Если вода перетекает из резервуара 1 в резервуар 2 (рис. 37), расход и скорость потока V0 определяются величиной сопротивления трубопровода и задвижки; потери напора в трубопроводе пропорциональны квадрату скорости:
Σh= z1 – z2 = K0 V02 + ζ V2 /2g, где ζ –коэффициент сопротивления задвижки. Обозначим ζ /2g = К1, тогда общий коэффициент сопротивления К = K0 + К1.
При закрывании задвижки уменьшается скорость, возникает гидравлический удар. При быстром полном закрытии скорость изменяется от V0 до V1=0, возникающая волна повышения давления движется со скоростью а к резервуару 1,
ΔН = а (V0 - V1)/g. Если обратная волна понижения давления, отразившаяся от резервуара 1 не успеет вернуться к моменту полного закрытия здвижки, возникнет “ прямой удар”. Напор в точке 3 достигнет величины Н=Н0 + а V0 /g или Н=Н0 +φ0, где
φ0= а V0 /g - напор, возникающий при повышении давления.
В случае, когда обратная волна понижения давления ψп вернется к неполностью закрытой задвижке, величина напора в точке 3 уменьшится Н= Н0 + φ – ψ (А)
При движении волны повышения давления к резервуару 1 скорость V уменьшается; при движении обратной волны понижения давления к точке 3 скорость также уменьшается. Поэтому
V= V0 – (g/a) (φ0 + ψп). (Б)
Напор в точке 3 можно выразить также через сопротивление в задвижке и трубопроводе Н= h0 - K V2. (В)
Пример. На схеме (рис.) Н0 = 85 м; h0 = 80 м; длина трубопровода от т.1 до т.3 L=2000 м; скорость V0 = 1м/с; скорость а=1000 м/с.
Коэффициент сопротивления трубопровода К0 =5; коэффициент сопротивления задвижки К1, в зависимости от степени ее закрытия S от 0,75 до 0,9 может рассчитываться по формуле
** К1 = 64,2 S18,7; при S от 0,9 до 0,96 К1 = 31,9 S12; (17)
Время фазы, равное времени добегания волны от т.3 до т.1 и обратно равно Тф = 2L/а = 2 2000 / 1000 = 4 с.
Задвижка закрывается постепенно, на 1/10 от полного закрытия за время одной фазы. Закрытие задвижки до 75% от начала приведет к незначительному изменению напора в т.3 Н=85 м.
Поэтому расчет производим совместным решением уравнений (А), (Б) и (В), начиная с величины S=0,75.
Скорость в конце каждой фазы
V= R + [ R2+ (H0 - h0 + a V0/g - 2 ψп) /K]0,5, (18)
где R= a/ (2g K); ()
φ0 = (V0 - V) a /g - ψп; (19)
H= Н0 + φ0 – ψп ; (20)
Расчеты сведены в табл. 23.
Таблица 23
| N фазы | T,с | S | K1 | K | Psi, м | V, м/с | F i, м | H, м |
| 0,75 | 1,04 | 6,04 | 0,00 | 0,99 | 0,93 | 85,93 | ||
| 0,8 | 1,8 | 6,8 | 0,93 | 0,97 | 2,31 | 86,38 | ||
| 0,85 | 3,7 | 8,7 | 2,31 | 0,93 | 4,83 | 87,52 | ||
| 0,9 | 4,83 | 0,85 | 10,04 | 90,21 | ||||
| 0,95 | 34,5 | 39,5 | 10,04 | 0,68 | 23,06 | 98,01 | ||
| 23,06 | 0,00 | 78,88 | 140,82 |
Величина ψп (Psi) равна величине φ0 (F i) предыдущей фазы.
Формулы (17) получены аппроксимацией кривой, приведенной в [, рис. ]
Как показывает расчет, наибольшее повышение давления возникает в последнем этапе закрытия задвижки.
Если в конце закрывать задвижку медленнее, напор существенно уменьшится. В табл.24 приведен расчет ударного давления по условия примера, но на последнем периоде закрытия задвижки (после 90%) задвижка закрывается на 2% за время каждой фазы. Как видно из таблицы, в конце закрытия напор достигает величины 93,2 м, что на 48 м меньше напора при “быстром” закрытии.
