2. Свободный напор

Минимальный свободный напор в сети водопровода населенного пункта при хозяйственно-питьевом водопотреблении на вводе в здание (над поверхностью земли) должен приниматься при одноэтажной застройке не менее 10 м. При большей этажности на каждый этаж следует добавлять 4м. У водоразборных колонок минимальный напор должен быть не менее 10м.

Свободный напор в наружной сети производственного водопровода должен приниматься по технологическим характеристикам оборудования.

Гидростатический напор в наружной сети хозяйственно-питьевого водопровода у потребителя не должен превышать 60 м.

При напорах в сети больше 60 м для отдельных зданий или районов допускается установка регуляторов давления или зонирование системы водопровода.

Свободный напор в сети противопожарного водопровода низкого давления при пожаротушении должен быть не менее 10 м.

1.3 Основные конструктивные элементы водопроводной сети, ее проектирование и гидравлический расчет

Для устройства наружных водопроводных сетей применяются чугунные, стальные и асбестоцементные трубы.

Глубину заложения водопроводных сетей при подземной прокладке нужно принимать с учетом исключения возможности замерзания воды в зимний период года и недопустимого нагревания в летний период, а также повреждения труб внешними нагрузками.

Глубина заложения труб, считая до низа, должна быть больше расчетной глубины промерзания грунта на 0,5 м.

При пересечении с реками водопроводные трубы укладывают в виде дюкеров, располагая их не менее чем 1 м ниже дна реки в траншеях. С обоих концов дюкера строят колодцы, в которых размещают задвижки для включения отдельных линий дюкера.

При пересечении трубопроводами железных дорог трубы следует прокладывать в проходных галереях или футлярах (кожухах) для предотвращения размыва полотна (в случае разрыва водопроводных линий) и удобства ремонтных работ.

На водопроводных линиях, в необходимых случаях, надлежит предусматривать установку: задвижек для выделения ремонтных участков, клапанов для впуска воздуха, вантузов для выпуска воздуха, выпусков для сброса воды, компенсаторов, обратных клапанов или клапанов других типов автоматического действия для выключения ремонтных участков, аппаратуры для предупреждения недопустимого повышения давления при гидравлических ударах, пожарных гидрантов для отбора воды и з водопровода на тушение пожаров.

Клапаны для впуска и вантузы для выпуска воздуха следует устанавливать в повышенных, а выпуска – в пониженных точках ремонтных участков трубопроводов.

Пожарные гидранты устанавливают на сети на расстоянии не более 150м друг от друга (на перекрестках) не ближе 5м от стен зданий.

Для размещения указанной выше арматуры на водопроводной сети устраивают подземные камеры – колодцы из сборного железобетона, а также из кирпича.

Проектирование и гидравлический расчет водопроводной сети производят в соответствии с СНиП 2.04.03.-84.

При трассировке водопровода руководствуются следующими основными рекомендациями:

• подводящие водоводы от головных водопроводных сооружений к населенному пункту прокладывают по кратчайшему пути в две и более линии (рис 1.1);

• располагают водопроводные линии в пределах населенного пункта параллельно застройке зданий, т.е. вдоль улиц, переулков по обочинам дорог;

• водопроводную арматуру (задвижки, выпуски, вантузы и т.д.) размещают в специальных подземных камерах (смотровых колодцах);

• участки водопровода прокладывают с уклоном (с использованием уклона рельефа местности) для обеспечения опорожнения линий и выпуска воздуха;

• для предотвращения замерзания воды в водопроводе его укладывают ниже глубины промерзания грунта.

После трассировки на плане населенного пункта водопровода выполняют его гидравлический расчет в следующем порядке:

1. На отдельном листе вычерчивают (без масштаба) расчетную схему водопроводной сети так, чтобы на каждом расчетном участке и узле можно было указать основные параметры так, как представлено ниже (рис. 1.2) следующие величины:

• на участке

• в узле .

Здесь: l – длина участка, м; d – диаметр труб, м; q – рассчитанный расход воды на участке, м³/с; V – рассчитанная скорость движения воды на участке, м/с; h_l – потери напора на участке, м; q_yз - расчетный узловой отбор воды, м³/с; z – геодезическая отметка поверхности земли, м; H – расчетный гидростатический напор в узле, м; h - расчетный свободный напор в узле, м.

2. Нумеруют расчетные узлы с обозначением отметок и длин участков, м.

3. Определяют путевые отборы воды на расчетных участках. При этом при одинаковой этажности и интенсивности застройки населенного пункта можно считать, что с каждого километра водопровода, к которому подключены здания, отбирается одинаковое количество воды, т.е.

где q_уд – удельный отбор воды, т.е. отбор воды с одного километра водопровода; q_кс – расчетный расход воды в коммунальном секторе, м³/с;

 l – сумма длин участков водопровода, к которым присоединены дома, км.

4. Производят распределение путевых отборов воды по узлам. При этом для каждого узла расчетный расход (отбор) воды определяют по формуле:

где l_k-i, l_k-j, l_k-n – длины участков, присоединенных к данному узлу.

Определение узловых расходов оформляют в виде таблицы 1.2.

Таблица 1.2

№ узлов	Участки, присоединенные к узлу	Длины участков l,км	Путевой отбор воды на участке, q, л/с	Узловой отбор qуз, л/с	Крупные водопотребители		Полный узловой расход, л/с
					Наименование потреб	Расчетный расход, л/с
1	2	3	4	5	6	7	8
1	БС - 1
	1 – 2
2	1 – 2				Тепловой пункт	.
	2 – 3
3	2 – 3
	3 – 4
	3 – 8
4	3 – 4
	4 – 5
	4 – 9
	4 – 10
5	4 – 5
	5 – 6
6	5 – 6
	6 – 7
7	6 – 7				Пром Компл. 2
8	3 – 8
9	4 – 9
10	4 – 10				Пром. Компл. 1
				qк.с.		qп.р.	qк.с.+ qп.р.

