Гидравлический расчет водопроводной сети. Увязка сети по методу В.Г. Лобачева и М.М. Андреашева.

Целями расчёта водопроводной сети являются: определение экономически обоснованных диаметров труб; определение потерь напора в сети. Диаметры труб определяются по расчетным расходам на отдельных участках, пропускаемым сетью при ее работе в обычное время (при хозяйственно-питьевом и производственном водопотреблении). Потери напора в сети рассчитываются при работе сети в обычное время и при пожаре и используются в дальнейшем для определения напоров хозяйственно-питьевых и пожарных насосов и высоты водонапорной башни.

Водопроводную сеть с водонапорной башней в начале сети рассчитывают для двух случаев. В первом случае сеть рассчитывается на подачу максимального хозяйственно-производственного расхода, а во втором − на подачу максимального хозяйственно-питьевого и расчетного пожарного расхода воды. Водопроводную сеть с водонапорной башней в конце сети (сеть с контррезервуаром) рассчитывают для трех максимальных случаев: водоразбора в обычное время (без пожара), когда сеть питается с двух сторон − от насосов и от башни; транзита воды в башню (при минимальном водопотреблении); водоразбора при пожаре, т.е. с учетом расчетного пожарного расхода. Приводим гидравлический расчет сети с водонапорной башней в начале сети. Гидравлический расчет в обычное время (без пожара). Гидравлический расчет сети выполняется в следующем порядке. 1.Определяется равномерно распределенный расход, получаемый вычитанием сосредоточенных расходов из общего расхода в час максимального водопотребления:

где n – количество сосредоточенных отборов. 2. Определяется удельный расход воды, то есть доля равномерно распределенного расхода, приходящаяся на единицу длины водопроводной сети:

где l_j – длина каждого участка; m − количество участков; j − номер участка. 3. Определяются равномерно распределённые по длине участков путевые отборы:

.

4. Определяются узловые расходы воды, которыми заменяются равномерно распределенные путевые отборы: ,

где – сумма путевых отборов на участках, прилегающих к данному узлу.

Добавляются сосредоточенные расходы к узловым расходам. Следует заметить, что пункты 1-5 выполняются при расчете водопроводных сетей населенных пунктов. Для сетей промышленных предприятий отборы воды являются сосредоточенными, поэтому гидравлический расчет начинается с выполнения п. 6. 6. Предварительно распределяются расходы по участкам сети. Распределение выполняется при соблюдении следующего условия: сумма расходов воды, подходящих к каждому узлу, равна сумме расходов воды, отходящих от узла. Распределение расходов воды начинается от диктующей точки, т.е. конечной точки подачи воды. Перед распределением расходов необходимо наметить направление потоков в сети. 7. Определяются диаметры труб участков сети. Эта операция является одним из наиболее ответственных элементов расчета сети. Диаметры труб отдельных участков сети следует устанавливать в зависимости от расчетного расхода воды, проходящего по данному участку. Объемный расход воды, диаметр и средняя скорость движения воды связаны между собой уравнением неразрывности:

,

откуда .

Из соотношения (4.19) при заданных значениях Q и V можно определить диаметр. Скорость выбирается из технико-экономических соображений, сущность которых заключается в следующем. С увеличением скорости движения воды при заданном расходе, как следует из соотношения диаметр труб уменьшается. С другой стороны, при увеличении скорости движения воды увеличиваются потери напора в трубах и, следовательно, возрастает расход энергии на подачу воды потребителям. И, наоборот, с уменьшением скорости движения воды диаметр труб увеличивается, то есть увеличивается строительная стоимость системы водоснабжения. Обычно экономически выгодную скорость движения воды принимают в следующих пределах: − для малых диаметров V_э = 0,7–1 м/с; − для средних и больших диаметров V_э = 1–1,2 м/с. Как показывают исследования, указанный метод определения диаметров труб является довольно приближенным. Более точным методом определения диаметров труб, который широко применяется в России, является метод с использованием так называемого экономического факто- ра Э.

Экономический фактор учитывает стоимость электроэнергии, КПД насосных установок, стоимость строительства сети и водопроводных сооружений и т.п. Экономический фактор можно определить по формулам:

– для металлических труб

– для асбестоцементных труб

где – стоимость энергии; b – коэффициент стоимости сети. 8. Производится увязка сети. Для каждого кольца выбирается условно положительное направление. Если направление движения потока воды на участке совпадает с условно выбранным направлением, то потери напора на этом участке считаются положительными, а если не совпадают, то отрицательными. Увязать сеть – значит добиться выполнения следующих соотношений:

Здесь n – количество участков в кольце; m – количество расходов, подходящих к узлу и отходящих от него. Соотношение (4.22) для предварительно найденных расходов должно выполняться, так как оно использовалось при предварительном распределении расходов по участкам. Соотношение ) выполняется при увязке водопроводной сети, например, методом Лобачева-Кросса. Сущность метода Лобачева-Кросса состоит в следующем. Пусть для кольца

^, (4.24)

то есть . (4.25)

Величина ∆h называется невязкой.

Рис. 4.24. Элемент кольцевой сети Если ∆h > 0, то сумма условно положительных потерь напора больше отрицательных. Значит, чтобы уменьшить ∆h (приблизить к нулю), необходимо расходы на участках с условно отрицательными потерями напора увеличить на величину поправочного расхода, а на участках с условно положительными потерями напора − уменьшить. Если ∆h < 0, то, наоборот, расходы на участках с условно положительными потерями напора надо увеличить, а на участках с условно отрицательными уменьшить на величину поправочного расхода. Поправочный расход определяется по формуле

(4.26)

где s_i – сопротивление участка; q_i − расход воды по участкам.