При визначенні розрахункових витрат води по ділянках мережі варто керуватися наступним положенням:
- для всіх вузлів мережі повинна виконуватися умова (перший закон Кірхгофа):
SQ i = 0 (18)
Кількість води, що приходить у вузол, повинна дорівнювати кількості води, що виходить із цього вузла.
Розрахункові витрати води по ділянках мережі будемо визначати, рухаючись від вузла, що диктує, до початку мережі. Попередньо випишемо на розрахункову схему значення розрахункових вузлових витрат води. У вузлі, що диктує, значення розрахункових вузлових витрат у розглянутому прикладі складає 2,4535 л/с для першого розрахункового випадку і 32,4535 л/с для випадку пожежогасіння. Відповідно до першого закону Кірхгофа витрата води, що забирається з вузла, дорівнює сумі витрат води, що надходять у вузол. У першому наближенні будемо вважати, що половина розрахункової вузлової витрати, що забирається в точці, що диктує, приходить по ділянці 4-5 і половина по ділянці 5-6. Тоді розрахункова витрата води на ділянках, що примикають до вузла, що диктує, складе 1,2 л/с для першого розрахункового випадку й 16,2л/с для випадку пожежогасіння. Рухаючись від вузла, що диктує, до початку мережі, розрахункові витрати води на кожній ділянці одержуємо як суму транзитної витрати, що йде в наступну ділянку, і розрахункової вузлової витрати в кінцевому вузлі даної ділянки. Отримані в першому наближенні значення розрахункових витрат по ділянках мережі записуємо на розрахункову схему (мал.8)
Таблиця 5. Визначення розрахункових вузлових витрат для режимів максимального годинного водоразбору і максимального годинного водоразбору з пожежогасінням на добу максимального водоспоживання
| Номеравузлів | Номераділянок | Довжина ділянок, м | Роздача | Умовна довжинаділянок, м | Шляхова витрата, л/с | I розрахунковий випадок | II розрахунковий випадок | ||||
| q умов.вузлл/с | q зосерл/с | q р.вузлл/с | q умов.вузлл/с | q зосерл/с | q р.вузлл/с | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 1 | 3,2 | 3,2 | 3,2 | 3,2 | |||||||
| 1-2 | 200 | 2 | 400 | 3,2 | |||||||
| 2 | 2,2 | 0,32 | 2,52 | 2,2 | 0,32 | 2,52 | |||||
| 2-3 | 150 | 1 | 150 | 1,2 | |||||||
| 3 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||||||
| 3-4 | 100 | 1 | 100 | 0,8 | |||||||
| 4 | 1,52 | 1,52 | 1,52 | 1,52 | |||||||
| 4-5 | 140 | 2 | 280 | 2,24 | |||||||
| 5 | 1,6 | 1,37 | 2,97 | 1,6 | 1,37 | 2,97 | |||||
| 5-6 | 120 | 1 | 120 | 0,96 | |||||||
| 6 | 3,78 | 6,35 | 3,78 | 2,57 | 6,35 | ||||||
| 6-7 | 400 | 2 | 800 | 6,6 | |||||||
| 7 | 4,16 | 0,64 | 4,8 | 4,16 | 0,64+30,0 | 34,8 | |||||
| 7-8 | 120 | 2 | 240 | 1,72 | |||||||
| 8 | 1,42 | 1,42 | 1,42 | 1,42 | |||||||
| 8-9 | 140 | 1 | 140 | 1,12 | |||||||
| 9 | 0,96 | 13,48 | 14,44 | 0,96 | 13,48 | 14,44 | |||||
| 9-10 | 100 | 1 | 100 | 0,8 | |||||||
| 10 | 1 | 1,68 | 2,68 | 1 | 1,68 | 2,68 | |||||
| 10-11 | 150 | 1 | 150 | 1,2 | |||||||
| 11 | 2,2 | 0,016 | 2,216 | 2,2 | 0,016 | 2,216 | |||||
| 11-12 | 200 | 2 | 400 | 3,2 | |||||||
| 12 | 3,2 | 3,2 | 3,2 | 3,2 | |||||||
| 12-1 | 400 | 1 | 400 | 3,2 | |||||||
| Разом: | 3280 | 26,25 | 26,25 | 20,076 | 46,326 | 26,25 | 50,076 | 76,326 | |||
Гідравлічний розрахунок
Гідравлічний розрахунок водогінної мережі зводиться до вибору економічно найвигідніших діаметрів труб і визначенню втрат напору на її ділянках. Обчислені втрати напору використовуються потім для розрахунку висоти водонапірної башти й потрібного напору насосів, що постачає водогінну мережу.
