Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Определение суточных, часовых и расчетных расходов воды

1.1 Исходные данные

· Расчетное число жителей в населенном пункте, чел. 10000

· Степень санитарно-технического благоустройства зданий внутренний водопровод и канализация с централизованным горячим водоснабжением

· Этажность зданий: 5 этажей

· Источник водоснабжения: артезианская скважина

· Общественно-бытовые здания

А. Гостиница на 300 чел

Б. Детский сад на 100 чел.

В. Общежитие на 200 чел

Промышленное предприятие

· Норма потребления воды на единицу выпускаемой продукции 100 л.

· Количество выпускаемой продукции по сменам, в единицах

ь 1 смена 500

ь 2 смена 500

ь 3 смена 400

· Количество рабочих и служащих на промышленном предприятии, чел:

ь 1 смена 1000, из них в горячих цехах -300

ь 2 смена 1000, из них в горячих цехах -300

ь 3 смена 900, из них в горячих цехах -300

ь Количество рабочих, пользующихся душем -30%

· Допустимое снижение подачи воды на промышленное предприятие при аварии на одном из водоводов 30%

Расчетные расходы воды в рассматриваемом примере определим для режима максимального водопотребления.

Выбранные нормативные и полученные расчетные значения величин будем вносить в соответствующие таблицы.

1.2 Определение среднесуточных расходов воды

Среднесуточный расход воды на хозяйственно-питьевые и коммунальные нужды населенного пункта определим по формуле (1):

, (1)

где - среднесуточное удельное хозяйственно-питьевое потребление на одного жителя в л/сут, принимаемое по приложению 1 (Морозов В.И., 2004); - число жителей в населенном пункте на расчетный период.

Для зданий, оборудованных внутренним водопроводом и канализацией и имеющим централизованную систему горячего водоснабжения, в соответствии с приложением 1 норма потребления воды на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта лежит в пределах от 230 до 350 л/сут на одного жителя. Принимаем для Ростовской области 300 л/сут на жителя (на юге водопотребление больше, чем на севере). Согласно примечанию 4 приложения 1 до 40% воды подается по сетям теплоснабжения. Тогда норма холодной воды составит 60% от 300 л/сут, т.е. 180 л/сут на человека.

Число жителей по заданию составляет 10 000 человек.

.

Среднесуточный расход воды на общественные здания также определяем по формуле (1), где - норма расхода холодной воды в л/сут на одного посетителя (проживающего, учащегося), принимаемая по приложению 2; - расчетное за сутки число посетителей (проживающих, учащихся).

По заданию мы имеем три общественных здания, хотя в реальных условиях их количество достигает десятков и сотен тысяч единиц.

Среднесуточный расход воды на гостиницу на 300 человек:

.

Среднесуточный расход воды на детский сад на 90 человек:

.

Среднесуточный расход воды на общежитие на 300 человек:

.

Среднесуточный расход воды жилого сектора найдем, как разницу между расходом на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта и расходом на общественные здания.

.

Среднесуточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды промышленного предприятия по видам цехов находим, как сумму объемов воды, потребляемых в каждую смену и определяемых по формуле (1):

,

где - норма расхода холодной воды в л/сут на одного работающего по видам цехов, принимаемая по приложению 3; - число людей, работающих на предприятии в каждую смену по видам цехов.

Горячие цехи:

1 смена ;

2 смена ;

3 смена ;

.

Остальные цехи:

1 смена ;

2 смена ;

3 смена ;

.

Среднесуточный расход воды на производственные (технологические) нужды промышленного предприятия по видам цехов находим, как сумму объемов воды, потребляемых в каждую смену и определяемых по формуле (1):

где - норма расхода холодной воды в л на единицу выпускаемой продукции (100 л по заданию); - количество выпускаемой продукции по сменам (по заданию)

1 смена ;

2 смена ;

3 смена ;

.

Среднесуточный расход воды на пользование душем находят исходя из количества рабочих, пользующихся душем в максимальную смену и группы производственного процесса. Расчетное число человек на одну душевую сетку определяют исходя из санитарных характеристик производственного процесса (приложение 4). В нашем случае в максимальную смену работает 1000 человек, из них 30% пользуется душем. Согласно приложению 4 примем на одну душевую сетку 7 человек. Тогда потребное количество душевых сеток по формуле (2) будет равно:

, (2)

где - количество рабочих, пользующихся душем в максимальную смену; - расчетное число человек на одну душевую сетку.

Среднесуточный расход воды на душ определим из выражения (3):

, (3)

где - норма расхода воды на одну душевую сетку, равную 230 л/ч по холодной воде; - количество смен работы в сутки; - коэффициент, учитывающий время пользования душем (45 минут после окончания смены).

.

1.3 Определение максимальных и минимальных суточных расходов воды

Расчетные расходы воды в сутки наибольшего водопотребления на хозяйственно-питьевые и коммунальные нужды надлежит определять по формуле (4)

, (4)

где - коэффициент суточной неравномерности водопотребления, учитывающий уклад жизни населения, режим работы предприятий, степень благоустройства зданий, изменением водопотребления по сезонам года и дням недели. Согласно СНиП 2.04.01-85 .

