Гидравлический расчет кольцевых водопроводных сетей

Гидравлический расчет кольцевых водопроводных сетей

"Гидравлический расчет кольцевых водопроводных сетей"

1. Исходные данные

.1 Описание расчетной схемы водоснабжения

Необходимо произвести расчет системы водоснабжения населенного пункта и железнодорожной станции.

Водоснабжение железнодорожного поселка осуществляется подземными водами.

Вода из водосборной галереи 1 поступает в приемный резервуар 2 и оттуда к насосной станции 3 по напорному водоводу подается в водонапорную башню 4, из которой потом поступает в кольцевую водопроводную сеть 4-5-6-7-8-9, снабжающую водой населенный пункт и следующие промышленные и хозяйственные водопотребители:

Рисунок 1. Схема водоснабжения:

- Источник водоснабжения

- Приемный резервуар

- Насосная станция

- Водонапорная башня

- Станционное здание и краны для заправки пассажирских вагонов

- Локомотивное депо

- Промышленное предприятие №1

- Промышленное предприятие №2

- Промышленное предприятие №3

Расход воды на хозяйственно - питьевые нужды и полив улиц и зеленых насаждений равномерно распределен вдоль оси разводящей сети.

1.2 Исходные данные для расчета

1.      Расчетное число жителей в поселке -22170 чел.

2.      Этажность застройки - 10 этажей.

.        Здания населенного пункта оборудованы внутренним водопроводом и канализацией без ванн.

.        На станции ежедневно заполняется водой -317 вагонов.

.        Максимальные суточные расходы воды:

промышленными предприятиями:

№1 - 3217, м³/сут

№2 - 3717, м³/сут

№3 - 4217, м³/сут

Локомотивное депо - 517, м³/сут

6.      Длина участков труб:

3-4 - 4217м

-5 - 1017 м

-6 - 1317 м

-7 - 817 м

-8 - 1317 м

-9 - 1317 м

-9 - 817 м

-7 - 1317 м

. Отметки земли:

Насосной станции (точка 4) - 264 м

В точке 5 - 282 м

В точке 8 - 274 м

В точке 6 - 278 м

. Отметки воды в приемном резервуаре - 258 м.

2.Деление расчетных суточных расходов воды

Основным водопотребителем в поселках и городах являются население, которое расходует воду на хозяйственные и питьевые нужды. Количество воды для этих нужд зависит от степени санитарно-технического оборудования жилых домов, развития сети предприятий общественного обслуживания и общего благоустройства города.

Определение суточного расхода воды Q^сут:

·        Населенный пункт:

Q_ср=N*q, м³

Q_max =N*q*K_max, м³

где N= 22170 чел;

К_max= 1,2; К_min= 0,8

q= 0,2 м³ /сут

Q_ср =22170*0,2=4434 м³

Q_max =22170*0,2*1,2=5320,8 м³

Q_min=N*q*K_min= 22170*0.2*0.8=3547,2 м³

Наибольший расчётный суточный расход является основой для расчета большинства сооружений систем водоснабжения.

·        Поливка улиц и зеленых насаждений:

Q=N_i*q_пол м³/сут,

где N_i - число жителей в поселке;

q_пол- норма воды на полив, приходящаяся на одного жителя;

q_пол=0,07 м³/сут;

Q=22170*0,07=1551,9 м³/сут .

·        Заправка вагонов:

Q=N*q м³/сут,

где N - количество вагонов;

N=317 шт;

q=1 м³/сут;

Q =317*1=317 м³/сут.

Расчетные суточные расходы воды

Таблица 1

Свободный напор для хозяйственно-питьевого водоснабжения определяем по формуле:

Н_св=10+4(n-1) м. вод. ст. (1)

где n - этажность застройки. Н_св=10+4(10-1)=46 м .вод. ст. принимаем Н_св=46 м. вод. ст.

