Водоснабжение и водоотведения поселка

Диаметр трубы на участках сети зависят  от средней экономической скорости, соответствующей минимальным строительным и эксплуатационным затратам. Но так  как скорость может изменяться в  широких пределах, расчет будет не точным. Более точно экономически наивыгоднейших диаметр труб можно определить по приведенным затратам П, учитывающим срок окупаемости, неравномерность потребления электроэнергии, ежегодные отчисления на амортизацию, ремонт и другие изменяющиеся факторы. Приведенные затраты минимальны Пмин. при dэк.

 

dэк=Э^0,15 q^0,43 С^0,28 , [4.1]

 

где Э –экономический фактор.

 

Э=mσγ [4.2]

 

m –совокупность параметров, мало изменяющихся для данного района, зависящие от материала труб. σ –стоимость 1 кВт^.ч. γ –энергетический коэффициент, учитывающие отношение действительного расхода электроэнергии на транспортирование воды к расходу электроэнергии в течении срока окупаемости.

Также для определения диаметров  труб можно использовать формулу:

d=√4Q/ПV_эк. [4.3]

где Q –расчетный расход на участке; V_эк –экономически наивыгоднейшая скорость (0,75-1,5) м/с.

Диаметр полученный расчетом округляют до ближайшего стандартного.

Для окончательного выбора диаметров труб на участках необходимо провести анализ работы сети, при этом не должно быть резких переходов одного диаметра к другому, а также значительных отличий в скоростях движения. Последние рекомендуют, м/с: 0,7 для d<300 мм и 1...1.5 для d>300 мм. Минимальный диаметр труб в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения, объединенного с противопожарным, принимают 100 мм (СНиП 2.04.02-84) [5].

5. Определение  потерь напора.

 

Потери удельной энергии (напора), затрачиваемой на преодоление сопротивления  движению вязкости жидкости (гидравлических сопротивлений), слагаются из потерь 2-х видов:

1) Потерь напора на преодоление  гидравлических сопротивлений по  длине, пропорциональных длине  участков русла или трубы, по  которым движется жидкость,- потери  по длине

2) Потерь напора на преодоление  гидравлических сопротивлений в  пределах коротких участков в  непосредственной близости к  тем или иным местным конструктивным  устройствам труб, каналов (вход, выход, расширение, сужение, поворот,  трубопроводная арматура, фасонные  части и т.п.)- местных потерь  напора

Принимается, что общие потери напора в системе труб или русл равны сумме потерь напора по длине отдельных участков и всех местных потерь напора:

 

hтр=Σ hдл+Σ hм. [5.1]

 

Эти потери энергии (в данном случае удельной) обусловлены переходом механической энергии потока в тепловую. Процесс этот необратим.

Наличие гидравлических сопротивлений при  движении вязкой жидкости связано с  работой сил трения внутри жидкости. Только благодаря силам трения механическая энергия может перейти в теплоту.

Механизм  действия сил сопротивления очень  сложен. Аналитически пока не удалось получить универсальные соотношения для их вычисления. Потери напора по длине различны для разных видов движения. Поэтому при расчетах потерь напора используют, как правило, эмпирические зависимости.

Приведем  классификацию движений но характеру поля скоростей (ограничимся здесь только установившимся движением):

1. равномерное движение с постоянными по длине средней скоростью и эпюрой скоростей: ламинарное и турбулентное;
2. неравномерное движение с постоянной по длине средней скоростью и изменяющейся по длине эпюрой скоростей (участки стабилизации эпюры скоростей: ламинарное и турбулентное;
3. неравномерное плавно изменяющееся движение: ламинарное и турбулентное;
4. неравномерное движение с изменением средней скорости и эпюры скоростей в пределах коротких участков, обычно называемых местными сопротивлениями: ламинарное и турбулентное.

Различие кинематической структуры  для каждого из перечисленных видов движения определяет различие в расчетных зависимостях для потерь напора по длине.