Принимаем , т.к. заданная степень благоустройства зданий является наивысшей, а чем выше степень благоустройства, тем равномернее потребление воды в течение суток.

Для всех остальных категорий водопотребителей максимальное и минимальное суточное потребление воды можно принять равным среднему.

Результаты расчета сводим в таблицу 1.3.1

Таблица 1.3.1 Определение расчетных суточных расходов воды

Наименование водопотребителей	Измеритель	Норма потребления, л/сут	Количество Потребителей, шт	Qсут.ср	Qсут.max
				м3/сут
А. Жилой и коммунальный сектор	1 житель	230	10000	1800	1980
Гостиница	1 житель	90	300	27	29,7
Детский сад	1 ребенок	40	100	4	4,4
Общежитие	1 житель	70	200	14	15,4
Жилой сектор				1755	1930,5
Б.Промышленный сектор				209,2	209,2
Хоз.питьевые нужды Горячие цехи 1 смена 2 смена 3 смена Остальные цехи 1 смена 2 смена 3 смена	1 работающий	21 21 21 14 14 14	300 300 300 700 700 600	6,3 6,3 6,3 9,8 9,8 8,4	6,3 6,3 6,3 9,8 9,8 8,4
Технологические нужды 1 смена 2 смена 3 смена	Единица продукции	100 100 100	500 500 400	50 50 40	50 50 40
Расход воды на душ	1 душевая сетка	230	43	22,3	22,3
Всего по населенному пункту	А + Б	2009,2	2189,2

1.4 Определение расчетных часовых расходов воды

Распределение расходов воды по часам суток в населенном пункте, на промышленном предприятии, а также в общественных зданиях принимаем на основании расчетных графиков водопотребления. При этом постараемся избежать совпадения по времени максимальных отборов воды из сети на различные нужды. Например, объем воды, необходимый для пользования душем на промышленном предприятии будем запасать в специальных аккумулирующих баках. Расчетные графики водопотребления примем на основании опыта эксплуатации аналогичных объектов (населенных пунктов, промышленных предприятий, общественных зданий). Так, например, расчетные графики часового водопотребления на хозяйственно-питьевые нужды населения (жилой сектор) выберем по величине максимального коэффициента часовой неравномерности водопотребления:

, (5)

где - коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные условия. Согласно [2] . Для заданной степени благоустройства зданий (централизованное горячее водоснабжение) примем . - коэффициент, учитывающий количество жителей в населенном пункте, принимаемый по приложению 5 [1]. В нашем случае, для населенного пункта с числом жителей 10 тысяч человек коэффициент .

Для остальных водопотребителей в соответствии с нормами величину считают постоянной и не рассчитывают.

Режимы водопотребления для различных категорий водопотребителей приведены в приложениях 6-8. Они показывают распределение воды по часам суток от максимального суточного расхода в процентах. Тогда расход воды в каждый час суток можно определить по формуле:

, (6)

где - процент суточного потребления для конкретного часа суток.

Режим потребления воды на технологические нужды предприятия считаем равномерным в течение смены. Расчет производится при условии, что первая смена начинается в 8 часов утра.

Запас воды на душ создаем за счет накопления воды в баке-аккумуляторе. Время заполнения бака-аккумулятора принимаем равным 4 часам в течение каждой смены (приложение 9). Тогда часовой расход воды на пополнение запаса воды на душ будет равен:

. (7)

Заполнение баков - аккумуляторов будем проводить в часы, не совпадающие по времени с максимальными отборами воды из сети.

Суммируя по горизонтали расходы всех водопотребителей, получим распределение максимального суточного расхода населенного пункта по часам суток. Выделим строку, в которой часовой расход населенного пункта максимальный. Час, которому соответствует эта строка (с21 до 22 часов).

Все расчеты сводим в табл. 1.4.1. В графе 18 вычислены объемы воды, расходуемые населенным пунктом, нарастающим итогом. Эти данные нам потребуются при определении регулирующего объема бака водонапорной башни.

Суммируя по горизонтали расходы всех водопотребителей, получим распределение максимального суточного расхода населенного пункта по часам суток. Выделим строку, в которой часовой расход населенного пункта максимальный. Час, которому соответствует эта строка (с 21 до 22 часов), будет расчетным, а все расходы, входящие в эту строку, носят название расчетных расходов. По этим расходам производят гидравлический расчет магистральной водопроводной сети населенного пункта. Однако, максимальные часовые расходы отдельных потребителей могут быть больше расчетных. Поэтому для отдельных потребителей помимо расчетного расхода воды следует определять максимальный расход, по которому подбирают диаметры труб ответвлений, подающих воду из магистральной сети непосредственно к потребителю.

Полученные расчетные и максимальные расходы сведем в табл. 1.4.2.

Таблица 1.4.1 Определение расчетных часовых расходов воды

Часы суток	Жилой сектор	Гостиница	Детский сад	Общежитие	Промышленное предприятие	УQ предв.	Расход на душ	УQ оконч.	W
					Хоз.питьевые нужды	Техн. нужды
					Гор. Цехи	Ост.цехи
час	%	м3/час	%	м3/час	%	м3/час	%	м3/час	%	м3/час	%	м3/час	м3/час	м3/час	м3/час	м3/час	м3
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
0_1	2,44	47,1	0,2	0,06	-	-	0,15	0,02	12,05	0,76	6,25	0,53	6,25	54,72	-	54,72	54,72
1_2	1,36	26,25	0,2	0,06	-	-	0,15	0,02	12,05	0,76	12,5	1,05	6,25	34,39	1,86	36,25	90,97
2_3	1,26	24,32	0,2	0,06	-	-	0,15	0,02	12,05	0,76	12,5	1,05	6,25	32,46	1,86	34,32	125,29
3_4	1,36	26,25	0,2	0,06	-	-	0,15	0,02	12,05	0,76	18,75	1,58	6,25	34,92	1,86	36,78	162,07
4_5	1,61	31,08	0,5	0,15	-	-	0,15	0,02	12,05	0,76	6,25	0,52	6,25	38,78	1,86	40,64	202,71
5_6	2,75	53,09	0,5	0,15	-	-	0,25	0,04	12,05	0,76	12,5	1,05	6,25	61,34	-	61,34	264,05
6_7	4,13	79,73	3	0,89	5	0,22	0,3	0,05	12,05	0,76	12,5	1,05	6,25	88,73	-	88,73	352,78
7_8	5,33	102,9	5	1,49	3	0,13	30	4,62	15,65	0,99	18,75	1,58	6,25	117,83	-	117,83	470,61
8_9	6,42	123,94	8	2,38	15	0,66	6,8	1,05	12,05	0,76	6,25	0,6	8,125	136,855	-	136,855	607,465
9_10	6,24	120,46	10	2,97	5,5	0,24	4,6	0,71	12,05	0,76	12,5	1,23	8,125	134,255	-	134,255	741,72
10_11	5,52	106,56	6	1,78	3,4	0,15	3,6	0,55	12,05	0,76	12,5	1,23	8,125	119,005	-	119,005	860,725
11_12	4,92	94,98	10	2,97	7,4	0,33	2	0,31	12,05	0,76	18,75	1,84	8,125	108,985	-	108,985	969,71
12_13	3,82	73,75	10	2,97	21	0,92	3	0,46	12,05	0,76	6,25	0,6	8,125	86,665	1,86	88,525	1058,235
13_14	3,58	69,11	6	1,78	2,8	0,12	3	0,46	12,05	0,76	12,5	1,23	8,125	81,465	1,86	83,325	1141,56
14_15	3,32	64,09	5	1,49	2,4	0,11	3	0,46	12,05	0,76	12,5	1,23	8,125	76,155	1,86	78,015	1219,575
15_16	4,06	78,38	8,5	2,52	4,5	0,2	3	0,46	15,65	0,99	18,75	1,84	8,125	92,315	1,86	94,175	1313,75
16_17	4,51	87,07	5,5	1,63	4	0,18	4	0,62	12,05	0,76	6,25	0,6	7,5	98,18	1,86	100,04	1413,79
17_18	4,29	82,82	5	1,49	16	0,7	3,6	0,55	12,05	0,76	12,5	1,23	7,5	94,35	1,86	96,21	1510
18_19	5,72	110,42	5	1,49	3	0,13	3,3	0,51	12,05	0,76	12,5	1,23	7,5	121,91	1,86	123,77	1633,77
19_20	5,7	110,04	5	1,49	2	0,09	5	0,77	12,05	0,76	18,75	1,84	7,5	122,4	-	122,4	1756,17
20_21	6,07	117,18	2	0,59	2	0,09	2,6	0,4	12,05	0,76	6,25	0,6	7,5	127,03	-	127,03	1883,2
21_22	6,67	128,76	0,7	0,21	3	0,13	18,6	2,86	12,05	0,76	12,5	1,23	7,5	141,32	-	141,32	2024,52
22_23	5,88	113,51	3	0,89	-	-	1,6	0,25	12,05	0,76	12,5	1,23	7,5	124,14	-	124,14	2148,66
23_24	3,04	58,69	0,5	0,15	-	-	1	0,15	15,65	0,99	18,75	1,84	7,5	69,32	1,86	71,18	2219,84
ИТОГО	100	1930,5	100	29,7	100	4,4	100	15,4	300	18,93	300	28,01	175	2197,52	22,32

Таблица 1.4.2 Расчетные и максимальные расходы воды в сутки максимального водопотребления

Наименование потребителей	Расчетные расходы воды	Максимальные расходы воды
	м3/ч	л/с	м3/ч	л/с
1	2	3	4	5
Жилой сектор	128,76	35,77	128,76	35,77
Гостиница	0,21	0,06	2,97	0,825
Детский сад	0,13	0,04	0,92	0,256
Общежитие	2,86	0,79	4,62	1,283
Промышленное предприятие	9,49	2,64	10,955	3,043
Населенный пункт	141,32	39,26	141,32	39,26

Для удобства последующих вычислений расходы воды в табл. 3 приведены в м3/ч и в л/с (1 л/с = 3,6 м3/ч).