3. Определение расчетных секундных расходов воды

.1 Расчет для круглосуточно действующих объектов

водоснабжение населенный пункт

Расчетные секундные расходы воды определяют в л/сутки для отдельных категорий водопотребления. При этом нужно учесть, что одни пункты водопотребления работают круглосуточно (поселок, промпредприятия, железнодорожная станция, депо), а другие - неполные сутки (поливка улиц и зеленых насаждений, заправка вагонов на станции).

Секундный расход круглосуточно работающих объектов водопотребления определяем по формуле:

q_сек=К_час*Q_max^сут /86400 м³/с (2)

где: К_час - коэффициент часовой неравномерности (к_час=1,56),_max - суточный расход в сутки наибольшего водопотребления;

- число секунд в сутках.

хозяйственно-питьевые нужды:

q_сек=1,5*5320,8/86400=0,096 м³/с

промышленное предприятие №1:

q_сек=1,5*3217/86400=0,0558 м³/с

промышленное предприятие №2:

q_сек=1,5*3717/86400=0,0645м³/с

промышленное предприятие №3:

q_сек=1,5*4217/86400=0,0732 м³/с

локомотивное депо:

q_сек=1,5*517/86400=0,0089 м³/с

вокзал:

q_сек=1,5*15/86400=0,00026 м³/с

3.2 Расчет для периодически действующих объектов

Расчетные секундные расходы для периодически действующих объектов определяются по формуле:

q_сек=Q_max^сут /(3600*Т_потр ), м³/ с (3)

где: Т_потр - период работы объекта в часах.

- количество секунд в часе.

поливка улиц и зеленых насаждений:

Т_потр=8 часов

q_сек=1551,9/(3600*8)=0,0538 м³/с

Заправка вагонов:

Т_потр=n_{поездов}*t_поезда,

где: n_{поездов} - количество поездов;_{поездов}=N_{вагонов}/15=317/15=21;_поезда - время заправки одного поезда(0,5 ч);

Т_потр=21*0,5=10 час.

q_сек=317/(3600*10)=0,00881 м³/с

4. Подготовка магистральной разводящей сети к гидравлическому расчету

Подготовка магистральной разводящей сети к гидравлическому расчету заключается в составлении расчетной схемы подачи воды сетью и предварительном распределении потоков воды по ее разводящим линиям. В кольцевых сетях заданные отборы воды могут быть обеспечены при неограниченном числе вариантов распределения воды по участкам сети.

4.1 Определение путевых расходов

Расход, приходящийся на 1 погонный метр разводящей сети, называют удельным расходом:

q_уд= (q_сек^хпн + q_сек^поп)/å L; м³/сек

где: q_сек^хпн и q_сек^поп - суммарный секундный расход соответственно на хозяйственно-питьевые нужды и полив улиц;

å L - суммарная длина линий, отдающих воду, м;

q_уд= (0,096 +0,0538)/7619 =0,0000196 м³/ сек

Расход воды, отдаваемый каждым участком q_пут, определяется по формуле:

q_пут(i)=q_уд*l_i м³/сут

где: l_i - длина каждого участка разводящей сети

Таблица 2. Путевые расходы разводящей сети

4.2 Определение узловых расходов

Узловой расход определяется по формуле:

q_узл=0,5åq_пут(i)+q_соср м³/сут

где: q_соср - сосредоточенный расход потребителя, присоединенного к узлу.

Таблица 3. Узловые расходы разводящей сети

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

Рис.

q₅=0,0316732 q₉=0,0941132

Рисунок 2. Расчетная схема водопроводной сети с узловыми расходами

4.3 Предварительное распределение потоков воды по линиям разводящей сети

Предварительное потокораспределение должно быть произведено так, чтобы оно обеспечивало наиболее рациональные диаметры труб её участков и удовлетворяло требованию надёжности.

На нашей разводящей сети (см.рис.2)в три дальних узла необходимо подать одновременно расход q_узл6 + q_узл7 + q_узл8 по трём магистральным линиям 5-6, 4-7, 9-8.

Расходы по линиям 5-6, 4-7, 9-8 будут равны:

q_{маг(5-6, 4-7, 9-8)}= (q_узл6 + q_узл7 + q_узл8 )/3 м³/с;

q_{маг(5-6, 4-7, 9-8)}= (0,0298132+ 0,0866798+0,0873732)/3=0,20386м³/с;

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

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

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

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

Рисунок 3. Предварительное распределение потоков воды

4.4 Определение диаметров линий разводящей сети

По предварительно намеченным расходам определяем диаметр участков разводящей сети:

Таблица 4

5. Гидравлический расчет магистральной разводящей сети

Гидравлический расчёт производится после начального потокораспределения экономически наивыгоднейших диаметров линий сети.

Гидравлический расчёт кольцевой сети ведём по методу Лобачёва В.Г.

5.1 Определение и запись на расчетную схему исходных данных

Рисунок 4. Расчетная схема разводящей сети

5.2 Определение потери напора во всех участках сети

Потери напора на каждом участке сети определяется по формуле :

h_i = δ A_oi l_i q_i² ,

где: q_i - расход i - го участка сети;

׀_i - длина этого же участка сети

A_oi - удельное сопротивление рассматриваемого участка;

δ - коэффициент, зависящий от скорости движения воды и материала труб;

принимаем = 1.

5.3 определение поправочного расхода

Δ q_К= - Δ h_К / (δ Σ A_{i к} q_{i К} ^δ-1),

где: Δ q_К - поправочный расход к-ого кольца;

Δ h_К - невязка к-ого кольца;

A_{i к} - сопротивление i - ого участка к-ого кольца;

A_{i к} q_{i К} ^δ-1 - сумма произведений сопротивлений трубопровода на расход к-ого кольца.

Для квадратической области сопротивления :

Δ q_К= - Δ h_К / (2 Σ (A_i q_i ) к );

Расчет продолжаем до тех пор, пока невязка не будет меньше 0,5 м

Все расчеты приводим в таблицу:

Òàáëèöà

Òàáëèöà

6.Îïðåäåëåíèå âûñîòû âîäîíàïîðíîé áàøíè è åìêîñòè íàïîðíîãî áàêà

Ïðè îïðåäåëåíèè åìêîñòè áàêà âîäîíàïîðíîé áàøíè èñõîäèì èç ñëåäóþùåãî:

ðàñõîä âîäû èç áàêà îáúåêòàìè íåðàâíîìåðåí è çàâèñèò îò âðåìåíè ñóòîê, à ïîäà÷à âîäû íàñîñàìè â áàê ðàâíîìåðíà;

ðàñïðåäåëåíèå ðàñõîäîâ âîäû ïî ÷àñàì ïðèíèìàåì â çàâèñèìîñòè îò êîýôôèöèåíòà ÷àñîâîé íåðàâíîìåðíîñòè, óñòàíîâëåííîãî ÑÍèÏ, è õàðàêòåðà îáúåêòà âîäîñíàáæåíèÿ (íàñåëåííûé ïóíêò, ïðîìïðåäïðèÿòèå, çäàíèå ñïåöèàëüíîãî íàçíà÷åíèÿ è ò.ï.)

Ðèñ.

H_á = Z_äò + H_ñâ + ∑h_w - Z _á ,

ãäå: Z_á - îòìåòêà çåìëè íàñîñíîé ñòàíöèè (òî÷êà 4);

Z_äò - îòìåòêà çåìëè â äèêòóþùåé òî÷êå;

H_ñâ - ñâîáîäíûé íàïîð;

H_ñâ = 10+4(n-1)=46ì

∑h_w - ïîòåðè íàïîðà äî äèêòóþùåé òî÷êè èç ðàñ÷åòà ïî ìîäóëþ.

Äëÿ òî÷êè 6: H_á =278+30+8,66 - 264-= 52,66=53 ì.

Äëÿ òî÷êè 8: H_á =274+30+14,94 - 264=54,94=55 ì.

Ïðèíèìàåì H_á =55 ì.

Òàáëèöà. Åìêîñòü áàêà (Ê=1,35)

Íàõîäèì îáúåì áàêà:

W= (Q_max ^ñóò / 100)*A, ì³

ãäå: Q_max^ñóò - ìàêñèìàëüíûé ñóòî÷íûé ðàñõîä

Q_max^ñóò= 19412 ì³

A - íàèáîëüøèé îñòàòîê â áàêå %

À=7,2%

W= (19412/100)*7,2=1397,664ì³

Äèàìåòð áàêà:

D =³√(W / 0,55)=13,64=14ì.

Âûñîòà áàêà:

h= 0,7 D =9,8=10 ì.

7.Ãèäðàâëè÷åñêèé ðàñ÷åò âîäîíàïîðíîãî âîäîâîäà

Ðèñ.

Íàïîðíûé âîäîâîä ïîäàåò âîäó îò èñòî÷íèêà äî âîäîíàïîðíîé áàøíè. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ áåñïåðåáîéíîé ðàáîòû âîäîâîäà ïðîêëàäûâàþò íåñêîëüêî íèòîê (íî íå ìåíåå 2). Ðàñ÷åò âåäåòñÿ íà ïðîïóñê ìàêñèìàëüíîãî ñóòî÷íîãî ðàñõîäà. Ñåêóíäíûé ðàñõîä âîäû îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå:

q_{âîäîâîäà} =Q_max ^ñóò / 3600*T*n, ì³/ñ

ãäå: Q_max^ñóò - ìàêñèìàëüíûé ñóòî÷íûé ðàñõîä;

Ò -âðåìÿ ðàáîòû íàñîñîâ (Ò=23÷àñà);

n - ÷èñëî íèòîê âîäîâîäà (n=2).

q_{âîäîâîäà} =19412/3600*23*2=0,1172

8.Îïðåäåëåíèå ïîòðåáíîé ïðîèçâîäèòåëüíîñòè è íàïîðà âîäîïðîâîäíûõ íàñîñîâ, ïîäáîð òèïà íàñîñîâ, îïðåäåëåíèå îòìåòêè îñè íàñîñà è ñîîáðàæåíèå ïî ñîîðóæåíèþ íàñîñíîé ñòàíöèè

Ðàáî÷èé íàïîð íàñîñà ìîæíî îïðåäåëèòü ïî ôîðìóëå :

H_òð. = Z_á + H_á + h_á - Z_ë + h_âîä, ì

ãäå   Z_á - îòìåòêà çåìëè â ìåñòå óñòàíîâêè âîäîíàïîðíîé áàøíè (òî÷êà 4 ).

H_á - âûñîòà áàøíè;

h_á - âûñîòà áàêà â ìåñòå ðàñïîëîæåíèÿ áàøíè;

Z_ë - îòìåòêà çåìëè â èñòî÷íèêå;

h_âîä - ïîòåðè íàïîðà âîäîâîäà.

H_òð. =264+55+9-258+23,6=93,6 ì

8.1 Îïðåäåëåíèå ïîòðåáíîé ìîùíîñòè è ïîäáîð òèïà íàñîñîâ

Ïîëåçíàÿ ìîùíîñòü íàñîñà:

N_ï = (Q ·Hòð·ρ·g) / ŋ, Âò

N_ï =(0,1027*93,6*1000*9,81)/0,8=94,3 êÂò

ãäå: Q - ïðîèçâîäèòåëüíîñòü íàñîñà, ðàâíàÿ ðàñõîäó, ïðîïóñêàåìîìó îäíîé

íèòêîé âîäîâîäà, ì³/ñ (ðàâíà q_{âîäîâîäà})

