Гидравлический расчет

    Гидравлический расчет водопроводной сети сводится к выбору экономически наивыгоднейших диаметров труб и определению потерь напора на ее участках. Вычисленные потери напора используются затем для расчета высоты водонапорной башни и потребного напора насосов, питающих водопроводную сеть.

Начнем с определения диаметров труб. Магистральную водопроводную сеть будем изготовлять из асбестоцементных водопроводных труб (диаметры труб не более 500 мм). Заполним последовательно в табл.6 и 7 столбцы 1;2 и 4. При заполнении таблицы выделим участки с движением воды по часовой стрелке и против часовой стрелки. Для первого расчетного случая по приложению 14 (асбестоцементные трубы) в зависимости от экономического фактора Э (в нашем случае Э = 1) и расчетных расходов воды по участкам сети назначим условные диаметры труб. Диаметр труб магистральной сети согласно [1] должен быть не менее 100 мм. Выбранные диаметры заносим в столбец 3. Во втором расчетном случае (тушение пожаров) расчетные расходы по участкам сети больше, следовательно, больше будут и потери напора. Чтобы избежать чрезмерного (свыше 60 м) свободного напора в сети, необходимо на отдельных участках сети диаметр труб увеличить.

Рис.8. Расчетная схема магистральной водопроводной сети (расчетные узловые расходы воды и расчетные расходы воды по участкам сети): а – режим максимального водопотребления; б – то же, при тушении пожаров.

Рекомендуем сравнить расчетные расходы воды по участкам сети для рассматриваемых режимов работы системы водоснабжения. Если при тушении пожаров расчетный расход возрастает более чем в 2,5 раза, то диаметр труб можно увеличить на один размер по сортаменту. В рассматриваемом примере диаметры труб увеличены на участках 3-4; 4-5; 5-6; 6-7.

Потери напора на отдельных участках сети определяем по формуле 12 (см. раздел 6). Величину скорости находим из выражения n= q ´ m, где m = 4/pd². Значения А, m и К берем из приложений 15 и 16.

Вычисляем и заносим в столбец 8 произведения КАq_рl, которые потребуются в дальнейшем для определения поправочных расходов воды.

Проверим нашу сеть на соответствие второму закону Кирхгофа:

Sh _i = 0                                                  (19)

       Сумма потерь напора на участках с движением воды по часовой стрелке должна быть равна сумме потерь напора на участках с движением воды против часовой стрелки.

       В практических расчетах считается допустимой невязка потерь напора Dh не более 0,3 м для первого расчетного случая и не более 0,5 м для случая пожаротушения.

       В рассматриваемом примере:

Dh ₁ = 5,21 – 5,15 = 0,06 м < Dh _доп = 0,3 м;

Dh ₂ = 23,77 – 19,75 = 4,02 м > Dh _доп = 0,5 м.

       В первом случае невязка потерь напора не превышает допустимую невязку, поэтому коррекцию расходов по участкам сети, производить не будем. Во втором случае невязка потерь напора превышает допустимую невязку, следовательно, заданное в первом приближении потокораспределение не соответствует реальности. Необходимо произвести коррекцию расходов по участкам сети или, как говорят, увязку сети.

       Увязка кольцевой водопроводной сети сводится к определению значения поправочного расхода Dq, при внесении которого будет найдено истинное распределение расходов воды по участкам сети. Наибольшее распространение получил метод увязки кольцевых сетей предложенный проф. В.Г.Лобачевым. Согласно этому методу поправочный расход воды вычисляют по формуле:

Dq = Dh / 2S КАq_рl                                            (20)

       Полученный поправочный расход воды вносим со знаком «+» во все участки того полукольца магистральной водопроводной сети, в котором сумма потерь напора была меньше, и, наоборот, со знаком «-» во все участки полукольца, в котором сумма потерь напора была больше (первый закон Кирхгофа будет соблюден).

       Определим поправочные расходы.

Dq ₂ = 4,02 / 2(0,702 + 0,915) = 1,24 л/с.

       В соответствии с вышеизложенным внесем поправки во все участки водопроводной сети. Получим новые расчетные расходы воды и проведем повторный гидравлический расчет водопроводной сети. Диаметры труб при этом не меняем (значения А останутся прежними). По окончании расчетов выполняем проверку на соблюдение второго закона Кирхгофа:

Dh 2 = 21,68 – 21,43 = 0,25 м < Dh доп = 0,5 м.

       Результаты расчета удовлетворяют всем условиям. Гидравлический расчет завершен.