Расчет системы водоснабжения населенного пункта и железнодорожной станции

Расчет системы водоснабжения населенного пункта и железнодорожной станции

Контрольная работа №1

Расчет системы водоснабжения населенного пункта и железнодорожной станции

Из подземного резервуара 1 вода насосной станцией 2 перекачивается в водонапорную башню 3 , из которой поступает в кольцевую водопроводную сеть 3-4-5-6-3 , снабжающую водой населенный пункт и водопотребителей железнодорожной станции. В точке 4 кольцевой сети присоединен тупиковый водопровод, питающий водой водоразборные колонки 7,8,9,10,11 близлежащего поселка с одноэтажной застройкой.

В точках 4,5,6 производится отбор воды следующими потребителями:

точка 4 - пассажирское здание, краны для заправки пассажирских вагонов;

точка 5 - локомотивное депо;

точка 6 - промышленное предприятие.

Исходные данные

Рисунок 1. Схема водоснабжения.

Кольцевая сеть

1.Площадь жилой постройки:

2.Плотность населения Р=130 чел/га

.Этажность застройки N=5 этажа.

.Степень благоустройства жилой застройки районов n=1.

.Максимальные суточные расходы воды следующими водопотребителями:

а) пассажирским зданием 25 м³/сут.;

б) локомотивным депо 800+162=962 м³/сут.;

в) пассажирскими вагонами:

на станции ежедневно заправляются водой  вагонов, при норме расхода на заправку одного цельнометаллического вагона 0,72 м3/сут;

г) промышленным предприятием 2000+162= 2162 м³/сут.

. Длина водопроводных линий:

водовод 2-3: 200+162=362 м;

участки: 3-4, 5-6: м;

участки: 4-5, 6-3: м.

.Отметка земли в точках:

точка 1 - м;

точка 2 - м;

точки 3,4,5,6 -  м.

. Район расположения системы водоснабжения - центральная часть европейской части РФ.

. Норма хозяйственно- питьевого водопотребления 0,1425 м³/сут.

Тупиковая сеть

1.Максимальные секундные расходы в точках 7,8,9,10,11 q=2,0 л/с;

.Свободный напор в точках 7,8,9,10,11 - 10 м. вод. ст.

.Длины участков линий водопроводной сети:

участок: 4-7:  м;

7-8:  м;

4.Отметка земли в точках:

точка 9:                м;

точки 7,8,10,11:  м.

Расчет тупиковой части сети водопровода.

а) Определение расчетных расходов воды на каждом участке сети:

б) Определение диаметров труб.

При определении диаметра труб воспользуемся таблицами для гидравлического расчёта водопроводных труб профессора Шевелёва Ф.А. [1, c. 35, таблица 3].

Экономически наивыгоднейшие диаметры труб определяем в зависимости от расхода:

в) Выбор магистрального направления.

За магистраль принимается трубопровод, соединяющий начальную точку тупиковой сети (точка 4) с наиболее удаленной и высоко расположенной точкой, имеющей наибольший расход. Так как расходы воды в точках 9,10,11 одинаковые и длины участков 8-9,7-10,8-11 равны, то выбираем наиболее высоко расположенную точку.

Такой точкой является точка 9. Следовательно, магистральной линией тупиковой сети является трубопровод 4-7-8-9.

г) Определение расхода  и напора H4 в начальной точке тупиковой сети (точка 4).

Необходимые данные для расчета заносим в таблицу 1:

Таблица 1.

Расход в точке 4: .

Напор в точке 4:

где - свободный напор в точке 9; =10 м. вод. ст.;

- потери напора в магистральном трубопроводе;

 - потери напора на соответствующих участках магистрали ;

z9 , z4- отметки земли соответственно в точках 9,4.

Рисунок 2. Схема тупиковой части водопроводной сети.

Расчет кольцевой сети водопровода

а) Определение расчетных суточных расходов воды.

Расход воды на поливку улиц и зеленых насаждений следует принимать в пределах 0,05-0,09 м3/сут на одного жителя и принимаем 0,07 м3/сут.

