Водоснабжение и водоотведения поселка

Трубопроводы в зависимости  от материала могут быть металлическими (стальными, чугунными, латунными и пр.) и неметаллическими (железобетонными, асбестоцементными, пластмассовыми и др.). От этого зависят шероховатость внутренней поверхности трубы и коэффициент гидравлического трения.

Водопроводные сети, по которым вода поступает потребителям, делятся на тупиковые и кольцевые [8].

Рис. 2.1 Схемы водопроводной сети

а — тупиковой; б — кольцевой; 1 — водонапорная башня; 2 — магистральные трубопроводы; 3 -распределительные трубопроводы; 4 — отводы; 5 –водопотребители.

 

2.1 Гидравлический  расчет тупиковой водопроводной  сети

 

Тупиковая сеть состоит из магистрального трубопровода, узлов и нескольких тупиковых ответвлений, причем каждый узел тупиковой сети питается от одной ветви, которая расположена выше по течению воды.

Потребление воды из сети в узловых  ее точках и в конечных точках называется узловыми расходами. Потребление воды на отдельных участках называется путевыми расходами. Расчетные расходы на отдельных участках сети называются линейными расходами и обозначаются q1-2, q2-3 и т.п.

Линейный (расчетный) расход для участка  сети определяется по формуле, причем за транзитный расход Qтр. принимают сумму всех расходов, забираемых из сети в конце этого участка и на последующих участка [8].

Qе= Qтр+ bQп, [2.1]

где Qп –путевой расход.

 

Расчет  тупиковой водопроводной сети состоит  из выбора основной магистрали, определения  диаметров участков и напоров в узловых точках.

Перед выполнением гидравлического расчета  сети проводят подготовительную работу:

• На сети выбирают наиболее удаленную и высоко расположенную точку. Считается, что если обеспечить подачу воды в эту точку, то все остальные точки снабжения могут быть обеспечены водой без особого труда. Линия от башни до выбранной точки называется магистралью (главной линией), а линии, отходящие от магистрали — ответвлениями. Ответвления бывают первого порядка — отходящие непосредственно от магистрали; второго порядка — отходящие от ответвлений первого порядка; третьего, четвертого и других порядков.

• Затем разветвленную сеть разбивают на расчетные участки, которые являются простыми трубопроводами. Расчетные участки обозначают двумя цифрами, этими же цифрами обозначают все величины, относящиеся к данному участку.
• В соответствии с планом местности устанавливают длины участков, отметки поверхности земли и отметки заложения трубопроводов в характерных точках (узлах).
• по известным узловым и путевым расходам определяют по формуле

 

Qрасч=Qузл, [2.2]

 

–для конечных участков сети.

 

Qрасч=Qт.р+Qузл, [2.3]

 

–для участков без путевого расхода.

 

Qрасч=Qт.р+055ql, [2.4]

–практическая формула.

Для решения  задачи по определению диаметра трубопроводов  и напора в начале сети должны быть заданы или определены:

-длины  участков трубопроводов;

-узловые  и, при наличии, путевые расходы  воды;

-отметки  трубопроводов в узловых точках;

-минимальные  допустимые напоры в концевых  точках рассматриваемой сети.

Последовательность  решения.

1. Устанавливают расчетные расходы отдельных участков. В этом случае удобно вести расчет «против течения воды» начиная с ответвлений высших порядков и заканчивая магистралью. При этом расходы ответвлений будут узловыми расходами по отношению к магистрали или к ответвлениям высшего порядка, а расчетные расходы в последующих участках — транзитными для предыдущих.
2. Ведут расчет магистрали.
1. Используя значения экономической скорости, вычисляют диаметры трубопроводов на всех участках магистрали по формуле:

 

d= √4Q/ПVэ. [2.5]

 

2. Для каждого участка магистрали по вычисленным диаметрам находят сначала расходные характеристики К, а затем потери напора по формуле.

 

hl=lQІ/KІ [2.6]

 

Начиная с конца магистрали последовательно  для каждого участка вычисляют напор в его начале по формуле:

 

(z1-z2)+(H1-H2)=h1 [2.7]

 

Этот  расчет целесообразно сопровождать построением пьезометрической линии. Величина Н₁ вычисленная последней, представляет собой уровень воды в водонапорной башне или служит основой для расчета насосной установки.

