21. Гидравлический расчет кольцевых водопроводных сетей. Расчет узлового расхода. Проверка расчета узловых расходов.

Кольцевую сеть применяют в населённых пунктах близ­ких по очертанию к квадрату или прямоугольнику. В этих сетях трубопрово­ды образуют один или несколько замкнутых контуров - колец. Благодаря кольцеванию каждый участок получает питание от двух или нескольких ли­ний, что значительно повышает надёжность работы сети и создаёт ряд других преимуществ. Кольцевые сети обеспечивают бесперебойную подачу воды да­же при авариях на отдельных участках: при выключении аварийного участка подача воды к другим линиям сети не прекращается. Они меньше подвержены авариям, т.к. в них не возникает сильных гидравлических ударов. При быст­ром закрытии какого-либо трубопровода поступавшая к нему вода устремля­ется в другие линии сети и действие гидравлического удара уменьшается. Во­да в сети не замерзает, т.к. даже при небольшом водоразборе она циркулирует по всем линиям, неся с собой тепло. Кольцевые сети обычно несколько длин­нее тупиковых, но устроены из труб меньшего диаметра. Стоимость кольце­вых сетей немного выше тупиковых. Благодаря высокой надёжности они на­ходят широкое применение в водоснабжении. Они полностью отвечают тре­бованиям противопожарного водоснабжения. После того, как выполнен расчёт водопотребления населённого пунк­та, производится трассировка кольцевой разводящей сети. В настоящем раз­деле предлагается рассчитать двухкольцевую разводящую сеть. С этой целью на территории объекта водоснабжения (плане посёлка) вычерчивают трубо­проводы, соединяют их концы и начала, образовывая замкнутые контуры -кольца, и подводят воду к крупным объектам.

Н.С. - насосная станция

Б - водонапорная башня

Рисунок - Схема начертания кольцевой водопроводной сети

З атем, как и в варианте с тупиковой сетью, на кольцевой сети намеча­ются узлы и участки. Каждый участок сети анализируется и замеряется. Все результаты сводятся в таблицу 3. Следует заметить, что особенностью кольцевых сетей является то, что раздача воды водопотредителям происходит практически на всех её участках, а это значит, что все они являются участками с путевыми расходами. Исклю­чение составляют лишь те участки, где явно нецелесообразно разбирать воду. Это могут быть участки, подводящие воду к крупным водопотребителям (на­пример, бане, больнице, МТФ и пр.). Далее при расчёте кольцевых сетей для упрощения и облегчения гид­равлических расчётов предполагают, что потребители отбирают воду только в узлах сети. Это означает, что равномерно распределённые по длине путевые расходы заменяют эквивалентными им сосредоточенными узловыми расхода­ми. Таким образом, узловые расходы для каждого узла кольцевой водопро­водной сети определяются по формуле:

где q_уд. - удельный расход сети, л/с на 1 п.м;

∑l - суммарная длина путевых участков сети, примыкающих к данному узлу, м.

То есть узловой расход q_узл. равен полусумме путевых расходов всех участков, прилегающих к узлу.

Подсчёт узловых расходов сводим в таблицу 4.

Проверить правильность расчётов и заполнения таблицы можно сле­дующим образом: сумма всех узловых расходов в колонке 4 таблицы должна быть равна хозяйственному расходу - q_xo3., а сумма всех полных узловых расходов в колонке 7 должна быть равна максимальному секундному расходу посёлка. Таблица

Вычерчивается расчётная схема кольцевой разводящей сети (рисунок 11), на которую во всех её узлах на стрелках, направленных вниз, наносятся значения полных узловых расходов из таблицы 4. На этой же схеме, только в узлах колец, на стрелках, направленных вверх, наносятся значения суммарных узловых расходов с учётом расхода во­ды, потребляемого отдельными крупными потребителями. Затем на расчётной схеме стрелками намечают направление движения воды по ветвям сети таким образом, чтобы вода к объектам водоснабжения двигалась по кратчайшему пути (без возвратного движения). Очень важной задачей является определение расчётных расходов на всех участках кольцевой разводящей сети, по которым впоследствии будут определятся диаметры труб и потери напора. Устанавливая величины расхо­дов, проходящих по участкам сети, руководствуются двумя основными пра­вилами:

по равнозначным магистралям следует направлять примерно одина­ ковое количество воды;

- приток к узлу равен оттоку из этого узла плюс узловой расход. Назначенные таким образом расходы принято называть первыми при-

кидочнымирасходами. Они наносятся на расчётную схему сети.

По первым прикидочным расходам рассчитываются диаметры труб и потери напора по формулам, приведённым в разделе «Расчёт тупиковых се­тей». После этого проверяют соблюдено ли известное гидравлическое усло­вие равенства потерь напора в ветвях колец, а именно в каждом кольце водо­проводной сети потери напора по ветви, где вода движется в одном направле­нии, должны равняться потерям напора в другой ветви, где вода движется в противоположном направлении. Алгебраическая сумма потерь напора в кольце называется невязкой кольца. На практике для сокращения расчётов допускают некоторую погреш­ность, а именно невязку считают допустимой, если её величина не превышает ± 0,5 м. Если величина полученной невязки превышает допустимую величину, то кольцевую сеть необходимо увязать. Чтобы увязать сеть, т.е. найти истинные расходы по линиям, следует перебросить часть первоначального прикидочного расхода из перегруженной ветви, где потери напора больше, в недогруженную. Для соблюдения баланса расходов в узлах (приток к узлу должен оставаться равным оттоку из узла) не­обходимо исправлять расход в обеих ветвях на одинаковую величину, т.е., ес­ли в недогруженной ветви расчётный расход увеличивают на величину Aq, то на эту же величину Aq следует уменьшить расход проходящий по перегру­женной ветви. Расход Aq принято называть поправочным расходом. Новые расходы, проходящие по участкам кольцевой сети, называют исправленными расходами. По исправленным расходам определяются новые потери напора на участках кольца и вычисляется новая невязка. Если поправочный расход установлен правильно, то после исправления первоначальных расходов кольцо увяжется, т.е. алгебраическая сумма потерь напора в кольце не будет превышать допустимую. Если после первого ис­правления кольцо не увязалось, продолжают увязку.

№ узла	Путевые участки сети, примыкающие к узлу		Узловой расход Яузл. 2 л/с	Крупные водопотре-бители, примыкающие к узлу		Полный узловой расход, л/с
	обозна­чение	длина, It, м		наимено­вание	расход, л/с
1	2	3	4	5	6	7
1
2
3
и т.д. •

22. Кольцевая сеть с ее основными элементами (примеры). Современные методы гидравлического расчета. Кольцевую сеть (рисунок 10) применяют в населённых пунктах близ­ких по очертанию к квадрату или прямоугольнику. В этих сетях трубопрово­ды образуют один или несколько замкнутых контуров - колец. Благодаря кольцеванию каждый участок получает питание от двух или нескольких ли­ний, что значительно повышает надёжность работы сети и создаёт ряд других преимуществ. Кольцевые сети обеспечивают бесперебойную подачу воды да­же при авариях на отдельных участках: при выключении аварийного участка подача воды к другим линиям сети не прекращается. Они меньше подвержены авариям, т.к. в них не возникает сильных гидравлических ударов. При быст­ром закрытии какого-либо трубопровода поступавшая к нему вода устремля­ется в другие линии сети и действие гидравлического удара уменьшается. Во­да в сети не замерзает, так как даже при небольшом водоразборе она циркулирует по всем линиям, неся с собой тепло. Кольцевые сети обычно несколько длин­нее тупиковых, но устроены из труб меньшего диаметра. Стоимость кольце­вых сетей немного выше тупиковых. Благодаря высокой надёжности они на­ходят широкое применение в водоснабжении. Они полностью отвечают тре­бованиям противопожарного водоснабжения.

