Гидравлический расчёт водопроводной сети

Рассматриваемая система водоснабжения, предназначенная для обеспечения водой жилого посёлка с количеством жителей 17000 человек, по этому признаку относится ко II категории надёжности подачи воды. В системах этой категории допускается снижение подачи воды не более чем на 30% в течение одного месяца или перерыв подачи воды в течение 5 часов.

Для обеспечения этих требований необходимо запроектировать кольцевой тип водопроводной сети. Надёжность подачи воды обеспечивается двумя параллельными трубопроводами от водонапорной башни до посёлка и кольцевым расположением магистральных водопроводов внутри посёлка.

Конфигурация этого водопровода повторяет контур жилого массива и имеет вид прямоугольника с соотношением сторон 1:2 (согласно техническому заданию на проектирование). Размеры водопровода внутри посёлка определяются исходя из оценки площади, которую он должен охватывать.

Эта площадь находится по формуле (2.5.1):

F(м) = (2.5.1)

где N – количество жителей жилого осёлка, чел.;

f – норма площади на человека, м², f = 25 м².

F(м) = = 8000 м²

Определим стороны прямоугольника по формуле 2.5.2:

a = (2.5.2)

a = = 206 м

Длинная сторона прямоугольника равна 2a = 412 м. Расстояния между водозабором, башней, жилым посёлком и промышленным предприятием определены по карте, исходя из рельефа местности, расположению водозабора, посёлка и предприятия. Схема водовода показана на рис. 4:

Рис. 4. Схема расположения водозабора и объектов водоснабжения

Гидравлический расчёт водопроводной сети выполняется с учётом неравномерности водопотребления, т.е. для самых неблагоприятных условий её работы. Такие условия возникают в часы и сутки максимального водопотребления с учётом того, что в это же время осуществляется тушение расчётного количества пожаров. При этом в самой неблагоприятной точке сети (самой далёкой или самой высокой) должен обеспечиваться необходимый для нормальной работы сети свободный напор, который рассчитывается по формуле 2.5.3:

H_св. = 10 + (этажность – 1) × 4 (2.5.3)

H_св. = 10 + (5 – 1) × 4 = 26 м

1) Определение максимального водопотребления:

Максимальные размеры водопотребления, необходимые для гидравлического расчёта сети, определяются по всем распространённым категориям водопотребления с учётом коэффициента суточной (К_сут.) и часовой (К_час.) неравномерности водопотребления. При этом допустимо не учитывать расход воды на приём душа, поливы территории предприятия и посёлка, мойку оборудования и другие нужды предприятия. Максимальный расход воды для различных нужд определяется в л/сек.

Размер водопотребления для хозяйственно-питьевых нужд в посёлке рассчитывается по формуле 2.5.4:

q_ХПБ = (2.5.4)

При этом К_сут = 1,3; К_час = 1,18.

q_ХПБ = = 66,40 л/сек

Использование воды на благоустройство территорий в период максимального водопотребления не допускается, поэтому q_БЛАГ = 0.

Размер водопотребления для хозяйственно-питьевых нужд на промышленном предприятии рассчитывается по формуле 2.5.5:

q_ХПП = (2.5.5)

К_ЧАСХ = 3; К_ЧАСr = 2,5; n_C = 2 смены; t_C = 8 часов.

q_ХПП = = 529125/57600 = 9,19 л/сек

Размер водопотребления для производственных нужд на промышленном предприятии рассчитывается по формуле 2.5.6:

q_r = (2.5.6)

q_r = = 39,06 л/сек

расход воды на пожаротушение определяется исходя из того, что возгорание произойдёт в час максимального водопотребления, тогда расчёт ведём по формуле 2.5.7:

q_ПОЖ = q_n × n_п (2.5.7)

q_ПОЖ = 30 × 2 = 60 л/сек

Общая величина расхода воды в час максимального водопотребления равна:

q_ОБЩ = 66,40 + 9,19 + 39,06 + 60 = 174,65 л/сек

2) Определение расчётных расходов на участках водопроводной сети:

Данный расчёт основывается на расходах воды в период максимального водопотребления. Величина расчётного расхода определяется по общей формуле 2.5.8:

Q_расч = Q_транз + 0,5 × Q_пут (2.5.8)

Для выполнения гидравлических расчётов водопроводная сеть разбивается на участки аналогичные по условиям их работы, для каждого из которых определяется так называемый «расчётный расход», учитывающий отдачу воды непосредственно в переделах рассматриваемого участка (Q_пут) и транспортировку воды, предназначенной для отдачи на последующих участках (Q_транз). На участках, где нет потребителей, весь расчётный расход будет транзитным.

