ст. и станет равным 34,524 - 1,994 = 32,530 м.

Процент снижения давления от расчетного до ремонта составит (34,524 - 32,530)*100 / 34,524 = 5,78 %.

в). чугунный трубопровод;

Конструкция «чугун + ПР»

Используя исходные данные, получаем что в случае не нарушения целостности надежность конструкции обеспечена, а при нарушении конструкции требуемая толщина стенки полимерного рукава 0,034м или 34 мм. Используя исходные данные, рассчитываются коэффициент удельного сопротивления чугунного трубопровода А_ч, коэффициент удельного сопротивления полимерного рукава А_ПР, потери напора Δ h на всем чугунном трубопроводе диаметром 0,2 м, длиной L = 460 м, начальном давлении 101 м, при расходе q = 0,0298 м³/с и на ремонтном участке соответствующей длины 0,65L = 299 м:

А_Ч = 0,0017d^-5,225 = 0,0017х0,2^-5,2558 = 8,018543;

А_ПР = 0,0007d^-5,2791 = 0,0007х0,132^-5,2791 = 30,73804 (при нарушении несущей способности);

Δ h = А_ЧLq² = 8,018543х460х0,0298² = 3,276 м (т.е. давление в конце трубопровода снизится до 101 - 3,276 = 97,724 м);

Расчету подлежат также потери напора на ремонтном участке до проведения санации

Δ h_Ч = А_Ч0,65Lq² = 8,018543х299х0,0298² = 2,130 м и после проведения санации полимерным рукавом

Δ h_пр = А_ПР0,65Lq² = 30,73804х299х0,0298² = 8,162 м (при нарушении несущей способности);

Таким образом, разница в потерях напора составит:

Δ h_Ч - Δ h_пр = 2,130 - 8,162 = -6,032м (при нарушении несущей способности);

Вывод:

при нарушении несущей способности гидравлический дисбаланс отрицательный; давление в конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полимерным рукавом снизится на 6,032 м вод. ст. и станет равным 97,724-6,032=91,692 м.

Процент снижения давления от расчетного до ремонта составит (97,724 - 91,692)*100 / 97,724 = 6,17 %.

Конструкция «чугун + ПЭ»

Используя исходные данные, рассчитываются коэффициент удельного сопротивления чугунного трубопровода А_Ч, коэффициент удельного сопротивления полиэтиленового трубопровода А_ПЭ, потери напора Δ h на всем чугунном трубопроводе диаметром 0,2 м, длиной L = 460 м, начальном давлении 101 м, при расходе q = 0,0298 м³/с и на ремонтном участке соответствующей длины 0,65L = 299 м:

А_Ч = 0,0017d^-5,2558 = 0,0017х0,2^-5,2558 = 8,018543;

А_ПЭ = 0,001.d^-5,316 = 0,001х0,166^-5,316 = 13,99282;

Δ h = А_ЧLq² = 8,018543х460х0,0298² = 3,276 м (т.е. давление в конце трубопровода снизится до 101 - 3,276 = 97,724 м);

Расчету подлежат также потери напора на ремонтном участке до проведения санации

Δ h_ч = А_Ч0,65Lq² = 8,018543х299х0,0298² = 2,130 м

и после проведения санации полиэтиленовой трубой

Δ h_пэ = А_ПЭ0,65Lq² = 13,99282х299х0,0298² = 3,715 м;

Таким образом, разница в потерях напора составит:

Δ h_ч - Δ h_пэ = 2,130 - 3,715 = -1,585 м;

Вывод: гидравлический дисбаланс отрицательный, т.е. давление в конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полиэтиленовой трубой снизится на 1,585 м вод. ст. и станет равным 97,724 - 1,585 = 96,139 м.

Процент снижения давления от расчетного до ремонта составит (97,724 - 96,139)*100 / 97,724 = 1,62 %.

Конструкция «чугун + ЦПП»

Используя исходные данные, рассчитываются коэффициент удельного сопротивления чугунного трубопровода А_Ч, коэффициент удельного сопротивления после нанесения ЦПП А_ЦПП, потери напора Δ h на всем чугунном трубопроводе диаметром 0,2 м, длиной L = 460 м, начальном давлении 101 м, при расходе q = 0,0298 м³/с и на ремонтном участке соответствующей длины 0,65L = 299 м:

А_Ч = 0,0017d^-5,2558 = 0,0017х0,2^-5,2558 = 8,018543;

А_ЦПП = 0,0009.d^-5,2279 = 0,0009.0,19^-5,2279 = 5,306969;

Δ h = А_ЧLq² = 8,018543х460х0,0298² = 3,276 м (т.е. давление в конце трубопровода снизится до 101 - 3,276 = 97,724 м);

Расчету подлежат также потери напора на ремонтном участке до проведения санации

Δ h_ч = А_Ч0,65Lq² = 8,018543х299х0,0298² = 2,130 м

и после проведения санации ЦПП

Δ h_цпп = А_ЦПП0,85Lq² = 5,306969х299х0,0298² = 1,409 м;

Таким образом, разница в потерях напора составит:

Δ h_ч - Δ h_цпп = 2,130 - 1,409 = 0,721 м;

Вывод: гидравлический дисбаланс положительный, т.е. давление в конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полиэтиленовой трубой увеличится на 0,7216 м вод. ст. и станет равным 97,724 + 0,721 = 98,445 м.

Общие выводы по санации трубопроводов из различных материалов

Сравнению подлежат варианты с отрицательным гидравлическим дисбалансом:

для стального трубопровода наихудшим вариантом санации является протаскивание внутрь ремонтного участка полиэтиленовой трубы - максимальный отрицательный дисбаланс 6,68 %;

для асбестоцементного трубопровода наихудшим вариантом санации является является протаскивание внутрь ремонтного участка полиэтиленовой трубы - максимальный отрицательный дисбаланс 1,87 %;

для железобетонного трубопровода наихудшим вариантом санации является протаскивание внутрь ремонтного участка полиэтиленовой трубы - максимальный отрицательный дисбаланс 5,78 %;

для чугунного трубопровода наихудшим вариантом санации является нанесение на ремонтный участок полимерного рукава - максимальный отрицательный дисбаланс 6,17 %.

Раздел II. Реновация водоотводящих безнапорных сетей

а). асбестоцементный трубопровод;

Результаты счета (распечатки) по результатам работы автоматизированной программы показывают, что для случая не нарушения несущей способности асбестоцементного трубопровода толщина слоя полимерного рукава составляет 6,12 мм (0,00612 м) при модуле упругости 100000 т/м², а при нарушении 47,99 мм (0,04799 м) и модуле упругости 250000 т/м².

Таким образом, внутренний диаметр ремонтного участка асбестоцементного трубопровода при не нарушении его несущей способности после нанесения ПР составит 0,4 - 0,00612х2 = 0,38776 м, а при нарушении - 0,4 - 0,0404х2 = 0,30402 м.

б). железобетонный трубопровод;

Результаты счета (распечатки) по результатам работы автоматизированной программы показывают, что для случая ненарушения несущей способности железобетонного трубопровода толщина слоя полимерного рукава составляет 14,99 мм (0,01499 м) при модуле упругости 100000 т/м², а при нарушении 41,79 мм (0,04179 м) и модуле упругости 500000 т/м².

Таким образом, внутренний диаметр ремонтного участка железобетонного трубопровода при не нарушении его несущей способности после нанесения ПР составит 1,2 - 0,01499х2 = 1,17 м, а при нарушении - 1,2 - 0,04179х2 = 1,1164 м.

в). чугунный трубопровод;

Результаты счета (распечатки) по результатам работы автоматизированной программы показывают, что для случая не нарушения несущей способности чугунного трубопровода толщина слоя полимерного рукава составляет 1,3 мм (0,0013 м) при модуле упругости 100000 т/м², а при нарушении 19,04 мм (0,01904 м) при том же модуле упругости.

Таким образом, внутренний диаметр ремонтного участка чугунного трубопровода при не нарушении его несущей способности после нанесения ПР составит 0,1 - 0,0013х2 = 0,0974 м, а при нарушении - 0,1 - 0,001904х2 = 0,096192 м.

г). керамический трубопровод;

Результаты счета (распечатки) по результатам работы автоматизированной программы «Санация» показывают, что для случая нарушения несущей способности керамического трубопровода толщина слоя полимерного рукава составляет 31,65 мм (0,03165 м) при минимальном модуле упругости 200000 т/м².

Таким образом, внутренний диаметр ремонтного участка керамического трубопровода после нанесения ПР составит 0,6 - 0,03165х2 = 0,5367 м.

д). кирпичный трубопровод;

Результаты счета (распечатки) по результатам работы автоматизированной программы показывают, что для случая нарушения несущей способности кирпичного трубопровода толщина слоя полимерного рукава составляет 46,47 мм (0,04647 м) при модуле упругости 100000 т/м².

