Рис.5 План населенного пункта.
1-Очистные сооружения; 2-Насосная станция второго подъема; 3-Насосная станция первого подъема; 4-Резервуары чистой воды; 5-Водонапорная башня
6. Расчет водоводов
Сооружения для транспортирования воды от источника к объекту водоснабжения называют водоводами.
Количество линий водоводов надлежит принимать с учетом категории системы водоснабжения и очередности строительства (приложение 17). Принимаем для второй категории надежности две линии водоводов.
Водоводы, как правило, рассчитывают на средний часовой расход в сутки максимального водопотребления. В нашем случае этот расход равен:
Qч.ср. = Qнпсут.макс./ 24 = 3441,04 / 24 = 143,38 м3/ч,
qср. = 143,38 / 3,6 = 39,83 л/с
Так как водоводов два, то расчетный расход каждого водовода составит 19,92 л/с. Водоводы выполним из стальных труб. По приложению 12 выберем среднее значение экономического фактора Э в зависимости от географического положения населенного пункта. Псковская область (см. задание) относится к центральным районам Европейской части России, следовательно, Э = 0,75. В соответствии с приложением 13 (стальные трубы) условный диаметр водоводов принимаем равным 150 мм.
Определим потери напора в водоводах при различных режимах водопотребления.
При максимальном водопотреблении населенного пункта от насосной станции второго подъема в водоводы поступает 202.29 м3/ч (см. рис.2), что соответствует 56.19 л/с или 28.1 л/с на каждый водовод.
Потери напора определяем по формуле 12.
h = K ´ A ´ q2 ´ L, (12)
где: K – поправочный коэффициент, зависящий от скорости движения воды в трубопроводе и материала трубопровода;
A – удельное сопротивление трубопровода;
q – расход воды в трубопроводе;
L – длина трубопровода.
Величину скорости найдем из выражения n= q ´ m, где m = 4/pd2.
Значения A и m принимаем по приложению 15. Для стальных труб диаметром 150 мм: m = 0,051; A = 30,65 ´ 10-6.
n = 28.1 ´ 0,051 = 1,43 м/с
Значение коэффициента К найдем из приложения 16, прибегнув при необходимости к интерполяции. К = 1,0.
h1 = 1,0 ´ 30,65 ´ 10-6´ 28,12´ 225 = 5,45 м
При пожаротушении расход воды в водоводах необходимо увеличить на величину противопожарного расхода, принимаемого по приложению 11 (в нашем случае возможно два одновременных пожара с расходом воды на каждый пожар qпож. = 15 л/с). Расход воды в одном водоводе при тушении пожаров составит 28,1 + 15 = 43,1 л/с.
n = 43,1 ´ 0,051 = 2,2 м/с
К = 1,0
h2 = 1,0 ´ 30,65 ´ 10-6´ 43,12´ 225 = 12,81 м
При прокладке водоводов в две или более линий и общих водозаборных сооружениях, между водоводами устраивают переключения, при этом в случае аварии на одном из водоводов подачу воды на хозяйственно-питьевые нужды снижаем на 30 % расчетного расхода, а на производственные нужды - по аварийному графику (см. задание).
qав. = 0,7 qх.п. + 0,7 qпр.
qав. = 0,7 ´ 56,19 = 39,33 л/с
Количество переключений (перемычек) между водоводами определим исходя из условия равенства потерь напора в водоводах при нормальной эксплуатации и при аварии на одном из водоводов. Для двух параллельных водоводов число участков переключений при одинаковом их диаметре и длине можно определить из уравнения:
n = 3 qав.2/ ( q2 - qав2 ), (13)
где: n – число участков переключений;
qав. – расход воды при аварии;
q – расход воды при нормальной эксплуатации.
n = 3 ´ 39,33 2/ ( 56,19 2 - 39,33 2 ) = 2,88
Принимаем три участка переключений.
7. Гидравлический расчет магистральной водопроводной сети.
Гидравлический расчет магистральной водопроводной сети в случае расположения водонапорной башни в начале сети проведем для двух основных режимов работы системы водоснабжения:
1. Максимальный часовой расход воды на все нужды населенного пункта в сутки максимального водопотребления;
2. То же, но при тушении пожаров.
7.1. Подготовка к гидравлическому расчету.