Примечания: 1. Сумма расходов колонки 5 таблицы 1.2 должна равняться расчетному расходу в коммунальном секторе, а сумма колонки 8 – расчетному расходу населенного пункта.

2. Значения узловых расчетных расходов должны быть перенесены на расчетную схему водопровода.

5. Производят распределение линейных расходов воды. В разветвленном водопроводе движение воды происходит от водонапорной башни к тупиковым (конечным) узлам водопровода. Распределение расчетных расходов по участкам производят по правилу узла, а именно:

q_n=q_o, (1.10)

где q_n,q_o – соответственно сумма расходов воды, подходящих узлу и отходящих от узла.

Полученные значения расходов наносят на расчетную схему.

6. Определяют предварительно магистральное направление движения воды от водонапорной башни к самому удаленному и высоко-расположенному узлу. На расчетной схеме (см. рис.1.2) за магистральное направление принято направление БС-1-2-3-4-5-6-7.

7. Выполняют гидравлический расчет водопровода, основными задачами которого являются:

• подбор типа и диаметров труб;

• определение потерь напора;

• определение свободных и гидростатических напоров в узлах.

С санитарно-гигиенической (эпидемиологической) точки зрения самыми надежными являются стальные трубы. В курсовой работе для устройства водопровода рекомендовано применять электросварные трубы (ГОСТ 10704-76). Подбор диаметров труб следует производить с учетом экономического фактора. Экономически наивыгоднейшими будут те диаметры, при которых оказываются наименьшими приведенные затраты средств на строительство и эксплуатацию водопровода. Воспользовавшись справочником по гидравлическим расчетам /** табл. 6.6/, следует подобрать по расчетным расходам ближайшие большие по величине диаметры d труб, а из табл. 6.5 / /взять значения удельных сопротивлений, и вычислить расчетные скорости движения воды

где q – расчетный линейный расход воды, м³/с; d – подобранный диаметр трубы, м.

Числовые значения диаметров, скоростей и потерь напора переносят на расчетную схему водопровода (см. рис. 1.2). Затем определяют напоры в узловых точках водопровода с помощью уравнения Д.Бернулли. Например, для участка 6-7 водопровода уравнение Д.Бернулли можно записать в виде:

где z₆, z₇ – геодезические отметки поверхности земли; р₆, р₇ - избыточное давление воды; v₆, v₇ – скорость движения воды соответственно в узлах 6 и 7; h_6-7 - потери напора на участке 6-7.

По значениям скорости V определяют, по табл. 6.9./12/, поправочный коэффициент k_v. Расчет водопровода представляют в табличной форме (табл.1.3).

Таблица 1.3

Обозначение участков	Длина участка l, м	Расчетный расход q, м3/с	Диаметры труб d, мм	Скорость движения воды V, м/с	Коэффициент kv	Удельное сопротивление A c2/м6	Сопротивление участка S= kvAl, c2/м5	Потери напора hl=Sq2, м
1	2	3	4	5	6	7	8	9
БС-1	200	33,4 2	125	1,36	0,97	76,22	14800	4,13
1-2	120	32,0 2	125	1,31	0,97	76,22	8900	2,27
2-3	290	22,7 2	100	1,44	0,97	172,3	48400	6,23
3-4	280	18,78	150	1,06	1,0	30,65	8563	3,02
4-5	280	9,66	100	1,27	0,98	172,9	47200	4,40
5-6	300	7,06	80	1,40	0,97	454,3	190806	9,51
6-7	400	3,96	80	0,80	1,02	454,3	1,8х106	2,6
4-10	220	3,88	80	0,78	1,02	454,3	1,019х106	1,47
3-8	300	1,34	50	0,68	1,04	3686	1,15х106	2,06
4-9	300	1,34	50	0,68	1,04	3686	1,15х106	2,06

В водопроводе постоянного диаметра (V₆=V₇) избыточному давлению р соответствует гидростатический напор ( ).

В практике расчета водопроводов принято определять так называемые свободные напоры, т.е. гидростатические напоры, отсчитываемые от поверхности земли, например для узла 6 свободный напор а для узла 7 - где h – глубина заложения труб.

Расчетную глубину заложения труб принимают обычно одинаковой для всей водопроводной сети (для средней европейской части России можно принять h  2м).

Уравнение Д. Бернулли, записанное через свободные напоры, примет вид:

В проектируемом водопроводе расчетный свободный напор h_H во всех его точках должен быть не ниже нормативного, определяемого для жилых домов (в зависимости от этажности застройки) по формуле:

где n – число этажей здания.

Для промышленных предприятий величину нормативного напора назначают в зависимости от требований технологического процесса.

В расчетном диктующем узле 7 определяют нормативную величину свободного напора, а затем из уравнения (1.13) находят расчетный свободный напор в узле 6, с учетом направления движения воды на участке 6-7.

Выполнив подобные расчеты, последовательно для каждого узла, определяют свободные (h) и гидростатические (z+h) напоры для всех узлов. Если в результате расчетов в каком-либо узле расчетный свободный напор окажется ниже нормативного на величину h=h-h_н, необходимо расчетные напоры во всех узлах увеличить на величину h. Результаты расчетов следует зафиксировать на схеме водопровода.

8. По результатам гидравлического расчета строят продольный профиль главной магистрали с нанесением напорной линии (рис.1.3).