Расчет водопроводной сети

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6 Определение емкости бака водонапорной башни

 

Объем бака водонапорной башни  определяется по формуле:

 

                                           W_б = W_рег + W_н.з ,                                    (11)

 

где  W_рег - регулирующая емкость, м³;

 W_н.з - неприкосновенный противопожарный запас воды, м³.

Регулирующую емкость  бака водонапорной башни (в % от суточного  расхода) определяют путем совмещения графиков водопотребления и работы насосной станции 2-го подъема, что отражено в таблице 6. Из таблицы 6 видно, что максимальный остаток воды в баке (или его регулирующая емкость) составляет 9,07% от суточного расхода воды, или:

 

                                                  W_рег

                                           (12)                        

         W_рег

3845 м³

 

В баке водонапорной башни  предусматривается также хранение противопожарного запаса воды на тушение  одного наружного и одного внутреннего  пожара в течение 10 мин (п.9.5 [6.2]), т.е.

 

                                   W_н.з

27 м³                                   (13)

  

Общий объем бака водонапорной башни составит 3872 м³.

Ввиду отсутствия типовых  водонапорных башен большой емкости, принимаем выполненную по индивидуальному  проекту железобетонную башню емкостью 3875 м³.

 

 

 

 

 

1.6.1 Определение емкости резервуаров у насосной станции 2-го подъема

 

Общий объем резервуаров  у насосной станции 2-го подъема определяется по формуле:

 

                                 W_рез = W_рег + W_н.з + W_ст;                                    (14)

 

где W_рег - регулирующая емкость, м³;

     W_н.з - неприкосновенный противопожарный запас воды, м³;

     W_ст - запас воды на промывку фильтров и другие собственные нужды очистной станции, м³.

Регулирующая емкость  резервуаров W_рег определяется (в % от суточного расхода воды) путем совмещения графиков работы насосной станции 1-го подъема и насосной станции 2-го подъема (приложение Б). В данном примере W_рег - это площадь графика между линиями поступления воды в резервуары со стороны очистных сооружений в количестве 4,17% от суточного расхода и откачки ее из резервуаров насосной станции 2-го подъема (5% от суточного) в течение 16 часов (от 6 до 22 часов). Переводя эту площадь из процентов в м³, получаем:

 

                             W_рег

5630,08 м³                       (15)

 

Неприкосновенный противопожарный  запас воды определяется по формуле:

 

                                W_н.з = 3 · (Q_пож - Q_ср.ч.) + ∑q_макс.ч ,                             (16)

 

  W_н.з = 3 · (468 - 1766,47) + 8434,04 = 12329,45 м³

 

где  Q_пож - часовой расход воды на тушение пожаров, м³/ч;

 

                                      Q_пож = 3,6 · 130 = 468 м³/ч                                    (17)    

Q_ср.ч. - часовой расход воды, поступающей в резервуары со стороны очистных сооружений м³/ч;

                                     Q_ср.ч.

,                                    (18)  

 

где Q_{макс.сут.} - максимальный суточный расход;

 

   Q_ср.ч.

1766,47 м³/ч                                 

 

∑q_макс.ч - суммарный расход воды за 3 часа наибольшего водопотребления.

 

                             ∑q_макс.ч = 2916,38 + 2808,53 +2709,13 = 8434,04 м³                    (19)

         

Объем воды на собственные  нужды очистной станции W_ст рассчитывается на две промывки при промывке одного фильтра или на три промывки при одновременной промывке двух фильтров. Величину W_ст определяют после расчета водоочистной станции с учетом типа и площади фильтров, а также интенсивности их промывки. Ориентировочно ее можно принимать равной:

 

W_ст = (0,01 … 0,015) · Q_{сут.макс}                                  (20)

 

Для данных условий принимаем  объем воды на нужды станции равным 1,5% от Q_{макс.сут}, т.е.:

                                                W_ст = 0,01 · Q_{макс.сут}                                         (21)

 