Гидравлический расчёт разводящей сети проводят для определения диаметров труб на всех её участках и потерь напора в них при подаче расчёт­ного расхода. Если водопровод предназначен также для противопожарного водоснабжения, то делают поверочный расчёт сети на подачу противопожар­ного расхода воды при одновременно хозяйственно-питьевом водопотреблении.

Н.С. - насосная станция

Б - водонапорная башня

Рисунок - Схема начертания кольцевой водопроводной сети

После того, как выполнен расчёт водопотребления населённого пункта, производится трассировка кольцевой разводящей сети. В настоящем разделе предлагается рассчитать двухкольцевую разводящую сеть. С этой целью на территории объекта водоснабжения (плане посёлка) вычерчивают трубопроводы, соединяют их концы и начала, образовывая замкнутые контуры -кольца, и подводят воду к крупным объектам. Затем, как и в варианте с тупиковой сетью, на кольцевой сети намечаются узлы и участки. Каждый участок сети анализируется и замеряется. Все результаты сводятся в таблицу 3. Следует заметить, что особенностью кольцевых сетей является то, что раздача воды водопотредителям происходит практически на всех её участках, а это значит, что все они являются участками с путевыми расходами. Исклю­чение составляют лишь те участки, где явно нецелесообразно разбирать воду. Это могут быть участки, подводящие воду к крупным водопотребителям (на­пример, бане, больнице, МТФ и пр). Затем определяется удельный расход водопроводной сети. Его мы берем из раздела расчета тупиковой сети. Далее при расчёте кольцевых сетей для упрощения и облегчения гидравлических расчётов предполагают, что потребители отбирают воду только в узлах сети. Это означает, что равномерно распределённые по длине путевые расходы заменяют эквивалентными им сосредоточенными узловыми расхода­ми.

Таким образом, узловые расходы для каждого узла кольцевой водопро­водной сети определяются по формуле:

q_узл = (q_уд∙ Уl)/2

q_уд - удельный расход сети, л/с на 1 п.м;

Уl_пут - суммарная длина всех путевых участков сети

То есть узловой расход q_узл равен полусумме путевых расходов всех участков, прилегающих к узлу.

Подсчёт узловых расходов сводим в таблицу 8.

Проверить правильность расчётов и заполнения таблицы можно сле­дующим образом: сумма всех узловых расходов в колонке 4 таблицы 8 должна быть равна хозяйственному расходу - q_хоз, а сумма всех полных узловых расходов в колонке 7 должна быть равна максимальному секундному расходу посёлка. Вычерчивается расчётная схема кольцевой разводящей сети, на которую во всех её узлах на стрелках, направленных вниз, наносятся значения полных узловых расходов из таблицы. На этой же схеме, только в узлах колец, на стрелках, направленных вверх, наносятся значения суммарных узловых расходов с учётом расхода во­ды, потребляемого отдельными крупными потребителями. Затем на расчётной схеме стрелками намечают направление движения воды по ветвям сети таким образом, чтобы вода к объектам водоснабжения двигалась по кратчайшему пути (без возвратного движения). Очень важной задачей является определение расчётных расходов на всех участках кольцевой разводящей сети, по которым впоследствии будут определятся диаметры труб и потери напора. Устанавливая величины расхо­дов, проходящих по участкам сети, руководствуются двумя основными пра­вилами:

- по равнозначным магистралям следует направлять примерно одина­ковое количество воды;

- приток к узлу равен оттоку из этого узла плюс узловой расход.

