ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 02.12.2019
Просмотров: 1122
Скачиваний: 1
Рис. 3.5. Схемы предварительного потокораспределения на случаи: а — максимального водоразбора; б — максимального транзита воды в башню; в — максимального водоразбора при пожаре.
10.4 Экономически наивыгоднейшие диаметры.
При известном значении расхода воды q диаметр трубопровода, работающего полным сечением, может быть определен из уравнения* неразрывности потока, т. е.
d = 2^jq/{n- v) . (3.5)
При постоянном значении расхода q = const увеличение скорости v приводит к уменьшению диаметра трубопровода и увеличению потерь напора в нем и, наоборот, уменьшение скорости — к увеличению диаметра и уменьшению потерь напора. То и дру
гoe оказывает влияние на экономичность трубопровода. Очевидно, что должна быть принята скорость, обеспечивающая наиболее экономичный диаметр трубопровода. Критерием экономичности являются приведенные затраты, включающие в себя как капитальные, так и эксплуатационные затраты [см. формулу (1.12)]. На рис. 3.6 показан характер зависимости приведенных затрат и их составляющих от скорости v и диаметра d. С увеличением скорости (уменьшением диаметра) капитальные вложения (ЕнК) уменьшаются. При этом эксплуатационные затраты С возрастают, так как увеличиваются затраты электроэнергии вследствие роста потерь напора в трубопроводе. Экономичная скорость уэ или экономически наивыгоднейший диаметр йъ соответствуют минимуму приведенных затрат Птщ.
На рис. 3.7 представлен характер зависимости приведенных затрат П от расхода воды q для стандартных диаметров d\, d2t d3, d\ (di < d2 < dz < d4). Каждому диаметру соответствуют значения E„Ki, ЕнКг, Е„Кз, Е„К4, характеризующие затраты на строительство единицы длины трубопровода. Эти значения отложены на оси ординат, так как они не зависят от расхода q. При увеличении расхода воды эксплуатационные затраты растут, причем интенсивность роста (кривизна линий) больше для меньших диаметров, что соответствует характеру изменения потерь напора.Для конкретного значения расхода q* в данном примере наиболее экономичным является диаметр di, соответствующий минимальному значению приведенных затрат Птт. Точки пересечения кривых определяют области экономически наивыгоднейших расходов для соответствующих диаметров: 0-q\ — для d\\ q\-qi —
для d.2\ <72-<7з — для d.3- Таким образом, для каждого диаметра существует область значений расходов воды, при которых данный диаметр является экономически наивыгоднейшим. Положение и форма кривых, представленных на рис. 3.7, зависят не только от диаметра, но и от материала труб, условий строительства и эксплуатации трубопровода, которые характеризуются экономическим фактором Э: 3 = 87608v/sm/[102Tia&(E„+ fl/100)], (3.6) где б — стоимость электроэнергии, руб/(кВт-ч); v — коэффициент неравномерности расходования энергии, зависящий от коэффициента неравномерности потребления и подачи воды,
наивыгоднейший диаметр. При корректировке расчетного расхода целесообразно пользоваться значением Эт — 1 и соответствующей графой таблицы предельных расходов. При отсутствии таблицы предельных расходов, а также при проведении расчетов на ЭВМ экономически наивыгоднейший диаметр определяют по формуле
В таблицах Ф. А. Шевелева (см. Приложение 4) жирными линиями выделены значения v и 1000/ для экономически наивыгоднейших диаметров при значении экономического фактора
Э = 0,75.
10.5 Определение диаметров труб участков сети и водоводов.