Вычисление суточных расходов ведем в табличной форме.

Таблица 2.

Для расчета расхода воды в сутки наибольшего водопотребления в м3 выбрали К=1,2,

где К - коэффициент суточной неравномерности водопотребления, учитывающий уклад жизни населения, изменения водопотребления по годам и дням недели и т. д. и т. п.

б) Определение расчетных секундных расходов.

Секундный расход круглосуточно работающих пунктов водопотребления определяется в л/с по формуле:

,

где -коэффициент часовой неравномерности, учитывающий колебания расходов воды в течение суток;

Qсут.макс- суточный расход воды в сутки наибольшего водопотребления м³/сут;

86400-количество секунд в сутках.

Локомотивное депо:

Промышленное здание:

Пассажирское здание:

Населенного пункта:

Расчетные секундные расходы периодически действующих пунктов водопотребления вычисляются в л/с по формуле:

,

где Qмакс. -расход воды пунктом водопотребления в м³ за промежуток времени Т, ч.,

3600-количество секунд в часе.

Работа поливочных кранов- T=6ч.:

Заправка вагонов водой:

Время заправки:

в) Подготовка магистральной сети к гидравлическому расчету.

Для расчета водопроводной сети необходимо наметить расчетную схему подачи воды из сети потребителям.

Предварительно определяем сосредоточенные расходы в узлах 4,5,6 кольцевой сети:

Определяем удельный расход, как отношение суммы расходов воды на хозяйственно-питьевые нужды населения и на поливку улиц и зеленых насаждений к длине всех участков кольцевой водопроводной сети (л/с на 1 пог.м):

,

где: qх.п.-максимальный секундный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды населении, л/с;

qпол.- секундный расход на поливку улиц и зеленых насаждений, л/с;

= 3-4+ 4-5+ 5-6+ 6-3 - сумма длин всех участков кольцевой водопроводной сети.

Расчеты ведем в табличной форме.

Таблица 3.

Проверку правильности вычисления путевых расходов производим по формуле:

,2=65,0 +85,14;

,2 ≈ 150,14.

Далее равномерно распределенные путевые расходы заменяют сосредоточенными расходами. Сосредоточенный расход в каждом узле сети будет равен полусумме путевых расходов всех участков, примыкающих к данному узлу.

qузл=0,5∑qп

Но так как в каждом узле сети имеется еще сосредоточенный расход, то общий расход воды забираемой в узле:

qузл=qсоср+0,5∑qп

Результаты вычислений сводим в таблицу.

Таблица 4.

г) Определение диаметров водопроводной сети

Задавшись направлением движения потоков воды по отдельным участкам кольца, намечаем “точку встречи” потоков, ту точку, вода к которой подаётся с двух противоположных направлений. Для рассчитываемого кольца точку встречи потоков намечаем в узле 5, т.е. поток воды в точке 3 разветвляется на две части и идёт по двум ветвям: ветви 3-4-5 (движение воды происходит по часовой стрелке) и ветви 3-6-5 (движение воды - против часовой стрелки). В точке 5 происходит встреча потоков.

Далее определяем расчётные расходы воды по участкам сети, исходя из условия, что суммарный приток воды к узлу со всех направлений равен сумме расчётных расходов участков, питаемых из данного узла, плюс расход воды, забираемый в данном узле, т.е.:

Установив в первом приближении расходы воды на всех участках, по величине расхода и экономически наивыгоднейшей скорости подбираем диаметры труб, определяем скорости и гидравлические уклоны [1, c 35, таб.3.]:

Участок 3-4

q3-4=87,58 л/с;    d=300 мм;  l=1632 м;    V=1,16 м/с;          i= 0,0066;

Участок 4-5

q4-5=25,35 л/с;    d=175 мм;  l=1032 м;    V=1,12м/с; i=0,0137;

Участок 3-6

q3-6=92,68 л/с;    d=300 мм;  l=1032 м;    V=1,22 м/с;          i=0,00732;

Участок 5-6

q5-6=25,35 л/с;    d=175 мм;  l=1632 м;    V=1,12м/с; i=0,0137.

