9.7. Общая методика гидравлического расчета водопроводной сети

Водопроводные сети делятся на магистральные трубопроводы и разветвленные сети труб. Магистральные трубопроводы подают жидкость от источника к потребителю на большие расстояния, а

296

разветвленные сети труб обеспечивают распределение жидкости непосредственно потребителям.

Различают два типа трубопроводов: простые, представляющие собой одну линию труб с одинаковым расходом жидкости; слож­ные, состоящие из основной магистральной трубы и ряда присо­единений и ответвлений.

Сложные трубопроводы бывают с последовательным и парал­лельным соединением, тупиковые, с путевым расходом, кольце­вые.

Общие потери напора в трубопроводах складываются из по­терь по их длине и местных. По соотношению этих потерь трубопроводы подразделяют на короткие и длинные. В коротких трубопроводах имеется большое число местных сопротивлений, причем местные потери сопоставимы с потерями напора по длине, и поэтому ими пренебречь нельзя. Примеры коротких трубопроводов: всасывающие трубы насосов, сифоны и т. д. В длинных трубопроводах местные потери напора пренебрежимо малы по сравнению с потерями напора по длине (менее 10 %), и поэтому ими можно пренебречь. Примеры длинных трубопрово­дов: водопроводы, нефтепроводы, газопроводы и т. д.

Трубопроводы в зависимости от материала могут быть метал­лическими (стальными, чугунными, латунными и пр.) и неметал­лическими (железобетонными, асбестоцементными, пластмассо­выми и др.). От этого зависят шероховатость внутренней поверх­ности трубы Д и коэффициент гидравлического трения А..

Водопроводные сети, по которым вода поступает потребите­лям, делятся на тупиковые и кольцевые.

Расчет тупиковой сети. Тупиковая сеть состоит из магистраль­ного трубопровода, узлов и нескольких тупиковых ответвлений, причем каждый узел тупиковой сети питается от одной ветви, которая расположена выше по течению воды. Расчетный расход на каждом участке тупиковой линии равен сумме узловых расхо­дов в нижележащих узлах.

Схема расчета тупиковой сети представлена на рис. 9.11, о, где геометрический напор (геометрическая высота) za, ZC, W, V, высоты отбора воды he, ho, пьезометрический напор (пьезомет­рическая высота) в точке разветвления hp; напор, создаваемый резервуаром, на, магистральные линии к потребителям с пара­метрами /с, dc, id, da-

Рассмотрим разомкнутую тупиковую сеть, состоящую из ма­гистрального трубопровода 1, питаемого от резервуара А, и двух ответвлений 2 и 3, в конце которых подсоединены два расходных резервуара С и D. При гидравлическом расчете разветвленной сети можно считать основными задачами определение концевых расходов Q2 и 03 при заданном напоре Н в начальном сечении или вычисление потерь напора при заданных концевых расходах 02 и Q\.

297

9.8. Конструкции и расчет водонапорных башен

Конструкции. Водонапорные башни (рис. 9.12) предназначены для создания и регулирования напора в водонапорных сетях, В зависимости от материала водонапорные башни могут быть же­лезобетонными, кирпичными, металлическими и деревянными. Железобетонные водонапорные башни могут иметь разную кон­струкцию: со стволом в виде сплошного железобетонного ци­линдрического стакана; со стволом из опорных колонн.

Водонапорная башня показана на рис. 9.13.

Вместимость бака (резервуара) и высоту поддерживающей конструкции, которая измеряется от поверхности до низа бака, определяют в процессе проведения основных расчетов системы водоснабжения и применяют как заданные при проектировании башни.