W_ст = 0,015 · 42395,20 = 635,93 м³

 

Общий объем резервуаров  составит:

 

 

W_рез = 5630,08 + 12329,45 + 635,93 = 18595,46 м³

 

Исходя из противопожарных  требований, принимаем два резервуара: первый марки PE-1OOM-90 вместимостью 9000 м³ и второй марки PE-1OOM-100 вместимостью 10000 м³, выполненных по типовому проекту 901-4-62,83.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Подготовка сети к гидравлическому расчету

 

2.1 Расчетные режимы работы сети

 

Водопроводная сеть рассчитывается из условия наиболее напряженных  режимов ее работы. При расположении башни в начале сети города, расчет сети производится на два основных режима ее работы:

1 - режим максимального водоразбора;

2 - режим пожаротушения в час максимального водоразбора.    

   

2.2 Составление расчетных схем

 

Расчетные схемы составляются одновременно для 2 случаев работы водопроводной  сети (приложения В, Г). На эти схемы нанесены точки питания сети - места примыкания водоводов, места расположения и точки присоединения крупных потребителей воды: т. 4 - Кузнечнопрессовый завод. Сеть разбита на расчетные участки, границами которых являются узлы сети и точки присоединения крупных потребителей воды. На участках без ответвлений расчетные точки устанавливаются на расстоянии не более 1 … 1,5 км. Нумерация узлов  начинается с точки питания сети от насосной станции 2-го подъема. На данных схемах принято 16 расчетных точек и 16 расчетных участков. Общая длина водопроводной сети составляет 6,89 км.

 

2.3 Расчетные расходы в сети   

      

В водопроводной сети имеется  два вида расходов:

1. - сосредоточенные в отдельных точках сети;

2  - равномерно-распределенные по длине магистральных линий.

В данном проекте сосредоточенными являются расходы Кузнечнопрессового завода. Эти расходы на расчетных схемах показаны стрелками в соответствующих точках сети и очерчены в виде прямоугольника. Остальная часть общего расхода воды города, располагается равномерно-распределенной по длине сети.

Для гидравлического расхода  сети величины часовых расходов в  расчетные периоды должны быть переведены в л/с. Режим максимального водоразбора  в городе (таблица. 5)

наблюдается в период с 18 до 19 часов. Расчетные расходы в час максимального водоразбора составляют (табл.5):

- общий расход воды – 2916,38 м³/ч, или 810,11 л/с, в том числе:

- равномерно-распределенный расход – 2778,18 м³/ч, или 771,72 л/с;

- сосредоточенные расходы – 138,20 м³/ч, или 38,40 л/с.

В час максимального водоразбора (таблица 6) насосная станция 2-го подъема подает в сеть 5% от суточного расхода воды, т.е. 2119,76 м³/ч, или 588,82 л/с; от водонапорной башни поступает 1,88% суточного расхода, т.е. 797,03 м³/ч, или 221,40 л/с. Общий расход воды, подаваемый в сеть в час максимального водоразбора, составляет 588,82 л/с + 221,40 л/с = 810,22 л/с.

 

2.4 Расчетные расходы на расчетных участках сети

 

Для определения расчетных  расходов на каждом расчетном участке водопроводной сети равномерно-распределенные расходы заменяются на узловые. Удельный расход воды на 1 м длины сети определяются по формуле:

 

                                        q_уд

,                                  (22)

 

где Q_{равн.распр} - равномерно-распределенный расход воды для каждого расчетного случая, л/с;

     ∑l - длина линий, отдающих воду, м.

При максимальном водоразборе:

 

q_уд

0,112 л/с · м

 

При  пожаре в час максимального  водоразбора:

 

q_уд = 0,112 л/с · м

 

По удельному расходу  определяются путевые расходы, т.е. величины отдачи равномерно-распределенного расхода каждым расчетным участком. Путевые расходы определяются по формуле:

q_пут = q_уд · l_уч ,                                             (23)

 

где l_уч - длина расчетного участка.