Таким образом, внутренний диаметр ремонтного участка кирпичного трубопровода после нанесения ПР составит 1,6 - 0,04647х2 = 1,5071 м.

а). Нанесение ЦПП может производиться лишь на чугунный трубопровод в случае ненарушения несущей способности ремонтного участка. Для диаметра трубопровода 0,1 м толщина слоя ЦПП должна составить 0,004 м (см. таблицу 4).

Таким образом, внутренний диаметр ремонтного участка чугунного трубопровода при не нарушении несущей способности чугунного трубопровода после нанесения ЦПП составит 0,1 - 0,004х2 = 0,092 м.

б). Протаскивание полиэтиленовой трубы на ремонтном участке всех типов трубопроводов приведет к следующим изменениям внутреннего диаметра:

для асбестоцементного трубопровода диаметром 0,4 м при использовании полиэтиленовой трубы диаметром 0,355 м: 0,355 - 0,0137х2 = 0,3276 м;

для железобетонного трубопровода диаметром 1,2 м при использовании полиэтиленовой трубы диаметром 1,0 м: 1,0 - 0,0385х2 = 0,923 м;

для чугунного трубопровода диаметром 0,1 м при использовании полиэтиленовой трубы диаметром 0,090 м: 0,090 - 0,0043х2 = 0,0814 м;

для керамического трубопровода диаметром 0,6 м при использовании полиэтиленовой трубы диаметром 0,56 м: 0,56 - 0,0216х2 = 0,51684 м;

для кирпичного трубопровода диаметром 1,6 м при использовании полиэтиленовой трубы диаметром 1,4 м: 1,4 - 0,0667х2 = 1,2666 м.

а). асбестоцементный трубопровод;

Конструкция «асбестоцемент + ПР»

Используя исходные данные, рассчитываются:

наполнение на ремонтном участке (h/d)_пр ;

гидравлические радиусы на действующем асбестоцементном трубопроводе R_ац и ремонтном участке R_пр;

коэффициенты Шези асбестоцементного трубопровода С_ац и ремонтного участка из полимерного рукава С_пр;

значения скорости на асбестоцементном трубопроводе V_ац и предварительных скоростей на ремонтном участке из полимерного рукава V_пр для соответствующих диаметров;

живые сечения на асбестоцементном трубопроводе ω_ац и на ремонтном участке из полимерного рукава ω_пр;

расчетный расход сточных вод на асбестоцементном трубопроводе Q_ац и соответствующие расходы на ремонтном участке Q_пр;

значения истинных скоростей на ремонтном участке V_пр при пропуске расчетного расхода Q_ац.

Исходное наполнение асбестоцементного трубопровода (h/d)_ац = 0,5.

Далее расчет производится по следующему алгоритму.

). Для определения наполнения на ремонтном участке используется равенство:

(h/d)_пр . d_пр = (h/d)_ац . d_ац

Откуда наполнение на ремонтном участке из полимерного рукава при ненарушении несущей способности трубопровода составит:

(h/d)_пр = (h/d)_ац. d_ац / d_пр = (0,5.0,4) / 0,38776 = 0,515;

а при нарушении несущей способности:

(h/d)_пр = (h/d)_ац . d_ац / d_пр = (0,5.0,4) / 0,30402 = 0,658;

). Гидравлический радиус R_ац на асбестоцементном трубопроводе диаметром 0,4 м определяется по формуле:

R_ац = d{0,1277 ln(h/d)_ац + 0,3362} = 0,4{0,1277 ln(0,5) + 0,3362}= 0,099 м

Гидравлические радиусы R_пр на ремонтном участке из полимерного рукава определяется по аналогичным формулам с использованием d_пр при ненарушении и нарушении несущей способности:

при ненарушении несущей способности:

R_пр= 0,38776{0,1277ln(0,515)+0,3362}= 0,097 м;

при нарушении несущей способности:

R_пр= 0,30402{0,1277ln(0,658)+0,3362}= 0,086 м;

3). Коэффициент Шези С_ац на асбестоцементном трубопроводе диаметром 0,4 м определяется по формуле:

С_ац = 72,489R_ац^0,1667 = 72,489.0,099^0,1667 = 53,387;

Коэффициенты Шези С_пр на ремонтном участке из полимерного рукава соответствующих диаметров d_пр определяются по следующей формуле:

С_пр = 17,043lnR_пр - 17,038ln(1000d_пр) + 208,2

при не нарушении несущей способности:

С_пр = 17,043ln 0,097 - 17,038ln(1000*0,38776) + 208,2 = 66,88;

при нарушении несущей способности:

С_пр = 17,043ln 0,086 - 17,038ln(1000*0,30402) + 208,2 = 68,98;

). Скорость V_ац на асбестоцементном трубопроводе диаметром 0,4 м определяется по формуле:

V_ац = С_ац (R_ац i)^1/2 = 53,387 (0,099.0,0075)^1/2 = 1,50 м/с;

Предварительные скорости V_пр на ремонтном участке из полимерного рукава соответствующих диаметров d_пр определяются по аналогичным формулам:

при не нарушении несущей способности:

V_пр = С_пр (R_пр i)^1/2 = 66,88 (0,097.0,0075)^1/2 = 1,86 м/с;

- при нарушении несущей способности:

V_пр = С_пр (R_пр i)^1/2 = 68,98 (0,086.0,0075)^1/2 = 1,81 м/с;

). Живые сечения на асбестоцементном трубопроводе ω_ац и на ремонтном участке из полимерного рукава ω_пр определяются по формуле:

ω = d²{0,9339(h/d) - 0,0723}

ω_ац = d²_ац{0,9339(h/d)_ац - 0,0723} = 0,4²{0,9339.0,5 -0,0723} = 0,063144 м²

при санации полимерным рукавом и ненарушении несущей способности:

ω_пр = d²_пр{0,9339(h/d)_пр - 0,0723} = 0,38776²{0,9339*0.515 -0,0723} = 0,06145 м²

при санации полимерным рукавом и нарушении несущей способности:

ω_пр = d²_пр{0,9339(h/d)_пр - 0,0723} = 0,30402²{0,9339.0,658 -0,0723} = 0,050115 м²

). Расчетный расход сточных вод на асбестоцементном трубопроводе Q_ац и соответствующие расходы на ремонтном участке Q_пр определяются по формуле:

Q = ωV

Q_ац = ω_ац V_ац = 0,063144*1,50 = 0,094906 или 0,0949 м³/с

Таким образом, примем расход Q_ац = 0,0949 м³/с за расчетный на трубопроводе.

при санации полимерным рукавом и ненарушении несущей способности:

Q_пр = ω_пр V_пр = 0,06145*1,86 = 0,114297 м³/с

при санации полимерным рукавом и нарушении несущей способности:

Q_пр = ω_пр V_пр = 0,050115*1,81 = 0,090708 м³/с

). Значения истинных скоростей на ремонтном участке V_пр при пропуске расчетного расхода Q_ац = 0,0949 м³/с:

при санации полимерным рукавом и не нарушении несущей способности:

V_пр = Q_ац /ω_пр = 0,0949 / 0,06145 = 1,54 м/с

при санации полимерным рукавом и нарушении несущей способности:

V_пр = Q_ац /ω_пр = 0,0949 / 0,050115 = 1,89 м/с

Вывод:

Так как скорость течения сточной воды в асбестоцементном трубопроводе V_ац составляет 1,50 м/с при пропуске расчетного расхода 0,0949 м³/с, а на ремонтных участках соответственно 1,54 м/с (при не нарушении несущей способности) и 1,89 м/с (при нарушении несущей способности), то после ремонта на старом участке трубопровода длиной 0,6L будет наблюдаться гидравлический дисбаланс, приводящий к подтоплению и возможному выпадению взвешенных веществ на участке старого трубопровода вблизи границы с восстановленным полимерным рукавом.

Процент увеличения скорости от расчетного значения для асбестоцементного трубопровода после ремонта составит:

для случая не нарушения несущей способности (1,54 - 1,5).100/1,54 = 2,6 %;

для случая нарушения несущей способности (1,89 - 1,5).100/1,89 = 20,63 %;

Таким образом наибольший дисбаланс, достигающий 20,63 %, будет наблюдаться при санации для случая нарушения несущей способности.

Конструкция «асбестоцемент + ПЭ»

Используя исходные данные, рассчитываются:

наполнение на ремонтном участке (h/d)_пэ ;

гидравлические радиусы на действующем асбестоцементном трубопроводе R_ац и ремонтном участке R_пэ;

коэффициенты Шези асбестоцементного трубопровода С_ац и ремонтного участка из полиэтилена С_пр;

значения скорости на асбестоцементном трубопроводе V_ац и предварительной скорости на ремонтном участке из полиэтилена V_пэ для соответствующего диаметра;

живые сечения на асбестоцементном трубопроводе ω_ац и на ремонтном участке из полиэтилена ω_пэ;

расчетный расход сточных вод на асбестоцементном трубопроводе Q_ац и расход на ремонтном участке Q_пэ;

значения истинной скорости на ремонтном участке V_пэ при пропуске расчетного расхода Q_ац.