Таблица 24
| N фазы | T,с | S | K1 | K | Psi, м | V, м/с | F i, м | H, м | ||||||
| 0,75 | 1,04 | 6,04 | 0,00 | 0,99 | 0,93 | 85,93 | ||||||||
| 0,8 | 1,8 | 6,8 | 0,93 | 0,97 | 2,31 | 86,38 | ||||||||
| 0,85 | 3,7 | 8,7 | 2,31 | 0,93 | 4,83 | 87,52 | ||||||||
| 0,9 | 4,83 | 0,85 | 10,04 | 90,21 | ||||||||||
| 0,92 | 10,04 | 0,75 | 15,67 | 90,62 | ||||||||||
| 0,94 | 15,67 | 0,63 | 22,14 | 91,48 | ||||||||||
| 0,96 | 22,14 | 0,49 | 29,86 | 92,72 | ||||||||||
| 0,98 | 29,86 | 0,33 | 38,46 | 93,60 | ||||||||||
| 0,99 | 38,46 | 0,16 | 46,87 | 93,41 | ||||||||||
| 46,87 | 0,00 | 55,07 | 93,20 | |||||||||||
Важный практический вывод: во избежание высокого ударного давления, в конце закрытие задвижки или затвора надо осуществлять медленно, и тем медленнее, чем больше расстояние от задвижки до резервуара.
На последней фазе перед полным закрытием задвижки обратная волна понижения давления приходит с опозданием, и, отразившись от закрытой задвижки, удваивается. В рассчитанном примере (табл.23) опоздавшая величина понижения 78,88 – 23,06 = 55,82 м после удвоения снизит напор у задвижки до 140,82 – 55,82 *2= 29,18 м; удвоенная волна понижения 111,64 м, отразившись от резервуара, вызовет равную по величине волну повышения давления, напор у задвижки повысится до начальной величины и процесс циклически повторится. Из-за потерь напора при прохождении волн по длине водовода, на каждой фазе абсолютная величина волн повышения и понижения будет уменьшаться и процесс затухнет.
Министерство образования и науки Российской федерации
Федеральное агентство по образованию
Южно-Российский государственный технический университет
(Новочеркасский политехнический институт)
И.Н.Рождов
Водопроводные сети
Учебное пособие
Новочеркасск 2009
УДК 628.152
Рецензент докт. техн. наук, проф. Ю.М.Косиченко
Рождов И.Н.
Водопроводные сети: учебное пособие/
Юж.– Рос. гос.техн. ун-т. – Новочеркасск. ЮРГТУ, 2009. – 55с.
В пособии рассматриваются вопросы устройства, расчета и проектирования систем водоснабжения городов и населенных мест. Предназначено для студентов специальностей 270112 «Водоснабжение и водоотведение» и 280302 «Рациональное использование и охрана водных ресурсов» при изучении курса «Водоснабжение».
УДК 628.152
© Южно-Российский государственный
технический университет, 2009.
© Рождов И.Н. 2009.
Библиографический список литературы
Основной
1. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М.: Стройиздат, 1985. 136 с.
2. СНиП 2.04.01 –85. Внутренний водопровод и канализация зданий / Госстрой России. - М.:ГУП ЦПП, 2002. –60 с.
3. Свод правил по проектированию и строительству. СП 40-102-2000. Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. (Взамен СН 478-80). 32 с.
4. Монтаж систем внешнего водоснабжения и канализации: Справочник монтажника/Под ред. А.К. Перешивкина. М.: Стройиздат, 1979. 576 с.
5. Оборудование водопроводно-канализационных сооружений: Справ. монтажника/Под ред. А.С. Москвитина. М.: Стройиздат, 1979. 430 с.
6. Расчет водопроводных сетей/Н.Н. Абрамов. М.М. Поспелова, В.Н. Варапаев, О.Х. Керимова, М.А.Сомов. М.: Стройиздат, 1976. 303 с.
Дополнительный
7. ГОСТ 21.604-82. Система проектной документации для строительства. Водоснабжение и канализация. Наружные сети. Рабочие чертежи. М.: Стройиздат, 1982. 6с.
8. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. М.: Стройиздат, 1983. 135 с.
9. Укрупненные нормы водопотребления и водоотведения для различных отраслей промышленности. М.: Стройиздат, 1984. 112 с.
10. Шевелев С.А. Таблицы для гидравлического расчета стальных, чугунных, асбестоцементных, пластмассовых и стеклянных водопроводных труб. М.: Стройиздат, 1984. 112 с.
11. Абрамов Н.Н. Водоснабжение. М.: Стройиздат, 1982. 440 с.
12.. Камерштейн А.Г. Мероприятия по сохранению пропускной способности водопроводных.труб. М.:Стройиздат, 1950. – 139 с.