Потребление воды жилым сектором в городских водопроводах обычно принимают по упрощенной схеме, которая условно допускает, что отбор воды в жилые здания происходит равномерно по длине сети. Тогда количество воды, отбираемое на каждом расчетном участке, будет пропорционально его длине и наличию жилой застройки. Оба эти фактора учитывает так называемая «условная длина» участка. При отсутствии жилой застройки условную длину участка принимают равной нулю. Если жилая застройка имеется только с одной стороны участка, то условную длину участка принимают равной геометрической длине этого участка. Если жилая застройка имеется с двух сторон от участка, то условную длину участка принимают равной удвоенной геометрической длине этого участка.
Исходя из вышеизложенных допущений, можно вычислить удельный путевой расход воды, т.е. расход воды, отбираемый с единицы условной длины магистральной сети:
qуд.пут. = qжил.с. / SL усл. , (14)
где qжил.с. – расчетный расход воды жилого сектора населенного пункта;
SL усл. – сумма условных длин всех участков магистральной водопроводной сети.
Расход воды, забираемый на нужды жилого сектора на каждом конкретном участке, носит название путевого расхода воды. Путевые расходы воды определяем по формуле:
qm-nпут. = qуд.пут.Lm-nусл. , (15)
где Lm-nусл. – условная длина участков сети.
Отбор воды из магистральной сети в общественные здания и промышленные предприятия осуществляют из конкретных узлов сети. Такие отборы называют сосредоточенными отборами, а расходы воды – сосредоточенными расходами воды. Перенесем в виде схемы с рис.5 трассу магистральной водопроводной сети с основными сооружениями. На этой схеме для двух расчетных режимов работы системы укажем все расчетные отборы воды из сети (табл.3), кроме жилого сектора. Отбор воды на тушение пожаров наметим в самой неблагоприятной точке. Такой точкой будет наиболее удаленный узел сети – узел 6.
Полученная схема представлена на рис 6.
Рис.6. Расчетная схема магистральной водопроводной сети (сосредоточенные расходы воды): а – режим максимального водопотребления; б – то же, при тушении пожаров.
Для удобства ведения расчетов путевые расходы воды также заменяют сосредоточенными, т.е. условно считают, что половину путевого расхода забирают в начале участка, а половину в конце. Эти фиктивные сосредоточенные расходы воды называют условными узловыми расходами воды.
Qmу.узл. = 0,5(ql-mпут. + qm-nпут.). (16)
Расчетный узловой расход воды:
Qmр.узл. = Qmу.узл. + Qmсоср.(17)
Результаты вычислений заносим в табл.5 и представляем в виде расчетной схемы на рис.7.
После вычисления узловых водоотборов производим предварительное (в первом приближении) потокораспределение по участкам магистральной сети. Направление потоков в кольце задаем согласно схеме. Точку встречи потоков намечаем в узле 6, как наиболее удаленном от начала сети. В дальнейшем этот узел будем именовать диктующим узлом.
При определении расчетных расходов воды по участкам сети следует руководствоваться следующим положением:
- для всех узлов сети должно выполняться условие (первый закон Кирхгофа):
SQ i = 0 (18)
Количество воды, приходящее в узел, должно быть равно количеству воды, выходящему из этого узла.
Расчетные расходы воды по участкам сети будем определять, двигаясь от диктующего узла к началу сети. Предварительно выпишем на расчетную схему значения расчетных узловых расходов. В диктующем узле значения расчетных узловых расходов в рассматриваемом примере равны 10,35 л/с для первого расчетного случая и 40,35 л/с для случая пожаротушения. В соответствии с первым законом Кирхгофа расход воды, забираемый из узла, равен сумме расходов воды, поступающих в узел. В первом приближении будем считать, что половина расчетного узлового расхода, забираемого в диктующей точке, приходит по участку 5-6 и половина по участку 6-7. Тогда расчетный расход воды на участках, примыкающих к диктующему узлу составит 5,175 л/с для первого расчетного случая и 20,175 л/с для случая пожаротушения. Двигаясь от диктующего узла к началу сети, расчетные расходы воды на каждом участке получаем как сумму транзитного расхода, уходящего в последующий участок, и расчетного узлового расхода в концевом узле данного участка. Полученные в первом приближении значения расчетных расходов по участкам сети записываем на расчетную схему (рис.8).