3. Ведут  расчет ответвлений. Поскольку  известны напоры в начале и конце ответвлений, их расчет принципиально отличается от расчета магистрали. Однако чаще всего расчет ведут аналогично расчету магистрали, только «по течению воды»; определяют напоры Н в концевых точках и сравнивают их с заданными Н_св. Как правило, в результате расчетов должно быть Нi > Н_св, если же окажется, что Нi < Н_св, значит, магистраль намечена неправильно и расчет следует выполнить заново, принимая новое направление магистрали.

Для задачи по определению диаметров трубопроводов  при известной разности напоров в начале и в конце разветвленной сети должны быть известны те же величины, а также величина напора воды в водонапорной башне.

Последовательность  решения.

1. Устанавливают расчетные расходы воды для всех участков разветвленной сети.
2. Ведут расчет магистрали.

2.1 Устанавливают располагаемые потери напора для всей магистрали

2.2 Находят средний гидравлический уклон для магистрали.

2.3 Вычисляют для каждого участка значение расходной характеристики.

2.4 По вычисленным значениям находят из таблиц диаметры 
трубопроводов, для чего выписывают для каждого участка в соответствии с сортаментом труб:

2.5 Для  указанных значений диаметров  для каждого участка 
вычисляют потери напора по формуле :

hl=lQІ/KІ [2.8]

 

2.6 Рассматривают различные комбинации найденных сортаментных диаметров. Если число участков магистрали a, то количество возможных комбинаций составляет 2Є. Из этого числа следует выбрать лишь те варианты, для которых сумма потерь напора по длине для всех участков магистрали равна или несколько меньше располагаемого напора:

 

Σhl ≤ (z1-z2) + (H1-Hсв.) [2.9]

 

2.7 Из выбранного числа вариантов необходимо остановиться 
на том, при котором трубы имеют меньшую массу, а следовательно, и меньшую стоимость. Величину меньшей суммарной массы косвенно можно охарактеризовать выражением

 

Σld = min. [2.10]

 

2.8 После окончательного выбора варианта необходимо установить напор в каждой точке магистрали по формуле:

 

hl=lQІ/KІ [2.11]

 

3 Расчет  ответвлений производят аналогично  расчету магистрали. В качестве располагаемого напора, с одной стороны, используют свободный напор в концевых точках Н_св, а с другой — вычисленные в предыдущем расчете напоры в узловых точках магистрали[4].

2.2 Гидравлический  расчет кольцевой водопроводной  сети

 

Кольцевые водопроводные сети представляют собой систему замкнутых, смежных  между собой колец-контуров. Такие  сети более надежны, чем тупиковые, так как в случае выхода из строя  какого-нибудь участка подачи воды в узловые точки может быть обеспечена по другим участкам. Кроме того, в кольцевой сети при разном водопотреблении в узловых точках в различное время суток возможно движение воды по некоторым участкам в разных направлениях, что невозможно в тупиковых водопроводных сетях.

В кольцевых сетях, в отличие  от тупиковых, заранее неизвестны величины и направления линейных расходов, поэтому при их расчете неизвестных  значительно больше, а сам расчет сложнее[1].

Задача  сводится к определению диаметров  труб всех участков сети и напора в  ее начале, когда заданы значения расходов в узловых точках, расположение и отметки трубопроводов, длины отдельных участков.

Первым, наиболее ответственным, этапом данной задачи является предварительное распределение потоков в кольцевых сетях. Казалось бы, целесообразно наметить движение воды так чтобы вода поступила в расчетные точки (узлы) наиболее коротким путем. Это обеспечило бы наименьшую длину и стоимость сети, но по характеру движения такая сеть обратилась бы в разветвленную тупиковую сеть. Для обеспечения надежности работы кольцевой сети должна быть предусмотрена взаимозаменяемость участков при аварии на одном из них. Распределение расходов по участкам кольцевой сети должно обеспечить необходимые узловые расходы и удовлетворять условию баланса расходов в каждом узле:

 

ΣQ= 0, [2.2.1]

где ΣQ - алгебраическая сумма расходов, притекающих к узлу (берутся со знаком плюс) и оттекающих из него (берутся со знаком минус).

Следующий этап расчета сводится к определению  диаметров трубопроводов исходя из экономической скорости по уравнению.

 

d= √4Q/ПVэ , [2.2.2]

 

Затем для каждого участка устанавливают  потери напора по длине по формуле.

 

hl=lQІ/KІ [2.2.3]

 

Сеть  считается увязанной (рассчитанной) если при данных расходах по ветвям кольцевой сети потери напора по одной ветви кольца равны потерям напора по другой его ветви:

 

Σhl =0 [2.2.4]

 

где Σhl -алгебраическая сумма потерь напора по кольцу.

Если  рассматривать движение воды относительно кольца то можно принять положительными потери напора, возникающие при движении воды по ходу часовой стрелки, а отрицательными -против хода часовой стрелки[4].

 

3. Трассировка водопроводной сетей

 

Проектирование  и расчет водоводов и водопроводных  сетей начинают с выбора и обоснования  трасс линий на плане. Водоводы и  сети трассируются исходя из условий  обеспечения требуемой надежности их работы и наименьшей строительной стоимости. Размещение линий водоводов  и сетей зависит от следующих  условий:

-местоположения  источников водоснабжения, характера  планировки населенного пункта или промышленного предприятия, расположения отдельных водопотребителей и т. п.;

-наличия  естественных и искусственных  препятствий для прокладки труб (реки, овраги, каналы, железнодорожные пути и т.д.);

-начертания  сети в плане (тупиковая или  кольцевая).

При трассировании  водопроводов предусматривают:

-расположение  сети на минимальном расстоянии  от водопитателя;

-прокладку  водовода по местности с минимальным  числом предприятий;

-прокладку  водовода в геологических условиях, обеспечивающих минимальные затраты средств на строительство;

-трассирование  водовода вблизи автодорог для  облегчения его обслуживания;

-возможность  организации зоны санитарной  охраны водовода;

-обход  пониженных участков местности.

Составление схемы водопроводной сети населенных пунктов начинают с определения  мест расположения водонапорной башни  или напорных резервуаров. Затем  наносят на план линии водопроводной сети с таким расчетом, чтобы они снабжали водой все жилые районы. Магистрали назначают из числа линий, расположенных в направлении движения основной массы воды и подающих воду к регулирующим емкостям. Они должны быть равномерно распределены по территории, охватывая все наиболее крупные водопотребители. Основные магистрали соединяют перемычками— обычно через 500—1000 м. К регулирующим емкостям вода должна подаваться не менее чем с двух сторон. Магистральные линии следует прокладывать по наиболее высоким точкам рельефа, что позволит снизить давление в трубах.

Глубину заложения водоводов и водопроводных  сетей необходимо принимать такую, чтобы исключить возможность замерзания воды в зимний период и нагрева ее в летнее время. При этом минимальная глубина заложения трубопроводов (от низа труб) должна быть на 0,3—0,5 м больше расчетной глубины промерзания грунта.

На  территории населенных пунктов водопроводные  линии следует располагать по обочинам дорог, прямолинейно и параллельно границам застройки.

На  водопроводной сети устраивают также  смотровые колодцы, в которых  установлены задвижки для отключения или включения отдельных участков распределительной сети, вантузы, гидранты, водоразборные колонки и другое оборудование. Колодцы устраивают из сборного железобетона (круглые в плане), а также из бетона и кирпича (круглые и прямоугольные).

Если  уровень грунтовых вод расположен выше дна колодца, то необходимо предусматривать  гидроизоляцию дна и стен колодца  на 0,5 м. выше этого уровня. Высота рабочей части колодцев должна быть не менее 1,5 м. [6].

4. Определение экономически наивыгоднейших диаметров

 

Гидравлически наивыгоднейшей называется такая форма поперечного сечения русла, которая при заданной площади сечения канала и шероховатости дает наибольшую пропускную способность [4].