ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 02.12.2019
Просмотров: 1397
Скачиваний: 1
Лекція №10
Т10. Розрахунок тупікових і кільцевих ятерів
Для розрахунку магістральної водопровідної мережі необхідно перейти від реальної схеми відбору води до розрахункової. На мал. 3.3, а показана послідовність такого переходу. Реальна ділянка АВ має фіксовані точки відборів води 1, 2 ..., 7 з різними значеннями витрат q\, qi •••, Цт- Проте на стадії проектування магістральної водопровідної мережі така інформація для кожної ділянки відсутня. У зв'язку з цим роблять перше допущення — вважають, що відбір води з ділянок мережі здійснюється рівномірно по довжині. Кількість відбираної води, що доводиться на одиницю довжини ділянки, називається питомим відбором qyA, л/с на 1 м, і визначається по формулі
</>a=(Q-2Qcocp) /2/ (10.1)
де Q — загальна витрата води містом в розрахункову годину, л/с;
|SQcocp — сума зосереджених відборів води (витрати води промисловими підприємствами і на гасіння пожеж);
сумарна довжина ділянок мережі, через які здійснюється відбір води В суму довжин 2/ не включають ділянки мережі (або їх частина), що проходять по незабудованій території, з яких ие відбирається вода. Не входить також в суму 2/ половина довжин ділянок з одностороннім відбором води (забудова з одного боку). Питомі відбори визначають диференційовано по районах міста залежно від щільності населення (поверховості забудови) і ступеня санітарно-технічного впорядкування будівель. Знаючи питомий відбір qyA, л/с на 1 м (для всього міста або по районах), можна визначити путні відбори води qa, л/с, з кожної ділянки мережі:
Мал.
9.2. Схеми відбору води з
мережі
з вузлів мережі. При цьому розподіл загального путнього відбору води з ділянки між вузлами має бути таким, щоб втрати натиску залишалися такими ж, як і при путньому відборі. Залежно від величини транзитної витрати, що проходить через дану ділянку, розподіл відборів міняється від 0,5 до 0,58. У інженерній практиці цього значення набувають рівним 0,5. В цьому випадку друге допущення (мал. 3.3, а) може бути уточнене — передбачається, що відбір води, відповідний половині ділянки, що примикає до вузла А, фіктивно відбирається з вузла А, а друга половина, — з вузла В. Для вузла кільцевої мережі (мал. 3 3, би), до якого примикають дві (і більш) ділянки, фіктивний вузловий відбір qy3, л/с, дорівнює напівсумі путніх відборів qn, л/с, всіх ділянок, що примикають до даного вузла:
qy3 = 0,5 2 Чп. (3.3)
На мал. 3.2, в показана розрахункова схема магістральної водопровідної мережі з вузловими відборами Q\, Q2 ..., Qg, а також зосередженими відборами Qc і Q'c'. Зосереджені відбори води промисловими підприємствами, як правило, прив'язуються до найближчого вузла мережі (Qc') або фіксуються у фактичній точці відбору (Qc). Розрахункові протипожежні відбори води (Q„, Q") приймають в найсприятливіших з погляду подачі води вузлах мережі — самих видалених по шляху руху води або найвищих (що мають максимальну геодезичну відмітку поверхні землі). Розрахункова схема відбору води з мережі ідеалізує реальну картину її роботи. Зокрема, вважається, що фіктивні вузлові відбори не залежать від тиску в мережі, тобто є фіксованими. Таке допущення базується на тому, що відбір води з мережі споживачами здійснюється, як правило, через водорозбірну арматуру, а ступінь відкриття її фіксує необхідний відбір води незалежно від тиску в мережі (у припущенні, що максимальний ступінь відкриття арматури забезпечує величину необхідного відбору води). Проте в мережі є крапки, в яких відбір води здійснюється не через водорозбірну арматуру. В цьому випадку відбір є нерегульованим, а значить, і нефіксованим. Такими відборами є наповнення різних резервуарів, у тому числі і водонапірної башти, що підкачують насосні станції (установки) і ін. У наближених інженерних розрахунках і ці відбори можна приймати фіксованими. Для детальнішого і точнішого аналізу роботи мережі необхідно враховувати напірно-витратні характеристики нефіксованих відборів. Нижче наводиться приклад переходу від реальної до розрахункової схеми відбору води з магістральної мережі міста, зображеного на мал. 3.2, об'єми і режими водоспоживання якого представлені в таблиці. 1.10 і 1.11. Оскільки водонапірна башта розташована в кінці мережі, розрахунок має бути проведений на випадки максимального водорозбору, максимального водорозбору при пожежі і максимального транзиту води в башту. В період максимального водорозбору (година 9— 10 в таблиці. 1.10; місто споживає 2392 м3/ч (664 л/с), з яких 120 + 3 = = 123м3/ч (34 л/с) відбирає підприємство № 1 (відбір з вузла 5) і 160 + 3 = 163 м3/ч (45 л/с) — підприємство № 2 (відбір з вузла 8). У цю годину НС-2 подає в мережу (таблиця. 1.11) 4,58 %• 42865/100 = = 1963 м3/ч (545 л/с), а не дістають 664 — 545= 119 л/с поступають з водонапірної башти Питомий відбір води в період максимального водорозбору при однакової для всього міста щільності забудови і ступеня впорядкування будівель визначений по формулі (3.1) qya = (Q - EQcocp) /2/ = [664 - (34 + 45)]/(7430 - 230 - 300/2) = = 0,083 л/с' на 1 м.