Результаты определения  путевых расходов приведены в  таблицу 7.

Результаты определения  узловых расходов (q_узл = 0,5 · ∑q_пут) приведены в таблице 8. Здесь же указаны и общие расходы в узлах с учетом сосредоточенных расходов, в том числе расходов на пожар (таблица 9).

Точность определения  узловых расходов проверяются соблюдением равенства:

 

                                                       ∑q_пут = ∑q_узл                                         (24)

 

Узловые расходы наносятся  на соответствующие схемы (приложения В, Г).

Затем намечаются возможные  направления потоков воды по сети и определяются расходы воды на участках с соблюдением правила баланса  расходов в узлах. При распределении  потоков необходимо учитывать следующие  условия:

а) при выключении одной  линии кольцевой сети подачу воды по остальным допускается снижать  на 30% (п.8.6 [6.2]);

б) направления движения воды по участкам одного кольца должны иметь разные знаки (по часовой стрелке  «+», против часовой стрелке «-», при этом желательно, чтобы количество участков сети со знаком «+» и со знаком «-» было одинаково;

в) по участкам одного кольца, имеющим большие длины, следует  направлять меньший расход, а имеющим  меньшие длины - больший. Расходы воды, определенные для всех расчетных режимов, и направления потоков наносятся на соответствующие расчетные схемы (приложение В, Г).

 

 

 

 

2.5 Выбор материала и диаметров труб

 

Нормы рекомендуют для  устройства водопроводной сети в  первую очередь использовать неметаллические  трубы: асбестоцементные, железобетонные и пластмассовые (п.8.21 [6.2]). В данном проекте приняты полиэтиленовые напорные трубы.

В связи с тем, что технико-экономические расчеты по определению экономически наивыгоднейших диаметров трубопроводов очень трудоемки, их можно производить по упрощенным способам, изложенным в литературе [6.6, 6.7, 6.8, 6.9]. Диаметры участков сети определяем с учетом экономического фактора. Согласно рекомендациям Ф.А.Шевелева [6.9] при современных стоимостях строительства и тарифах на электроэнергию принимаем без расчета значение экономического фактора для условий Урала, равное 0,5. В соответствии с расходами воды на участках по таблице предельных экономических расходов [6.9] определяем диаметры труб с учетом Э = 0,5.

Диаметры перемычек, соединяющих  магистральные линии, принимаются  конструктивно из соображений переброски необходимых расходов воды с одной  линии на другую во время аварийных  отключений. Их диаметр принимается  обычно равным меньшему диаметру соединенных  магистралей. При одинаковых диаметрах этих линий диаметр перемычки принимается на один сортамент ниже, чем диаметр соединяемых магистралей.

Диаметры труб сети, принятые для случая максимального водоразбора, при расчете на пропуск противопожарного расхода остаются прежними. При возросших  во время пожара расходах увеличатся скорости движения воды. При этом необходимо следить, чтобы скорости не превышали 2,5 м/с, иначе диаметр данного расчетного участка необходимо увеличить.

Предварительное распределение  расходов по участкам сети и принятые диаметры труб, а также соответствующие  им скорости движения воды для всех расчетных режимов приведены  в таблице 10.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 7 - Определение путевых расходов на расчетных участках

№ участков	Длина участка,  м	Путевые расходы, л/с
		при максимальном водоразборе	при пожаре
1-2	440	49,28	49,28
2-3	450	50,40	50,40
3-4	450	50,40	50,40
4-5	470	52,64	52,64
5-6	450	50,40	50,40
6-7	450	50,40	50,40
7-8	440	49,28	49,28
8-9	340	38,08	38,08
9-10	360	40,32	40,32
10-11	350	39,20	39,20
11-12	430	48,16	48,16
12-13	460	51,52	51,52
13-14	330	36,96	36,96
14-15	680	76,16	76,16
15-16	340	38,08	38,08
16-1	450	50,40	50,40
Итого:	6890	771,68	771,68