Исходное наполнение асбестоцементного трубопровода (h/d)_ац = 0,5.

Далее расчет производится по следующему алгоритму.

). Для определения наполнения на ремонтном участке используется равенство:

(h/d)_пэ . d_пэ = (h/d)_ац . d_ац

Откуда наполнение на ремонтном участке из полиэтиленовой трубы внутренним диаметром d_пэ = 0,355 - 0,0137х2 = 0,3276 м составит:

(h/d)_пэ = (h/d)_ац . d_ац / d_пэ = (0,5.0,4) / 0,3276 = 0,61;

). Гидравлический радиус R_ац на асбестоцементном трубопроводе диаметром 0,4 м определяется по формуле:

R_ац = d_ац{0,1277 ln(h/d)_ац + 0,3362} = 0,4{0,1277 ln(0,5) + 0,3362}= 0,099 м

Гидравлический радиус R_пэ на ремонтном участке из полиэтилена определяется по аналогичным формулам с использованием d_пэ:

R_пэ= 0,3276*{0,1277ln(0,61)+0,3362}= 0,089495 м;

). Коэффициент Шези С_ац на асбестоцементном трубопроводе диаметром 0,4 м определяется по формуле:

С_ац = 72,489R_ац^0,1667 = 72,489.0,099^0,1667 = 53,386;

Коэффициент Шези С_пэ на ремонтном участке из полиэтилена диаметром d_пэ определяются по следующей формуле:

С_пэ = 14,245lnR_пэ - 14,239ln(1000d_пэ) + 179,29

С_пэ = 14,245ln (0,089495) - 14,239ln(1000*0,3276) + 179,29 = 62,43;

). Скорость V_ац на асбестоцементном трубопроводе диаметром 0,3 м определяется по формуле:

V_ац = С_ац (R_ац i)^1/2 = 53,386 (0,099*0,0075)^1/2 = 1,50 м/с;

Предварительная скорость V_пэ на ремонтном участке из полиэтилена диаметром d_пэ определяются по аналогичной формуле:

V_пэ = С_пэ (R_пэ i)^1/2 = 62,43 (0,089495*0,0075)^1/2 = 1,67 м/с;

). Живые сечения на асбестоцементном трубопроводе ω_ац и на ремонтном участке из полиэтилена ω_пэ определяются по формуле ω = d²{0,9339(h/d) - 0,0723}:

ω_ац = d²_ац{0,9339(h/d)_ац - 0,0723} = 0,4²{0,9339.0,5 -0,0723} = 0,063144 м²

ω_пэ = d²_пэ{0,9339(h/d)_пэ - 0,0723} = 0,3276²{0,9339*0,61 -0,0723} = 0,05343 м²

). Расчетный расход сточных вод на асбестоцементном трубопроводе Q_ац и соответствующие расходы на ремонтном участке Q_пр определяются по формуле Q = ωV:

Q_ац = ω_ац V_ац = 0,063144*1,50 = 0,094906 или 0,0949 м³/с

Таким образом, примем расход Q_ац = 0,0949 м³/с за расчетный на трубопроводе.

Q_пэ = ω_пэ V_пэ = 0,05343*1,67 = 0,089266 м³/с

). Значение истинной скорости на ремонтном участке V_пр при пропуске расчетного расхода Q_ац = 0,0949 м³/с:

V_пр = Q_ац /ω_пэ = 0,0949 / 0,05343 = 1,77 м/с

Вывод:

Так как скорость течения сточной воды в асбестоцементном трубопроводе V_ац составляет 1,50 м/с при пропуске расчетного расхода 0,0949 м³/с, а на ремонтном участке 1,77 м/с, то после ремонта на старом участке трубопровода длиной 0,6L будет наблюдаться гидравлический дисбаланс, приводящий к подтоплению и возможному выпадению взвешенных веществ на участке старого трубопровода вблизи границы с восстановленным.

Процент увеличения скорости от расчетного значения для асбестоцементного трубопровода после ремонта составит:

(1,77 - 1,50).100/1,77 = 15,38 %;

б). железобетонный трубопровод;

Конструкция «железобетон + ПР»

Используя исходные данные, рассчитываются:

наполнение на ремонтном участке (h/d)_пр ;

гидравлические радиусы на действующем железобетонном трубопроводе R_жб и ремонтном участке R_пр;

коэффициенты Шези железобетонного трубопровода С_жб и ремонтного участка из полимерного рукава С_пр;

значения скорости на железобетонном трубопроводе V_жб и предварительных скоростей на ремонтном участке из полимерного рукава V_пр для соответствующих диаметров;

живые сечения на железобетонном трубопроводе ω_жб и на ремонтном участке из полимерного рукава ω_пр;

расчетный расход сточных вод на железобетонном трубопроводе Q_жб и соответствующие расходы на ремонтном участке Q_пр;

значения истинных скоростей на ремонтном участке V_пр при пропуске расчетного расхода Q_жб.

Исходное наполнение железобетонного трубопровода (h/d)_жб = 0,5.

Далее расчет производится по следующему алгоритму.

). Для определения наполнения на ремонтном участке используется равенство:

(h/d)_пр . d_пр = (h/d)_жб . d_жб

Откуда наполнение на ремонтном участке из полимерного рукава при не нарушении несущей способности трубопровода составит:

(h/d)_пр = (h/d)_жб . d_жб / d_пр = (0,5.1,2) / 1,17 = 0,512821;

а при нарушении несущей способности:

(h/d)_пр = (h/d)_жб . d_жб / d_пр = (0,5.1,2) / 1,1164 = 0,537442;

). Гидравлический радиус R_жб на железобетонном трубопроводе диаметром 1,2 м определяется по формуле:

R_жб = d_жб{0,1277 ln(h/d)_жб + 0,3362} = 1,2{0,1277 ln(0,5) + 0,3362}= 0,297222 м

Гидравлические радиусы R_пр на ремонтном участке из полимерного рукава определяется по аналогичным формулам с использованием d_пр при не нарушении и нарушении несущей способности:

при не нарушении несущей способности:

R_пр= 1,17{0,1277ln(0,512821)+0,3362}= 0,293574 м;

при нарушении несущей способности:

R_пр= 1,1164{0,1277ln(0,537442)+0,3362}= 0,286811 м;

). Коэффициент Шези С_жб на железобетонном трубопроводе диаметром 1,2 м определяется по формуле:

С_жб = 72,484R_жб^0,1667 = 72,484*0,297222^0,1667 = 59,21132;

Коэффициенты Шези С_пр на ремонтном участке из полимерного рукава соответствующих диаметров d_пр определяются по следующей формуле:

С_пр = 17,043lnR_пр - 17,038ln(1000d_пр) + 208,2

при не нарушении несущей способности:

С_пр = 17,043ln (0,293574) - 17,038ln(1000*1,17) + 208,2 = 66,87;

С_пр = 17,043ln(0,286811) - 17,038ln(1000*1,1164) + 208,2 = 67,27;

). Скорость V_жб на железобетонном трубопроводе диаметром 1,6 м определяется по формуле:

V_жб = С_жб (R_жб i)^1/2 = 59,211 (0,297222*0,0075)^1/2 = 2,88 м/с;

Предварительные скорости V_пр на ремонтном участке из полимерного рукава соответствующих диаметров d_пр определяются по аналогичным формулам:

при не нарушении несущей способности:

V_пр = С_пр (R_пр i)^1/2 = 66,87 (0,293574 *0,0075)^1/2 = 3,24 м/с;

при нарушении несущей способности:

V_пр = С_пр (R_пр i)^1/2 = 67,27 (0,286811*0,0075)^1/2 = 3,22 м/с;

). Живые сечения на железобетонном трубопроводе ω_жб и на ремонтном участке из полимерного рукава ω_пр определяются по формуле:

ω = d²{0,9339(h/d) - 0,0723}

ω_жб = d²_жб{0,9339(h/d)_жб - 0,0723} = 1,2²{0,9339*0,5 -0,0723} = 0,568296 м²

при санации полимерным рукавом и не нарушении несущей способности:

ω_пр = d²_пр{0,9339(h/d)_пр - 0,0723} = 1,17²{0,9339*0,512821-0,0723} = 0,556626 м²

при санации полимерным рукавом и нарушении несущей способности:

ω_пр = d²_пр{0,9339(h/d)_пр - 0,0723} = 1,1164²{0,9339*0,537442-0,0723} = 0,535453 м²

