Лекція № 10 Тема: Розрахунок зовнішнього водопроводу промислового підприємства.

План лекції

4. Порядок розрахунку зовнішньої водопровідної мережі.

5. Гідравлічний розрахунок розгалуженої мережі.

6. Гідравлічний розрахунок кільцевої мережі.

7. Приклад розрахунку зовнішнього протипожежного водопроводу промислового об’єкту.

Питання 1. Порядок розрахунку зовнішньої водопровідної мережі.

Розрахунок водопровідних мереж проводять для того, щоб вибрати найбільш економічні діаметри труб, що забезпечують пропуск розрахункових витрат, а також визначити втрати напору в них, величину яких необхідно знати при розрахунках водонапірних башт і насосних станцій.

Гідравлічний розрахунок мережі об’єднаного водопроводу проводиться на два режима:

а). в звичайний час, тобто при подачі розрахункових витрат води Q_розр на господарсько-питні Q_г/п , виробничі Q_вир і душові Q_д потреби, тоді

Q_розр = Q_г/п + Q_вир + Q_д

б). при пожежі, коли водопровідна мережа повинна забезпечити пропуск розрахункових витрат води Q_розр на господарсько-питні Q_г/п і виробничі Q_вир потреби, а також на пожежегасіння Q_пож (витрати води на душ не враховуються), тоді

Q_розр = Q_г/п + Q_вир + Q_пож

1. Визначення розрахункових витрати води включає потреби на виробничі цілі і на пожежегасіння. При цьому Q_вир для кожного виробничого цеху задається у відповідності з технологічним регламентом. Витрата води на пожежні потреби Q_пож представляє суму витрат води на зовнішнє Q_зов (див. СНиП 2.04.02 – 84 «Водопостачання. Зовнішні мережі» табл. 7 і 8) і внутрішнє пожежегасіння Q_вн (див. СНиП 2.04.01 – 85 «Внутрішній водопровід і каналізація зданій» табл. 2), тобто.

Q_пож = Q_зов + Q_вн

2. Визначивши величину витрати в звичайний час роботи водопроводу для кожного виробничого цеху, отриманні значення проставляють в точках вводів в будівлі і споруди. Ці витрати q₁, q₂, q₃, називають вузловими витратами.

3. Вузлові витрати розподіляють по ділянках водопровідної мережі, тобто по ділянках, які розміщені між сусідніми вузлами, дотримуючи обов’язково умову: та кількість води, яка пішла від вузла, повинна дорівнювати тій кількості, яка повинна підійти по ділянках, прилеглих до цього вузла.

При визначенні витрати води на ділянках магістралі розгалуженої мережі враховують, що її величина складається з витрати, використовуваної споживачем в кінцевій точці даної ділянки, і витраті води що проходить по даній ділянці до більш віддалених, споживачів.

Так, наприклад, витрата води на ділянці 1 – 4 буде дорівнювати q₁ = q₄ + q_4-5 + q_4-6 (мал.1), на ділянці 1 – 3 q_3-1 = q₃ + q_3-0 (мал.2).

Визначення витрат по ділянках необхідно починати від точки, найбільш віддаленої і високо розташованої від точки живлення мережі (диктуючої точки: точки 6 для схеми на мал..1; точки 0 для схеми на мал.2).)

Мал.1. Розрахункова схема тупикової мережі

1 – 6 – точки відбору води

4. За величиною витрат на ділянках визначають діаметри труб, користуючись рівнянням

Q = (Пd²/4)v ,

звідси

d = √4Q/П v ,

де Q – витрати води на розрахунковій ділянці; v – швидкість руху води.

Діаметр труб вибирається з урахуванням найбільш економічних швидкостей руху води в них при яких будівельні і експлуатаційні затрати будуть мінімальними. Величина цих швидкостей при нормальному режимі роботи водопроводу складає: 0,7 – 1,2 м/с для труб малих діаметрів; 1 – 1,5 м/с – великих діаметрів; 2 – 2,5 м/с при пропуску витрат на пожежегасіння.