2. Построение графика водопотребления по часам суток для населенного пункта

График водопотребления по часам суток для населенного пункта строим, откладывая по оси ординат часы суток, а по оси абсцисс часовые расходы воды в населенном пункте (табл. 1.4.1, столбец 17). Построенный график приведен на рис. 2.1

Рисунок 2.1 График водопотребления по часам суток для населенного пункта насосными станциями

Таблица 2.1 Водопотребление по часам суток для населенного пункта

Часы	Водопотребление м3/час	Насосы1 м3/час	Насосы 3 м3/час
1	2	3	4
1	54,72	42,69	92,49
2	36,25	42,69	92,49
3	34,32	42,69	92,49
4	36,78	42,69	92,49
5	40,64	42,69	92,49
6	61,34	42,69	92,49
7	88,73	85,38	92,49
8	117,83	128,07	92,49
9	136,855	128,07	92,49
10	134,255	128,07	92,49
11	119,005	128,07	92,49
12	108,985	128,07	92,49
13	88,525	85,38	92,49
14	83,325	85,38	92,49
15	78,015	85,38	92,49
16	94,175	85,38	92,49
17	100,04	85,38	92,49
18	96,21	85,38	92,49
19	123,77	128,07	92,49
20	122,4	128,07	92,49
21	127,03	128,07	92,49
22	141,32	128,07	92,49
23	124,14	128,07	92,49
24	71,18	85,38	92,49

3. Определение режима работы насосных станций

Насосная станция первого подъема подает воду из источника на очистные сооружения, поэтому для насосной станции первого подъема (НС I) режим работы в течение суток назначаем равномерным.

, (8)

где - максимальный суточный расход населенного пункта.

Для насосной станции второго подъема (НС II) график подачи воды, по возможности, должен совпадать с графиком водопотребления населенного пункта.

Анализирия график водопотребления примем три расчетных режима работы НС II (может быть и меньше и больше). Первый режим - минимальная подача воды в период с 0 до 6 часов. Второй режим - средняя подача в периоды с 6 до 7, с 12 до 18 и с 23 до 24 часов. Третий режим - максимальная подача воды в период с 7 до 12 и с 18 до 23 часов. Соотношение между подачами примем:

;

Эти соотношения могут быть и иными, но, при ипользовании одинаковых насосов, кратными 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5 и т.д. Например, если при минимальной подаче будет работать два насоса, а при максимальной - пять, то соотношение между подачами составит 2,5.

Подачу одного насоса определим по формуле

, (9)

где - количество работающих насосов; - время работы данного количества насосов в часах в течение суток.

В первом приближении будем считать, что минимальную подачу осуществляет один насос, тогда при средней подаче необходимо два насоса, а при максимальной - три.

.

Принятые графики подачи насосных станций приведены на рис. 2.1.

4. Определение вместимости резервуаров чистой воды и объема бака водонапорной башни

4.1 Определение вместимости резервуаров чистой воды

Вместимость резервуаров чистой воды (РЧВ) найдем, как сумму трёх объемов воды: регулирующего объема, запасного объема на собственные нужды очистных сооружений и неприкосновенного запасного объема на противопожарные нужды.

Регулирующий объем определяем, сопоставляя приток воды в РЧВ (подача НС I) и отбор воды из РЧВ (подача НС II). Расчет проводим табличным способом (табл. 4). Заносим в графу 3 в интегральном (суммарном) виде подачу НС I, а в графу 4 - НС II. Разница между ними дает нам текущее значение объема воды аккумулированного в резервуарах чистой воды. Искомый регулирующий объем получим, как сумму максимального положительного и максимального отрицательного (по абсолютной величине) значений текущего объема воды в резервуарах. Отрицательных или положительных значений может и не быть.

.

Запасной объем воды на собственные нужды очистных сооружений ориентировочно примем равным 7% от суточного потребления воды:

.

Неприкосновенный запас воды на противопожарные нужды найдем по формуле:

, (10)

где - максимальная сумма потребления воды за три часа подряд (по графику водопотребления это период с 7 до 10 часов); - расчетное количество одновременных пожаров (прилож. 11); - расчетный расход воды на наружное пожаротушение в л/с (прилож. 11); - подача насосной станции первого подъема в м3/ч.

.

.

4.2 Определение числа и размеров резервуаров чистой воды

Число резервуаров должно быть, по возможности, наименьшим, но не менее двух. По приложению 10 подбираем количество и размеры подходящих по объему типовых резервуаров для воды. Выбираем два круглых резервуара из монолитного железобетона вместимостью по 400 м3 каждый. Диаметр резервуаров 13 м, высота 3,7 м. Резервуары делают полузагубленными с защитной насыпью сверху. В соответствии с расчетной схемой резервуара (рис. 2) определим максимально возможную глубину воды в нем и проведем высотную привязку.

Максимальная глубина воды в резервуаре:

.

Отметка поверхности земли в месте расположения резервуаров, согласно плану населенного пункта (в задании), составляет 73,5 м. Отметка дна резервуара будет равна:

.

Отметка максимального уровня воды:

.

Рисунок 4.2.1 Расчетная схема резервуара чистой воды

4.3 Определение вместимости бака водонапорной башни

Вместимость бака водонпорной башни (ВБ) определяем, как сумму регулирующего объема и запасного объема воды на пожаротушение.

Регулирующий объем определим, сопоставляя приток воды в ВБ (подача НС II) и отбор воды из ВБ (потребление воды населенным пунктом).