реновация сеть водоотводящий трубопровод

6). Расчетный расход сточных вод на железобетонном трубопроводе Q_жб и соответствующие расходы на ремонтном участке Q_пр определяются по формуле:

Q = ωV

Q_жб = ω_жб V_жб =0,568296*2,88= 1,640835 или 1,64 м³/с

Таким образом, примем расход Q_жб = 1,64 м³/с за расчетный на трубопроводе:

при санации полимерным рукавом и не нарушении несущей способности:

Q_пр = ω_пр V_пр =0,556626. 3,24 = 1,80 м³/с

при санации полимерным рукавом и нарушении несущей способности:

Q_пр = ω_пр V_пр = 0,535453.3,22 = 1,725 м³/с

). Значения истинных скоростей на ремонтном участке V_пр при пропуске расчетного расхода Q_жб = 1,64 м³/с:

при санации полимерным рукавом и ненарушении несущей способности:

V_пр = Q_жб /ω_пр = 1,64 / 0,556626 = 2,948 м/с

при санации полимерным рукавом и нарушении несущей способности:

V_пр = Q_жб /ω_пр = 1,64 / 0,535453 = 3,064 м/с

Вывод:

Так как скорость течения сточной воды в железобетонном трубопроводе V_жб составляет 2,88 м/с при пропуске расчетного расхода 1,64 м³/с, а на ремонтных участках соответственно 2,948 м/с (при не нарушении несущей способности) и 3,064 м/с (при нарушении несущей способности), то после ремонта на старом участке трубопровода длиной 0,65L будет наблюдаться гидравлический дисбаланс, приводящий к подтоплению и возможному выпадению взвешенных веществ на участке старого трубопровода вблизи границы с восстановленным полимерным рукавом.

Процент увеличения скорости от расчетного значения для железобетонного трубопровода после ремонта составит:

для случая не нарушения несущей способности (2,947 - 2,88)*100/2,97 = 2,05 %;

для случая нарушения несущей способности (3,064 - 2,88)*100/3,064 = 5,78 %;

Таким образом, наибольший дисбаланс, достигающий 5,78 %, будет наблюдаться при санации для случая нарушения несущей способности.

Конструкция «железобетон + ПЭ»

Используя исходные данные, рассчитываются:

наполнение на ремонтном участке (h/d)_пэ ;

гидравлические радиусы на действующем железобетонном трубопроводе R_жб и ремонтном участке R_пэ;

коэффициенты Шези железобетонного трубопровода С_жб и ремонтного участка из полиэтилена С_пр;

значения скорости на железобетонном трубопроводе V_жб и предварительной скорости на ремонтном участке из полиэтилена V_пэ для соответствующего диаметра;

живые сечения на железобетонном трубопроводе ω_жб и на ремонтном участке из полиэтилена ω_пэ;

расчетный расход сточных вод на железобетонном трубопроводе Q_жб и расход на ремонтном участке Q_пэ;

значения истинной скорости на ремонтном участке V_пэ при пропуске расчетного расхода Q_жб.

Исходное наполнение железобетонного трубопровода (h/d)_жб = 0,5.

Далее расчет производится по следующему алгоритму.

). Для определения наполнения на ремонтном участке используется равенство:

(h/d)_пэ . d_пэ = (h/d)_жб . d_ац

Откуда наполнение на ремонтном участке из полиэтиленовой трубы внутренним диаметром d_пэ = 1,0 - 0,0385х2 = 0,923 м составит:

(h/d)_пэ = (h/d)_жб . d_жб / d_пэ = (0,5*1,2) / 0,923 = 0,65;

). Гидравлический радиус R_жб на железобетонном трубопроводе диаметром 1,2 м определяется по формуле:

R_жб = d_жб{0,1277 ln(h/d)_жб + 0,3362} = 1,2{0,1277 ln(0,5) + 0,3362}= 0,297222 м

Гидравлический радиус R_пэ на ремонтном участке из полиэтилена определяется по аналогичным формулам с использованием d_пэ:

R_пэ= 0,923{0,1277ln(0,65)+0,3362}= 0,259547 м;

). Коэффициент Шези С_жб на железобетонном трубопроводе диаметром 1,2 м определяется по формуле:

С_жб = 72,484R_жб^0,1667 = 72,484. 0,297222 ^0,1667 = 59,21;

Коэффициент Шези С_пэ на ремонтном участке из полиэтилена диаметром d_пэ определяются по следующей формуле:

С_пэ = 14,245lnR_пэ - 14,239ln(1000d_пэ) + 179,29

С_пэ = 14,245ln 0,259547 - 14,239ln(1000*0,923) + 179,29 = 62,85;

). Скорость V_жб на железобетонном трубопроводе диаметром 1,2 м определяется по формуле:

V_жб = С_жб (R_жб i)^1/2 = 59,21 (0,297222 .0,0075)^1/2 = 2,88 м/с;

Предварительная скорость V_пэ на ремонтном участке из полиэтилена диаметром d_пэ определяются по аналогичной формуле:

V_пэ = С_пэ (R_пэ i)^1/2 = 62,85 (0,259547*0,0075)^1/2 = 2,85 м/с;

). Живые сечения на железобетонном трубопроводе ω_жб и на ремонтном участке из полиэтилена ω_пэ определяются по формуле

ω = d²{0,9339(h/d) - 0,0723}:

ω_жб = d²_жб{0,9339(h/d)_жб - 0,0723} = 1,2²{0,9339.0,5 -0,0723} = 0,568296 м²

ω_пэ = d²_пэ{0,9339(h/d)_пэ - 0,0723} = 0,923²{0,9339.0,65 -0,0723} = 0,455599 м²

). Расчетный расход сточных вод на асбестоцементном трубопроводе Q_жб и соответствующие расходы на ремонтном участке Q_пр определяются по формуле Q = ωV:

Q_жб = ω_жб V_жб = 0,568296*2,88 = 1,64 м³/с

Таким образом, примем расход Q_жб = 1,64 м³/с за расчетный на трубопроводе.

Q_пэ = ω_пэ V_пэ = 0,455599*2,85 = 1,30 м³/с

). Значение истинной скорости на ремонтном участке V_пр при пропуске расчетного расхода Q_жб = 1,64 м³/с:

V_пр = Q_жб /ω_пэ = 1,64 / 0,455599 = 3,60 м/с

Вывод:

Так как скорость течения сточной воды в железобетонном трубопроводе V_жб составляет 2,88 м/с при пропуске расчетного расхода 1,64 м³/с, а на ремонтном участке 3,60 м/с, то после ремонта на старом участке трубопровода длиной 0,6L будет наблюдаться гидравлический дисбаланс, приводящий к подтоплению и возможному выпадению взвешенных веществ на участке старого трубопровода вблизи границы с восстановленным.

Процент увеличения скорости от расчетного значения для железобетонного трубопровода после ремонта составит:

(3,60 - 2,88).100 / 3,60 = 19,83%;

в). чугунный трубопровод;

Конструкция «чугун + ПР»

Используя исходные данные, рассчитываются:

наполнение на ремонтном участке (h/d)_пр ;

гидравлические радиусы на действующем чугунном трубопроводе R_ч и ремонтном участке R_пр;

коэффициенты Шези чугунного трубопровода С_ч и ремонтного участка из полимерного рукава С_пр;

значения скорости на чугунном трубопроводе V_ч и предварительных скоростей на ремонтном участке из полимерного рукава V_пр для соответствующих диаметров;

живые сечения на чугунном трубопроводе ω_ч и на ремонтном участке из полимерного рукава ω_пр;

расчетный расход сточных вод на чугунном трубопроводе Q_ч и соответствующие расходы на ремонтном участке Q_пр;

значения истинных скоростей на ремонтном участке V_пр при пропуске расчетного расхода Q_ч.

Исходное наполнение железобетонного трубопровода (h/d)_ч = 0,5.

Далее расчет производится по следующему алгоритму.