д) Гидравлический расчёт сети на случай максимального водоразбора.

Гидравлический расчёт сводится к определению потерь напора в сети. Зная расчётные расходы воды на участках, диаметры труб и потери напора на единицу длины трубопровода i (гидравлический уклон) вычисляем потери напора на всех участках (таб. 3).

где l― длина расчётного участка.

Далее вычисляем потери напора на участках:

движение воды по часовой стрелке:

- движение воды против часовой стрелки:

Если расчётные расходы намечены правильно, то:

∑+h3-4-5= ∑-h3-6-5, или ∆h= h3-4+h4-5 -h3-6-h5-6=0.

В нашем случае невязка равна:

∆h= 24,909- 29,912=-5,003 м,

Чтобы увязать сеть (найти истинные расходы по линиям) перебрасываем часть первоначально принятого расчётного расхода из перегруженной ветви, где потери напора больше, в недогруженную. Величину увязочного расхода определяем по формуле:

,

где ∆h― величина невязки в кольце, м;

hn― потеря напора в n-ом участке сети, м;

qn― расход воды на n-ом участке, м³/с.

Для нашего случая:

∆q=0,00152 м³/с =1,52 л/с.

Перегруженной является ветвь 3-6-5, поэтому из расхода участков 3-6 и 6-5 этот увязочный расход отнимается, а на участках 3-46 и 4-5 - прибавляется. По вновь полученным расходам q1 определяем гидравлический уклон i1 и потери напора:

Участок 3-4

q3-4=89,1 л/с;      d=300 мм;  l=1632 м;    V=1,18 м/с;          i= 0,00689;

Участок 4-5

q4-5=26,87 л/с;    d=175 мм;  l=1032 м;    V=1,19м/с; i=0,0152;

Участок 3-6

q3-6=92,68 л/с;    d=300 мм;  l=1032 м;    V=1,21 м/с;          i=0,00716;

Участок 5-6

q5-6=23,83 л/с;    d=175 мм;  l=1632 м;    V=1,06м/с; i=0,0122.

После определения h1 вычисляем вновь невязку:

движение воды по часовой стрелке:

- движение воды против часовой стрелки:

Невязка равна:

∆h1= 26,93- 27,1=-0,017 м ≤ 0,5 м, что не превышает допустимую норму.

Рисунок 3. Схема кольцевой части водопроводной сети.

Можно считать гидравлический расчет кольцевой сети законченным. Расходы на участках оставляем:-4=89,1 л/с; q4-5=26,87 л/с;-6=92,68 л/с; q5-6=23,83 л/с.

магистральный сеть гидравлический водопровод

е) Определение высоты водонапорной башни.

Высота водонапорной башни (до низа бака) определяется по формуле:

Hб=z+Hсв+∑h-z3,

где: z― отметка земли в диктующей точке;

 z4= z5=41 м;

 Hсв― свободный напор для потребителей в диктующей точке;

∑h- сумма потерь напора в магистрали на пути от водонапорной башни (т. 3)до диктующей точки;

z3― отметка земли у водонапорной башни в точке 3; z3=41м.

Диктующей точкой в кольцевой сети является та точка, высота водонапорной башни для которой будет максимальной.

Величина свободного напора для 5 этажной застройки:

Hсв=10+4 4=26 м.

Узел 4 снабжает водой помимо населённого пункта, расположенного по кольцу, пассажирское здание и заправку вагонов ещё тупиковую сеть, которая требует для нормального функционирования напор: H4=29,15 м. Свободный напор в узле 4 для кольцевой сети H4св=26 м.

Из этих двух значений выбираем наибольший напор H4=29,15 м. Он и будет являться свободным напором в узле.

Определяем высоту водонапорной башни, если за диктующую точку взять узел 4, как требующий наибольшего напора.

H4б=41+29,15+11,24-41=40,39 м.

