Гидравлический расчет водопроводной сети

 

Рассмотрим гидравлический расчет на примере водопроводной сети, показанной на рис. 4.1. Общий расход воды в час максимального водопотребления составляет 124,5 л/с, в том числе сосредоточенный расход общественного здания 1,56 л/с.

Рис. 3.1. Расчетная схема водопроводной сети

1. Определим равномерно распределяемый расход:

 

 

2. Определим удельный расход воды:

 

;

 

3. Определим путевые отборы:

 

Результаты приведены в табл. 3.1.

 

 

Таблица 3.1.

№ участка	Длина участка	Путевой отбор, л/с
1-2		11,444
2-3		17,166
3-4		11,444
4-5		17,166
5-6		17,166
6-7		5,722
7-1		11,444
7-4		22,888
пут=114,44 л\с

 

 

4. Определим узловые расходы:

 

Аналогично определяем расходы воды для каждого узла. Результаты приведены в таблице 3.2.

Узловые расходы

Таблица 3.2.

Номер узла	Узловой расход, л/с
	11,444
	14,305
	14,305
	25,749
	17,166
	11,444
	20,027
	∑qузл=114,4 л/с

5. Добавим к узловым расходам сосредоточенные расходы. К узловому расходу в точке 5 добавляется сосредоточенный расход предприятия, а в точке 3 – сосредоточенный расход общественного здания (вместо точки 3 можно взять любую другую точку). Тогда q₅=25,66л/с, q₃=15,86 л/с. Величины узловых расходов показаны на рис. 3.2. С учетом сосредоточенных расходов Sq_узл=124,5л/с.

 

Рис. 3.2. Расчетная схема водопроводной сети с узловыми расходами

 

6. Выполним предварительное распределение расходов воды по участкам сети. Сделаем это сначала для водопроводной сети при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении (без пожара). Выберем диктующую точку, т.е. точку встречи двух потоков (конечную точку подачи воды). В данном примере за диктующую точку примем точку 5. Предварительно наметим направления движения воды от точки 1 к точке 5 (направления показаны на рис. 4.2). Потоки воды могут подойти к точке 5 по трем направлениям: первое 1-2-3-4-5, второе 1-7-4-5, третье 1-7-6-5. Для узла 1 должно выполняться следующее условие: сумма расходов на участках 1-2, 1-7 и узлового расхода q₁ должно быть равно общему расходу воды, поступающему в сеть. То есть соотношениеq₁+q_1-2+q_1-7=Q_пос.пр. Величины q₁=11,44 л/с и Q_пос.пр=124,5 л/с известны, а q_1-2 и q_1-7 неизвестны. Задаемся произвольно одной из этих величин. Возьмем, например,q_1-2=50л/с. Тогда:

q_1-7 = Q_пос.пр-(q₁+q_1-2)= 124,5- (11,44+50)=63,06 л/с. Для точки 7 должно соблюдаться следующее соотношение:

 

q_1-7 = q₇+q_7-4+q_7-6

 

Значение q_1-7 = 63,06 л/c и q₇=20,03 л/c известны, а q_7-4 и q_7-6 неизвестны. Задаемся произвольно одной из этих величин и принимаем, например, q_7-4=25 л/c. Тогда q_7-6 = q_1-7-(q₇+q_7-4)=63,06-(20,03+25) =18,03л/с.

Расходы воды по другим участкам сети можно определить из следующих соотношений:

q_2-3 = q_1-2-q_2,

q_3-4 = q_2-3-q_3,

q_4-5 = q_7-4+q_3-4-q_4,

q_6-5=q_7-6-q_6.

В результате получится:

q_2-3 = 35,7 л/с,

q_3-4 = 19,84 л/с_,

q_4-5 = 19,1 л/с_,

q_6-5 = 6,56 л/с,

 

Проверка. q₅=q_4-5+q_6-5, q₅ = 19,1+6,56=25,66 л/с.

 

Начинаем предварительно распределять расходы воды от диктующей точке. Расходы воды будут уточняться в дальнейшем при выполнении увязки водопроводной сети. Схема водопроводной сети с предварительно распределенными расходами в обычное время показано на рис.3.3

 

 

 

Рис. 3.3 Расчётная схема водопроводной сети

с предварительно распределенными расходами

при хозяйственно – производственном водопотреблении

 

При пожаре водопроводная сеть должна обеспечивать подачу воды на пожаротушение при максимальном часовом расходе воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды за исключением расходов воды на душ, поливку территории и т.п. промышленного предприятия. (п.2.21 СНиП 2.04.02 – 84), если эти расходы вошли в расход в час максимального водопотребления. Для водопроводной сети, показанной на рис. 4.1, расход воды для пожаротушения следует добавить к узловому расходу в точке 5, где осуществляется отбор воды на промышленное предприятие и которая является наиболее удаленной от места ввода (от точки 1), т.е. q’₅=q₅+Q_{пож. рас}-q_душ. Расход воды Q^’_пос.пр= 124,5л/с, в том числе сосредоточенный расход предприятия равен Q^’_пр=8,5л/с, а сосредоточенный расход общественного здания Q_об.зд=1,56 л/с.

Поэтому при гидравлическом расчете сети при пожаре:

 

 

Т.к. ,то узловые расходы при пожаре будут другие, чем в час максимального водопотребления без пожара. Определим узловые расходы так, как это делалось без пожара. При этом следует учитывать, что сосредоточенными расходами будут:

 

Равномерно распределенный расход будет равен:

 

7. Добавим к узловым расходам сосредоточенные расходы при пожаре на предприятии. К узловому расходу в точке 5 добавляется сосредоточенный расход на пожаротушение, а в точке 3 – сосредоточенный расход общественного здания. Тогда q₅=156,86л/с, q₃=15,86 л/с. Величины узловых расходов показаны на рис. 3.4. С учетом сосредоточенных расходов Sq_узл=255,7,5л/с.

 

Рис. 3.4. Расчетная схема водопроводной сети с узловыми расходами при пожаре

 

8. Выполним предварительное распределение расходов воды по участкам сети при пожаре и при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении. Выберем диктующую точку, т.е. точку встречи двух потоков. За диктующую точку примем точку 5. Предварительно наметим направления движения воды от точки 1 к точке 5 (направления показаны на рис. 4.2). Потоки воды могут подойти к точке 5 по трем направлениям: первое 1-2-3-4-5, второе 1-7-4-5, третье 1-7-6-5. Для узла 1 должно выполняться следующее условие: сумма расходов на участках 1-2, 1-7 и узлового расхода q₁ должно быть равно общему расходу воды, поступающему в сеть. То есть соотношениеq₁+q_1-2+q_1-7=Q_пос.пр. Величины q₁=11,44 л/с и Q_пос.пр=255,7 л/с известны, а q_1-2 и q_1-7 неизвестны. Задаемся произвольно одной из этих величин. Возьмем, например,q_1-2=100л/с. Тогда:

q_1-7 = Q_пос.пр-(q₁+q_1-2)= 255,7- (11,44+100)=144,26 л/с. Для точки 7 должно соблюдаться следующее соотношение:

 

q_1-7 = q₇+q_7-4+q_7-6

 

Значение q_1-7 = 144,26 л/c и q₇=20,03 л/c известны, а q_7-4 и q_7-6 неизвестны. Задаемся произвольно одной из этих величин и принимаем, например, q_7-4=50 л/c. Тогда q_7-6 = q_1-7-(q₇+q_7-4)=144,26-(20,03+50) =74,23л/с.

Расходы воды по другим участкам сети можно определить из следующих соотношений:

q_2-3 = q_1-2-q_2,

q_3-4 = q_2-3-q_3,

q_4-5 = q_7-4+q_3-4-q_4,

q_6-5=q_7-6-q_6.

В результате получится:

q_2-3 = 85,7 л/с,

q_3-4 = 69,83 л/с_,

q_4-5 = 94,125 л/с_,

q_6-5 = 62,735 л/с,

 

Проверка. q₅=q_4-5+q_6-5, q₅ = 94,125+62,735=156,86 л/с.

 

Начинаем предварительно распределять расходы воды от диктующей точке. Расходы воды будут уточняться в дальнейшем при выполнении увязки водопроводной сети. Схема водопроводной сети с предварительно распределенными расходами во время пожара показано на рис.3.5

 

 

 

Рис. 3.5 Расчётная схема водопроводной сети

с предварительно распределенными расходами

при пожаре

 

7. Определим диаметры труб участников сети. Для пластмассовых труб

Э= 0,75.

По экономическому фактору и предварительно распределённым расходам воды по участкам сети при пожаре по приложению 4 определяются диаметры труб участков водопроводной сети:

d_1-2= 0,3 м; d_2-3= 0,3м; d_3-4= 0,25 м;

d_4-5= 0,3 м; d_5-6= 0,3 м; d_6-7= 0,25 м;

d_4-7= 0,2 м; d_1-7= 0,3 м;

Соответствующие расчётные внутренние диаметры определяются по ГОСТ 539-80 и равны (трубы ВТ- 9, тип I) (приложение 4):

d_1-2= 0,280 м; d_2-3= 0,280 м; d_3-4= 0,229 м;

d_4-5= 0,280м; d_5-6= 0,280м; d_6-7= 0,229 м;

d_4-7= 0,204м; d_1-7= 0,280 м;

 

Увязка водопроводной сети при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении.

+h₄

 

 

 

-h₁

+h₃

 

 

 

-h₂

Рис. 3.6 Кольцевая водопроводная сеть

 

– для узлов (первый закон Кирхгофа),

– для колец (второй закон Кирхгофа).

 

При увязке потери напора в пластмассовых трубах следует определять по формуле:

Увязка сети продолжается до тех пор, пока величина невязки в каждом кольце не будет менее 1 м.

Следует иметь в виду, что для участка 4-7 (рис.4.3, 4.4), который является общим для обоих колец, вводится две поправки - из первого кольца и из второго. Знак поправочного расхода при переносе из одного кольца в другое следует сохранять.

Потоки воды от точки 1 к точке 5 (диктующей точке), как видно по направлениям стрелок на рис. 4.3, могут пойти по трем направлениям стрелок на рис. 2.4, могут пойти по трем направлениям: первое – 1-2-3-4-5, второе – 1-7-4-5, третье – 1-7-6-5. Средние потери напора в сети можно определить по формуле:

где: , ,

Потери напора в сети при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении:

где: 1,1 – коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях (принимается 10% от линейных потерь напора).

Увязку удобно выполнять в виде таблицы (табл. 3.3).

Таблица 3.3 Увязка сети при максимальном хозяйственно - производственном водопотреблении.

Номер кольца	Участок сети	Расход воды	Расчётный внутренний диаметр dр, м	Длина l, м	Скорость V, м/с	(1+3,51/V)0,19*	d1,19р, м	Гидравлический уклон i*10-3
	0,561V2
I	1-2		0,28		0,812	0,50870	0,220	2,31389
2-3	35,7	0,28		0,580	0,27359	0,220	1,24445
3-4	19,84	0,229		0,482	0,19472	0,173	1,12516
4-7		0,204		0,765	0,45556	0,151	3,02052
7-1	63,06	0,28		1,025	0,78133	0,220	3,55399
II	4-5	19,1	0,28		0,310	0,08706	0,220	0,39599
5-6	6,59	0,28		0,107	0,01255	0,220	0,05711
7-6	18,03	0,229		0,438	0,16342	0,173	0,94429
7-4		0,204		0,765	0,45556	0,151	3,02052
						Продолжение таблицы 3.3
	Потери напора Н, м	Первое исправление
h/q, (м*с)/л	dq', л/c	q'=q+dq',л/c	V, м/c	(1+3,51/V)^0,19**0,561V^2	i*0,001	h, м
	10	11	12	13	14	15	16	17
1-2	2,314	0,036	-7,210	42,790	0,695	0,382	1,736	1,736
2-3	1,867	0,052	-7,210	28,490	0,463	0,181	0,823	1,234
3-4	2,120	0,081	-7,210	12,630	0,307	0,085	0,493	0,493
4-7	-6,041	-0,242	7,210	32,210	0,986	0,728	1,040	-2,080
7-1	-3,554	-0,156	7,210	70,270	1,142	0,955	4,344	-2,177
dh=-3,294; ∑(h/q)= -0,228; dq'=dh/2∑(h/q)=7,21 л\с
4-5	0,494	0,127	-2,900	16,200	0,275	0,070	0,218	0,327
5-6	-1,260	-0,079	2,900	9,490	0,120	0,015	0,070	-0,105
7-6	-1,420	-0,179	2,900	20,930	0,508	0,215	1,241	-0,621
7-4	4,041	0,442	-2,900	22,100	0,424	0,154	1,021	1,042
dh= 1,855; ∑(h/q)=0,311; dq'=dh/(2∑(h/q))=2,9 л/c
						Продолжение таблицы 3.3
	Второе исправление
h/q', (м*с)/л	dq'', л/c	q''=q'+dq'',л/c	V, м/c	(1+3,51/V)^0,19**0,561V^2	i*0,001	h, м
	18	19	20	21	22	23	24
1-2	0,041	-2,570	40,220	0,654	0,341	1,549	1,549
2-3	0,043	-2,570	25,920	0,421	0,152	0,692	1,038
3-4	0,039	-2,570	10,060	0,244	0,056	0,325	0,325
4-7	-0,246	2,570	34,780	1,065	0,839	5,562	-2,123
7-1	-0,031	2,570	72,840	1,184	1,021	4,644	-4,644
dh=-0,794; ∑(h/q')=-0,154; dq''=dh/(2∑(h/q'))=2,57 л/c dh=-3,854;
4-5	0,2291	-3,73	12,470	0,203	0,040	0,182	0,273
5-6	-1,291	3,73	13,220	0,215	0,045	0,202	-0,304
7-6	-0,315	3,73	24,660	0,599	0,290	1,677	-0,839
7-4	1,5256	-3,73	18,370	0,562	0,258	1,713	1,649
dh=1,12; ∑(h/q')=0,149; dq''=dh/(2∑(h/q'))=3,73 л/c dh=0,780;

 

Расчетная схема водопроводной сети с окончательно распределительными расходами при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении показана на рис.3.7.

 

 

Рис.3.7 Расчетная схема водопроводной сети с окончательно распределительными расходами при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении.