Отбор воды

Для расчета водопроводной сети, т.е. определения диаметров ее отдельных участков (линий), необходимо не только знать форму (конфигурацию) сети и протяженность всех ее линий, но также знать или наметить места (точки) и величины подач и отборов воды.

Имея общую схему расположения основных сооружений системы водоснабжения и приняв определенный суточный график водопотребления, можно относительно легко наметить точки сети, в которые подается вода от водопотребителей, и количества подаваемой воды для отдельных расчетных моментов работы системы.

Значительно сложнее обстоит дело с отборами воды из сети (для нужд потребителей).

Только в тех случаях, когда сеть снабжает водой относительно небольшое число потребителей, забирающих определенное количество воды в единицу времени, можно получить ясную и точную схему отбора воды, Подобная картина часто встречается в системах водоснабжения промышленных предприятий, где отбор воды из сети производится относительно небольшим числом цехов.

Из городской водопроводной сети вода подается потребителям через весьма многочисленные домовые ответвления, присоединяемые к трубам уличной сети на различных расстояниях друг от друга.

Рассмотрим один из участков (участком сети будем называть линию между двумя соседними) распределительной сети (между узловыми точками А и Б на рисунке 40, а). К этому участку в отдельных точках а присоединены домовые ответвления, по которым подаются различные расходы воды q_i. Подобная картина водоразбора будет на всех участках распределительной сети.

Участок магистральной сети I-II (рисунок 40,б) снабжает (кроме домовых ответвлений) присоединенные к нему линии распределительной сети. Ввиду наличия двух категорий сосредоточенных расходов - расходов домовых присоединений q в точках a и значительно больших расходов Q в точках присоединения распределительных линий б - схема водоразбора на отдельных участках магистральной сети будет еще сложнее.

Кроме того, проектировщик может знать (наметить) для отдельных расчетных моментов работы системы лишь общие количества воды, отбираемой из сети на бытовые нужды населения.

Между тем, в каждой действительной точке отбора воды в домовые водопроводы будет свой (особый) график водопотребления.

Рисунок 40

Такова фактическая картина расходования воды в городской сети. Учет действительных сосредоточенных расходов воды (незначительных по величине и часто меняющихся) во всех домовых ответвлениях даже для небольших городов и поселков представляет задачу, практически неосуществимую.

Поэтому в городских (и поселковых) водопроводах мы вынуждены принимать упрощенную расчетную схему водоразбора, допуская условно, что подаваемая в сеть вода расходуется равномерно по длине сети и, следовательно, количество воды, отдаваемой каждым участком, пропорционально его длине.

, (33)

где Q - общий расход (отдача) воды сетью в л/с; ål - суммарная длина линий, отдающих воду (в м или км).

Так как обычно рассчитывается магистральная сеть, то в ål входят только длины магистральных линий. В ål не следует включать длины магистралей, которые служат для транспортирования, а не для раздачи воды, например линий, идущих по незастроенной и не подлежащей застройке территории, по мостам, по площадям и т.д.

Величина удельного расхода изменяется в соответствии с графиком водопотребления и, следовательно, будет различна для отдельных расчетных случаев.

В городах с различной плотностью населения в отдельных районах удельные расходы должны быть вычислены для каждого района.

Таким образом, в городских и поселковых сетях большое число действительных точек отбора воды при расчете сети заменяется “водоразборными участками” и общий расход воды в городе условно разносится по отдельным участкам магистральной сети пропорционально их длине.

Расход воды, отдаваемой каждым участком (или так называемый “путевой” расход участка), определяется формулой:

Q_п = q_уд l, (34)

Очевидно, сумма всех путевых расходов и расходов, сосредоточенных в отдельных точках (крупные потребители). Должна равняться полному расходу, подаваемому в сеть в расчетный момент.

Диаметр каждого участка определяется по его “расчетному” расходу.

В соответствии с изложенной схемой отбора воды из сети городских водопроводов на каждом участке рассчитываемой сети мы будем иметь два вида расходов: расход, который проходит транзитом по всей длине данного участка и поступает в следующий участок (“транзитный” расход Q_тр) и “путевой” расход Q_п, равный суммарной раздаче воды в пределах данного участка.

Рисунок 41 - Диаграмма изменения расходов по длине участка

При этом из расхода Q вычитаются расходы воды наиболее крупными потребителями (отдельными промышленными предприятиями, забирающими воду из сети, банями, прачечными и др.), а также пожарные расходы. Эти расходы сосредоточиваются в соответствующих точках сети.

В начальную точку участка А поступает полный расход Q; путевой расход Q_п раздается равномерно по длине участка, а транзитный Q_тр передается далее в конечную точку В.

При такой схеме через различные поперечные сечения рассматриваемого участка будут проходить различные (постепенно уменьшающиеся) количества воды, т.е. различные расчетные расходы.

Если считать, что в пределах каждого отдельного участка должны быть уложены трубы одного диаметра (что обычно имеет место), то очевидно, надо найти некоторый расчетный расход (постоянный для всего участка, по которому может бытьопределен диаметр труб.