Назначение диаметров труб участков сети и водоводов является еще одним ключевым этапом проектирования линейной части системы водоснабжения. Именно от того, какие диаметры будут приняты, зависит фактическое потокораспределение, а значит, и уровень надежности всей сети и водоводов, их экономичность. Задача состоит в том, чтобы при принятой конфигурации сети достичь максимальной надежности при минимальных затратах. Максимальная надежность достигается путем назначения равных диаметров в пределах каждого характерного сечения сети (см. на рис. 3.1 сечения I...VI). Это обеспечивает взаимозаменяемость, равнозначимость, равнонадежность транзитных магистралей, а значит, и максимальную надежность сети. Кроме того, равные в сечениях диаметры положительно влияют на экономичность сети, а также на удобство ее строительства и эксплуатации. Минимум затрат обеспечивают назначением экономически наивыгоднейших диаметров труб участков сети. Осуществляют это следующим образом. По схемам предварительного потокораспределения для всех расчетных случаев определяют средние в сечениях расходы. По наибольшим средним расходам для случаев максимального водоразбора или транзита воды в башню по таблице предельных экономических расходов с учетом фактического значения экономического фактора определяют экономически наивыгоднейшие диаметры, равные в пределах каждого сечения. При этом оценивают увеличение потерь напора при пропуске через назначенные диаметры средних расходов в сечениях для случая тушения пожара в час максимального водопотребления. Желательно, чтобы суммарное увеличение потерь напора в сети и водоводах не превышало разницы между требуемыми свободными напорами при нормальной работе и при пожаре. Достигают этого путем корректировки в сторону увеличения диаметров участков с максимальным гидравлическим уклоном. Выполнение этой рекомендации обеспечивает возможность наиболее экономичного способа пропуска противопожарного расхода в часы максимального водопотребления — без установки в насосной станции второго подъема специальных пожарных насосов. Если пожарные насосы окажутся все же необходимыми, типоразмер их может быть принят таким же, как и хозяйственных насосов. Диаметры перемычек, осуществляющих переброску транзитных расходов при авариях на магистралях, назначают конструктивно и принимают равными диаметрам магистральных линий, следующих за данными перемычками. Диаметры замыкающих участков также принимают конструктивно и назначают на один типоразмер меньше диаметров конечных участков магистралей, но не менее 100 мм. На схемах с предварительным потокораспределением (см. рис. 3.5) указывают значения окончательно принятых диаметров труб, одинаковые для всех расчетных случаев.Диаметры водоводов назначают экономически наивыгоднейшие для расчетного расхода: qp = Q/n,
где п — количество водоводов (см. § 3.1); Q — расход воды, проходящей по водоводам.
В случае подключения водонапорной башни к водоводам (рис. 3.8) расход воды Q будет разным для различных- водоводов на участке от насосной станции второго •—'/ 2 3 н> ных их участков. Для во- W?-2 O4 ' L-l/ подъема до точки подключения водонапорной башни (участок 1-2) расход воды Q равен максимальной подаче насосной станции, на участке от точки подключения водонапорной башни до точки примыкания к сети (участок 2-3) — максимальному часовому водопотреблению. Для трубопроводов (участок 2-4), подключающих водонапорную башню (к сети или к водоводам), расход Q принимают равным максимальному поступлению воды в бак или максимальному расходу из него. Находят его в соответствующих графах таблицы для определения регулирующей юз вместимости водонапорной башни (для примера, рассмотренного i В табл. 1.11, ЭТО Значение раВНО 1,14 % ОТ Qcyrmax). ; Водоводы должны быть проверены на пропуск 70 % расчетного расхода воды через п—1 нитку в составе принятой системы подачи и распределения воды. )
Рассмотрим пример назначения диаметров участков водопроводной сети, предварительное потокораспределение для которой представлено на схемах рис. 3.5. В данном примере дик-тующим является случай максимального транзита воды в башню, при котором средние расходы воды в характерных сечениях Qip = 169 л/с, Q"p= 137,6 л/с, Q'p = 88,7 л/с больше, чем в период максимального водоразбора. Приняв чугунные водопроводные трубы и значение экономического фактора Э = 0,75 по табл. 3.5 или по Приложению 4, определяем экономически наивыгоднейшие диаметры. Для расхода 169 л/с (участки 1-2, 1-9, 1-8) экономически наивыгоднейшим диаметром является d3 = 400 мм; для расхода 137,6 л/с (участки 2-3, 1-9, 7-8)—d3 = 350 мм; для расхода 88,7 л/с (участки 3-4, 5-9, 6-7)— da = 300 мм. Участок 1-9 принадлежит первому и второму сечениям, диаметр его принимаем по максимальному