H_òð- òðåáóåìûé íàïîð íàñîñà, ì

ρ -ïëîòíîñòü ïåðåêà÷èâàåìîé æèäêîñòè, ðàâíàÿ 1000 êã/ì³

g - óñêîðåíèå ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ =9,81 ì/ñ²

η - ÊÏÄ íàñîñà, η = 0,8

Ïî ñâîáîäíûì ãðàôèêàì îñíîâíûõ òåõíè÷åñêèõ äàííûõ öåíòðîáåæíûõ íàñîñîâ ïîäáèðàåì íàñîñ:

H_òð=93,6/2=46,8 ì è q_{âîäîâîäà}=0,1027 ì³/ñ =110 ë/ñåê → íàñîñ òèïà 6ÍÄñ 2950, ïîäáèðàåì 2 íàñîñà, ñîåäèíåííûõ ïîñëåäîâàòåëüíî.

8.2 Îïðåäåëåíèå îòìåòêè îñè íàñîñà

Îòìåòêó îñè íàñîñà ìîæíî îïðåäåëèòü ïî ôîðìóëå:

Z_í= Z_è+h_ã , ì

ãäå: Z_í - îòìåòêà íàñîñà;

Z_è - îòìåòêà âîäû â èñòî÷íèêå;

h_ã - ãåîìåòðè÷åñêàÿ âûñîòà âñàñûâàíèÿ.

h_ã = H_âàê^äîï-å h-V²/2g, ì

ãäå: H_âàê^äîï - äîïóñòèìûé âàêóóì äëÿ äàííîãî íàñîñà( H_âàê^äîï=8 ì);

å h - ïîòåðè íàïîðà âî âñàñûâàþùåé ëèíèè;

V-ñêîðîñòü äâèæåíèÿ âîäû âî âñàñûâàþùåé ëèíèè.

Ïîòåðè íàïîðà âî âñàñûâàþùåé ëèíèè îïðåäåëÿþòñÿ ïî ôîðìóëå:

åh = À_âñ *l_âñ* q_âîä²*1,4 , ì

Äëÿ âû÷èñëåíèÿ ïîòåðè íàïîðà íåîáõîäèìî îïðåäåëèòü ïàðàìåòðû âñàñûâàþùåé ëèíèè. Âîñïîëüçóåìñÿ ôîðìóëîé äëÿ îïðåäåëåíèÿ äèàìåòðà âñàñûâàþùåé ëèíèè:

d_âñ = d_âîä *1,5, ìì

ãäå d_âîä - äèàìåòð âîäîâîäà (300 ìì)

d_âñ =450*1,5=675 ìì

Ïîëüçóÿñü ïðèëîæåíèåì ïî ñåêóíäíîìó ðàñõîäó âîäîâîäà è ó÷èòûâàÿ ïðåäåëüíûé ýêîíîìè÷åñêèé ðàñõîä Ý=0,5 ì³/ñ (òðóáû ñòàëüíûå), ïðèíèìàåì óäåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå À_âñ =0,099 ì/ñ è ïëîùàäü æèâîãî ñå÷åíèÿ w_âñ =0,1706 ìì², l_âñ=80.

åh =0,099*80*0,1027² *1,4=1,00ì

Ñêîðîñòü äâèæåíèÿ âîäû âî âñàñûâàþùåé ëèíèè îïðåäåëÿåòñÿ:

V= q_âîä/ w_âñ =0,1027/0,1706=1,353 ì/ñ

Òîãäà ãåîìåòðè÷åñêàÿ âûñîòà âñàñûâàíèÿ îïðåäåëèòñÿ:

h_ã =8-1,00-1,353²/(2*9,81)=0,263 ì

Çíàÿ âû÷èñëåííûå çíà÷åíèÿ ïîëó÷èì îòìåòêó íàñîñà:

Z_í=258+0,258=258,258 ì.

Ðàçìåùåíî íà Allbest