Расчет проводим табличным способом (табл. 4). Заносим в графу 2 в интегральном виде потребление воды населенным пунктом (значение столбца 18 табл. 2). Подача НС II написана в графе 4. Разница между ними дает нам текущее значение объема воды, который должен быть в баке ВБ. Искомый регулирующий объем получим, как сумму максимального положительного и максимального отрицательного (по абсолютной величине) значений текущего объема воды в баке.

.

Объем воды на пожаротушение, запасаемый в баке водонапорной башни, должен обеспечивать десятиминутное тушение одного наружного и одного внутреннего пожара при одновременном наибольшем расходе воды на другие нужды населенного пункта:

, (11)

где - расчетный расход воды на наружное пожаротушение, принимаемый согласно приложению 11 (в нашем случае, 15 л/с); - расчетный расход воды на внутреннее пожаротушение, принимаемый (согласно СНиП, равен 2,5 л/с); - максимальный расход населенного пункта, равный (по табл. 3).

.

.

4.4 Определение размеров бака водонапорной башни

Резервуар или бак водонапорной башни обычно делают цилиндрическим. Максимальную глубину воды в баке определяют по зависимости:

(12)

Отношение наибольшей глубины воды в баке к диаметру бака лежит в пределах от 0,8 до 1,2. В первом приближении примем это соотношение равным 1. Тогда и формула примет вид

; (13)

;

.

;

.

Рисунок 4.4.2 Расчетная схема бака водонапорной башни

5. Трассирование магистральной водопроводной сети. Определение местоположения водопроводных сооружений

Магистральную водопроводную сеть проектируем кольцевой так, чтобы она равномерно охватила районы жилой застройки населенного пункта.

Магистральную сеть прокладываем по кратчайшему направлению вблизи автодорог и проездов, прямолинейно, параллельно линиям застройки. Пересечение проездов выполняем под прямым углом.

Местоположение водозаборных сооружений (артезианская скважина) у нас задано. Насосную станцию первого подъема совмещаем со скважиной. Очистные сооружения, резервуары чистой воды и насосную станцию второго подъема располагаем в непосредственной близости от насосной станции первого подъема. Водонапорные башни устанавливаем в начале магистральной водопроводной сети, желательно на высоких отметках местности.

На план населенного пункта наносим трассу магистральной сети и обозначаем местоположение водопроводных сооружений (рис. 5.1).

Сосредоточенные отборы воды из магистральной сети на нужды общественных зданий и промышленного предприятия намечаем на перекрестках улиц в непосредственной близости от них.

Магистральное кольцо разбиваем на расчетные участки, узловые точки которых устанавливаем в местах сосредоточенного отбора воды из сети и на перекрестках улиц, но не более, чем через 400…600 метров. Узловые точки нумеруем по часовой стрелке, начиная с водонапорной башни.

Намечаем направление движения воды в магистральной сети и назначаем точку встречи потоков (диктующую точку). Как правило, это будет узловая точка, наиболее удаленная от начала сети. В нашем случае такой точкой будет узел 6.



Рисунок 5. План населенного пункта с трассой магистральной сети и обозначением местоположения водопроводных сооружений

6. Расчет водоводов

Сооружения для транспортировки воды от источника к объекту водоснабжения называют водоводами.

Количество линий водоводов надлежит принимать с учетом категории системы водоснабжения и очередности строительства (приложение 17). Принимаем для второй категории надежности две линии водоводов.

Водоводы, как правило, рассчитывают на средний часовой расход в сутки максимального водопотребления.

В нашем случае этот расход равен:

,

.

Так как водоводов два, то расчетный расход каждого водовода составит . Водоводы выполним из стальных труб. По приложению 12 выберем среднее значение экономического фактора в зависимости от географического положения населенного пункта.

Ростовская область находится на юге России, следовательно, . В соответствии с приложением 13 (стальные трубы) условный диаметр водоводов принимаем равны.

Определим потери напора в водоводах при различных режимах водопотребления.

При максимальном водопотреблении населенного пункта от насосной станции второго подъема в водоводы поступает (по рис. 2.1), что соответствует или на каждый водовод.

Потери напора определяем по следующей формуле:

, (14)

где - поправочный коэффициент, зависящий от скорости движения воды в трубопроводе и материала трубопровода; - удельное сопротивление трубопровода; -расход воды в трубопроводе; - длина трубопровода.

Величину скорости найдем из выражения

где .

Значение и принимаем по приложению 15. Для стальных труб диаметром: ; .

.

Значение коэффициента найдем из приложения 16:.

.

При пожаротушении расход воды в водоводах необходимо увеличить на величину противопожарного расхода, принимаемого по приложению 11 (в нашем случае возможно два одновременных пожара с расходом воды на каждый пожар ).

Расход воды в одном водоводе при тушении пожаров составит

.

.

.

.

При прокладке водоводов в две или более линий и общих водозаборных сооружений, между водоводами устраивают переключения, при этом в случае аварии на одном из водоводов подачу воды на хозяйственно-питьевые нужды снижаем на 30% расчетного расхода, а на производственные нужды - по аварийному графику (по заданию 30%).

;

.

Количество переключений (перемычек) между водоводами определим исходя из условия равенства потерь напора в водоводах при нормальной эксплуатации и при аварии на одном из водоводов. Для двух параллельных водоводов число участков переключений при одинаковом их диаметре и длине можно определить из уравнения:

, (15)

где - число участков переключений; - расход воды при аварии; расход воды при нормальной эксплуатации.

.

Принимаем три участка переключений.

7. Гидравлический расчет магистральной водопроводной сети

Гидравлический расчет магистральной водопроводной сети в случае расположения водонапорной башни в начале сети проведем для двух основных режимов работы системы водоснабжения:

1. Максимальный часовой расход воды на все нужды населенного пункта в сутки максимального водопотребления;

2. Максимальный часовой расход воды на все нужды населенного пункта в сутки максимального водопотребления, но с учетом тушения пожаров.

7.1 Подготовка к гидравлическому расчету

Потребление воды жилым сектором в городских водопроводах обычно принимают по упрощенной схеме, которая условно допускает, что отбор воды в жилые здания происходит равномерно по длине сети. Тогда количество воды, отбираемое на каждом расчетном участке, будет пропорционально его длине и наличию жилой застройки. Оба эти фактора учитывает т.н. «условная длина» участка. При отсутствии жилой застройки условную длину участка принимаем равной нулю. Если жилая застройка имеется только с одной стороны участка, то условную длину участка принимают равной геометрической длине этого участка. Если жилая застройка имеется с двух сторон от участка, то условную длину участка принимают равной удвоенной геометрической длине этого участка.

Исходя из вышеизложенных допущений, можно вычислить удельный путевой расход воды, т.е. расход воды, отбираемый с единицы условной длины магистральной сети:

, (16)

где - расчетный расход воды жилого сектора населенного пункта; - сумма условных длин всех участков магистральной водопроводной сети.

Расход воды, забираемый на нужды жилого сектора на каждом конкретном участке, носит название путевого расхода воды. Путевые расходы воды определяем по формуле:

, (17)

где - условная длина участков сети.

Отбор воды из магистральной сети в общественные здания и промышленные предприятия осуществляют из конкретных узлов сети. Такие отборы называют сосредоточенными отборами, а расходы воды - сосредоточенными расходами воды.

Перенесем в виде рис. 7.2.1 трассу магистральной водопроводной сети с основными сооружениями. На этой схема для двух расчетных режимов работы системы укажем все расчетные отборы воды из сети (табл. 1.4.2), кроме жилого сектора. Отбор воды на тушение пожаров наметим в самой неблагоприятной точке. Такой точкой будет наиболее удаленный узел сети - узел 6.



Рисунок 7.2.1 Расчетная схема трассы магистральной водопроводной сети с основными сооружениями (сосредоточенные расходы воды), где «а» - режим максимального водопотребления, а «б» - режим максимального водопотребления, с учетом пожаров

Для удобства ведения расчетов путевые расходы воды также заменяют сосредоточенными, т.е. условно считают, что половину путевого расхода забирают в начале участка, а половину в конце. Эти фиктивные сосредоточенные расходы воды называют условными узловыми расходами воды.

, (18)

Расчетный узловой расход воды:

, (19)

Результаты вычислений заносим в табл.7.1.1 и представляем в виде расчетной схемы на рис.7.1.2.

Таблица 7.1.1 Определение расчетных узловых расходов для режимов максимального часового водоразбора и максимального часового водоразбора с пожаротушением в сутки максимального водопотребления

Номера узлов	Номера участков	Длина участков	Раздача	Условная длина участков	Путевой расход	1 расчетный случай	2 расчетный случай
						q усл. узл.	q соср.	q расч. узл	q усл. узл.	q соср.	q расч. узл
		м		м	л/с	л/с	л/с	л/с	л/с	л/с	л/с
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1						3,555		3,555	3,555		3,555
	1_2	285	1	285	3,25
2						3,555	0,04	3,595	3,555	0,26	3,815
	2_3	190	2	380	3,86
3						2,895		2,895	2,895		2,895
	3_4	190	1	190	1,93
4						1,93		1,93	1,93		1,93
	4_5	190	1	190	1,93
5						2,895	2,64	5,535	2,895	3,04	5,935
	5_6	190	2	380	3,86
6						4,825		4,825	4,825	30	34,825
	6_7	285	2	570	5,79
7						4,825	0,06	4,885	4,825	0,83	5,655
	7_8	190	2	380	3,86
8						2,895		2,895	2,895		2,895
	8_9	190	1	190	1,93
9						1,93		1,93	1,93		1,93
	9_10	190	1	190	1,93
10						2,895	0,79	3,685	2,895	1,28	4,175
	10_1	190	2	380	3,86
ИТОГО	3135	32,2	32,2	3,53	35,73	32,2	5,41	37,61

Рисунок 7.1.2 Расчетная схема магистральной водопроводной сети (расчетные узловые расходы воды), где «а» - режим максимального водопотребления, а «б» - режим максимального водопотребления, с учетом пожаров

После вычисления узловых водоотборов производим предварительное (в первом приближении) потокораспределение по участкам магистральной сети. Направление потоков в кольце задаем согласно схеме. Точку встречи потоков намечаем в узле 6, как наиболее удаленном от начала сети. В дальнейшем этот узел будем именовать диктующим узлом.

При определении расчетных расходов воды по участкам сети следует руководствоваться следующим положением:

· для всех узлов сети должно выполняется условие (первый закон Кирхгофа)

, (20)

Количество воды, приходящее в узел, должно быть равно количеству воды, выходящему из этого узла. Расчетные расходы воды по участкам сети будем определять, двигаясь от диктующего узла к началу сети. Предварительно выпишем на расчетную схему значения расчетных узловых расходов. В диктующем узле значения расчетных узловых расходов в рассматриваемом примере равны для первого расчетного случая и для случая пожаротушения. В соответствии с первым законом Кирхгофа расход воды, забираемый из узла, равен сумме расходов воды, поступающих в узел. В первом приближении будем считать, что половина расчетного узлового расхода, забираемого в диктующей точке, приходит по участку 5-6 и половина по участку 6-7. Тогда расчетный расход воды на участках, примыкающих к диктующему узлу составит для первого расчетного случая и для случая пожаротушения.

Двигаясь от диктующего узла к началу сети, расчетные расходы воды на каждом участке получаем как сумму транзитного расхода, уходящего в последующий участок, и расчетного узлового расхода в концевом узле данного участка.

Полученные в первом приближении значения расчетных расходов по участкам сети записываем на расчетную схему рис.7.1.3.

Рисунок 7.1.3 Расчетная схема магистральной водопроводной сети (расчетные узловые расходы воды и расчетные расходы воды по участкам сети ), где «а» - режим максимального водопотребления, а «б» - режим максимального водопотребления, с учетом пожаров

7.2 Гидравлический расчет

Гидравлический расчет водопроводной сети сводится к выбору экономически наивыгоднейших диаметров труб и определению потерь напора на её участках. Вычисленные потери напора используются затем для расчета высоты водонапорной башни и потребного напора насосов, питающих водопроводную сеть.

Начнем с определения диаметров труб. Магистральную водопроводную сеть будем изготовлять из асбестоцементных водопроводных труб (диаметры труб не более 500 мм). Заполним последовательно в табл. 7.2.1 и 7.2.2. столбцы 1; 2 и 4. При заполнении таблицы выделим участки с движением воды по часовой стрелке и против часовой стрелки. Для первого расчетного случая по приложению 14 (асбестоцементные трубы) в зависимости от экономического фактора Э () и расчетных расходов воды по участкам сети назначим условные диаметры труб. Не забываем, что диаметр труб магистральной сети согласно [2] должен быть не менее 100 мм. Выбранные диаметры заносим в столбец 3. Во втором расчетном случае (тушение пожаров) расчетные расходы по участкам сети больше, следовательно, больше будут и потери напора. Чтобы избежать чрезмерного (свыше 60 м) свободного напора в сети, необходимо на отдельных участках сети диаметр труб увеличить. Также сравним расчетные расходы воды по участкам сети для рассматриваемых режимов работы системы водоснабжения. Если при тушении пожаров расчетный расход возрастает более чем в 2,5 раза, то диаметр труб можно увеличить на один размер по сортаменту. В моём варианте диаметры труб увеличивать не нужно.

Потери напора на отдельных участках сети определяем по формуле 12. Величину скорости находим из выражения

где . Значения , и берем из приложений 15 и 16.

Вычисляем и заносим в столбец 8 произведения , которые потребуются в дальнейшем для определения поправочных расходов воды.

Проверим нашу сеть на соответствие второму закону Кирхгофа:

, (21)

Сумма потерь напора на участках с движением воды по часовой стрелке должна быть равна сумме потерь напора на участках с движением воды против часовой стрелки. В практических расчетах считается допустимой невязка потерь напора не более 0,3 м для первого расчетного случая и не более 0,5 м для случая пожаротушения.

В рассматриваемом примере:

;

.

Невязка потерь напора не превышает допустимую невязку, следовательно, заданное в первом приближении потокораспределение соответствует реальности. Результаты расчета удовлетворяют всем условиям. Гидравлический расчет завершен.

Таблица 7.2.1 Гидравлический расчет кольцевой магистральной сети в режиме максимального часового водосбора в сутки максимального водопотребления.

Номера участков	Длина участков	Диаметр труб	Предварительное распределение расходов
			qp	v	K	A	KAqpl	h
	м	мм	л/с	м/с		10_-6		м
1_2	285	150	16,37	1,04	0,9944	31,55	0,146	2,39
2_3	190	150	12,775	0,81	1,0322	31,55	0,079	1,01
3_4	190	125	9,88	0,89	1,0178	76,08	0,145	1,43
4_5	190	125	7,95	0,71	1,0544	76,08	0,121	0,96
5_6	190	100	2,415	0,31	1,2876	187,7	0,111	0,27
ИТОГО:	0,602	6,06
6_7	285	100	2,415	0,31	1,2101	187,7	0,156	0,38
7_8	190	125	7,3	0,65	1,069	76,08	0,113	0,82
8_9	190	125	10,195	0,91	1,0141	76,08	0,149	1,52
9_10	190	125	12,25	1,10	0,986	76,08	0,175	2,14
10_1	190	150	15,81	1,01	0,9985	31,55	0,095	1,5
ИТОГО:	0,688	6,36