Определяем высоту водонапорной башни, если за диктующую точку взять узел 5, как наиболее удалённый от водонапорной башни:

H5б=41+26+7,39+19,91-41=53,3 м.

Принимаем высоту водонапорной башни H5б=53,3 м.

ж) Гидравлический расчет напорного водовода.

По напорному водоводу (участок 2-3) вода перекачивается насосной станцией 2 в водонапорную башню 3. Для обеспечения бесперебойной подачи, водовод обычно конструируют из нескольких линий (не менее двух работающих параллельно).

Секундный расход по одной линии определяется в л/с по формуле:

,

где Qмакс .-максимальный суточный расход, м³/сут;

T- продолжительность работы насосов в сутки , ч; T=22 ч.

n - число линий водовода, n=2.

Зная секундный расход и руководствуясь экономически наивыгоднейшей скоростью по [1, c 35, таб.3.] определяем диаметр водопровода:

dв=250 мм;в=0,007

з) Определение требуемых подачи и напора насосов станции II подъема, подбор типа насосов.

qтр=2q=2q=255,66=111,32 л/с.

Требуемый напор насоса определяется по формуле:

Hтр=Hг+∑h,

где: Hг- геометрическая высота подачи воды, м.

∑h-потери напора в одной из параллельных линий водовода.

Hг=z3+Hб+hб-z1,

где Hб=53,3 м - высота башни.

hб=5 м. - высота бака башни.

z3=41 м. - отметка земли у водонапорной башни точка 3.

z1=16 м. - отметка уровня воды в подземном резервуаре точка 1.г=41+53,3+5-16=83,3 м.

∑h =1,1il,

где: l- длина одной линии водовода, l=362 м;

i- потери напор на единицу длины водовода (гидравлический уклон), i=0,007;

1,1- коэффициент, учитывающий величину местных сопротивлений и сопротивление всасывающей линии.

∑h =1,10,007362=2,79 м.

Требуемый напор равен:тр=83,3+2,79=86,09 м.

Насос подбираем по [1, с.88, приложение 1] в зависимости от требуемых расхода qтр=111,32 л/с ≈112 л/с=403,2 м³/час и напора Hтр=86,09 м.

Насос Д630 -90 имеет максимальную подачу 630 м³/ч., напор 90 м., мощность электродвигателя 250 кВт., частоту вращения 1480 об/мин., КПД-80 %, допустимую высоту всасывания - 6,5 м., диаметр рабочего колеса 525мм.

Произвести расчет полураздельной системы канализации населенного пункта и железнодорожной станции. Бытовые сточные воды от железнодорожного поселка совместно со стоками от пассажирского здания, локомотивного депо и промышленного предприятия по канализационным коллекторам поступает в главную насосную станцию, которая перекачивает их из главного коллектора на канализационные очистные сооружения.

Исходные данные.

Рисунок 3. Схема канализационных систем.

В точке 1-стоки от пассажирского здания.

В точке 5-от локомотивного депо.

В точке 6-от промышленного предприятия.

.Площадь жилой постройки:

2.Плотность населения Р=130 чел/га

.Этажность застройки N=5 этажа.

.Степень благоустройства жилой застройки районов n=1.

. Максимальные суточные расходы сточных вод от следующих объектов канализации:

а) пассажирским зданием 25 м³/сут.;

б) локомотивным депо 800+162=962 м³/сут.;

в) промышленным предприятием 2000+162= 2162 м³/сут.

. Длина участков канализационных линий:

а) длина жилой застройки - lАВ=1632 м;

ширина жилой застройки - bВC=1032 м.

б) длина одного квартала (без учета ширины улиц)- lК=544 м;

ширина одного квартала (без учета ширины улиц)- bК=516 м.

в) длина участка 6-ГНС-200 м.

.Отметка земли в точках:

река - 16 м;

ГНС - 36 м;

А,Б,С,D - 41 м.

. Район расположения канализируемой территории - центральная часть европейской части РФ.

. Глубина промерзания грунтов - 1,4 м.