Основные, наиболее распространенные конструктивные типы резервуаров водонапорной башни следующие: прямоугольный или круглый в плане, с плоским днищем. .Резервуары подобного типа (наибольшей вместимостью 10... 50 м ) делают из листовой

Рис. 9.12. Схема водонапорной башни: j _ защитная железобетонная обо-1 — бак; 2— приемная сетка, 3 — отводящий отрос- лочка; 2— кирпичный цоколь ток; ^—обратный клапан; J—компенсаторы; 6— служебный мостик; 7—подводящая труба, 8-опорная конструкция; 9— задвижка; /О—гидрав­лический затвор; Л — решетка с захлопкой; 12 — лестница; 13 — переливная труба- 14 — лаз-IS— спускной отросток; 16 -переливной стояк; 17— молниезащота; 18- вентиляция; 19— подводящий стояк

стали или дерева (круглый в плане, а также с выпуклым днищем может быть выполнен из железобетона или листовой стали). Иногда в днище резервуара устраивают шахту для подъема вверх обслуживающего персонала и осмотра резервуара. Такие резервуа­ры наиболее распространены при средних по своим размерам системах водоснабжения. Резервуар круглый в плане, а также с выпуклым днищем, выполненные из листовой стали, обычно имеют вместимость более 400...500 м .

Форма» и конструкция несущей части башни зависят от вмес­тимости бака и строительного материала, из которого они вы­полнены. Применение сборных железобетонных конструкций позволяет уменьшить стоимость башен с несущей частью в виде опорных колонн.

Несущая часть кирпичных водонапорных башен имеет вид цилиндрического или конического суживающегося вверх ствола.

300

Рис. 9.13. Схема железобетон­ной с цилиндрическим стволом водонапорной башни:

1 — защитная железобетонная обо­лочка; 2 — кирпичный цоколь

Резервуар опирается на кирпичные стены. В сельскохозяйственном водоснабжении широко применяют стальные башни Рожнов-ского.

Чтобы предотвратить повреждение резервуара от резких тем­пературных изменений и предохранить воду в нем от промерза­ния и прогревания, вокруг бака устраивают шатер. Для защиты труб от замерзания в водонапорной башне обычно устанавлива­ют небольшую металлическую печку для обогревания во время морозов, а в башнях с несущей конструкцией в виде отдельных колонн трубы закрывают деревянным футляром.

В водонапорной башне устанавливают следующие трубы: по­дающую воду от насосной станции; разборную, отводящую воду в сеть; переливную, не допускающую переполнения резервуара;

спускную для опорожнения бака.

В большинстве случаев подающую и разборную трубы соеди­няют вместе, тогда подача воды и ее отвод осуществляются по одному стоку. Спускную трубу соединяют с переливной и обору­дуют задвижкой. Применяют фланцевые трубы. В верхней части каждого стояка устанавливают компенсатор для компенсирова­ния возможных изменений длины стояка вследствие колебаний температуры. В баке расположены приборы для наблюдения за уровнем воды. Целесообразна установка электрических указате­лей, позволяющих машинисту на насосной станции наблюдать за уровнем воды в баке.

Определение высоты водонапорной башни и объема напорно-регулирующего резервуара. Наиболее выгодное место расположе­ния резервуара, его вместимость и отметка дна зависят от многих факторов: рельефа местности, значения требуемых свободных напоров в сети при разных условиях водопотребления, графика работы насосов, места хранения противопожарного запаса воды и типа резервуара.

Резервуар устанавливают в наиболее высоких местах, где можно заменить башню более дешевым подземным резервуаром. При плоском рельефе местности наиболее выгодно размещать башню в последней от точки питания четверти сети и по воз­можности в ценгре территории, обслуживаемой башней в период максимального водозабора. В случае хранения в башне противо­пожарного запаса воды более выгодно размещать башню в конце третьей четверти сети. Если местность к концу сети повышается, водонапорный резервуар располагают в конце сети. При пониже­нии местности к концу сети водонапорный резервуар размещают в ее начале. Чем меньше уклон местности, тем дальше от началь­ной точки сети к ее центру следует устанавливать башню.

Если неприкосновенный противопожарный запас размещает­ся в напорных резервуарах (рис. 9.14), то при расчете сети опре­деляют отметки: дна резервуара башни ?д.б; верхнего уровня про­тивопожарного запаса zx min (которая также является отметкой

301

расчетного уровня на случай максимального хозяйственного водоразбора в сети); наивыс­шего уровня воды в резервуаре Zx max.