Н азначенные таким образом расходы принято называть первыми прикидочными расходами. Они наносятся на расчётную схему сети. По первым прикидочным расходам рассчитываются диаметры труб и потери напора по формулам, приведённым в разделе «Расчёт тупиковых се­тей». После этого проверяют, соблюдено ли известное гидравлическое усло­вие равенства потерь напора в ветвях колец, а именно в каждом кольце водо­проводной сети потери напора по ветви, где вода движется в одном направле­нии, должны равняться потерям напора в другой ветви, где вода движется в противоположном направлении. Алгебраическая сумма потерь напора в кольце называется невязкой кольца. На практике для сокращения расчётов допускают некоторую погрешность, а именно невязку считают допустимой, если её величина не превышает ± 0,5 м. Если величина полученной невязки превышает допустимую величину, то кольцевую сеть необходимо увязать. Чтобы увязать сеть, т.е. найти истинные расходы по линиям, следует перебросить часть первоначального прикидочного расхода из перегруженной ветви, где потери напора больше, в недогруженную. Для соблюдения баланса расходов в узлах (приток к узлу должен оставаться равным оттоку из узла) не­обходимо исправлять расход в обеих ветвях на одинаковую величину, т.е., ес­ли в недогруженной ветви расчётный расход увеличивают на величину , то на эту же величину следует уменьшить расход проходящий по перегру­женной ветви. Расход принято называть поправочным расходом. Новые расходы, проходящие по участкам кольцевой сети, называют исправленными расходами. По исправленным расходам определяются новые потери напора на участках кольца и вычисляется новая невязка. Если поправочный расход установлен правильно, то после исправления первоначальных расходов кольцо увяжется, т.е. алгебраическая сумма потерь напора в кольце не будет превышать допустимую. Если после первого исправления кольцо не увязалось, продолжают увязку.

23. Добыча воды из подземных источников. Состав сооружений с учетом качества подземных вод. Подземные воды залегают на различных глубинах и в различных породах. Обладая высокими санитарными качествами, эти воды особенно ценны для хозяйственно-питьевого водоснабжения населенных мест. Наибольший интерес представляют воды напорных водоносных пластов, перекрытых сверху водонепроницаемыми породами предохраняющими подземные воды от поступления в них каких-либо загрязнений с поверхности земли. Однако для целей водоснабжения нередко используются также безнапорные подземные воды со свободной поверхностью, содержащиеся в пластам, не имеющих водонепроницаемой кровли. Кроме того, для целей водоснабжения используются родниковые (ключевые) воды т. е. подземные воды самостоятельно выходящие на поверхность земли Наконец, в отдельных случаях для производственного водоснабжения используются так называемые шахтные и рудничные воды, т. е. подземные воды, поступающие в водоотливные сооружения при подземных вод применяются сооружения следующих типов:

1) трубчатые буровые колодцы (скважины);

2) шахтные колодцы;

3) горизонтальные водосборы;

4) лучевые водосборы;

5) сооружения для каптажа родниковых вод.

Трубчатые буровые колодцы устраивают путем бурения в земле вертикальных цилиндрических каналов — скважин. В большинстве пород стенки скважин приходится укреплять обсадными (чаще всего стальными) трубами, образующими трубчатый колодец. Трубчатые колодцы применяют обычно при сравнительно глубоком залегании водоносных пластов и значительной мощности этих пластов. В связи с этим их, характерной особенностью является относительно малый диаметр (облегчающий прохождение большой толщи пород) и относительно большая длина водосборной части. Трубчатые колодцы могут использоваться для приема как безнапорных, так и напорных подземных вод. И в том и в другом случае они могут быть доведены до подстилающего водоупорного пласта — «совершенные колодцы» или заканчиваться в толще водоносного пласта — «несовершенные колодцы». Конструкция трубчатого колодца зависит от глубины залегания подземных вод, характера проходимых горных пород и способа бурения. В свою очередь способ бурения принимается в зависимости от требуемой глубины колодца.