. Грунты - сухие, нескальные.

. Норма хозяйственно- питьевого водопотребления для центральной части европейской части РФ nв 0,1425 м³/сут.

Определение расчётных расходов сточных вод.

Расчетный среднесуточный расход бытовых сточных вод от жилых кварталов населенного пункта определяют в м³/сут по формуле:

Qсут.ср.= nв Nр,

где Nр -расчётное число жителей, определяемое по формуле:

Nр =PF=130168,4=21892 чел;сут.ср.=0,142521892=3120 м³/сут.

Расчетный среднесуточный расход бытовых сточных вод определяется по формуле со всей жилой застройки:

с квартала:

где: Qкв сут.ср.= nв Nквр;

кв сут.ср.=0,14253649=520 м³/сут.

Максимальные расчетные секундные расходы сточных вод от пассажирского здания, локомотивного депо и промышленного предприятия определяются по формуле:

,

где Kч=2,5 для пассажирского здания,

Kч=1,4 для локомотивного депо и промышленного предприятия.

Пассажирское здание:

Локомотивное депо:

Промышленное предприятие:

Расчёт уличных коллекторов 1-2-3-4-5-6-ГНС и 7-8-9-6 представлены в таблице 1.

Наименьшая глубина заложения начального участка канализационной сети принимается на основании опыта эксплуатации сетей в данном районе с учётом глубины промерзания грунтов. Глубина промерзания для центральной части европейской территории РФ - 1,4 м., минимальную глубину заложения лотка трубы допускается принимать для труб диаметром до 500 мм на 0,3 м меньше глубины промерзания грунтов. Следовательно, глубина заложения начала трубы на участках 1-2 равна 1,4-0,3=1,1 м, т.е. отметка начала лотка трубы: 41-1,1=39,9 м. (графа 24), конец лотка трубы будет на величину падения трубы м ниже, т. е. будет находиться на отметке 37,32 м (графа 25). Чтобы получить отметки шелыги трубы в начале участка 39,9+0,2=40,1 метр. Отметка шелыги трубы в конце участка будет равна: 40,1-2,58=37,52 м.

Отметка шелыги трубы в конце участка 1-2 будет отметкой шелыги трубы в начале участка 2-3, а в конце участка 2-3 отметка шелыги будет на величину  м (графа 16) меньше, т.е. 37,52-2,176=35,34 м- эта же отметка должна быть начальной отметкой участка 3-4, но учитывая, что заглубление точки 3 - 5,906 м, в точке 3 следует запроектировать насосную станцию перекачки, так как заглубление канализационной сети больше чем на 7-8 метров экономически невыгодно. Насос, установленный в точке 3, будет качать сточную жидкость на отметку 39,9 м, т.е. отметку наименьшей глубины заложения труб с учетом промерзания грунта. Эта отметка служит началом участка 3-4. Отметка начала шелыги трубы участка 3-4- 40,2 м. Отметка конца шелыги трубы на этом участке находится как разность отметки начала и падения трубы  м, т.е. 40,2-2,448=37,75 м и т.д.

Аналогично рассчитываем коллектор 7-8-9-6. Однако заглубление канализационной трубы в конце участка 9-6 получилось 6,892 м, это меньше, чем заглубление конца участка 5-6, равное 7,289 м, на 0,406 метра, поэтому в точке 6 устраивается перепадной колодец.

