Розрахунок водогонів

6.  Розрахунок водогонів

Споруди для подачі води від джерела до об'єкту водопостачання називають водогонами (водопроводами).

Кількість ліній водогонів слід приймати з урахуванням категорії системи водопостачання і черговості будівництва (додаток 17). Приймаємо для другої категорії надійності дві лінії водогонів.

Водогони, як правило, розраховують на середню годинну витрату води на добу максимального водоспоживання. У нашому випадку цей об’єм водоспоживання дорівнює:

Q_год.ср. = Q^нп_{доб.макс.}/ 24 = 2349,1/24 = 97,88 м³/год,

q_ср. = 97,88 /3,6 = 27,2 л/с

Тому що водогонів два, то розрахункова витрата кожного водогону складе 13,6 л/с. Водогони виконаємо із чавунних труб. По додатку 12 виберемо середнє значення економічного фактора Э в залежності від географічного положення населеного пункту. Харківська область (див. завдання) перебуває на сході України, отже, Э =1. Відповідно до додатка 13 (чавунні труби) умовний діаметр водогонів приймаємо рівним 150 та 200 мм.

Визначимо втрати напору у водогонах при різних режимах водоспоживання.

При максимальному водоспоживанні населеного пункту від насосної станції другого підйому у водогони надходить 135,6 м³/год (див. мал.2), що відповідає 37,6л/с або 18,8 л/с на кожний водогін.

Втрати напору визначаємо по формулі 12.

h = K ´ A ´ q² ´ L, (12)

де: K - поправочний коефіцієнт, що залежить від швидкості руху води в трубопроводі і матеріалу трубопроводу; A -питомий опір трубопроводу; q - витрата води в трубопроводі; L - довжина трубопроводу.

Величину швидкості знайдемо з виразу n= q ´ m, де m = 4/pd².

Значення A і m приймаємо по додатку 15. Для чавунних труб діаметром 150 мм: m = 0,0548; A = 37,11 ´ 10^-6.

v = 18,8 ´ 0,0548= 1,03 м/с

Значення коефіцієнта К знайдемо з додатку 16, удавшись при необхідності до інтерполяції. К = 1,015.

h₁ = 1,015 ´ 37,11 ´ 10^-6 ´ 18,8² ´ 200 = 2,7 м

При пожежогасінні витрату води у водогонах необхідно збільшити на величину протипожежної витрати, прийнятого по додатку 11 (у нашім випадку можливо дві одночасних пожежі з витратою води на кожну пожежу q_пож. = 15 л/с). Витрата води в одному водогоні при гасінні пожеж складе 18,8 + 15 = 33,8 л/с.

v = 33,8 ´ 0,0548 = 1,85 м/с

К = 1,015

h₂ = 1,015 ´ 37,11 ´ 10^-6´ 33,8 ² ´ 200 =8,6 м

При прокладенні водогонів у дві або більше лінії із загальних водозабірних споруд, між водогонами влаштовують перемички, при цьому у випадку аварії на одному з водогонів подачу води на господарсько-питні потреби знижуємо на 30 % розрахункової витрати, а на виробничі потреби - за графіком (див. завдання).

q_ав. = 0,7 q_х.п.

q_ав. = 0,7 ´37,7= 26,39 л/с

Кількість перемичок між водогонами визначимо виходячи з умови рівності втрат напору у водогонах при нормальній експлуатації і при аварії на одному з водогонів. Для двох паралельних водогонів число ділянок перемикань при однаковому їхньому діаметрі й довжині можна визначити з рівняння:

n = 3 q_ав.² /( q² - q_ав² ), (13)

де: n – число ділянок перемикань; q_ав. - витрата води при аварії; q - витрата води при нормальній експлуатації.

n = 3 ´ 26,39 ²/ (37,7 ² - 26,39 ² ) = 1,92

Приймаємо дві ділянки перемикань.

7.  Гідравлічний розрахунок магістральної водогінної мережі

Гідравлічний розрахунок магістральної водогінної мережі у випадку розташування водонапірної башти на початку мережі проведемо для двох основних режимів роботи системи водопостачання:

Максимальна годинна витрата води на всі потреби населеного пункту на добу максимального водоспоживання; Те ж, але при гасінні пожеж.

7.1 Підготовка до гідравлічного розрахунку

Споживання води житловим сектором у міських водопроводах звичайно приймають за спрощеною схемою, що умовно допускає, що відбір води в житлові будинки відбувається рівномірно по довжині мережі. Тоді кількість води, що відбирається на кожній розрахунковій ділянці, буде пропорційно його довжині й наявності житлової забудови. Обидва ці фактори враховує так звана «умовна довжина» ділянки. При відсутності житлової забудови умовну довжину ділянки приймають рівної нулю. Якщо житлова забудова є тільки з однієї сторони ділянки, то умовну довжину ділянки приймають рівній геометричній довжині цієї ділянки. Якщо житлова забудова є із двох сторін від ділянки водогону, то умовну довжину ділянки рівна подвоєній геометричній довжині цієї ділянки.

Виходячи з вищевикладених допущень, можна обчислити питому шляхову витрату води, тобто витрату води, що відбирається з одиниці умовної довжини магістральної мережі:

Q_пит.шл. = q^жил.с. / SL _умов. , (14)

де q^жил.с. – розрахункова витрата води житлового сектора населеного пункту, таблиця 3 в л/с; SL _умов. - сума умовних довжин всіх ділянок магістральної водогінної мережі. q^жил.с. =26,25л/с,

SL _умов. =3280(Дані з таблиці 5, стовпець 5 ),

Q_пит.шл. =26,25/3280=0,008л/(с´м).

Витрата води, що забирається на потреби житлового сектора на кожній конкретній ділянці, зветься шляховою витратою води. Шляхові витрати води визначаємо по формулі:

q^m-n_шл. = q_пит.шл.L^m-n_умов. , (15)

де L^m-n_умов. – умовна довжина ділянок мережі.

q^1-2_шл. =0,008´400=3,2 л/(с´м). q^2-3_шл. =0,008´150=1,2 л/(с´м).

q^3-4_шл. =0,008´100=0,8 л/(с´м). q^4-5_шл. =0,008´280=2,24 л/(с´м).

q^5-6_шл. =0,008´120=0,96 л/(с´м). q^6-7_шл. =0,008´800=6,4 л/(с´м).

q^7-8_шл. =0,008´240=1,72 л/(с´м). q^8-9_шл. =0,008´140=1,12 л/(с´м).

q^9-10_шл.=0,008´100=0,8 л/(с´м). q^10-11_шл.=0,008´150=1,2 л/(с´м).

q^11-12_шл.=0,008´400=3,2 л/(с´м). q^12-1_шл.=0,008´400=3,2 л/(с´м).

Відбір води з магістральної мережі в суспільні будинки й промислові підприємства здійснюють із конкретних вузлів мережі. Такі відбори називають зосередженими відборами, а витрати води - зосередженими витратами води. Перенесемо у вигляді схеми трасу магістральної водогінної мережі з основними спорудами. На цій схемі для двох розрахункових режимів роботи системи вкажемо всі розрахункові відбори води з мережі (табл.3), крім житлового сектора. Відбір води на гасіння пожеж намітимо в самій несприятливій точці. Такою точкою буде найбільш віддалений вузол мережі - вузол 7.

Для зручності ведення розрахунків шляхові витрати води також заміняють зосередженими, тобто умовно вважають, що половину шляхової витрати забирають на початку ділянки, а половину наприкінці. Ці фіктивні зосереджені витрати води називають умовними вузловими витратами води.

Результати обчислень заносимо в табл.5 і представляємо у вигляді розрахункової схеми на мал.7.

Після обчислення вузлових водовідборів робимо попереднє (у першому наближенні) потокорозподілення по ділянках магістральної мережі. Напрямок потоків у кільці задаємо відповідно до схеми. Точку зустрічі потоків намічаємо у вузлі 5, як найбільш віддалену від початку мережі. Надалі цей вузол будемо іменувати вузлом, що диктує.

При визначенні розрахункових витрат води по ділянках мережі варто керуватися наступним положенням:

- для всіх вузлів мережі повинна виконуватися умова (перший закон Кірхгофа):

SQ _i = 0 (18)

Кількість води, що приходить у вузол, повинна дорівнювати кількості води, що виходить із цього вузла.

Розрахункові витрати води по ділянках мережі будемо визначати, рухаючись від вузла, що диктує, до початку мережі. Попередньо випишемо на розрахункову схему значення розрахункових вузлових витрат води. У вузлі, що диктує, значення розрахункових вузлових витрат у розглянутому прикладі складає 2,4535 л/с для першого розрахункового випадку і 32,4535 л/с для випадку пожежогасіння. Відповідно до першого закону Кірхгофа витрата води, що забирається з вузла, дорівнює сумі витрат води, що надходять у вузол. У першому наближенні будемо вважати, що половина розрахункової вузлової витрати, що забирається в точці, що диктує, приходить по ділянці 4-5 і половина по ділянці 5-6. Тоді розрахункова витрата води на ділянках, що примикають до вузла, що диктує, складе 1,2 л/с для першого розрахункового випадку й 16,2л/с для випадку пожежогасіння. Рухаючись від вузла, що диктує, до початку мережі, розрахункові витрати води на кожній ділянці одержуємо як суму транзитної витрати, що йде в наступну ділянку, і розрахункової вузлової витрати в кінцевому вузлі даної ділянки. Отримані в першому наближенні значення розрахункових витрат по ділянках мережі записуємо на розрахункову схему (мал.8)

Таблиця 5. Визначення розрахункових вузлових витрат для режимів максимального годинного водоразбору і максимального годинного водоразбору з пожежогасінням на добу максимального водоспоживання

Номера вузлів	Номера ділянок	Довжина ділянок, м	Роздача	Умовна довжина ділянок, м	Шляхова витрата, л/с	I розрахунковий випадок			II розрахунковий випадок
						q умов.вузл л/с	q зосер л/с	q р.вузл л/с	q умов.вузл л/с	q зосер л/с	q р.вузл л/с
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1						3,2		3,2	3,2		3,2
	1-2	200	2	400	3,2
2						2,2	0,32	2,52	2,2	0,32	2,52
	2-3	150	1	150	1,2
3						1		1	1		1
	3-4	100	1	100	0,8
4						1,52		1,52	1,52		1,52
	4-5	140	2	280	2,24
5						1,6	1,37	2,97	1,6	1,37	2,97
	5-6	120	1	120	0,96
6						3,78		6,35	3,78	2,57	6,35
	6-7	400	2	800	6,6
7						4,16	0,64	4,8	4,16	0,64+30,0	34,8
	7-8	120	2	240	1,72
8						1,42		1,42	1,42		1,42
	8-9	140	1	140	1,12
9						0,96	13,48	14,44	0,96	13,48	14,44
	9-10	100	1	100	0,8
10						1	1,68	2,68	1	1,68	2,68
	10-11	150	1	150	1,2
11						2,2	0,016	2,216	2,2	0,016	2,216
	11-12	200	2	400	3,2
12						3,2		3,2	3,2		3,2
	12-1	400	1	400	3,2
Разом:				3280	26,25	26,25	20,076	46,326	26,25	50,076	76,326