Такой расход должен быть эквивалентен принятому по схеме переменному расходу в отношении общих потерь напора на участке.

В частном случае, когда Q_п = 0,

Q = Q_тр = const, (35)

В другом частном случае, когда Q_тр = 0,

Q = Q_п,(36)

т.е. расходы воды в сечениях участка на длине l изменяются по линейному закону в пределах от Q = Q_п до нуля.

Для подобного случая в гидравлике дается выражение суммарных потерь напора на участке.

Эти потери при равномерной по длине раздаче расхода Q_п в 3 раза меньше тех потерь напора, которые получатся на том же участке при пропуске по нему расхода Q_п транзитом (т.е. если отдачу расхода Q_п сосредоточить в конечной точке участка).

Эквивалентный расчетный расход в этом случае будет

Q_p = 1/ √3Q_п» 0,58 Q_п = 0,58 q_удl (37)

Такая закономерность может быть только в конечных участках разветвленных сетей. Для подавляющего большинства участков сети на потери напора будет влиять как равномерно распределенный по длине расход Q_п, так и условно сосредоточенный в конечной точке расход Q_тр .

При наличии этих двух видов расходов эквивалентный им расход может быть вычислен по формуле:

Q_p = Q_тр + aQ_п (38)

При равномерной раздаче воды по длине участка (предусматриваемой условной схемой водоотдачи) значение коэффициента a зависит от соотношения транзитного и путевого расходов участка и для широкого диапазона этих соотношений лежит в пределах от 0,5 до 0,58.

Тот факт, что в действительности мы имеем не непрерывное, а сосредоточенное в нескольких определенных точках (ответвлениях) расходование воды, также влияет на значение коэффициента a.

Обычно для расчетов принимают упрощенную формулу при a = 0,5, т.е.

Q_р = Q_тр + 0,5 Q_п, (39)

Эта формула дает относительно небольшие отклонения от истины (за исключением тупиковых участков при Q_тр = 0, где, однако, потери напора несущественны по абсолютному значению).

При отсутствии путевого расхода Q_p = Q_тр; при отсутствии транзитного расхода Q_р = 0,5 Q_п.

Приведенная формула позволяет очень просто заменить все путевые расходы эквивалентными им узловыми.

Если в каждом узле сети сосредоточить некоторый (фиктивный) расход, равный полусумме путевых расходов участков, примыкающих к этому узлу, то мы получим такую условную схему отбора воды, при которой вся отдача происходит в узлах сети. Такая схема позволяет легко получать в соответствии с формулой (39) значения расчетных расходов участков, уже не считаясь с путевыми расходами. При подобной условной расчетной схеме водоотдачи все расчетные расходы участков становятся равными их транзитным расходам.

Для определения величины транзитных расходов, очевидно, необходимо предварительно принять желательное направление движения потоков воды по сети и величины этих потоков, т.е. решить задачу “начального потокораспределения”.

При расчете водопроводных сетей обычно делается еще одно допущение, позволяющее значительно упростить расчетную схему отбора воды, потребители отбирают воду через различные водоразборные краны. При определенной степени открытия данного крана расход воды из него будет зависеть от величины давления в водопроводной сети в точке присоединения к ней внутреннего водопровода. Но давление в водопроводной сети меняется непрерывно в зависимости от числа, мест расположения и размеров отборов в сети, происходящих в данный момент времени. В водопроводах населенных мест процесс отбора воды в различных точках городской сети, очевидно, не подчиняется никакой закономерности и не может быть учтен при расчете сети. В силу этого в расчетной схеме отбора воды из сети условно предполагается, что все подобные отборы (приведенные в конечном результате к узловым расходам) не зависят от изменений давления в сети, и все узловые расходы принимаются “фиксированными” для каждого расчетного случая. Следует отметить, что определенная стабилизация отборов производится самими потребителями. При повышенных давлениях в сети они уменьшают степень открытия водопроводных кранов, а при пониженных давлениях, наоборот, увеличивают степень их открытия, чтобы получить нужную (привычную) интенсивность истечения воды.

Одновременно в расчетной схеме сети остаются некоторые “нефиксированные” отборы, т.е. такие отборы, величина которых значительна и может быть выражена в зависимости от давления в сети. К таким “нефиксированным” отборам относятся поступления воды из сети в напорные регулирующие емкости (в периоды их пополнения), отборы воды из сети насосными станциями подкачки и другие специальные виды отборов воды.

При поверочном расчете сети необходимо иметь напорно-расходные характеристики H = f(Q) для всех нефиксированных отборов.

Вопросы для самопроверки:

1. На основании какого нормативного документа принимают нормы хозяйственно-питьевого водопотребления в населенных пунктах?

2. Как учитываю неравномерность водопотребления при определении расчётных расходов воды?

3. Режимы работы насосных станций. Достоинства и недостатки.

4. Перечислить основные требования к водопроводным сетям.

5. От чего зависит расположение линии водопроводной сети?

6. Перечислить основные виды водопроводных сетей. Их достоинства и недостатки.

7. С какой целью производят определение величины подачи и отбора воды?