Таблица 7.2.2 Гидравлический расчет кольцевой магистральной сети в режиме максимального часового водосбора и пожаротушения в сутки максимального водопотребления

Номера участков	Длина участков	Диаметр труб	Предварительное распределение расходов
			qp	v	K	A	KAqpl	h
	м	мм	л/с	м/с		10_-6		м
1_2	285	200	31,358	1,12	0,9835	6,898	0,043	1,35
2_3	190	200	27,773	0,99	1,0015	6,898	0,038	1,06
3_4	190	150	24,878	1,58	0,9375	31,55	0,11	2,74
4_5	190	150	22,95	1,46	0,9475	31,55	0,103	2,36
5_6	190	125	17,413	1,56	0,9392	76,08	0,156	2,72
ИТОГО:	0,45	10,23
6_7	285	125	17,413	1,56	0,9392	76,08	0,156	2,72
7_8	190	150	22,298	1,42	0,9512	31,55	0,1	2,23
8_9	190	200	21,193	0,75	1,045	31,55	0,14	2,97
9_10	190	200	27,13	0,97	1,0047	6,898	0,038	1,03
10_1	190	200	30,808	1,1	0,986	6,898	0,042	1,29
ИТОГО:	0,476	10,24

8. Построение линий пьезометрических высот

Разбор воды большинством потребителей происходит на некоторой высоте над поверхностью земли, в связи, с чем в водопроводной сети должно поддерживаться определенное давление. Пьезометрическая высота, обеспечивающая нормальные условия эксплуатации водопровода, носит название свободного напора. Иначе говоря, свободный напор это расстояние от поверхности земли до пьезометрической линии. Минимальный свободный напор для населенных пунктов при максимальном хозяйственно-питьевом водопотреблении принимают [2, п.2.26]: при одноэтажной застройке не менее 10 м над поверхностью земли, при большей этажности на каждой этажности следует добавлять 4 м. В период тушения пожаров свободный напор в сети должен быть не менее 10 м, независимо от этажности зданий [2, п.2.30]. Максимальный напор хозяйственно-питьевого водопровода не должен превышать 60 м [2, п.2.28], в противном случае необходима установка регуляторов давления или зонирование системы водоснабжения.

Перед построением пьезометрических линий необходимо нанести на чертеж продольный профиль поверхности земли по трассе водопроводной сети. Трассу водопроводной сети намечаем от насосной станции второго подъема по водоводам и далее по полукольцу магистральной сети до диктующей точки (выбираем то полукольцо, где сумма потерь напора больше).

Построение пьезометрических линий намечаем от конца сети (от диктующей точки). Принимаем свободный напор в диктующей точке равным минимальному. Для режима максимального хозяйственно-питьевого водопотребления

где - количество этажей.

В варианте 10 этажность зданий равна 5 этажам.

.

Для режима пожаротушения .

Добавив к отметке поверхности земли в диктующей точке значения минимальных свободных напоров, получим начальные отметки линий пьезометрических высот. Двигаясь последовательно по участкам сети к водонапорной башне и добавляя к полученным ранее отметкам пьезометрических линий потери напора на каждом из участков (табл. 6 и 7), строим две линии пьезометрических высот. Свободный напор в узлах магистральной сети определяем разность между отметками пьезометрических линий и поверхности земли. Свободный напор в точке расположения водонапорной башни (в режиме максимального хозяйственно-питьевого водопотребления) определяет высоту башни от поверхности земли до дна бака. Аналитически высоту ВБ можно определить из выражения:

где - минимальный свободный напор в диктующей точке для случая максимального хозяйственно-питьевого водопотребления; - сумма потерь напора от диктующей точки до начала кольцевой сети (см. табл. 6); и - отметки поверхности земли в начале сети и в диктующей точке.

В нашем случае

м.

В режиме максимального водопотребления пьезометрическая линия в створе ВБ делает скачок вверх на высоту, равную наибольшей глубине воды в баке ВБ (см. п.4.3). При пожаротушении ВБ не работает, поэтому пьезометрическая линия в этом случае разрывов не имеет и является непрерывной. Добавив к отметкам пьезометрических линий в створе ВБ соответствующие потери напора в водоводах (см. п.6), получим отметки пьезометрических линий в створе насосной станции второго подъема. Разница между этими отметками и отметкой дна резервуара чистой воды (см. п.4.2) определяет расчетный напор насосов насосной станции второго подъема. Для первого расчетного случая:

Для второго расчетного случая:

На рис. 8 построены линии пьезометрических высот для рассматриваемого конкретного примера и обозначены расчетные значения напоров насосной станции второго подъема и высоты водонапорной башни.

водонапорной башня населенный водопотребление



Литература

1. Морозов В.И. Инженерные сети и оборудование. Водоснабжение населенного пункта: Учебн. пособие. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004. 60с.

2. СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. - М.:Стройиздат, 1985.

3. СНиП 2.04.01-85 Внутренний водопровод и канализация зданий./Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.

4. Шевелев Ф.А. Таблицы для гидравлического расчета стальных, чугунных, асбестоцементных, пластмассовых и стеклянных водопроводных труб. - М.: Стройидат, 1973.

Размещено на Allbest.ru