При расчете ответвления 1-6 на участках 3-4 и 4-5 при одинаковых диаметрах d=0,3 м глубина потока увеличивается: на участке 3-4 глубина потока h=0,14 м, на участке 4-5- глубина потока h=0,18 м, так как по длине потока увеличивается расход: на участке 3-4 расход qc.макс=25,53 л/с, на участке 4-5- qc.макс=35,76 л/с, т.е при переходе с участка 3-4 на участок 4-5 глубина потока увеличилась на 4 см (0,18-0,14=0,04 м). Поэтому при сопряжении труб по шелыги в данном случае в колодцах образуется подпор, при котором поверхность воды в отводящем русле (участок 4-5) будет на 4 см выше поверхности воды в подводящей трубе (участок 3-4), что не желательно. Поэтому в данном случае сопряжение труб на границах участков 3-4 и 4-5 делаем по поверхности воды. Вследствие чего отметку шелыги трубы в начале участка 4-5 принимаем на 4 см ниже отметки шелыги в конце участка 3-4, т.е. вместо отметки 37,75 м (сопряжение по шелыге) будет отметка 37,71 м, а конец трубы 4-5 будет иметь отметку 35,81 м вместо 35,85 м при сопряжении по шелыге.

При расчете ответвления 7-6 на участках 8-9 и 9-6 при одинаковых диаметрах d=0,35 м глубина потока увеличивается: на участке 8-9 глубина потока h=0,18 м, на участке 9-6- глубина потока h=0,21 м, так как по длине потока увеличивается расход: на участке 8-9 расход qc.макс=40,39 л/с, на участке 9-6- qc.макс=50,63 л/с, т.е при переходе с участка 8-9 на участок 9-6 глубина потока увеличилась на 3 см (0,21-0,18=0,03 м). Вследствие чего отметку шелыги трубы в начале участка 9-6 принимаем на 3 см ниже отметки шелыги в конце участка 8-9, т.е. вместо отметки 36,12 м (сопряжение по шелыге) будет отметка 36,09 м, а конец трубы 9-6 будет иметь отметку 34,46 м вместо 34,49 м при сопряжении по шелыге.

Аналогичные изменения вносятся в отметку лотка трубы и глубину заложения лотка трубы.

Продольный профиль канализационной сети 1-2-3-4-5-6-ГНС представлен на рис.4.

Рисунок 4. Продольный профиль канализационной сети 1-2-3-4-5-6-ГНС.

Продольный профиль канализационной сети 7-8-9-6-ГНС представлен на рис.5.

Рисунок 5. Продольный профиль канализационной сети 7-8-9-6-ГНС.

После вычислений расчетных расходов подбираем насосы.

В точке 3, для перекачивания, согласно расходу на участке 2-3

q=15,29×3600/1000 ≈ 56 м³/ч,

принимаем насос ФГ 57,7/9,5:

подача 31-86 м³/ч.;

напор 12-8 м.;

мощность электродвигателя - 4 кВт;

частота вращения - 1450 об/мин.;

КПД - 61 %;

допустимая высота всасывания - 8,8 м.;

диметр рабочего колеса -192 мм.

Для ГНС принимаем насос согласно производительности:=115,3×3600/1000 ≈ 416 м³/ч,

принимаем насос ФГ450/22,5:

подача 238 - 684 м³/ч;

напор 28-18 м.;

мощность электродвигателя - 75 кВт;

частота вращения - 960 об/мин.;

КПД - 65 %;

допустимая высота всасывания - 7,5 м.;

диметр рабочего колеса - 435 мм.

Список литературы

Водоснабжение и водоотведение. Рабочая программа и задание на контрольные работы №1, 2 с методическими указаниями и примерами расчётов для студентов IV курса. РГОТУПС, Москва- 2002.

Дикаревский В.С. Водоснабжение и водоотведение на железнодорожном транспорте. - М: Транспорт, 1999.

Береза А.И., Коробов Ю.И., Водоснабжение на железнодорожном транспорте. -М: Транспорт, 1991.

Дикаревский В.С., Караваев И.И. Водоохранные сооружения на железнодорожном транспорте. -М: Транспорт, 1986.

Фёдоров Н.Ф. Канализационные сети. Примеры расчёта. -М: Стройиздат. 1985.

СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Госстрой СССР.-М: Стройиздат, 1985.

СНиП 2.04.03-85.Канализация. Наружные сети и сооружения. Госстрой СССР.-М: Стройиздат, 1986.

Калицун В.И., Кедров В.С. и др. Водоснабжение и канализация. Учебник для вузов.-М: Стройиздат, 2000.