значению, т. е. d = 400 мм. Диаметры перемычек (участки 3-9 и 7-9) принимаем конструктивно d = 300 мм, т. е. равными диаметрам последующих магистралей (участков 3-4, 5-9, 6-7), диаметры замыкающих участков 4-5 и 5-6 принимаем также конструктивно d = 250 мм — на один типоразмер меньше предыдущих магистралей (участков 3-4, 5-9, 6-7). Данные диаметры принимаем одинаковыми для всех расчетных случаев и их значения показываем на участках расчетных схем сети. 3.4. Потери напора в водопроводных трубах Потери напора при движении воды по трубам пропорциональны их длине и зависят от диаметра труб, расхода воды, характера и степени шероховатости стенок труб (т. е. от типа и материала труб) и от области гидравлического режима их работы. В практике инженерных расчетов наибольшее распространение получила формула h = Solbq2, (3.9) где h — потери напора по длине расчетного участка, м; s0 — удельное гидравлическое сопротивление трубопровода; принимают по табл. 3.6...3.9 в зависимости от материала труб и принятой единицы измерения расчетного расхода q; б — коэффициент, учитывающий область гидравлического режима работы трубопровода; принимают по табл. 3.10 в зависимости от скорости
Для металлических труб при скорости движения воды ^ 1,2 м/с коэффициент 6= 1 (см. табл. 3.8). В этом случае потери напора равны h = sq2. (3.11) Эта формула используется для описания гидравлической характеристики водоводов при построении графиков совместной работы насосов и системы трубопроводов. Еще более часто в практике инженерных расчетов используют таблицы Ф. А. Шевелева (см. Приложение 4 ), в которых в зависимости от материала водопроводных труб для фиксированных значений расчетного расхода q, i л/с, даны значения гидравлического уклона 1000/ и скорости движения воды v, м/с. В этом случае потери напора на участке Л, м, определяют по формуле /1=1000;/, (3.12) где 1000/ — гидравлический уклон (потери напора, м на 1 км длины трубопровода); / — длина участка трубопровода, км. В Приложении 4 дана выборка из таблиц Ф. А. Шевелева для стальных и чугунных труб. В табл. 3.11 дан пример расчета водоводов, примыкающих к водопроводной сети, характерные случаи работы которой представлены на рис. 3.5. Трубы приняты стальные, экономический фактор Э = 0,75. Расчет потерь напора выполнен с помощью таблиц Ф. А. Шевелева. Так, для расчетного расхода qp = 272,5 л/с
10.5. Гидравлическая увязка водопроводной сети
Различают внутреннюю и внешнюю увязку водопроводной сети. Целью внутренней увязки сети является определение истинных расходов воды на участках сети при фиксированных значениях подач воды в сеть и отборов из нее. Целью внешней увязки сети является определение истинных параметров (Q, Н) водопитателей, значений нефиксированных отборов и расходов воды на участках сети. .Для инженерных расчетов, обеспечивающих проектирование водопроводной сети, как правило, достаточно внутренней увязки сети. Внешнюю увязку выполняют для более детального анализа работы системы подачи и распределения воды, и ей должна предшествовать внутренняя увязка, по результатам которой подбирают требуемые характеристики водопитателей (насосов). Для выполнения внутренней увязки необходимо знать конфигурацию сети, места и фиксированные значения подач воды в сеть и отборов из нее, длины, диаметры и материал труб участков. Увязку сети (как внутреннюю, так и внешнюю) выполняют итеративным способом путем последовательной корректировки начального потокораспределения при сохранении баланса расходов воды в узлах. Формальным признаком увязанной сети является равенство нулю алгебраической суммы потерь напора (невязок) во всех элементарных кольцах и по внешнему контуру. При ручном счете невязка в кольцах, как правило, не должна превышать ±0,5 м, по внешнему контуру — ±1,5 м. При расчете на ЭВМ допустимую невязку в кольцах целесообразно принимать в пределах ±0,1 м. Существуют различные методы увязки кольцевых водопроводных сетей. Наиболее широкое распространение получил метод Лобачева—Кросса. Этот метод может быть использован как при ручном счете, так и при расчете на ЭВМ. Сущность метода Лобачева— Кросса заключается в том, что поправочные расходы одновременно вносятся во все элементарные кольца на каждой ступени итерационного процесса, а их значения определяют в зависимости от величин невязок в кольцах, т. е. \д,^-Ак,/[21(зд),], (3-13) где Д<7/ — поправочный расход воды в /-м элементарном кольце, л/с; ДА, — алгебраическая (с учетом знаков) сумма потерь напора (невязка) в /'-м кольце, м; "L(sq)j — сумма произведений сопротивления s на расход q участков, образующих рассматриваемое элементарное кольцо /. При ручном счете увязку сети выполняют в табличной форме. Порядок проведения расчетов следующий (пример расчета см. в табл. 3.12).