). Для определения наполнения на ремонтном участке используется равенство:

(h/d)_пр . d_пр = (h/d)_ч . d_ч

Откуда наполнение на ремонтном участке из полимерного рукава при не нарушении несущей способности трубопровода составит:

(h/d)_пр = (h/d)_ч . d_ч / d_пр = (0,5.0,1) / 0,0974 = 0,513347;

а при нарушении несущей способности:

(h/d)_пр = (h/d)_ч . d_ч / d_пр = (0,5.0,1) / 0,096192 = 0,519794;

). Гидравлический радиус R_ч на чугунном трубопроводе диаметром 0,1 м определяется по формуле:

R_ч = d_ч{0,1277 ln(h/d)_ч + 0,3362} = 0,1{0,1277 ln(0,5) + 0,3362}= 0,024769 м

Гидравлические радиусы R_пр на ремонтном участке из полимерного рукава определяется по аналогичным формулам с использованием d_пр при не нарушении и нарушении несущей способности:

при не нарушении несущей способности:

R_пр=0,0974{0,1277ln(0,513347)+0,3362}=0,024452 м;

при нарушении несущей способности:

R_пр=0,096192{0,1277ln(0,519794)+0,3362}= 0,024302 м;

). Коэффициент Шези С_ч на чугунном трубопроводе диаметром 0,1 м определяется по формуле:

С_ч = 77,442R_ч ^0,1685 = 77,442.0,024769 ^0,1685 = 41,52887;

Коэффициенты Шези С_пр на ремонтном участке из полимерного рукава соответствующих диаметров d_пр определяются по следующей формуле:

С_пр = 17,043lnR_пр - 17,038ln(1000d_пр) + 208,2

при не нарушении несущей способности:

С_пр = 17,043ln (0,024452) - 17,038ln(1000* 0,0974) + 208,2 = 66,94;

при нарушении несущей способности:

С_пр = 17,043ln (0,024302) - 17,038ln(1000*0,096192) + 208,2 = 67,05;

4). Скорость V_ч на чугунном трубопроводе диаметром 0,1 м определяется по формуле:

V_ч = С_ч (R_ч i)^1/2 = 41,52873(0,024769*0,0075)^1/2 = 0,566 м/с;

Предварительные скорости V_пр на ремонтном участке из полимерного рукава соответствующих диаметров d_пр определяются по аналогичным формулам:

при не нарушении несущей способности:

V_пр = С_пр (R_пр i)^1/2 = 66,94 (0,024452*0,0075)^1/2 = 0,907 м/с;

при нарушении несущей способности:

V_пр = С_пр (R_пр i)^1/2 = 67,05(0,024302*0,0075)^1/2 = 0,905 м/с;

). Живые сечения на чугунном трубопроводе ω_ч и на ремонтном участке из полимерного рукава ω_пр определяются по формуле:

ω = d²{0,9339(h/d) - 0,0723}

ω_ч = d²_ч{0,9339(h/d)_ч - 0,0723} = 0,1²{0,9339.0,5 -0,0723} = 0,003947 м²

при санации полимерным рукавом и не нарушении несущей способности:

ω_пр = d²_пр{0,9339(h/d)_пр - 0,0723}=0,0974²{0,9339*0,513347-0,0723}= 0,003862 м²

при санации полимерным рукавом и нарушении несущей способности:

ω_пр = d²_пр{0,9339(h/d)_пр - 0,0723} = 0,096192²{0,9339.0,519794-0,0723} = 0,003823 м²

). Расчетный расход сточных вод на чугунном трубопроводе Q_ч и соответствующие расходы на ремонтном участке Q_пр определяются по формуле:

Q = ωV

Q_ч = ω_ч V_ч = 0,003947* 0,566 = 0,002234или 0,0022 м³/с

Таким образом, примем расход Q_ч = 0,0022 м³/с за расчетный на трубопроводе:

при санации полимерным рукавом и не нарушении несущей способности:

Q_пр = ω_пр V_пр =0,003862*0,907 = 0,003503 м³/с

при санации полимерным рукавом и нарушении несущей способности:

Q_пр = ω_пр V_пр = 0,905*0,003823 = 0,003460 м³/с

). Значения истинных скоростей на ремонтном участке V_пр при пропуске расчетного расхода Q_ч = 0,0022 м³/с:

при санации полимерным рукавом и не нарушении несущей способности:

V_пр = Q_ч /ω_пр = 0,0022/ 0,003862 = 0,570 м/с

- при санации полимерным рукавом и нарушении несущей способности:

V_пр = Q_ч /ω_пр = 0,0022 / 0,003823 = 0,575 м/с

Вывод:

Так как скорость течения сточной воды в чугунном трубопроводе V_ч составляет 0,566 м/с при пропуске расчетного расхода 0,0022 м³/с, а на ремонтных участках соответственно 0,570 м/с (при не нарушении несущей способности) и 0,575 м/с (при нарушении несущей способности), то после ремонта на старом участке трубопровода длиной 0,6L в случае нарушения несущей способностей будет наблюдаться гидравлический дисбаланс, приводящий к подтоплению и возможному выпадению взвешенных веществ на участке старого трубопровода вблизи границы с восстановленным полимерным рукавом.

Процент увеличения скорости от расчетного значения для чугунного трубопровода после ремонта составит:

для случая не нарушения несущей способности (0,570 - 0,566)*100 / 0,570 = 0,7 %;

для случая нарушения несущей способности (0,575 - 0,566).100 / 0,575 = 1,57 %;

Таким образом, наибольший дисбаланс, достигающий 1,57 %, будет наблюдаться при санации для случая нарушения несущей способности.

Конструкция «чугун + ПЭ»

Используя исходные данные, рассчитываются:

наполнение на ремонтном участке (h/d)_пэ ;

гидравлические радиусы на действующем чугунном трубопроводе R_ч и ремонтном участке R_пэ;

коэффициенты Шези чугунного трубопровода С_ч и ремонтного участка из полиэтилена С_пр;

значения скорости на чугунном трубопроводе V_ч и предварительной скорости на ремонтном участке из полиэтилена V_пэ для соответствующего диаметра;

живые сечения на чугунном трубопроводе ω_ч и на ремонтном участке из полиэтилена ω_пэ;

расчетный расход сточных вод на чугунном трубопроводе Q_ч и расход на ремонтном участке Q_пэ;

значения истинной скорости на ремонтном участке V_пэ при пропуске расчетного расхода Q_ч.

Исходное наполнение чугунного трубопровода (h/d)_ч = 0,5.

Далее расчет производится по следующему алгоритму.

). Для определения наполнения на ремонтном участке используется равенство:

(h/d)_пэ . d_пэ = (h/d)_ч . d_ч

Откуда наполнение на ремонтном участке из полиэтиленовой трубы внутренним диаметром d_пэ = 0,09 - 0,0043х2 = 0,0814 м составит:

(h/d)_пэ = (h/d)_ч . d_ч / d_пэ = (0,5* 0,1) / 0,0814 = 0,615;

). Гидравлический радиус R_ч на чугунном трубопроводе диаметром 0,1 м определяется по формуле:

R_ч = d_ч{0,1277 ln(h/d)_ч + 0,3362} = 0,1{0,1277 ln(0,5) + 0,3362}= 0,024 м

Гидравлический радиус R_пэ на ремонтном участке из полиэтилена определяется по аналогичным формулам с использованием d_пэ:

R_пэ= 0,0814{0,1277ln(0,615)+0,3362}= 0,0223 м;

3). Коэффициент Шези С_ч на чугунном трубопроводе диаметром 0,15 м определяется по формуле:

С_ч = 77,442R_ч ^0,1685 = 77,442.0,024 ^0,1685 = 41,529;

Коэффициент Шези С_пэ на ремонтном участке из полиэтилена диаметром d_пэ определяются по следующей формуле:

С_пэ = 14,245lnR_пэ - 14,239ln(1000d_пэ) + 179,29

С_пэ = 14,245ln (0,024) - 14,239ln(1000*0,0814) + 179,29 = 62,47;

). Скорость V_ч на чугунном трубопроводе диаметром 0,1 м определяется по формуле:

V_ч = С_ч (R_ч i)^1/2 = 41,529(0,024*0,0075)^1/2 = 0,557 м/с;

Предварительная скорость V_пэ на ремонтном участке из полиэтилена диаметром d_пэ определяются по аналогичной формуле:

V_пэ = С_пэ (R_пэ i)^1/2 = 62,47 (0,0223.0,0075)^1/2 = 0,808 м/с;

). Живые сечения на чугунном трубопроводе ω_ч и на ремонтном участке из полиэтилена ω_пэ определяются по формуле ω = d²{0,9339(h/d) - 0,0723}:

ω_ч = d²_ч{0,9339(h/d)_ч - 0,0723} = 0,1²{0,9339.0,5 -0,0723} = 0,00394 м²

ω_пэ = d²_пэ{0,9339(h/d)_пэ - 0,0723} = 0,0814²{0,9339.0,615 -0,0723} = 0,00332 м²

6). Расчетный расход сточных вод на асбестоцементном трубопроводе Q_ч и соответствующие расходы на ремонтном участке Q_пр определяются по формуле Q = ωV:

Q_ч = ω_ч V_ч = 0,00394*0,557 = 0,0022 м³/с

Таким образом, примем расход Q_ч = 0,0022 м³/с за расчетный на трубопроводе.