Координаты первой и второй отметок находят по формуле

Лб = Ян + (^д - ж) + Ейд,

где Яб — высота башни, м; Яи — необ­ходимое избыточное давление в «дик­тующей» точке, м; а — отметка по­верхности земли в «диктующей точке», м; ж — отметка поверхности земли в месте установки водонапорной башни, м; 2-Ад — сумма потерь напора по

Рис. 9.14. Схема работы водонапор­ной башни:

1 — потребитель; 2 — водонапорная башня

длине между башней и «диктующей» точкой, м.

Положение третьей отметки, а в тех случаях, когда по расчету на обеспечение пожарного расхода высота башни получается наибольшей, и второй отметки зависит от вместимости wta его диаметра Врез-

Zx min = %.б + ^пож/(0,7852^ез);

йс max = Zx min + И^хоз/(0,785Дрез),

где & min — отметка верхнего уровня противопожарного запаса, м; йс max — отмет­ка наивысшего уровня воды в резервуаре, м; И^пож. — объем пожарного запаса, м;

Wwi — объем хозяйственного запаса, м ; гд.б — отметка дна резервуара башни, м;

Д^кз — диаметр резервуара, м.

Высота башни Яб = Za.6 — й.б, где й.б — отметка земли у башни, м.

Чтобы подавать воду в сеть в соответствии с графиком потреб­ления, устраивают резервуары с некоторым регулировочным запа­сом воды. Этот запас расходуется в период подачи насосной стан­цией расхода воды в сеть менее требуемого и, наоборот, наполня­ется во время подачи воды в большем количестве, чем расходуется потребителями. Необходимый объем регулировочного запаса воды определяют составлением почасового баланса притока в ре­зервуар и оттока из него или построением интегральных кривых подачи воды насосной станцией и расхода воды в сети.

Ордината интегральной кривой потребления показывает, сколько воды (% суточного расхода) израсходовано к данному часу. Ординаты интегральной кривой подачи воды в сеть насоса­ми показывают, сколько на данный час подано воды. Для по­строения этих кривых надо суммировать часовые расходы воды от начала суток до каждого данного часа (рис. 9.15).

302

Рис. 9.15. Суммарная (интегральная) кривая водопотребления:

1— кривая подачи; 2—кривая недопотреб­ления; W\, (^—соответственно избыток и недостаток подачи; W, — равные значения подачи и водопотребления; Wcy — суточный объем

Необходимый объем резер­вуара

м³;

где W— объем резервуара, м'; а — максимальная разность ординат кри­вых подачи и потребления по недо­статку воды, % суточного расхода; б — наибольшая разность ординат по из­бытку, т. е. по превышению кривой подачи над кривой потребления, % су­точного расхода.

Если интегральные кривые потребления и подачи не пере­секаются, то определяют одну максимальную разность ординат

2468 1012U1}б1820'22 t,4

кривых.

Величина необходимого регулировочного запаса воды зависит в большой степени от принципа работы насосной станции. При автоматизации работы насосной станции необходимая вмести­мость регулировочного резервуара значительно уменьшается.

Задачи. Далее приведены задачи, посвященные расчету системы водоснабже­ния. Исходные данные к задачам приведены в табл. 9.1.

9.1. Исходные данные к задачам 9.11...9.20

Показатель	Номер задачи
	9.11	9.12	9.13	9.14	9.15	9.16	9.17	9.18	9.19	9.20
Среднесуточный 1160 - 984 960 1080 1230 - 550 775 830

1015 950 1000

1320

264 234 200

9,5 7,5 8 10

245 430

Среднесуточный расход воды бсуг. ср, м-Усут Максимальный су­точный расход

бсуг max, M'/cyr

Объем регулиро­вочного запаса »рег, м³ Пожарный расход

фюх.М

Объем пожарного запаса Wnax, м Объем резервуара водонапорной башни Урез.м