При виборі діаметру труб можна скористатися табл.41. в якій вказані значення найбільш економічних швидкостей.

5. Визначають втрати напору на ділянках мережі, користуючись формулами

h = Аℓ Q² h = SQ².

Значення питомого опору S приведені в табл. 2.

Втрати напору в місцевих опорах зовнішній водопровідній мережі складають ≈5% від втрат по довжині трубопроводу, тому загальні втрати h_заг = 1,05h

Питання 2. Гідравлічний розрахунок розгалуженої мережі.

Розгалужені водопровідні мережі розраховують як систему послідовно сполучених трубопроводів. Для розрахунку перш за все складається схема водопроводу, на якій в місцях розташування водокористувачів зосереджуються розрахункові (вузлові) витрати (мал. 1).

Розрахунок починають з основної (магістральною) мережі, рухаючись проти потоку води від діктуючої точки до точки живлення мережі. Для вказаної схеми розрахунковим напрямом буде: 6—4—1—0.

Спочатку визначають розрахункову витрату води для кожної з ділянок мережі. Втрати напору по всій довжині мережі будуть дорівнювати сумі втрат на окремих ділянках

h = S₁ q₁² + S₂ q₂² + …+ S_n q_n²

Для дуже розгалужених мереж іноді не відразу вдається визначити диктуючу точку, а в наслідок і розташування основного розрахункового напрямку. В цьому випадку розглядають декілька варіантів. При цьому основною (магістральною) лінією є лінія, при розрахунку якої в точці живлення мережі отримується найбільший напір. Після розрахунку основної лінії приступають до розрахунку відгалужень.

Розглянемо декілька прикладів подібних розрахунків.

Приклад. Вода для виробничих потреб в кількості 30 л/с поступає по розгалуженій мережі об'єднаного виробничо-пожежного водопроводу (див. мал. 1). До споживачів вода поступає по відгалуженнях (вводам) в кількості, вказаній на схемі. При пожежі вода з витратою 15 л/с відбирається від гідранта, встановленого в точці 6. Визначимо діаметри труб мережі і втрати напору.

Рішення. Визначимо витрати на окремих ділянках магістральних ліній 6—4—1—0; q_6-4 = 8 л/с; (q_4-1 = 8+12 = 20 л/с; q_1-0 = 20+10 = 30 л/с; витрати води у відгалуженнях: q_4-5 = 10 л/с; q_3-2 =3,5 л/с; q_2-1 = 6 + 3,5 = 9,5 л/с.

Діаметри труб підбирають по витраті і швидкості (табл. 42) при подачі води на виробничі потреби. Втрати напору визначаються по формулі h = SQ², у якій значення S знаходять по табл.42.

Розрахунок зводять в табл. 43.

Як видно з табл. 43, при пропуску пожежних витрат швидкість руху води на ділянці 6—4 складає 2,81 м/с, що більше допустимої 2,5 м/с. Тому запропоновано на цій ділянці труби діаметром 100 мм замінити на труби діаметром 150 мм.

За рахунок цього швидкість руху води на ділянці стала менше допустимої. Сумарні втрати напору в магістралі складають:

до пожежі

h = 0,47 + 5,92 + 2,16 = 8,55 м;

при пожежі

h' = 3,91 + 18,13 + 4,86 = 26,9 м.

Загальні втрати (з урахуванням втрат напору в місцевих опорах) будуть дорівнювати

h_заг = 1,05h = 1,05 • 8,55 = 8,98 м;

h_заг = 1,05h = 1,05 • 26,9 = 28,25 м;

Питання 3. Гідравлічний розрахунок кільцевої мережі.

Розрахунок кільцевих водопровідних мереж складніше розрахунку тупикових, оскільки шукані діаметри труб повинні визначатися по витратах води, які в них протікають а ці витрати невідомі, як невідомий і напрямок потоків води на ділянках мережі; вони в свою чергу залежать від діаметру труб. Тому розрахунок кільцевих водопровідних мереж проводиться методом послідовного наближення. Розглянемо водопровідну мережу, що складається з одного кільця (мал. 2).

Мал. 2. Схема до розрахунку одно кільцевої водопровідної мережі

0 – 3 – точки відбору води

На початку розрахунку намітимо точку зустрічі потоків води і тим самим задамося вірогідним напрямком потоків. Точка зустрічі потоків зазвичай співпадає з точкою одного з максимальних і найбільш віддалених витрат. Припустимо, що точкою зустрічі потоків буде точка 0, до неї від точки 1 притікає витрата q_0-1, а від точки 2 — витрата q_0-2. Тоді співвідношення витрат води в кільці може бути виражене наступними рівняннями:

q₀ = q_0-1 + q_0-2 ; q₂-₃ = q_0-2 + q₂; ]

q_1-3 = q_0-1 + q₁ ; q_3-1 = q_1-3 + q₂-₃. ] (80)

Із співвідношень виходить, що сума витрат, що надходить до точки, дорівнює сумі витрат що йдуть від цієї точки плюс витрата в самій точці. Або, рахую чи умовно кількість води, що надходить до точки, позитивним, а що йде, включаючи віддачу води споживачеві, негативним, можна умову балансу витрати води в кожній точці мережі виразити рівнянням

∑ q = 0. (81)

Рівність (81) є першою основною умовою гідравлічного розрахунку кільцевої мережі. За попередньо розподіленими витратами і економічно доцільними швидкостями (табл. 42) вибирають діаметри труб і визначають втрати напору по ділянках h_0-1, h_1-3, h_0-2, h_2-3. Потім підраховують сумарні втрати напору по напрямах руху потоків води від нульової точки до точки живлення кільця (точка 3)

∑h _0-1-3 = h _0-1 + h _1-3 ;

∑h _0-2-3 = h _0-2 + h _2-3 ; (82)

Сумарні втрати лівої і правої лінії кільця повинні бути однакові, оскільки тільки за цієї умови точкою зустрічі потоків може бути точка 0, тобто

∑h _0-1-3 – ∑h _0-2-3 = 0. (83)

Умовно рахую чи позитивні величини втрати напору в лініях, де вода йде за годинниковою стрілкою, і негативними в лініях, де вода йде проти годинникової стрілки, рівняння (81) може бути записане у такому вигляді

∑ h = 0 . (84)

Рівність (84) є другою основною гідравлічною умовою розрахунку кільцевої мережі. Якщо такої рівності немає, то витрати, що надходять до нульової точки, задані не вірно. В цьому випадку необхідно зменшити величину витрат на Δq в тій лінії кільця, де втрати напору більше, і збільшити на Δq в лінії кільця, де втрати менше, після чого знов виконати розрахунок (друга спроба). Цей процес послідовного наближення називають ув'язкою мережі, а витрата Δq — увязочною витратою. Послідовним наближенням можна добитися дотримання умови (84).

Проте практично при розрахунках водопроводів допускається деяка різниця в сумарних втратах напору окремих кілець, похибка, названа нев’язкою, Δh, тобто

∑h = Δh. (85)

Допустима величина неув’язки при розрахунку окремого кільця водопровідної мережі складає 0,5 м (при пропуску пожежних витрат допустима величина неув’язки зростає до 1 м).

Питання 4. Приклад розрахунку зовнішнього протипожежного водопроводу промислового об'єкту.

Припустимо, що необхідно провести розрахунок об'єднаного (господарсько-протипожежного) водопроводу високого тиску, що обслуговує текстильну фабрику.

При цьому належить виходити з наступних даних:

1. Джерело водопостачання — річка.

2. Характеристика основних будівель приведена в табл. 1.

3. Генеральний план об’єкту з водопровідною мережею (мал.3).

4. Внутрішнє протипожежне водопостачання у виробничих будівлях здійснюється за допомогою пожежних кранів.

Мал. 3. Генплан текстильної фабрики з водопровідною мережею

БК – береговий колодязь; НС – насосна станція першого підйому; ОС – очисні споруди; РЧВ – резервуари чистої води; НС ІІ – насосна станція другого підйому; ВБ – водонапірна башта; І – ІХ – номера цехів; 1 – 6 точки вводу в будівлі.

Таблиця 1. Вихідні данні для розрахунку водопровідної мережі

Цехи, служби, адміністративні будівлі	Ступінь вогнестійкості	Об'єм будівлі, тис. м3	Категорія виробництва	Висота будівлі м	Кількість тих, що працюють в зміну N зм	Норма водоспоживання на 1 чол. л/зм q зм	Середня господарська витрата q ср, л/с	Часовий коефіцієнт нерівномірного водоспоживання
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Склад хлопку	ІІІ	15	В	5	-	-	-	-
Підготовчий цех	ІІ	10	В	10	200	25	0,17	3
Прядильний цех	ІІ	25	В	15	800	25	0,7	3
Ткацький цех	III	40	В	15	600	25	0,52	3
Обробний цех	ІІ	8	В	10	100	25	0,09	3
Склад готової продукції	III	8	В	5	50	25	0,04	3
Котельна	ІІ	7	Г	7	30	45	0,05	2,5
Механічна майстерня	ІІІ	15	Д	10	10	25	0,08	3
Адміністративна будівля	ІІІ	18	В	15	200	25	0,17	3
Разом	-	-	-	-	2080	-	1,82	-

Цехи, служби, адміністративні будівлі	Максимальна господарська витрата Qмакс госп. л/с	Кількість людей що приймає душ Ng	Витрата на одну душову сітку qд	Кількість людей на одну душову сітку, n	Душова витрата Qд л/с	Виробнича витрата Qвир л/с	Пожежна витрата Qпож, л/с	Витрата до пожежі Qроз л/с	Витрата при пожежі Qроз л/с
1	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Склад хлопку	-	-	-	-	-	-	20+5	-	-
Підготовчий цех	0,51	200	500	3	9,2	-	15+5	9,71	0,51
Прядильний цех	2,1	700	500	7	13,9	0,5	20+5	16,5	2,6
Ткацький цех	1,56	500	500	7	10	0,5	30+10	12,06	42,06
Обробний цех	0,27	100	500	5	2,8	1	15+5	4,07	1,27
Склад готової продукції	0,12	-	-	-	-	-	20+5	0,12	0,12
Котельна	0,12	30	500	5	0,8	1	10	1,92	1,12
Механічна майстерня	0,24	100	500	5	2,8	-	15+5	3,04	0,24
Адміністративна будівля	0,51	-	-	-	-		20+5	0,51	0,51
Разом	5,43	1630	-	-	39,5	3	40	47,93	48,43

Данні гр. 2; 3; 5; 6; 11, 15 – задаються.

Данні гр. 4 встановлюють по СНиП 2.09.02 – 85 Виробничі будівлі.

Данні гр. 7, 9, 12, 13 визначають по СНиП 2.04.02 – 84 Водопостачання Зовнішні мережі і споруди

5. Висота розташування внутрішніх пожежних кранів на верхніх поверхах найбільш високих виробничих будівель складає 9 – 12 м від рівня землі.

6. Водонапірна башта, що встановлена на початку мережі, забезпечує створення постійного тиску у зовнішньої мережі і у внутрішньому водопроводі.

7. Розрахувати завантаження (витрату) слід по найбільш багато чисельній зміні. Кількість працівників і тих хто приймає душ в цій зміні, а також виробничі витрати води вказані в табл. 45.

Рішення