Q_пэ = ω_пэ V_пэ = 0,00332*0,808 = 0,00268 м³/с

). Значение истинной скорости на ремонтном участке V_пр при пропуске расчетного расхода Q_ч = 0,0023 м³/с:

V_пр = Q_ч /ω_пэ = 0,0022 / 0,00332 = 0,663 м/с

Вывод:

Так как скорость течения сточной воды в железобетонном трубопроводе V_ч составляет 0,557 м/с при пропуске расчетного расхода 0,0022 м³/с, а на ремонтном участке 0,663 м/с, то после ремонта на старом участке трубопровода длиной 0,6L будет наблюдаться гидравлический дисбаланс, приводящий к подтоплению и возможному выпадению взвешенных веществ на участке старого трубопровода вблизи границы с восстановленным.

Процент увеличения скорости от расчетного значения для чугунного трубопровода после ремонта составит:

(0,663 - 0,557).100 / 0,663 = 15,99 %;

Конструкция «чугун + ЦПП»

Используя исходные данные, рассчитываются:

наполнение на ремонтном участке (h/d)_цпп ;

гидравлические радиусы на действующем чугунном трубопроводе R_ч и ремонтном участке R_цпп;

коэффициенты Шези чугунного трубопровода С_ч и ремонтного участка из ЦПП С_цпп;

значения скорости на чугунном трубопроводе V_ч и предварительной скорости на ремонтном участке из ЦПП V_цпп для соответствующего диаметра;

живые сечения на чугунном трубопроводе ω_ч и на ремонтном участке из ЦПП ω_цпп;

расчетный расход сточных вод на чугунном трубопроводе Q_ч и расход на ремонтном участке Q_цпп;

значения истинной скорости на ремонтном участке V_цпп при пропуске расчетного расхода Q_ч.

Исходное наполнение чугунного трубопровода (h/d)_ч = 0,5.

Далее расчет производится по следующему алгоритму.

). Для определения наполнения на ремонтном участке используется равенство:

(h/d)_цпп . d_цпп = (h/d)_ч . d_ч

Откуда наполнение на ремонтном участке из ЦПП внутренним диаметром d_цпп = 0,1 - 0,004х2 = 0,092 м составит:

(h/d)_цпп = (h/d)_ч . d_ч / d_цпп = (0,5. 0,1) / 0,092 = 0,543;

). Гидравлический радиус R_ч на чугунном трубопроводе диаметром 0,15 м определяется по формуле:

R_ч = d_ч{0,1277 ln(h/d)_ч + 0,3362} = 0,1{0,1277 ln(0,5) + 0,3362}= 0,024 м

Гидравлический радиус R_цпп на ремонтном участке из ЦПП определяется по аналогичным формулам с использованием d_цпп :

R_цпп= 0,092{0,1277ln(0,543) + 0,3362}= 0,026 м;

). Коэффициент Шези С_ч на чугунном трубопроводе диаметром 0,15 м определяется по формуле:

С_ч = 77,442R_ч ^0,1685 = 77,442.0,024 ^0,1685 = 41,52;

Коэффициент Шези С_цпп на ремонтном участке из ЦПП диаметром d_цпп определяются по следующей формуле:

С_цпп = 20,713lnR_цпп - 19,898ln(1000d_цпп) + 233,84

С_цпп = 20,713ln0,026 - 19,898ln(1000*0,092) + 233,84 = 68,27;

). Скорость V_ч на чугунном трубопроводе диаметром 0,1 м определяется по формуле:

V_ч = С_ч (R_ч i)^1/2 = 41,52 (0,024*0,0075)^1/2 = 0,557 м/с;

Предварительная скорость V_цпп на ремонтном участке из ЦПП диаметром d_цпп определяются по аналогичной формуле:

V_цпп = С_цпп (R_цпп i)^1/2 = 68,27 (0,026*0,0075)^1/2 = 0,953 м/с;

). Живые сечения на чугунном трубопроводе ω_ч и на ремонтном участке из полиэтилена ω_цпп определяются по формуле ω = d²{0,9339(h/d) - 0,0723}:

ω_ч = d²_ч{0,9339(h/d)_ч - 0,0723} = 0,1²{0,9339.0,5 -0,0723} = 0,003947 м²

ω_цпп = d²_цпп{0,9339(h/d)_цпп - 0,0723} = 0,092²{0,9339.0,543 -0,0723} = 0,00368 м²

). Расчетный расход сточных вод на асбестоцементном трубопроводе Q_ч и соответствующий расход на ремонтном участке Q_цпп определяются по формуле Q = ωV:

Q_ч = ω_ч V_ч = 0,003947*0,557 = 0,0022 м³/с

Таким образом, примем расход Q_ч = 0,0022 м³/с за расчетный на трубопроводе.

Q_цпп = ω_цпп V_цпп = 0,00368*0,953= 0,0035 м³/с

). Значение истинной скорости на ремонтном участке V_цпп при пропуске расчетного расхода Q_ч = 0,0023 м³/с:

V_цпп = Q_ч /ω_цпп = 0,0022 / 0,00368 = 0,6 м/с

Вывод: Так как скорость течения сточной воды в железобетонном трубопроводе V_ч составляет 0,557 м/с при пропуске расчетного расхода 0,0022 м³/с, а на ремонтном участке 0,6 м/с, то после ремонта на старом участке трубопровода длиной 0,6L будет наблюдаться гидравлический дисбаланс, приводящий к подтоплению и возможному выпадению взвешенных веществ на участке старого трубопровода вблизи границы с восстановленным.

Процент увеличения скорости от расчетного значения после наложения ЦПП составит:

(0,6 - 0,557)*100 / 0,6 = 7,17 %;

г). керамический трубопровод;

Конструкция «керамика + ПР»

Используя исходные данные, рассчитываются:

наполнение на ремонтном участке (h/d)_пр ;

гидравлические радиусы на действующем керамическом трубопроводе R_кер и ремонтном участке R_пр;

коэффициенты Шези керамического трубопровода С_кер и ремонтного участка из полимерного рукава С_пр;

значения скорости на керамическом трубопроводе V_кер и предварительных скоростей на ремонтном участке из полимерного рукава V_пр для соответствующих диаметров;

живые сечения на керамическом трубопроводе ω_кер и на ремонтном участке из полимерного рукава ω_пр;

расчетный расход сточных вод на керамическом трубопроводе Q_кер и соответствующие расходы на ремонтном участке Q_пр;

значения истинных скоростей на ремонтном участке V_пр при пропуске расчетного расхода Q_кер.

Исходное наполнение керамического трубопровода (h/d)_кер = 0,5.

Далее расчет производится по следующему алгоритму.

). Для определения наполнения на ремонтном участке используется равенство:

(h/d)_пр . d_пр = (h/d)_кер . d_кер

Откуда наполнение на ремонтном участке из полимерного рукава составит:

(h/d)_пр = (h/d)_кер . d_кер / d_пр = (0,5*0,6) / 0,5367 = 0,559;

2). Гидравлический радиус R_кер на трубопроводе диаметром 0,5 м определяется по формуле:

R_кер = d_кер{0,1277 ln(h/d)_кер + 0,3362} = 0,6{0,1277 ln(0,5) + 0,3362}= 0,148 м

Гидравлические радиусы R_пр на ремонтном участке из полимерного рукава определяется по аналогичным формулам с использованием d_пр:

R_пр= 0,5367{0,1277ln(0,559)+0,3362}= 0,141 м;

). Коэффициент Шези С_кер на керамическом трубопроводе диаметром 0,6 м определяется по формуле:

С_кер = 73,509R_кер^0,1601 = 73,509.0,148^0,1667 =        54,17;

Коэффициенты Шези С_пр на ремонтном участке из полимерного рукава соответствующих диаметров d_пр определяются по следующей формуле:

С_пр = 17,043lnR_пр - 17,038ln(1000d_пр) + 208,2

С_пр = 17,043ln 0,141 - 17,038ln(1000*0,5367) + 208,2 = 67,72;

). Скорость V_кер на керамическом трубопроводе диаметром 0,6 м определяется по формуле:

V_кер = С_кер (R_кер i)^1/2 = 54,17(0,148*0,0075)^1/2 = 1,8 м/с;

Предварительные скорости V_пр на ремонтном участке из полимерного рукава соответствующих диаметров d_пр определяются по аналогичным формулам:

V_пр = С_пр (R_пр i)^1/2 = 67,72(0,141*0,0075)^1/2 = 2,2 м/с;

). Живые сечения на керамическом трубопроводе ω_кер и на ремонтном участке из полимерного рукава ω_пр определяются по формуле:

ω = d²{0,9339(h/d) - 0,0723}

ω_кер = d²_кер{0,9339(h/d)_кер - 0,0723} = 0,6²{0,9339.0,5 -0,0723} = 0,142 м²

ω_пр = d²_пр{0,9339(h/d)_пр - 0,0723} = 0,5367²{0,9339.0,559 -0,0723} = 0,130 м²

). Расчетный расход сточных вод на керамическом трубопроводе Q_кер и соответствующие расходы на ремонтном участке Q_пр определяются по формуле:

Q = ωV

Q_кер = ω_кер V_кер = 0,142.1,8 = 0,256 м³/с

Таким образом, примем расход Q_ац = 0,256 м³/с за расчетный на трубопроводе.

Q_пр = ω_пр V_пр = 0,130.2,2 = 0,286 м³/с

). Значения истинных скоростей на ремонтном участке V_пр при пропуске расчетного расхода Q_кер = 0,256 м³/с:

при санации полимерным рукавом:

V_пр = Q_кер /ω_пр = 0,256 / 0,130 = 1,97 м/с

Вывод:

Так как скорость течения сточной воды в керамическом трубопроводе V_кер составляет 1,8 м/с при пропуске расчетного расхода 0,256 м³/с, а на ремонтном участке 1,97 м/с, то после ремонта на старом участке трубопровода длиной 0,6L будет наблюдаться гидравлический дисбаланс, приводящий к подтоплению и возможному выпадению взвешенных веществ на участке старого трубопровода вблизи границы с восстановленным полимерным рукавом.

Процент увеличения скорости от расчетного значения для керамического трубопровода после ремонта составит:

для случая нарушения несущей способности (1,97 - 1,8)*100/1,97 = 8,63 %;

Конструкция «керамика + ПЭ»

Используя исходные данные, рассчитываются:

наполнение на ремонтном участке (h/d)_пэ ;

гидравлические радиусы на действующем керамическом трубопроводе R_кер и ремонтном участке R_пэ;

коэффициенты Шези керамического трубопровода С_кер и ремонтного участка из полиэтилена С_пр;

значения скорости на керамическом трубопроводе V_кер и предварительной скорости на ремонтном участке из полиэтилена V_пэ для соответствующего диаметра;

живые сечения на керамическом трубопроводе ω_кер и на ремонтном участке из полиэтилена ω_пэ;

расчетный расход сточных вод на керамическом трубопроводе Q_кер и расход на ремонтном участке Q_пэ;

значения истинной скорости на ремонтном участке V_пэ при пропуске расчетного расхода Q_кер.

Исходное наполнение керамического трубопровода (h/d)_кер = 0,5.

Далее расчет производится по следующему алгоритму.

). Для определения наполнения на ремонтном участке используется равенство:

(h/d)_пэ . d_пэ = (h/d)_кер . d_кер

Откуда наполнение на ремонтном участке из полиэтиленовой трубы внутренним диаметром d_пэ = 0,56- 0,0216х2 = 0,5168=0,517 м составит:

(h/d)_пэ = (h/d)_кер . d_кер / d_пэ = (0,6.0,5) / 0,517 = 0,58;

). Гидравлический радиус R_кер на керамическом трубопроводе диаметром 0,6 м определяется по формуле:

R_кер = d_кер{0,1277 ln(h/d)_кер + 0,3362} = 0,6{0,1277 ln(0,5) + 0,3362}= 0,148 м

Гидравлический радиус R_пэ на ремонтном участке из полиэтилена определяется по аналогичным формулам с использованием d_пэ :

R_пэ= 0,517{0,1277ln(0,580)+0,3362}= 0,138 м;

). Коэффициент Шези С_кер на керамическом трубопроводе диаметром 0,6 м определяется по формуле:

С_кер = 73,509R_кер^0,1601 = 73,509.0,148^0,1667 = 54,17;

Коэффициент Шези С_пэ на ремонтном участке из полиэтилена диаметром d_пэ определяются по следующей формуле:

С_пэ = 14,245lnR_пэ - 14,239ln(1000d_пэ) + 179,29

С_пэ = 14,245ln 0,138 - 14,239ln(1000*0,517) + 179,29 = 62,10;

). Скорость V_кер на керамическом трубопроводе диаметром 0,6 м определяется по формуле:

V_кер = С_кер (R_кер i)^1/2 = 54,17(0,148*0,0075)^1/2 = 1,8 м/с;

Предварительная скорость V_пэ на ремонтном участке из полиэтилена диаметром d_пэ определяются по аналогичной формуле:

V_пэ = С_пэ (R_пэ i)^1/2 = 62,1(0,138*0,0075)^1/2 = 2,0 м/с;

). Живые сечения на керамическом трубопроводе ω_кер и на ремонтном участке из полиэтилена ω_пэ определяются по формуле ω = d²{0,9339(h/d) - 0,0723}:

ω_кер = d²_кер{0,9339(h/d)_кер - 0,0723} = 0,6²{0,9339.0,5 -0,0723} = 0,142 м²

ω_пэ = d²_пэ{0,9339(h/d)_пэ - 0,0723} = 0,517²{0,9339*0,58 -0,0723} = 0,125 м²

). Расчетный расход сточных вод на керамическом трубопроводе Q_кер и соответствующие расходы на ремонтном участке Q_пр определяются по формуле Q = ωV:

Q_кер = ω_кер V_кер = 0,142*1,8 = 0,256 м³/с

Таким образом, примем расход Q_кер = 0,256 м³/с за расчетный на трубопроводе.

Q_пэ = ω_пэ V_пэ = 0,125*2,0 = 0,250 м³/с

7). Значение истинной скорости на ремонтном участке V_пр при пропуске расчетного расхода Q_кер = 0,256 м³/с:

V_пр = Q_кер /ω_пэ = 0,256 / 0,125 = 2,05 м/с

Вывод:

Так как скорость течения сточной воды в керамическом трубопроводе V_кер составляет 1,8 м/с при пропуске расчетного расхода 0,256 м³/с, а на ремонтном участке 2,05 м/с, то после ремонта на старом участке трубопровода длиной 0,6L будет наблюдаться гидравлический дисбаланс, приводящий к подтоплению и возможному выпадению взвешенных веществ на участке старого трубопровода вблизи границы с восстановленным.

Процент увеличения скорости от расчетного значения для керамического трубопровода после ремонта составит:

(2,05 - 1,8)*100 / 2,05 = 12,3 %;

д). кирпичный трубопровод;

Конструкция «кирпич + ПР»

Используя исходные данные, рассчитываются:

наполнение на ремонтном участке (h/d)_пр ;

гидравлические радиусы на действующем кирпичном трубопроводе R_кир и ремонтном участке R_пр;

коэффициенты Шези кирпичного трубопровода С_кир и ремонтного участка из полимерного рукава С_пр;

значения скорости на кирпичном трубопроводе V_кир и предварительных скоростей на ремонтном участке из полимерного рукава V_пр для соответствующих диаметров;

живые сечения на кирпичном трубопроводе ω_кир и на ремонтном участке из полимерного рукава ω_пр;

расчетный расход сточных вод на кирпичном трубопроводе Q_кир и соответствующие расходы на ремонтном участке Q_пр;

значения истинных скоростей на ремонтном участке V_пр при пропуске расчетного расхода Q_кир.

Исходное наполнение керамического трубопровода (h/d)_кир = 0,5.

Далее расчет производится по следующему алгоритму.

). Для определения наполнения на ремонтном участке используется равенство:

(h/d)_пр . d_пр = (h/d)_кир . d_кир

Откуда наполнение на ремонтном участке из полимерного рукава составит:

(h/d)_пр = (h/d)_кир . d_кир / d_пр = (0,5.1,6) / 1,5071 = 0,53;

). Гидравлический радиус R_кер на трубопроводе диаметром 1,6 м определяется по формуле:

R_кир = d_кир{0,1277 ln(h/d)_кир + 0,3362} = 1,6{0,1277 ln(0,5) + 0,3362}= 0,396 м

Гидравлические радиусы R_пр на ремонтном участке из полимерного рукава определяется по аналогичным формулам с использованием d_пр:

R_пр= 1,5071{0,1277ln(0,53)+0,3362}= 0,384 м;

). Коэффициент Шези С_кир на кирпичном трубопроводе диаметром 1,6 м определяется по формуле:

С_кир = 69,393R_кир^0,1663 = 69,393.0,396^0,1663 = 59,5;

Коэффициенты Шези С_пр на ремонтном участке из полимерного рукава соответствующих диаметров d_пр определяются по следующей формуле:

С_пр = 17,043lnR_пр - 17,038ln(1000d_пр) + 208,2

С_пр = 17,043ln 0,384 - 17,038ln(1000* 1,5071) + 208,2 = 67,2;

). Скорость V_кер на кирпичном трубопроводе диаметром 1,4 м определяется по формуле:

V_кир = С_кир (R_кир i)^1/2 = 59,5(0,396*0,0075)^1/2 = 3,24 м/с;

Предварительные скорости V_пр на ремонтном участке из полимерного рукава соответствующих диаметров d_пр определяются по аналогичным формулам:

V_пр = С_пр (R_пр i)^1/2 = 67,2 (0,384*0,0075)^1/2 = 3,61 м/с;

). Живые сечения на кирпичном трубопроводе ω_кир и на ремонтном участке из полимерного рукава ω_пр определяются по формуле:

ω = d²{0,9339(h/d) - 0,0723}

ω_кир = d²_кир{0,9339(h/d)_кир - 0,0723} = 1,6²{0,9339.0,5 - 0,0723} = 1,01 м²

ω_пр = d²_пр{0,9339(h/d)_пр - 0,0723} = 1,5071²{0,9339.0,530 - 0,0723} = 0,960 м²

). Расчетный расход сточных вод на кирпичном трубопроводе Q_кир и соответствующие расходы на ремонтном участке Q_пр определяются по формуле:

Q = ωV

Таким образом, примем расход Q_ац = 3,27 м³/с за расчетный на трубопроводе.