1. Равномерное движение. Различие в характере поля скоростей при ламинарном и турбулентном движении сказывается и на виде зависимости потерь напора по длине от средней скорости.

2. Неравномерное движение с постоянной по длине средней скоростью (но с изменяющимся по длине распределением продольных составляющих местных скоростей по живому сечению, т. е. с изменяющейся по длине эпюрой скоростей) наблюдается в напорных трубопроводах на начальных участках.

При турбулентном режиме движения рассматривается распределение по живому сечению (эпюра) продольных осредненных скоростей и пульсационных добавок. На начальном участке, расположенном непосредственно за входом в трубу или канал, происходит изменение местных скоростей потока от начального (на входе) их распределения по живому сечению до распределения, соответствующего равномерному движению.

При плавном криволинейном входе  из достаточно большого резервуара в  трубу эпюра местных осредненных  скоростей в поперечных сечениях в створе будет весьма близкой к равномерной. Скорость непосредственно на стенке равна нулю. Тормозящее влияние сил вязкости приводит к трансформации эпюры скоростей. В начале трубы вблизи стенок образуется пограничный, симметричный относительно оси слой, в котором скорости при удалении от стенки увеличиваются. На длине начального участка в средней части поперечного сечения сохраняются практически постоянные скорости. Постепенно (вниз по течению) область постоянных скоростей уменьшается, а толщина пограничного слоя растет. Наконец, пограничный слой смыкается на оси трубы.

Толщина пограничного слоя в месте  смыкания при симметричном движении равна d/2 (d — диаметр трубы). В условиях, когда в трубе режим движения ламинарный, на всем протяжении начального участка поток будет ламинарным.

Если интенсивность турбулентности на входе в трубу мала, сначала образуется ламинарный пограничный слой, затем сравнительно небольшой участок с перемежающимся движением и, наконец, турбулентный пограничный слой. При сильно турбулизированном потоке на входе (например, за центробежным насосом, на входе с острой кромкой или за установленной на входе решеткой или сеткой) длина начального участка меньше, чем при ламинарном потоке.

Распределение каждого из параметров потока (осредненные скорости, турбулентные пульсации скорости, касательные  напряжения) принимает вид, соответствующий равномерному потоку, на участках разной длины.

Стабилизация  распределения по живому сечению  пульсационных составляющих скорости при турбулентном напорном движении в трубе заканчивается на расстоянии приблизительно 80 d.

3. Неравномерное плавно изменяющееся движение. При этом виде движения потери удельной энергии (напора) по длине часто рассчитывают по тем же формулам, что и потери по длине при равномерном движении.

Неравномерное движение с неплавным изменением средней скорости на коротких участках возникает обычно при протекании жидкости через конструктивные элементы.

При движении жидкости через конструктивные элементы труб и каналов (местные сопротивления) изменяются кинематические характеристики (как осредненные, так и пульсационные, если рассматривается турбулентное движение) по сравнению с движением, не возмущенным наличием местных конструктивных элементов в трубе (канале).

Если режим движения турбулентный, за местным возмущающим поток элементом отмечается повышенная пульсация скоростей и более интенсивное перемешивание частиц жидкости; могут произойти отрывы потока от ограничивающих поверхностей (стенок) и образоваться водоворотные зоны с циркуляционным движением жидкости.

По  мере удаления вниз по направлению  движения от возмущающих поток конструктивных элементов кинематическая структура потока постепенно стабилизируется и приходит к виду, характерному для невозмущенного равномерного движения.

При развитом турбулентном напорном движении в трубах приближенно принимают в зависимости от конкретных условий длину зоны влияния конструктивного элемента (30 - 60) d, где d — диаметр трубы.

Равномерное (стабилизированное или полностью  развитое) движение имеет место за пределами начального участка ниже по направлению движения или за пределами зоны влияния конструктивных элементов или устройств. При этом движении не изменяются по длине не только скорости, но и распределение местных осредненных и пульсационных скоростей по живому сечению.

В дополнение к сказанному выше отметим, что при  равномерном движении также неизменны по длине гидравлический уклон и касательные напряжения на стенке [9].

