Расчета водопроводной сети.

Гидравлический расчет водопроводных сетей производят для того, чтобы выбрать наиболее экономичные диаметры труб, а также определить потери напора в них, величину которых необходимо знать при расчетах водонапорных башен и насосных станций.

Отбор воды из сети осуществляется через вводы в здания (домовые присоединения). Потребители забирают воду на свои различные нужды в основном через водоразборные краны внутренних водопроводов зданий. Водопроводные вводы зданий присоединяют к водопроводным линиям, прокладываемым практически по всем улицам. Эти уличные линии присоединяют к магистральной сети и таким образом образуют распределительную водопроводную сеть населенного пункта. Количество воды, поступающей к потребителю через каждый ввод зависит от многих факторов (числа жителей, образа их жизни и т.д.) и имеет значительные колебания в течение суток. Поэтому картина отбора воды из сети весьма сложна и установить ее в полном объеме практически невозможно. Вместе с тем для практического расчета сети можно установить наиболее близкую к действительности схему отдачи воды сетью в отдельные периоды ее работы.

Для этого всю магистральную суть разбивают на расчетные участки, границы которых являются узлами. Узлы сети намечают в точках отбора воды крупными потребителями, в местах устройства пересечений и ответвлений магистралей, в точках примыкания напорных водоводов и водонапорной башни. В производственных водопроводах при относительно небольшом числе точек водоотбора из сети расчетная схема водоотдачи полностью соответствует действительности. В такой схеме расход воды на любом из участков сети складывается из отбора воды в конечной точке этого участка и транзитного расхода, проходящего по данному участку к далее расположенным потребителям.

В хозяйственно-питьевых водопроводах населенных пунктов точек водоотбора много, а колебания их в течение суток значительны. Поэтому для практических расчетов принимают упрощенную схему, допуская условно равномерное расходование воды по длине сети, т.е. принимая, что количество воды, отдаваемое каждым участком, пропорционально его длине (при одинаковой плотности застройки и одинаковой норме водопотребления). При этом расходы воды отдельными крупными потребителями вычитаются из общего количества отдаваемой воды из сети и учитываются в виде сосредоточенных отборов в соответствующих точках сети.

Отбор воды, приходящийся на единицу длины сети, называют у д е л ь н ы м р а с х о д о м и определяют по формуле

, (32)

В величину Σℓ включают длины участков магистральных линий только населенного пункта, причем для участков с двухсторнней отдачей воды сетью учитывают действительную их длину, а длину участков с односторонней отдачей воды принимают с коэффициентом 0,5. В величину Σℓ не должны включаться длины нерасчитываемых распределительных линий и линий, проходящих по незастроенным территориям.

Расход воды определенным участком, называемым п у т е в ы м р а с х о д о м, определяют по формуле

Q_пут. = q_уд.ℓ (33)

где ℓ – расчетная длина рассматриваемого участка, м.

Путевые расходы воды на отдельных участках заменяют собой большое число мелких водоразборных точек.

Каждый участок сети, кроме путевого расхода Q_пут., пропускает транзитный расход Q_тр., идущий для питания последующих участков. При этом расход воды в начале участка составляет Q_пут. + Q_тр., а в конце участка – Q_тр.. Графическое изображение этих расходов на участке длиной ℓ показано на рис. 21.

При гидравлическом расчете водопроводных сетей переменный расход заменяют некоторым постоянным по длине участка расходом, который является равноценным в гидравлическом отношении и дает ту же величину потерь напора на участке, что и переменный. Расчетный расход Q_р. участка, имеющего путевой расход Q_пут. и транзитный Q_тр., может быть вычислен по формуле Дюпюи

Q_р. = Q_тр. + αQ_пут. , (34)

где α – коэффициент, меняющийся от 0,5 до 0,56, в зависимости от

соотношения транзитного и путевого расходов участка.

В практике расчета коэффициент α принимают равным 0,5, тогда

Q_р. = Q_тр. + 0,5Q_пут. , (35)

что соответствует замене путевого расхода каждого участка двумя узловыми расходами, равными 0,5Q_пут. и сосредоточенными в начале и конце участка. Когда к узлу примыкает несколько участков с путевыми отборами, то приведенный к узлу отбор равен полусумме путевых расходов всех участков, примыкающих к данному узлу.

Вычисленные таким образом узловые расходы наносят на расчетную схему сети, показывая их стрелкой, выходящей из соответствующего узла, с указанием величины расхода в л/с. На этой же схеме указывают отдельно в соответствующих точках сосредоточенные расходы крупных водопотребителей и общий расход, подаваемый в сеть. При этом сумма всех узловых и сосредоточенных расходов должна равняться расчетному секундному расходу сети, поступающему от башни.

По расчетной схеме сети можно легко определить расчетные расходы на участках, т.е. составить предварительное потокораспределение. Нахождение расчетных расходов участков разветвленных сетей представляет собой простую задачу. В кольцевых же сетях при заданной конфигурации и известных величинах водоотборов в узлах можно наметить неограниченное число вариантов распределения расходов по участкам сети. Одним из основных условий предварительного потокораспределения в кольцевых сетях является соблюдение правил баланса расходов в узле (соответствующего первому правилу Кирхгофа). Это условие можно выразить уравнением ΣQ = 0. Это означает, что сумма линейных расходов, приходящих к любому узлу, должна быть равна сумме расходов, уходящих от этого узла, включая узловой отбор.

Другим важнейшим условием предварительного потокораспределения в кольцевых сетях является удовлетворение требования надежности, состоящего в том, что параллельные магистрали должны быть взаимозаменяемыми при возможных авариях и иметь примерно равную пропускную способность. Для этого по параллельным магистралям следует направлять приблизительно равные расходы. Полученные таким образом расчетные расходы на участках показывают на расчетной схеме стрелкой, направленной по ходу течения воды (рис. 22).

Лекция № 7