Q_пр = ω_пр V_пр = 0,96*3,61 = 3,47 м³/с

). Значения истинных скоростей на ремонтном участке V_пр при пропуске расчетного расхода Q_кир = 3,27 м³/с:

при санации полимерным рукавом:

V_пр = Q_кир /ω_пр = 3,27 / 0,96 = 3,41 м/с

Вывод:

Так как скорость течения сточной воды в кирпичном трубопроводе V_кир составляет 3,24 м/с при пропуске расчетного расхода 3,27 м³/с, а на ремонтном участке 3,41 м/с, то после ремонта на старом участке трубопровода длиной 0,6L будет наблюдаться гидравлический дисбаланс, приводящий к подтоплению и возможному выпадению взвешенных веществ на участке старого трубопровода вблизи границы с восстановленным полимерным рукавом.

Процент увеличения скорости от расчетного значения для кирпичного трубопровода после ремонта составит:

для случая нарушения несущей способности (3,41 - 3,27).100 / 3,41 = 4,11 %;

Конструкция «кирпич + ПЭ»

Используя исходные данные, рассчитываются:

наполнение на ремонтном участке (h/d)_пэ ;

гидравлические радиусы на действующем кирпичном трубопроводе R_кир и ремонтном участке R_пэ;

коэффициенты Шези кирпичного трубопровода С_кер и ремонтного участка из полиэтилена С_пр;

значения скорости на кирпичном трубопроводе V_кир и предварительной скорости на ремонтном участке из полиэтилена V_пэ для соответствующего диаметра;

живые сечения на кирпичном трубопроводе ω_кир и на ремонтном участке из полиэтилена ω_пэ;

расчетный расход сточных вод на кирпичном трубопроводе Q_кир и расход на ремонтном участке Q_пэ;

значения истинной скорости на ремонтном участке V_пэ при пропуске расчетного расхода Q_кир.

Исходное наполнение керамического трубопровода (h/d)_кир = 0,5.

Далее расчет производится по следующему алгоритму.

). Для определения наполнения на ремонтном участке используется равенство:

(h/d)_пэ . d_пэ = (h/d)_кир . d_кир

Откуда наполнение на ремонтном участке из полиэтиленовой трубы внутренним диаметром

d_пэ = 1,4 - 0,0667х2 = 1,266м составит:

(h/d)_пэ = (h/d)_кир . d_кир / d_пэ = (0,5.1,6) / 1,266 = 0,632;

). Гидравлический радиус R_кир на кирпичном трубопроводе диаметром 1,6 м определяется по формуле:

R_кир = d_кир{0,1277 ln(h/d)_кир + 0,3362} = 1,6{0,1277 ln(0,5) + 0,3362}= 0,396 м

Гидравлический радиус R_пэ на ремонтном участке из полиэтилена определяется по аналогичным формулам с использованием d_пэ :

R_пэ= 1,266{0,1277ln(0,632)+0,3362}= 0,351 м;

). Коэффициент Шези С_кир на кирпичном трубопроводе диаметром 1,6 м определяется по формуле:

С_кир = 69,393R_кир^0,1663 = 69,393.0,396^0,1663 = 59,5;

Коэффициент Шези С_пэ на ремонтном участке из полиэтилена диаметром d_пэ определяются по следующей формуле:

С_пэ = 14,245lnR_пэ - 14,239ln(1000d_пэ) + 179,29

С_пэ = 14,245ln 0,351 - 14,239ln(1000*1,266) + 179,29 = 62,67;

). Скорость V_кир на кирпичном трубопроводе диаметром 1,6 м определяется по формуле:

V_кир = С_кир (R_кир i)^1/2 = 59,5(0,396*0,0075)^1/2 = 3,24 м/с;

Предварительная скорость V_пэ на ремонтном участке из полиэтилена диаметром d_пэ определяются по аналогичной формуле:

V_пэ = С_пэ (R_пэ i)^1/2 = 62,67(0,351*0,0075)^1/2 = 3,22 м/с;

). Живые сечения на кирпичном трубопроводе ω_кир и на ремонтном участке из полиэтилена ω_пэ определяются по формуле ω = d²{0,9339(h/d) - 0,0723}:

ω_кир = d²_кир{0,9339(h/d)_кир - 0,0723} = 1,6²{0,9339.0,5 -0,0723} = 1,01 м²

ω_пэ = d²_пэ{0,9339(h/d)_пэ - 0,0723} = 1,266²{0,9339.0,632 -0,0723} = 0,830 м²

). Расчетный расход сточных вод на кирпичном трубопроводе Q_кир и соответствующие расходы на ремонтном участке Q_пр определяются по формуле Q = ωV:

Q_кир = ω_кир V_кир = 1,01*3,24 = 3,27 м³/с

Таким образом, примем расход Q_кир = 3,27 м³/с за расчетный на трубопроводе.

Q_пэ = ω_пэ V_пэ = 0,83*3,22 = 2,67 м³/с

). Значение истинной скорости на ремонтном участке V_пр при пропуске расчетного расхода Q_кир = 3,27 м³/с:

V_пр = Q_кир /ω_пэ = 3,27 / 0,83 = 3,94 м/с

Вывод:

Так как скорость течения сточной воды в кирпичном трубопроводе V_кир составляет 3,24 м/с при пропуске расчетного расхода 3,27 м³/с, а на ремонтном участке 3,94 м/с, то после ремонта на старом участке трубопровода длиной 0,6L будет наблюдаться гидравлический дисбаланс, приводящий к подтоплению и возможному выпадению взвешенных веществ на участке старого трубопровода вблизи границы с восстановленным.

Процент увеличения скорости от расчетного значения для кирпичного трубопровода после ремонта составит:

(3,94 - 3,27)*100 / 3,94 = 17,01 %;

Общие выводы по санации безнапорных трубопроводов из различных материалов

В качестве вариантов сравнения гидравлических показателей рассмотрены все расчетные случаи санации трубопроводов из различных материалов.

). При санации полимерным рукавом, а также при использовании для ремонта полиэтиленовых труб или цементно-песчаного покрытия во всех случаях наблюдаются гидравлический дисбаланс, т.е. превышение скоростей течения сточной жидкости на ремонтном участке по сравнению с действующим трубопроводом за счет сужения его проходного сечения; данные обстоятельства могут привести к подтоплению и выпадению взвешенных веществ (песка) за пределами ремонтного участка по направлению течения;

). Учитывая допустимую погрешность в инженерных расчетах (как правило, до 10 %), значения скоростей течения сточных вод при наихудших условиях составят следующие величины для рассмотренных вариантов реновации:

для асбестоцементного трубопровода при санации полимерным рукавом скорость возрастет на 20,63 % (случай нарушения несущей способности), а при санации путем протягивания полиэтиленового трубопровода - на 15,38 %;

для железобетонного трубопровода при санации путем протягивания полиэтиленового трубопровода - на 5,78 %, а при санации полимерным рукавом ( случай нарушения несущей способности - 19,83%;

для чугунного трубопровода при санации полимерным рукавом скорость возрастет на 1,57 % (случай нарушения несущей способности), а при санации путем протягивания полиэтиленового трубопровода - на 15,99 %; в случае применения цементно-песчаного покрытия скорость увеличится на 7,17 %;

для керамического трубопровода при санации полимерным рукавом скорость возрастет на 8,63 % (случай нарушения несущей способности), а при санации путем протягивания полиэтиленового трубопровода - на 12,3 %;

для кирпичного трубопровода при санации полимерным рукавом скорость возрастет на 4,11 % (случай нарушения несущей способности), а при санации путем протягивания полиэтиленового трубопровода - на 17,01 %;

Таким образом, практически во всех случаях за исключением железобетонного трубопровода при санации полимерным рукавом и чугунного при санации цементно-песчаным покрытием будет наблюдаться дисбаланс более 10 %. Отсюда следует, что наиболее целесообразным вариантом реновации является тот, при котором наблюдаются наименьший гидравлический дисбаланс.

Литература

1. Таблицы для гидравлического расчета труб ( Шевелев Ф.А.) - М - Стройиздат, 1973

2. #"578563.files/image001.gif">