6. Увязка  сети

 

Различают внутреннюю (нахождение действительного  распределения расходов воды по ее участкам) и внешнюю (нахождение действительной подачи воды в сеть от насосов и  напорно-регулирующих резервуаров) увязку сети. По предварительно намеченным линейным расходам, как правило, это равенство  по отдельным кольцам не соблюдается. Одни линии колец оказываются  перегруженными, другие недогруженными, т. е так называемая "невязка". Для получения действительного распределения воды по сети - действительных величин линейных расходов - следует перераспределить потоки воды, т. е. разгрузить перегруженные линии и перебросить некоторый расход (поправочный) на недогруженные. Перераспределение производят до тех пор, пока невязки во всех кольцах не станут близкими нулю. Для практических целей обычно считают достаточным довести невязки по отдельным кольцам до 0,5 м, а по объемлющему контуру - до 1- 1,5 м. [4].

7. Расчет  водопроводной разводящей сети

 

7.1 Определение  расчетных расходов

 

Расчеты по водопотреблению состоят из определения:

-расчетного (среднего за год) суточного  расхода воды;

-расчетного  расхода воды в сутки наибольшего  водопотребления;

-секундного среднего расхода  воды в сутки наибольшего водопотребления;

-годового  водопотребления;

-расчетного  суточного расхода коммунальных  предприятий.

Удельное  среднесуточное (за год) водопотребление  на хозяйственно-питьевые нужды населения  принимают согласно нормативным  документам в зависимости от степени благоустройства застроек. Расходы воды на содержание и поение животных принимают также согласно нормативным документам.

Принято, что баней пользуются Р' = 30 % населения, разбирающего воду из колонок, при расходе воды на одного моющегося q'₀ = 180 л на одну помывку (СНиП 2.04.01-85). Баня работает Т = 200 дней в году. Число помывок в году п=40; прачечной пользуется Р" = 40 % всего населения. Количество сухого белья на одного жителя в год п" = 75 кг. Расходы воды на стирку одного килограмма белья принимают в механизированной прачечной q"₀= 75 л (СНиП 2.04.01-85). Прачечная работает Т = 200 дней в году; суточная норма расхода воды на одного больного q'"₀ = 115 л (СНиП 2.04.01-85); расход воды на полив зеленых насаждений, цветников и газонов согласно нормативным документам (СНиП 2.04.02-84).

Определение расчетных суточных расходов. Каждая категория потребителей за сутки расходует воды:

Q _{сут m}=Nq/1000 [7.1]

 

где Q_{cyт m} - расчетное (среднее за год) суточное водопотребление, м³/сут; N —расчетное число водопотребителей; q — удельное водопотребление на одного потребителя (средне суточное за год), л/сут. 
Расчетный расход воды (м³/сут) в сутки наибольшего водопотребления

 

Q_{сут. max}=K_{сут. max} Q_{сут. m} [7.2]

 

где K_сут.max — коэффициент суточной неравномерности водопотребления.

В расчетах расход воды на нужды местной промышленности и прочие неучтенные расходы принимают 10...20 % суммарного расхода на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта.

 

Таблица 7.1 – Определение расчетных суточных расходов воды.

Водопотребитель	Число единиц	Удельное водопот-ребление q, л/сут	Средний суточный (за год) расходов воды Qсут m, м3/сут	Коэффициент максимальной суточной неравномер-ности водопотреб-ления Ксут max	Расчет расход воды в сутки наибольшего водопотреб-ления Qсут max, м3/сут
Коммунальный сектор
Население, имеющее внутренний водопровод и канализацию, ванны и местные водонагреватели	4170 чел.	50	208,5	1,3	271,05
Итого:			208,5		271,05
Расход воды на нужды местной промышленности и прочие неучетные расходы (10 % от итого)			20,8		27,1
Итого:			229,3		298,15
Полив зеленых насаждений	2,7 га	40 м3/га	108	1	108
Промышленный сектор
Всего по населенному пункту			337,3		406,15