Таблиця 32 Визначення путніх відборів
У
суму довжин 2/ не увійшли транзитна
частина
(230 м)
ділянки 5—9 і половина частини
(300/2 = 150 м)
довжини ділянки 7-8 з
одностороннім
відбором води. В період максимального
транзиту води до башти
(година 23—24 в таблиці. 1.11) місто споживає
(див. таблиці. 1.10) 1469 м3/ч (408 л/с), з
яких 120+9=129 м3/ч (36 л/с) відбирає підприємство
№ 1 і 140 + 8=
148 м3/ч (41 л/с) — підприємство № 2. У цю
годину НС-2 подає в мережу
4,58 % X Х42865/100=1963 м3/ч (545 л/с). Надлишок води
545—408=137 л/с проходить
транзитом через всю мережу
і поступає
у водонапірну башту.
Питомий відбір води в період максимального
транзиту води до башти
рівний <7w
= (Q-2Qcocp)/Z/=
= [408-(36+41)]/(7430-
-230-300/2) = 0,047 л/с на 1 м. При пожаре*
під час максимального водораз-бора
вся витрата води 664+2-40=744 л/с поступає
у вузол 1 від НС-2. Припускаємо,
що пожежі відбуваються
у вузлах 4 і 5 — самих видалених
і найвищих по рельєфу місцевості.
Питомі відбори і зосереджені відбори
води підприємствами в даному розрахунковому
випадку такі ж, як і у разі
максимального водорозбору.
Путні і вузлові відбори води для всіх розрахункових випадків визначені по формулах (3.2) і (3.3), процедура розрахунків і їх результати представлені в таблиці. 3 2 і 3 3. На мал. 3.4 показані розрахункові схеми відбору води з магістральної водопровідної мережі для характерних випадків її роботи.
Мал. 10.2. Розрахункові схеми відборів води з мережі для випадків:
а — максимального водорозбору; б — максимального транзиту води а башту, в — максимального водорозбору при пожежі
* В даному випадку прийнято дві розрахункові пожежі, для гасіння кожного з яких потрібно 40 л/с.
10.3. Попереднє потокораспределение і визначення
діаметрів труб ділянок мережі і водоводов
Попереднє потокораспределение. При відомій конфігурації мережі, заданих значеннях довжин її ділянок, місць і величин відборів води з мережі може бути намічене необмежене число варіантів розподілу витрат води по її ділянках. У кожному з таких варіантів необхідно забезпечити задані величини відборів води і задовольнити умови балансу витрат у вузлах: сума витрат, відповідних до вузла, дорівнює сумі витрат, включаючи вузловий відбір, що відводяться від нього, тобто ZQ = о. (3.4) вузла v ' Для зменшення об'єму обчислювальних робіт необхідно вибрати такий варіант попереднього потокораспределения, який би трохи відрізнявся від дійсного потокораспределения, що отримується в результаті ув'язки мережі. Для цього бажано, щоб в ділянках мережі, що потрапляють в один характерний перетин (на рис 3.1 перетинів I...IV), витрати були приблизно рівними. За наявності споживачів з великим зосередженим відбором води велика частина цієї витрати прямує найкоротшим шляхом. Початкові потокораспределение виконують для кожного характерного випадку роботи мережі і представляють у вигляді схем (мал. 3.5) з вказівкою на них номерів вузлів і кілець, значень подач і відборів води, витрат на ділянках з позначенням стрілками напряму руху води.
Мал. 3.5. Схеми попереднього потокораспределения на випадки: а — максимального водорозбору; б — максимального транзиту води до башти; у — максимального водорозбору при пожежі.
10.4 Економічно наивыгоднейшие діаметри.