Почнемо з визначення діаметрів труб. Магістральну водогінну мережу будемо виготовляти з азбестоцементних водопровідних труб (діаметри труб не більше 500 мм). Заповнимо послідовно в табл.6 і 7 стовпці 1;2 і 4. При заповненні таблиці виділимо ділянки з рухом води за годинниковою стрілкою й проти годинникової стрілки. Для першого розрахункового випадку по додатку 14 (азбестоцементні труби) залежно від економічного фактора Э (у прикладі Э = 1) і розрахункових витрат води по ділянках мережі призначимо умовні діаметри труб. Не забуваємо, що діаметр труб магістральної мережі згідно [1] повинен бути не менш 100 мм. Обрані діаметри заносимо в стовпець 3. У другому розрахунковому випадку (гасіння пожеж) розрахункові витрати по ділянках мережі більше, отже, більше будуть і втрати напору. Щоб уникнути надмірного (понад 60 м) вільного напору у мережі, необхідно на окремих ділянках мережі діаметр труб збільшити. Рекомендуємо порівняти розрахункові витрати води по ділянках мережі для розглянутих режимів роботи системи водопостачання. Якщо при гасінні пожеж розрахункова витрата зростає більш ніж в 2,5 рази, то діаметр труб можна збільшити на один розмір за сортаментом. У розглянутому прикладі діаметри труб збільшені на ділянках 3-4; 4-5; 5-6; 6-7.
Втрати напору на окремих ділянках мережі визначаємо по формулі 12 (див. розділ 6). Величину швидкості знаходимо з вираження n= q ґ m, де m = 4/pd2. Значення А, m і К беремо з додатків 15 і 16.
Обчислюємо й заносимо в стовпець 8 добуток КАqрl, які будуть потрібні надалі для визначення виправних витрат води.
Перевіримо нашу мережу на відповідність другому закону Кірхгофа:
Sh i = 0 (19)
Сума втрат напору на ділянках з рухом води за годинниковою стрілкою повинна дорівнювати сумі втрат напору на ділянках з рухом води проти годинникової стрілки.
У практичних розрахунках вважається припустима неув'язка втрат напору (h не більше 0,3 м для першого розрахункового випадку і не більше 0,5 м для випадку пожежогасіння.
У розглянутому прикладі:
Dh 1 = 4,365189– 3,745835= 0,619354 м > Dh прип = 0,3 м;
Dh 2 = 20,29532– 13,70309= 6,592225 м > Dh прип = 0,5 м.
І в тому і в іншому випадку неув'язка втрат напору перевищує припустиму неув'язку, отже, задане в першому наближенні потокорозподілення не відповідає реальності. Необхідно зробити корекцію витрат по ділянках мережі або, як говорять, ув'язування мережі.
Ув'язування кільцевої водогінної мережі зводиться до визначення значення поправочної витрати (Dq , при внесенні якого буде знайдений реальний розподіл витрат води по ділянках мережі. Найбільше поширення одержав метод ув'язування кільцевих мереж запропонований проф. В.Г.Лобачевим. Відповідно до цього методу поправочну витрату води обчислюють по формулі:
Dq = Dh / 2S КАqрl (20)
Отримана поправочна витрата води вносять зі знаком «+» в усі ділянки того півкільця магістральної водогінної мережі, у якому сума втрат напору була менше, і, навпаки, зі знаком «-» в усі ділянки півкільця, у якому сума втрат напору була більше (перший закон Кірхгофа буде дотриманий).
Визначимо поправочні витрати для нашого прикладу.
Dq 1 = 0,619354 /2(0,221683+ 0,340166) = 0,173992 л/с;
Dq 2 = 6,59/2(0,833707+ 0,448908) = 2,5 л/с.
Відповідно до вище наведеного внесемо поправки в усі ділянки водогінної мережі. Одержимо нові розрахункові витрати води й проведемо повторний гідравлічний розрахунок водогінної мережі. Діаметри труб при цьому не міняємо (значення А залишаться попередніми). По закінченні розрахунків виконуємо перевірку на дотримання другого закону Кірхгофа:
Dh 1 = 4,326048– 3,831523= 0,204525м < Dh доп = 0,3 м;
Dh 2 = 16,35– 15,85 = 0,5 м < Dh доп = 0,5 м.
Результати розрахунку задовольняють всім умовам. Гідравлічний розрахунок завершений. Якщо розрахунок буде незадовільним, ув'язування мережі необхідно повторити ще раз.
Побудова ліній п’єзометричних висот
Розбір води більшістю споживачів відбувається на деякій висоті над поверхнею землі, у зв'язку, із чим у водогінній мережі повинен підтримуватися певний тиск. П’єзометрична висота, що забезпечує нормальні умови експлуатації водопроводу, носить назву вільного напору. Інакше кажучи, вільний напір - це відстань від поверхні землі до п’єзометричної лінії. Мінімальний вільний напір для населених пунктів при максимальному господарсько-питному водоспоживанні приймають [1, п.2.26]: при одноповерховій забудові не менш 10 м над поверхнею землі, при більшій поверховості на кожний поверх варто додавати 4 м. У період гасіння пожеж вільний напір у мережі повинен бути не менш 10 м, незалежно від поверховості будинків [1, п.2.30]. Максимальний напір господарсько-питного водопроводу не повинен перевищувати 60 м [1, п.2.28], у противному випадку необхідна установка регуляторів тиску або зонування системи водопостачання.
Перед побудовою п’єзометричних ліній необхідно нанести на креслення поздовжній профіль поверхні землі по трасі водогінної мережі. Трасу водогінної мережі позначаємо від насосної станції другого підйому по водогонах і далі по півкільцю магістральної мережі до точки, що диктує (вибираємо те півкільце, де сума втрат напору більше).
Побудова п’єзометричних ліній починаємо від кінця мережі (від точки, що диктує). Приймаємо вільний напір у точці, що диктує, рівним мінімальному. Для режиму максимального господарсько-питного водоспоживання
Нвіл.мін = 10 + 4(n – 1),
де n - кількість поверхів.
У нашому прикладі поверховість будинків (див. завдання) дорівнює 4 поверхам.
Нвіл.мін = 10 + 4(4 – 1) = 22 м.
Для режиму пожежогасіння Нвіл.мін = 10 м.
Додавши до відмітки поверхні землі в точці, що диктує, значення мінімальних вільних напорів, одержимо початкові відмітки ліній п’єзометричних висот. Рухаючись послідовно по ділянках мережі до водонапірної башти і додаючи до отриманої раніше відмітки п’єзометричних ліній втрати напору на кожній з ділянок (табл.6 і 7), будуємо дві лінії п’єзометричних висот. Вільний напір у вузлах магістральної мережі визначаємо як різницю між відмітками п’єзометричних ліній і поверхні землі. Вільний напір у точці розташування водонапірної башти (у режимі максимального господарсько-питного водоспоживання) визначає висоту вежі від поверхні землі до дна баку. Аналітично висоту водонапірної башти можна визначити з вираження: