Петербургский государственный университет путей сообщения

ФГБОУ ВПО

Кафедра: «Водоснабжение, водоотведение и гидравлика»

 

 

Расчетно-графическая работа №1.

«Расчет системы водоснабжения населённого пункта и железнодорожной станции»

Вариант №62

 

Выполнил: Полякова П.М.

Студент гр. СЖУ-002

Принял: Шумейко Т.Б.

 

 

Санкт – Петербург

ПГУПС

Содержание:

Исходные данные для расчета

1. Расчет тупиковой сети водопровода

1.1. Определение расчетных расходов воды

1.2. Гидравлический расчет тупиковой сети

1.3. Определение расхода и напора в начальной точке тупиковой сети водопровода (точка 4)

2. Расчет кольцевой сети водопровода

2.1. Определение расчетных расходов воды

2.2. Подготовка сети к гидравлическому расчету

2.3. Гидравлический расчет кольцевой сети

3. Определение высоты водонапорной башни

4. Гидравлический расчет напорного водовода

5. Определение требуемых подачи и напора насосов станции второго подъема, подбор типа насосов

6. Список используемой литературы

 

 

Задание на контрольную работу №1

Требутся произвести расчет системы водоснабжения населённого пункта и жд станции.

Схема водоснабжения представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Схема водоснабжения населённого пункта и железнодорожной станции:

1 – резервуар чистой воды (РЧВ);

2 – насосная станция второго подъёма (НС – II);

3 – водонапорная башня (ВБ);

4,5,6,7,8,9,10,11 – точки водопроводной сети, где производится отбор воды потребителями.

 

Из резервуара чистой воды (точка 1) вода насосной станцией второго подъёма (точка 2) по напорному водоводу (участок 2-3) перекачивается в водонапорную башню (точка 3), из которой поступает в кольцевую водопроводную сеть (3-4-5-6-3) и тупиковый водопровод, подключенный к кольцевой сети в точке 4.

Кольцевая водопроводная сеть (КС) снабжает водой населенный пункт и водопотребителей железнодорожной станции, тупиковая сеть водопровода (ТС) питает водой водоразборные колонки 7,8,9,10,11 близлежащего поселка с одноэтажной застройкой.

Противопожарное водоснабжение осуществляется пожарными машинами с прицепными автоцистернами.

Основные водопотребители населенного пункта и железнодорожной станции, нормы расхода воды в режиме водопотребления представлены ниже.

Исходные данные:

Расчетное число жителей в населенном пункте N_ж=40 тыс. чел.

Этажность застройки n_э=3 этаж

Степень благоустройства жилой застройки: внутренний водопровод канализация, ванные, местные водонагреватели.

Максимальные суточные расходы воды потребителями Q_{сут max}:

(ПП)=1800 м³/сут

(ЛД) = 960 м³/сут

(ПЗ) = 25 м³/сут

Число пассажирских вагонов, ежедневно заправляемых водой на станции: N_в=170 вагон

Число жителей в поселке, потребляющих воду из водозаборных колонок: N_п = 5,5 тыс.чел.

Максимальный секундный расход водоразборной колонки: q=1,4 л/c

Длина участков водопроводной сети L:

3-4 L=330 м

4-5 L=240 м

5-6 L=370 м

6-3 L=200 м

4-7 L=470 м

7-8 L=180 м

7-10, 8-9, 8-11 L=190 м

Длина напорного водовода (участок 2-3): L_в=260 м

Свободный напор в точках 7,8,9,10,11: H_св = 10 м

Отметки земли z в точках:

3 – 105м

4,5,6 – 103 м

9 – 104 м

7,8,10,11 – 102 м

Отметка уровня воды в РЧВ (точка 1): z₁=95м

 

1. Расчет тупиковой сети водопровода

Тупиковая сеть водопровода (ТС) подключена к кольцевой сети (КС) в точке 4 и питает водой водоразборные колонки 7,8,9,10,11 близлежащего поселка с трёхэтажной застройкой.

1.1. Определение расчетных расходов воды

Расчетным расходом для сети водоснабжения (по этому расходу производят гидравлический расчет сети) является максимальный секундный расход в час максимального водопотребления.

Для тупиковой сети расчетный расход на каждом участке сети водопровода равен сумме максимальных секундных расходов воды в водоразборных (узловых) точках, распложенных за рассматриваемым участком (по направлению движения воды).

Водоразборной называется точка на сети водопровода, откуда производится отбор воды потребителями. Для данной тупиковой сети водопровода это точки 7,8,9,10,11, стрелки указывают на отбор воды из этих точек.

 

Исходя из вышесказанного, расчетный расход, л/c,

На участке 8-9: q_8-9=q₉ =1,4

На участке 8-11: q_8-11=q₁₁=1,4

На участке 7-8: q_7-8=q₈+q₉+q₁₁=4,2

На участке 7-10: q_7-10= q₁₀=1,4

На участке 4-7: q_4-7= q₇+q₈+q₉+ q₁₀₊q₁₁=7

Где q₇,q₈,q₉, q₁₀,q₁₁ – максимальные секундные расходы воды потребителями, л/с, соответственно в точках 7,8,9,10,11 водопроводной сети.

1.2. Гидравлический расчет тупиковой сети

Цель гидравлического расчета – определить на каждом расчетном участке водопроводной сети, зная расчетный расход, экономически наивыгоднейший диаметр труб, скорость течения воды и потери напора в трубопроводе.

Обычно при определении диаметра труб пользуются таблицами для гидравлического расчета водопроводных труб [4], выдержки из которых уже с учетом экономически наивыгоднейших скоростей приведены в приложении 2.

Потери напора в трубопроводе определяют по формуле,м,

h=i*l (1)

где i – гидравлический уклон или потери напора на единицу (1 м) длины

трубопровода; определяют по таблицам [4] или прил. 2, где приведены потри напора на 1000 м длины трубопровода (1000 i);

l – длина расчетного участка водопроводной сети, м.

Гидравлический рассечет тупиковой водопроводной сети выполняют в табличной форме

Номер участка	Длина участка l,м	Расчетный расход q, л/с	Диаметр d, мм	Скорость v, м/c	Гидравлический уклон i	Потери напора h, м
4-7				0,99	0,0229	10,763
7-8		4,2		0,78	0,0175	3,15
8-9		1,4		0,44	0,00856	1,6264
7-10		1,4		0,44	0,00856	1,6264
8-11		1,4		0,44	0,00856	1,6264

 

По результатам гидравлического расчета вычерчивают схему тупиковой сети водопровода с обозначением q, d, v, l и h на каждом расчетном участке

 

 

1.3. Определение расхода и напора в начальной точке тупиковой сети водопровода (точка 4)

Расход воды в точке 4, q^тс , л/с, поступающий в тупиковую сеть, должен обеспечивать водой всех потребителей тупиковой сети в случае максимального водопотребления, т.е.

q^тс = q₇+q₈+q₉+ q₁₀₊q₁₁=7

Напор в точке 4 водопроводной сети, необходимый для обеспечения бесперебойной работы тупиковой сети в случае максимального водопотребления, вычисляют по формуле, м,

H₄^тс = H_св + 1,1 * ∑h + z – z₄=10 +1,1*15,5394 + 104 – 103 = 28,09334 м

Где H_св – свободный напор в диктующей точке сети, м;

∑h – сумма потерь напора, м, на участках тупиковой сети по магистральной линии, т.е. трубопроводу, соединяющему начальную точку тупиковой сети (точка 4) с диктующей точкой;

1,1 – коэффициент, учитывающий величину местных сопротивлений в магистральном трубопроводе;

z, z₄ – отметки земли, м, соответственно в диктующей точке и в точке 4.

За диктующую точку принимают ту точку тупиковой сети, для которой требуемый напор в начальной точке (точке 4) будет наибольшим. Обычно это наиболее удаленная от начальной точки сети и наиболее высоко расположенная точка, имеющая наибольший свободный напор и наибольший расход.

По заданию длины участков 7-10, 8-9, и 8-11 равны, в точках 7,8,9,10,11 свободные напоры одинаковые, расходы воды одинаковые, а отметка земли в точке 9 больше, чем у остальных точек. Следовательно, диктующей точкой является точка 9, а магистральной линией тупиковой сети – трубопровод 4-7-8-9.

Тогда ∑h = h_4-7 + h_7-8 + h_8-9

z = z₉

H_св = H_св9

 

2. Расчет кольцевой сети водопровода

2.1. Определение расчетных расходов воды

Расчетные расходы воды определим по следующим формулам:

Средний суточный расход, м³/сут,

Q _{сут ср} = n*N

где n – норма водопотребления, м³/сут на единицу измерения потребителя;

N – количество единиц измерения потребителя.

Максимальный суточный расход, м³/сут,

Q _{сут max =} K _{сут max *} Q _{сут ср}

где K _{сут max} – максимальный коэффициент суточной неравномерности водопотребления.

Среднечасовой расход, м³/ч,

q_{ч ср} =

где Т – продолжительность отбора воды потребителем в течение суток, ч;

Максимальный часовой расход, м³/ч,

q_{ч max} = K_{ч max} * q_{ч ср}

где K_{ч max} – максимальный коэффициент часовой неравномерности водопотребления.

Максимальный секундный расход, л/с,

q_{с max} =

 

 

Все вычисления сводим в таблицу 2:

«Определение расчетных расходов воды потребителями»

 

Потребитель воды	Единица измерения потребителя	Количество единиц измерения потребителя N	Норма водопотребления n, м3/сут на единицу измерения	K сут max	Суточные расходы воды, м3/сут	Продолжительность водопотребления в течении суток T, ч	Kч max	Часовые расходы в сутки наибольшего водопотребления, м3/ч	Максимальный секундный расход qс max, л/с
Q сут ср	Q сут max	qч ср	qч max
НП	человек		0,160	1,1				1,5	293,3		122,2
ПУ	человек		0,05						333,3	333,3	92,59
ПЗ	здание		-	-	-	-		1,5	-	-	-
ЗВ	вагон		0,72		122,4	122,4	2,27		53,92	53,92	14,98
ЛД	депо		-	-	-	-	24(3 смены)	1,2	-	-	-
ПП	предприятие		-	-	-	-	16(2 смены)	1,1	-	-	-
ТС	человек		0,03	1,1			-	-	-	-

Всего ∑Q^вc=14607,4 ∑q^вc=236,77

2.2. Подготовка сети к гидравлическому расчету

 

 

Равномерно распределённые по длине водопроводной сети расходы воды (расходы на нужды населения и на поливку улиц и зелёных насаждений) приводим к узловым. Для этого определяют удельный расход воды

q_уд = (q^нп + q^пу)/∑l_p=(122,2 + 92,59)/1140 = 0,1884 л/с

где q^нп и q^пу = максимальные секундные расходы воды соответственно на хозяйcтвенно - питьевые нужды населения и на поливку улици зеленых насаждений, л/c;

∑l_p – сумма расчетных длин всех участков кольцевой водопроводной сети, м; т.к. в задании двухсторонняя застройка l_p = l

Зная удельный расход, на каждом расчетном участке кольцевой водопроводной сети определяем путевой расход воды, л/с,

q_пут = q_уд*l_р

Вычисления сводим в таблицу 3:

«Определение путевых расходов воды»

Номер участка	Расчетная длина участка lр, м	Удельный расход qуд, л/с на 1 м	Путевой расход qпут, л/с
3-4 4-5 5-6 6-3		0,1884	62,176 45,216 69,708 37,68
Всего	∑ lр = 1140		∑qпуткс = 214,78

Проверка правильности вычисления путевых расходов, л/с:

∑q_пут^кс = q^нп + q^пу = 214,78

Далее путевые расходы заменяем узловыми.

q_узл = 0,5 * ∑q_пут

где ∑q_пут – сумма путевых расходов воды на расчётных участках, прилегающих к рассматриваемому узлу.

∑q_узл = ∑q_пут^кс

q = q_узл + q_соср

Вычисление q_узл сводим в таблицу 4:

«Определение расходов воды в узлах кольцевой сети водопровода»

Номер узла	Наименование сосредоточенных объектов потребления воды	Номера прилегающих к узлу расчетных участков	Сумма путевых расходов прилегающих к узлу участков ∑qпут, л/с	Узловой расход qузл = 0,5*∑qпут, л/с	Сосредоточенные расходы qсоср, л/с	Общий максимальный секундный расход воды, забираемый в узле q, л/с
	- ПЗ,ЗВ,ТС ЛД ПП	3-4; 6-3 3-4; 4-5 4-5; 5-6 5-6; 6-3	99,856 107,392 114,924 107,388	49,928 53,696 57,462 53,694	- 21,98 - -	49,928 75,676 57,462 53,694
Всего				∑qузл = 214,78	∑ qсоср = 21,98	∑ q = 236,76

Проверка правильности вычислений расходов воды в узлах кольцевой водопроводной сети, л/с:

∑ q = ∑q_узл + ∑ q_соср = ∑q^вc = 236,77

где ∑q^вc – значение общего максимального секундного расхода воды всеми потребителями водопроводной сети, л/с;

В произвольном масштабе вычерчивают расчетную схему кольцевой сети с нанесением общих максимальных секундных расходов воды в каждом узле – q, л/с, и длин расчетных участков – l, м

 

2.3. Гидравлический расчет кольцевой сети

 

Прежде чем приступить к гидравлическому расчету, производят предварительное потокораспределение, в результате которого намечают по всем участкам кольцевой сети расчетные расходы воды, как по величине, так и по направлению. Выбираем точку 5 – за точку встречи потоков. Определяем расчетные расходы на каждом уч-ке кольцевой сети. За положительное направление принимаем направление воды по кольцевой сети по часовой стрелке, за отрицательное – против часовой стрелки.

Далее намечают расчетные расходы воды по каждому уч-ку кольцевой сети, соблюдая условие баланса воды в узле: сумма расходов, притекающих к данному узлу, должна быть равна сумме расходов, вытекающих из данного узла (включая отбор воды в узле).

q_4-5 + q_6-5 = q₅; q_4-5 = q_6-5 = = 28,731 л/c

Распределив расход q₅ по участкам 4-5 и 6-5, определяем по тому же правилу расхода воды на других участках кольцевой сети:

q_3-4 = q_{4-5 +} q₄ = 104,407 л/c; q_3-6 = q_{6-5 +} q₆ = 82,425 л/c; q^вс = q₃ + q_3-4 + q_3-6 = 236,76 л/c.

Гидравлический расчет кольцевой сети сводим в таблицу 5:

«Гидравлический расчет кольцевой водопроводной сети»

№ участка

Направление движения воды на участке (знак «+» или «-»)

Длина участка l, м

Предварительное потокораспределение

1-е исправление

2-е исправление

Расход q, л/c

Диаметр d,мм

Скорость v,м/с

Гидравлический уклон i

Потери напора h,м

±q, л/c

q1 = q±q, л/c

v1,м/с

i1

h1,м

±q, л/c

q2 = q±q, л/c

v2,м/с

I2

h2,м

3-4 4-5 3-6 6-5

+ + - -

1,37 0,85 1,08 0,85

0,00915 0,00616 0,00579 0,00616

+3,02 +1,48 -1,16 -2,28

-4 -4 +4 +4

1,32 1,10 1,13 0,96

0,0084 0,0132 0,0063 0,0078

+2,7 +3,1 - 1,2 - 2,8

-6 -6 +6 +6

1,2 0,9 1,2 1,1

0,00748 0,0114 0,00716 0,0107

+2,468 +2,736 -1,432 -3,959

∑q=244 ∆h=1,06 ∑q₁=244 ∆h₁=1,8 ∑q₂=244 ∆h₂=-0,187

 

3. Определение высоты водонапорной башни

 

Высота водонапорной башни должна быть достаточной для обеспечения требуемых свободных напоров в каждой точке отбора воды из водопроводной сети потребителями.

Величина свободного напора в населенном пункте зависит от этажности застройки: H_св^НП = 10+4 (n_э – 1) = 18 м.

Для обеспечения водой потребителей ТС требуется следующий напор в 4 т.

H_св3^НП = H_св5^НП = H_св6^НП = 18 м; H₄^тс = 28 м; = H_св + 1,1*∑h + z +

H_ВБ(4) = 28 + 1,1*2,468 + 103 - 105 = 28,7148 м

H_ВБ(5) = 18 + 1,1*5,391 + 103 – 105 = 21,9301 м;

За диктующую точку принимаем точку 4, т.к. для неё высота водонапорной башни будет наибольшей.

4. Гидравлический расчет напорного водовода

Напорный водовод рассчитан на пропуск максимального суточного расхода воды по всем линиям. Исходя из этого определят секундный расход по одной линии водовода, л/c,

q_в = = = 54,073 л/c

h_в = 1,1* i_в * l_в = 1,1 * 0,00654 * 260 = 1,87 м

5. Определение требуемых подачи напора насосов станции второго подъема, подбор типа насосов.

Требуемая суммарная производительность насосов равна максимальному секундному расходу всех линий водовода, л/c,

q_н = q_в * = 108,146 л/c или q_н = (q_в * *3600)/1000 = 389,326 м³/ч;

Требуемый напор насоса определяем по формуле, м, Н_н = Н_г + h_в

Н_г = z_ВБ + H_ВБ + h_б – z₁ = 105 + 28,7148 + 5 – 95 = 43,7148 м;

Н_н = 45,5848 м.

 

Список литературы:

1. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения/Госстрой СССР. – М.: Стройиздат, 1985 – 136с.

2. СНиП 2.04.01-85. Внутренний водопровод и канализация зданий/ Госстрой СССР. – М.: Стройиздат, 1986 – 56с.

3. Водоснабжение и водоотведение на железнодорожном транспорте. Учебник для вузов ж-д транспорта./В.С. Дикаревский, П.П. Якубчик, В.Г. Иванов, Е.Г. Петров./ - М.: Изд. Группа «Вариант», 1999.-40с.

4. Шевелев Ф.А., Шевелев А.Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб: Справочное пособие. – М.: Стройиздат, 1996. – 116с.

5. Водоснабжение на железнодорожном транспорте. Задание и методические указания к контрльной работе №1 для студентов специальности 290900 «Строительство железных дорог, путь и путевое хозяйство»./Смирнов Ю.А., Шумейко Т.Б./ - Санкт-Петербург ПГУПС, 2004.-27с.