При відомому значенні витрати води q діаметр трубопроводу, що працює повним перерізом, може бути визначений з уравнения* нерозривності потоку, тобто
d = 2^jq/{n- v) . (3.5)
При постійному значенні витрати q = const збільшення швидкості v приводить до зменшення діаметру трубопроводу і збільшення втрат натиску в нім і, навпаки, зменшення швидкості — до збільшення діаметру і зменшення втрат натиску. То і дру
гoe робить вплив на економічність трубопроводу. Очевидно, що має бути прийнята швидкість, що забезпечує найбільш економічний діаметр трубопроводу. Критерієм економічності є приведені витрати, що включають як капітальні, так і експлуатаційні витрати [див. формулу (1.12)]. На мал. 3.6 показаний характер залежності приведених витрат і їх складових від швидкості v і діаметру d. Із збільшенням швидкості (зменшенням діаметру) капітальні вкладення (ЕНК) зменшуються. При цьому експлуатаційні витрати Із зростають, оскільки збільшуються витрати електроенергії унаслідок зростання втрат натиску в трубопроводі. Економічна швидкість уэ або економічно наивыгоднейший діаметр йъ відповідають мінімуму приведених витрат Птщ.
На мал. 3.7 представлений характер залежності приведених витрат П від витрати води q для стандартних діаметрів d\, d2t d3, d\ (di < d2 < dz < d4). Кожному діаметру відповідають значення E„Ki, Енкг, Е„кз, Е„к4, що характеризують витрати на будівництво одиниці довжини трубопроводу. Ці значення відкладені на осі ординат, оскільки вони не залежать від витрати q. При збільшенні витрати води експлуатаційні витрати ростуть, причому інтенсивність зростання (кривизна ліній) більше для менших діаметрів, що відповідає характеру зміни втрат натиску.Для конкретного значення витрати q* в даному прикладі найбільш економічним є діаметр di, відповідний мінімальному значенню приведених витрат Птт. Точки перетину кривих визначають області економічно наивыгоднейших витрат для відповідних діаметрів: 0-q\ — для d\\ q\-qi —
для d.2\ <72-<7з — для d.3- Таким чином, для кожного діаметру існує область значень витрат води, при яких даний діаметр є економічно наивыгоднейшим. Положення і форма кривих, представлених на мал. 3.7, залежать не тільки від діаметру, але і від матеріалу труб, умов будівництва і експлуатації трубопроводу, які характеризуються економічним чинником Э: 3 = 87608v/sm/[102Tia&(E„+ fl/100)], (3.6) де б — вартість електроенергії, руб/(кВт-ч); v — коефіцієнт нерівномірності витрачання енергії, залежний від коефіцієнта нерівномірності споживання і подачі води
наивыгоднейший діаметр. При коректуванні розрахункової витрати доцільно користуватися значенням Ет — 1 і відповідною графою таблиці граничних витрат. За відсутності таблиці граничних витрат, а також при проведенні розрахунків на ЕОМ економічно наивыгоднейший діаметр визначають по формулі
У таблицях Ф. А. Шевельова (див. Додаток 4) жирними лініями виділені значення v і 1000/ для економічно наивыгоднейших діаметрів при значенні економічного чинника
Э = 0,75.
10.5 Визначення діаметрів труб ділянок мережі і водоводов.
Призначення діаметрів труб ділянок мережі і водоводов є ще одним ключовим етапом проектування лінійної частини системи водопостачання. Саме від того, які діаметри будуть прийняті, залежить фактичне потокораспределение, а значить, і рівень надійності всієї мережі і водоводов, їх економічність. Завдання полягає в тому, щоб при прийнятій конфігурації мережі досягти максимальної надійності при мінімальних витратах. Максимальна надійність досягається шляхом призначення рівних діаметрів в межах кожного характерного перетину мережі (див. на мал. 3.1 перетинів I...VI). Це забезпечує взаємозамінюваність, равнозначимость, равнонадежность транзитних магістралей, а значить, і максимальну надійність мережі. Крім того, рівні в перетинах діаметри позитивно впливають на економічність мережі, а також на зручність її будівництва і експлуатації. Мінімум витрат забезпечують призначенням економічно наивыгоднейших діаметрів труб ділянок мережі. Здійснюють це таким чином. По схемах попереднього потокораспределения для всіх розрахункових випадків визначають середні в перетинах витрати. По найбільших середніх витратах для випадків максимального водорозбору або транзиту води в башту по таблиці граничних економічних витрат з урахуванням фактичного значення економічного чинника визначають економічно наивыгоднейшие діаметри, рівні в межах кожного перетину. При цьому оцінюють збільшення втрат натиску при пропуску через призначені діаметри середніх витрат в перетинах для випадку гасіння пожежі під час максимального водоспоживання. Бажано, щоб сумарне збільшення втрат натиску в мережі і водоводах не перевищувало різниці між необхідними вільними натисками при нормальній роботі і при пожежі. Досягають цього шляхом коректування у бік збільшення діаметрів ділянок з максимальним гідравлічним ухилом. Виконання цієї рекомендації забезпечує можливість найбільш економічного способу пропуску протипожежної витрати в годинник максимального водоспоживання — без установки в насосній станції другого підйому спеціальних пожежних насосів. Якщо пожежні насоси виявляться все ж таки необхідними, типоразмер їх може бути прийнятий таким же, як і господарських насосів. Діаметри перемичок, що здійснюють перекидання транзитних витрат при аваріях на магістралях, призначають конструктивно і приймають рівними діаметрам магістральних ліній, наступних за даними перемичками. Діаметри замикаючих ділянок також приймають конструктивно і призначають на один типоразмер менше діаметрів кінцевих ділянок магістралей, але не менше 100 мм. На схемах з попереднім потокораспределением (див. мал. 3.5) указують значення остаточно прийнятих діаметрів труб, однакові для всіх розрахункових випадків.Діаметри водоводов призначають економічно наивыгоднейшие для розрахункової витрати: qp = Q/n
де п — кількість водоводов (див. § 3.1); Q — витрата води, що проходить по водоводах.