1. В таблицу заносят данные, характеризующие структуру сети (№ колец, № участков, длины и диаметры участков) и расходы воды на участках сети, соответствующие начальному потокораспределению.
2. Для каждого участка сети определяют скорость движения воды v = Aq/nd2, м/с, по табл. 3.6...3.9 — значения удельных сопротивлений so, по табл. ЗЛО — значения поправочных коэффициентов б, определяют сопротивления участков s = so/, произведения sq и потери напора к — sq2. Потерям напора присваивают знаки «+», если для рассматриваемого кольца движение воды на участке осуществляется по часовой стрелке; «—» — против часовой стрелки.
3. Для каждого кольца определяют суммы Ssq и невязки
-
A/i/=2/i/ = 2(S(72)/'.
4. Анализируют значения невязок в кольцах. Если все невязки по абсолютному значению меньше или равны 0,5 м, а по внешнему контуру менее 1,5 м, сеть считается увязанной. В противном случае для колец, где |АА| >0,5 м, по формуле (3.13) определяют поправочные расходы. Вводят их с учетом знаков («+» — по часовой стрелке, «—»— против часовой стрелки) во все участки кольца, тем самым не нарушая баланса расходов в узлах, и получают новые, скорректированные значения расходов воды на участках. При этом следует помнить, что знак при поправочном расходе указывает направление внесения поправки в замкнутый контур. Если направление поправочного расхода совпадает с направлением движения воды на участке, то их суммируют, если не совпадает, то поправку вычитают. Если значение поправочного расхода больше значения расхода воды на участке и направления их не совпадают, то поток «переворачивается», т. е. направляется в другую сторону, что необходимо отразить на расчетной схеме. Особое внимание необходимо уделять участкам, одновременно принадлежащим двум кольцам, итоговый поправочный расход которых состоит из поправочных расходов этих колец.Метод Лобачева — Кросса обладает достаточно высокой степенью сходимости. Однако на практике встречаются случаи, когда итерационный процесс не сходится (сеть не увязывается после большого числа исправлений). В таком случае наиболее простым способом преодоления данной ситуации является выполнение нового начального потокораспределения и повторение расчетов.
Т11.Техніко-економічне обгрунтування будівництва систем водопостачання
Головним фактором підвищення ефективності капітальних вкладень є економічно обґрунтований вибір проектних рішень. Для економічного порівняння приймають проекти, що є технічно здійсненими і які забезпечують виробництво запланованого об’єму продукції необхідної якості, задовольняють санітарно-технічним вимогам і покращують умови праці і побуту населення. При проектуванні систем водопостачання технічно і економічному порівнянню підлягають наступні проектні рішення:
-
Вибір системи водопостачання (централізована, децентралізована, комбінована).
-
Вибір схеми живлення мережі (з контррезервуаром, з прохідним резервуаром, комбінована).
-
Вибір матеріалу труб мережі(чавунні, азбестоцементні, пластмасові та інші).
-
Визначення режиму роботи насосної станції, що живить мережу водою.
-
Вибір місця зберігання протипожежного запасу води(підземний резервуар, бак водонапірної башти).
-
Вибір джерела водопостачання(існуючі водоводи, поверхневі води, підземні води).
-
Доцільність впровадження нової техніки( автоматизація, комп’ютеризація та інше)