Шахтные колодцы чаще всего применяют для приема относительно неглубоко залегающих вод (обычно на глубине не более 20 м) из безнапорных водоносных пластов. В редких случаях эти колодцы используют для приема слабонапорных вод (при незначительном заглублении и незначительной мощности напорных водоносных пластов). Обычно прием воды в шахтные колодцы осуществляется через их дно и частично стенки. Шахтные колодцы применяют для приема небольших количеств воды при индивидуальном пользовании, а также в водоснабжении сельских местностей, во временных водопроводах и т. п. Шахтные колодцы бывают бетонными, железобетонными, каменными (из кирпича или бутового камня) и деревянными (срубовыми). При небольшом диаметре колодцев их можно делать сборными из железобетонных колец. Шахтные колодцы обычно строят опускным способом.

Горизонтальные водосборы применяют при малой глубине залегания водоносного пласта (до 5—8 м) и относительно небольшой его мощности. Они представляют собой дренажи разных типов или водосборные галереи, укладываемые в пределах водоносного пласта (обычно непосредственно на подстилающем водоупоре). Водосборное устройство часто располагают по линии, перпендикулярной направлению движения грунтового потока. Вода, поступившая из грунта в дренажные трубы или галереи, подается по ним в сборный колодец, откуда откачивается насосами. Все конструкции горизонтальных водосборов можно разделить на следующие три группы:

1) траншейные водосборы с засыпкой камнем или щебнем;

2) трубчатые водосборы,

3) водосборные галереи

Лучевой водосбор представляет собой оригинальное и эффективно работающее водоприемное сооружение, с успехом применяемое для приема подрусловых вод. Вода отбирается расположенными в пределах водоносных пород горизонтальными трубчатыми дренами, радиально присоединенными к сборному шахтному колодцу. Лучевые водоприемники используются также для забора подземных вод, не имеющих питания из открытых водоемов» при условии, что водоносные пласты относительно небольшой мощности лежат на глубине не более 15—20 м. Лучевые дрены выполняются из перфорированных (щелевых) стальных труб и устраиваются способом продавливания (звеньями) изнутри шахтного колодца (или бурением). Некоторые методы производства работ по укладке лучевых дрен включают предварительное продавливание обсадных труб, в которые затем вводят дренажные трубы. После установки последних обсадные трубы удаляют. При других методах продавливают непосредственно дренажные трубы, снабженные параболической головкой, к которой под напором подводится вода, выходящая через щели в головке и осуществляющая размыв грунта. Пульпа удаляется по отводной трубе в шахту.

Родники, или ключи, представляют собой естественный выход подземных вод на поверхность. Прозрачность, высокие санитарные качества, а также относительно простые способы получения родниковой воды привели к широкому использованию ее для целей питьевого водоснабжения. Кроме громадного количества мелких населенных мест, использующих родниковую воду, даже ряд крупных городов имеет системы водоснабжения, основанные на питании их водой родников. Для крупных водопроводов обычно используется одновременно несколько групп мощных родников. Родники бывают двух типов — восходящие и нисходящие. Первые образуются при проникновении в поверхностные слои грунта напорных вод в результате нарушения прочности перекрывающих их водонепроницаемых пород. Вторые образуются в результате выклинивания на поверхность земли безнапорных водоносных пластов, покоящихся на водонепроницаемых породах. Сооружения для приема родниковых вод (в соответствии с характером их работы) получили название каптажных сооружений, а процесс сбора родниковой воды называют каптажем родников. Эти сооружения имеют различное устройство для двух названных типов родников. Для каптажа восходящих родников водоприемные сооружения выполняются в виде резервуара или шахты, сооружаемой над местом наиболее интенсивного выхода родниковой воды. Каптаж нисходящих родников осуществляется путем устройства своеобразных приемных камер, располагаемых в месте наиболее интенсивного выхода родниковой воды. В ряде случаев перпендикулярно основному направлению движения родниковой воды для ее перехвата и направления к приемной камере устраиваются сооружения в виде «перемычек» подпорных стен и т. п. Иногда вдоль этих перемычек укладывают горизонтальные водосборные трубы или галереи, собирающие воду и облегчающие ее транспортирование к приемной камере.