У разі підключення водонапірної башти до водовод (мал. 3.8) витрата води Q буде різною для различных- водоводов на ділянці від насосної станції другого •—'/ 2 3 н> ных їх ділянок. Для во- W?-2 O4 ' L-l/ підйому до точки підключення водонапірної башти (ділянка 1-2) витрата води Q дорівнює максимальній подачі насосної станції, на ділянці від точки підключення водонапірної башти до точки примикання до мережі (ділянка 2-3) — максимального годинного водоспоживання. Для трубопроводів (ділянка 2-4), що підключають водонапірну башту (до мережі або до водовод), витрату Q приймають рівним максимальному надходженню води в бак або максимальній витраті з нього. Знаходять його у відповідних графах таблиці для визначення регулюючої юз місткості водонапірної башти (для прикладу, розглянутого i В таблиці. 1.11, ЦЕ Значення раВНО 1,14 % ВІД Qcyrmax). ; Водоводи мають бути перевірені на пропуск 70 % розрахункової витрати води через п—1 нитку у складі прийнятої системи подачі і розподілу води. )
Розглянемо приклад призначення діаметрів ділянок водопровідної мережі, попереднє потокораспределение для якої представлено на схемах мал. 3.5. У даному прикладі дик-тующим є випадок максимального транзиту води в башту, при якому середні витрати води в характерних перетинах Qip = 169 л/с, Q"p= 137,6 л/с, Q'p = 88,7 л/с більше, ніж в період максимального водорозбору. Прийнявши чавунні водопровідні труби і значення економічного чинника Э = 0,75 по таблиці. 3.5 або по Додатку 4, визначаємо економічно наивыгоднейшие діаметри. Для витрати 169 л/с (ділянки 1-2, 1-9, 1-8) економічно наивыгоднейшим діаметром є d3 = 400 мм; для витрати 137,6 л/с (ділянки 2-3, 1-9, 7-8)—d3 = 350 мм; для витрати 88,7 л/с (ділянки 3-4, 5-9, 6-7) — da = 300 мм. Ділянка 1-9 належить першому і другому перетинам, діаметр його приймаємо по максимальному значенню, тобто d = 400 мм. Діаметри перемичок (ділянки 3-9 і 7-9) приймаємо конструктивно d = 300 мм, тобто рівними діаметрам подальших магістралей (ділянок 3-4, 5-9, 6-7), діаметри замикаючих ділянок 4-5 і 5-6 приймаємо також конструктивно d = 250 мм — на один типоразмер менше попередніх магістралей (ділянок 3-4, 5-9, 6-7). Дані діаметри приймаємо однаковими для всіх розрахункових випадків і їх значення показуємо на ділянках розрахункових схем мережі. 3.4. Втрати натиску у водопровідних трубах Втрати натиску при русі води по трубах пропорційні їх довжині і залежать від діаметру труб, витрати води, характеру і ступеня шорсткості стінок труб (тобто від типу і матеріалу труб) і від області гідравлічного режиму їх роботи. У практиці інженерних розрахунків найбільшого поширення набула формула h = Solbq2, (3.9) де h — втрати натиску по довжині розрахункової ділянки, м; s0 — питомий гідравлічний опір трубопроводу; приймають по таблиці. 3.6...3.9 залежно від матеріалу труб і прийнятої одиниці вимірювання розрахункової витрати q; би — коефіцієнт, що враховує область гідравлічного режиму роботи трубопроводу; приймають по таблиці. 3.10 залежно від швидкості