Участок 1-2: Q_1-2 = Q_транз = Q_общ = 71,80 л/сек

Участок 2-3: Q_2-3 = Q_транз = q_общ = 174,65 л/сек

Участок 3-4: на этом участке происходит потребление воды для хозяйственно-питьевых нужд жилого посёлка. Расход воды, идущий на потребление в пределах расчётного участка, выступает как путевой расход (Q_пут). Весь расход воды на нужды промышленного предприятия проходит через водоводы жилого посёлка транзитом. Транзитным следует считать расход воды для пожаротушения, так как наиболее неблагоприятной при возникновении пожара является самая удалённая точка в посёлке, в которую воду необходимо транспортировать через весь посёлок.

Кроме того, транзитным для расчётного участка в пределах жилого посёлка является расход воды, который будет использован в посёлке, на участке, следующем за расчётным, например, для участка 3-4 следующим является участок 4-5.

Магистральный водопровод в посёлке запроектирован кольцевым, при нарушении водовода на одном из участков обеспечение водой должно оставаться не ниже 75% от максимальной часовой потребности.

Наиболее благоприятным с точки зрения аварийной ситуации в рассматриваемой кольцевой сети является участок 3-6. При нарушении водовода на этом участке водовод между точками 3-4-5 оказывается наиболее нагруженным транзитным расходом для подачи его в район участков 6-3.

Расчётный расход в аварийной ситуации для участка 3-4 равен:

Q_3-4= 0,7×(Q_транз+0,5×Q_пут) = 0,7×(( + + +q_ПОЖ+q_ХПП+q_r)_транз+0,5×()_пут)

Q_3-4= 0,7×(( + + +60+9,19+39,06)_транз+0,5×()_пут) = 112,175+5,2 = 117,38 л/сек

Q_4-5= 0,7×(Q_транз+0,5×Q_пут) = 0,7×(( + +q_ПОЖ+q_ХПП+q_r)_транз+0,5×()_пут)

Q_4-5= 0,7×(( + +60+9,19+39,06)_транз+0,5×()_пут) = 97,62+10,4 = 108,02 л/сек

Q_5-6= 0,7×(Q_транз+0,5×Q_пут) = 0,7×()_транз+0,5×()_пут)

Q_5-6= 0,7×()_транз+0,5×()_пут) = 18,2 л/сек

Q_6-3= 0,5×

Q_6-3= 0,5× = 10,4 л/сек

Q_5-7= Q_rr = q_ПОЖ+q_r+q_ХПП = 60+39,06+9,19 = 97,75 л/сек

3) Выбор диаметров труб и расчёт потерь напора на участках сети:

Потери напора на участках водопроводной сети рассчитываются по формуле 2.5.9:

Δh = i × λ (2.5.9)

где i – удельные потери, λ – длина участка.

i = K× , где q – расчётный расход по участкам, м³/сек.

d – расчётный диаметр, м.

Значения коэффициента К=0,001688 и показателей степени n=1,85, p=4,89 принимают исходя из материала труб согласно табл. СНиП 2.04.02-84 (для железобетонных виброгидропресованных труб).

Определим потери напора на каждом из участков водопроводной сети по формуле 2.5.10:

i_1-2 = 0,001688 × = 0,00038 (2.5.10)

Δh = 0,00038 × 2500 = 0,96 м

Расчёты для остальных участков осуществляем аналогично и сводим в общую таблицу 3:

Таблица 3

Сводная таблица потерь напора на участках сети

№ участка	Расчётный расход, м³/сек	Длина участка, м	Диаметр трубопровода	Удельные потери	Полные потери
1-2	0,0718		0,5	0,00038	0,96
2-3	0,1446		0,5	0,00198	1,487
3-4	0,1100		0,5	0,00095	0,190
4-5	0,1005		0,5	0,00081	0,324
5-6	0,0182		0,5	0,00003	0,006
6-3	0,0104		0,5	0,00001	0,004
5-7	0,0978		0,5	0,00067	1,59

4) Определение параметров отдельных элементов водопроводной сети:

Для компенсации несовпадений в режимах подачи и потребления воды в систему водоснабжения вводится регулирующий резервуар, роль которого выполняет бак водонапорной башни. При определении ёмкости бака водонапорной башни необходимость хранения в нём пожарного запаса воды и содержания регулировочного объёма воды, который обычно принимается в размере среднечасового расхода воды с учётом обеспечения всех видов водопотребления.

Объём бака водонапорной башни определяется по формуле 2.5.11:

V_Б = Q_ПОЖ + 0,04×Q_ОБЩ = 13,5 + 0,04×6203,67 = 261,65 м³/сут (2.5.11)

Диаметр бака водонапорной башни определяется по формуле 2.5.12:

D_Б = = 6,41м (2.5.12)