Гидравлический расчет водопроводной сети

Гидравлический расчет водопроводной сети выполняется два раза при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении (в обычное время «до пожара») и «при пожаре».

Цель гидравлического расчета – определить потери напора в сети в этих двух случаях.

Гидравлический расчет сети выполняется в следующей последовательности:

1. определяется равномерно распределенный расход вычитанием суммы сосредоточенных расходов из общего расхода в час максимального водопотребления:

где: n-количество сосредоточенных отборов воды;

2. определяется удельный расход воды; т.е. равномерно распределенный расход приходящийся на единицу длины водопроводной сети:

,

где: l_j – длина участка; m- кол-во участков; j- номер участка;

3. определяются равномерно распределенные расходы по длине участков (путевые отборы):

4. определяются узловые расходы воды, которыми заменяются путевые отборы:

,

где: SQ_{пут j} – сумма путевых отборов на участках, прилегающих к данному узлу;

5. к узловым расходам добавляются сосредоточенные расходы, а при пожаре к одному из узловых расходов добавляется еще расход воды на пожаротушение;

6. выполняется предварительное распределение расходов по участкам сети. При распределении для каждого узла должно выполняться следующее условие (1-й закон Кирхгофа: сумма расходов воды, подходящих к каждому узлу, равна сумме расходов воды, выходящих из узла). Распределение расходов можно начинать от диктующей точки, т.е. конечной точки подачи воды, а можно от начальной точки, т.е. точки подвода воды в сеть (см. пример п.4).

Перед распределением расходов необходимо наметить направление потоков воды в сети от точки ввода воды в сеть до диктующей точки. Предварительное распределение выполняется при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении и при пожаре;

7. определяются диаметры труб участков сети по предварительно распределенным расходам «при пожаре» и значению экономического фактора с использованием таблиц экономичных предельных расходов (приложение 4). Экономический фактор учитывает стоимость электроэнергии, коэффициент полезного действия насосных установок, стоимость строительства водопроводной сети и сооружений и т.п. При современной стоимости электроэнергии (80 коп/(кВт*ч) – для всех районов страны за исключением Якутской Магаданской, Камчатской и Сахалинской областей) можно использовать следующие значения экономического фактора (табл.3.1).

Таблица 3.1.

Материал Труб	Сталь	Чугун	Железобетон	Асбестоцемент	Пластмасса
Экономич. фактор				0,75	0,5

Предельным расходом для данного диаметра труб является такой расход, при котором этот диаметр экономически равноценен следующему сортаментному диаметру. При расходе, превышающем предельный, следует принимать следующий сортаментный диаметр.

Предельные экономические расходы для труб из стали, чугуна, асбестоцемента и пластмассы при указанных значениях экономического фактора Э приведены в приложении 4;

8. выполняется увязка сети.

Для каждого кольца выбирается условно положительное направление, например, направление движения часовой стрелки. Если направление движения потока воды на участке совпадает с условно положительным направлением, то потери напора Dh на этом участке считаются положительными, а если не совпадают, то отрицательными (рис.3.1). Увязать сеть – значит добиться выполнения следующих соотношений:

+h₄

-h₁

+h₃

- h₂

Рис. 3.1 Кольцевая водопроводная сеть

– для узлов (первый закон Кирхгофа),

– для колец (второй закон Кирхгофа).

Здесь n- кол-во участков в кольце; m- кол-во расходов, подходящих к узлу и отходящих от него.

Первое соотношение (для узлов) для найденных расходов воды должно соблюдаться, т.к. оно использовалась при предварительном распределении расходов по участкам.

Выполнение второго соотношения (для колец) добиваются увязкой водопроводной сети, например, методом Лобачева-Кросса. Сущность метода состоит в следующем:

Для кольца (рис.3.1) можно записать:

, т.е. h₃+h₄-h₁-h₂=Dh.

Величина Dh называется невязкой сети.

Если сумма условно положительных потерь напора больше суммы условно отрицательных потерь напора, то Dh>0. Значит, чтобы уменьшить величину Dh (приблизить ее к нулю), необходимо расходы на участках с условно положительными потерями напора уменьшить, а на участках с условно отрицательными потерями напора увеличить на величину некоторого поправочного расхода.

Если Dh<0, то, наоборот, расходы на участках с условно положительными потерями напора надо увеличить, а на участках с условно отрицательными потерями напора уменьшить на величину поправочного расхода. Увязка сети (введение поправочного расхода) продолжается до тех пор, пока не будет выполняться соотношение:

Dh £ Dh_доп,

где: Dh_доп – допустимая величина невязки. Можно принять Dh_доп £ 1м.

Если сеть состоит из нескольких колец, то необходимо добиваться выполнения указанного соотношения для каждого кольца. Потери напора h на участке следует определять по формулам:

,

где: i – гидравлический уклон, т.е. потери напора на единицу длинны трубопровода;

l – длина трубопровода, м;

l - коэффициент гидравлического сопротивления, определяемый по формуле:

,

где: d_р расчетный внутренний диаметр труб, м;

V – средняя по сечению скорость движения воды, м/с;

g– ускорение свободного падения, м/с².

Значения показателя степени m и коэффициентов А₀, А₁ и С для

стальных, чугунных, железобетонных, асбестоцементных, пластмассовых и стеклянных труб должны приниматься по приложению 10 [4].

Расчетные внутренние диаметры металлических, асбестоцементных, пластмассовых (полиэтиленовых), стеклянных труб по данным соответствующих ГОСТов приведены в приложении 4. Расчетные внутренние диаметры железобетонных труб на основании ГОСТ 12586 –74, ГОСТ 16953 –78 следует принимать равными диаметрам условных проходов.

Поправочный расход Dq для кольца можно определить по формуле:

,

где: h_i – потери напора на участке;

q_i – расход воды по участку;

n – кол-во участков в кольце.

Для каждого кольца получается своя величина поправочного расхода. Если участок сети является общим для двух колец, то поправочный расход на таком участке определяется как сумма поправочных расходов (с учетом их знаков) для каждого кольца.