20. Гидравлическая увязка кольцевой водопроводной сети

Задачей увязки кольцевой сети является нахождение действительного распределения воды по участкам при принятых наиболее выгодных диаметрах и расчетных режимах работы сети. Расчет кольцевых водопроводных сетей для всех колец и узлов сети должен удовлетворять следующим условиям (14.43): в каждом узле должен соблюдаться баланс расходов (первый закон Кирхгофа); в каждом кольце и по внешнему контуру сети суммарные потери напора должны быть равны нулю (второй закон Кирхгофа):

∑Q = 0

∑h = 0

Метод итерации

Этот метод предложен профессором В.Г. Лобачевым и одновременно X. Кроссом. Увязка сети по этому методу при автоматическом соблюдении первого закона Кирхгофа достигается последовательным введением поправок к расходам на участках кольца, выраженным через контурный расход Δq в кольце, до тех пор, пока не будет выполняться и второй закон Кирхгофа - условие (14.43). Сущность его заключается в следующем:

• - в сети ориентировочно намечается точка схода потоков);

• - для каждого расчетного случая ориентировочно распределяются расходы по отдельным участкам (q1-2, q2-3, q1-4, и тд) с учетом баланса расходов в узле ∑Qi = 0;

• - по максимальному расчетному расходу определяются наибольшие диаметры труб с учетом экономического фактора на каждом участке;

• - по расходу и диаметру определяются потери напора на каждом участке: (h1-2, h2-3, h1-4, и тд)

Так как расходы воды на каждом участке были распределены ориентировочно, то сумма потерь напора в кольце будет равна не нулю, а какой-то величине Δh, называемой невязкой:

h1-2 + h2-3 - h1-4 - h4-3 = Δh ≠ 0(14.46)

Для того, чтобы Δh = 0, необходимо все расходы исправить на какую-то величину Δq (знак Δq в увязочном контуре совпадает со знаком невязки Δh и показывает какие участки в кольце перегружены расходами). При введении поправки к расходу на участке следует учитывать направление движения воды на этом участке. Условно намечаем стрелкой направление движения воды по кольцу (обычно это направление совпадает с направлением часовой стрелки). Если выбранное направление совпадает с направлением движения воды на отдельных участках, то поправку Δq подставляем со знаком "-", если не совпадает - то со знаком "+" и наоборот

Определение знака поправочного расхода на участке

Знак Δh и поправки Δq в кольце	Знак Δq на участке при движении воды в нем
	по часовой стрелке (+)	против часовой стрелки (-)
+	-	+
-	+	-

21. Основные требования,предъявляемые к водопроводным сетям

Водопроводная сеть является одним из главных частей системы водоснабжения и неразрывно свяаана в работе с водоводами, насосными станциями, подающими воду в сеть, также с регулирующими емкостями (резервуарами и башнями).

Водопроводная сеть обязана удовлетворять последующим главным требованиям:

а) обеспечивать подачу данных количеств воды к местам ее по

требления под требуемым напором;

б) обладать достаточной степенью надежности и бесперебойности

снабжения водой потребителей.

Не считая того, выполняя поставленные требования, сеть обязана быть запроектирована более экономично, т. е. обеспечивать меньшую величину приведенных издержек на стройку и эксплуатацию как самой сети, так и неразрывно связанных с ней в работе остальных сооружений системы.

Выполнение этих требований достигается правильным выбором конфигурации сети и материала труб, также правильным определением поперечников труб с технической и экономической точки зрения.

Первой задачей, которую решают при проектировании сети, является ее трассировка, т. е. придание ей определенной геометрической формы в плане.

Размещение линий водопроводной сети зависит:

1) от нрава планировки снабжаемого водой объекта, размещения отдельных потребителей воды, расположения проездов, формы и размеров жилых кварталов, цехов, зеленоватых насаждений и т. д.;

2) от наличия естественных и искусственных препятствий для прокладки труб (рек, каналов, оврагов, жд путей и т. п.);

3) от рельефа местности.

В практике водоснабжения употребляют два главных вида сетей: разветвленные, либо тупиковые (Ш.1), и кольцевые (III.2). Крайние представляют собой систему смежных замкнутых контуров либо колец.

Подача воды в данных количествах в всякую точку местности объекта водоснабжения быть может осуществлена как по разветвленной, так и по кольцевой сети. Но в отношении надежности и обеспечения бесперебойной подачи воды потребителям эти типы сетей далековато не равноценны. Трагедия и выключение на ремонт хоть какого участка разветвленной сети ведут к прекращению подачи воды всем потребителям, размещенным ниже места трагедии по направлению движения воды В кольцевой сети при трагедии, (и выключении) хоть какого ее участка вода" быть может подана в обход по параллельно размещенным линиям При всем этом нарушается снабжение водой лишь тех потребителей, которые присоединены к выключенному участку.

Кольцевая форма сети в известной мере обездвиживает действие гидравлических ударов, которые время от времени появляются в водопроводных сетях.

25Для каждой водопроводной сети может быть намечено неограниченное количество вариантов распределения расходов воды по ее участкам с удовлетворением условия баланса расходов в узлах (SQ=0). Но одним из важнейших критериев рациональности распределения расходов является надежности сети.

Под надежностью в данном случае понимается взаимозаменяемость соответствующих параллельно включенных участков водопроводной сети.

С этой целью при назначении начального потокораспределения общий расход воды, подаваемый в сеть, должен быть по возможности равномерно распределен между параллельными участками.

Соединительные линии между магистралями (“перемычки”) интенсивно работают лишь при аварии на основных участках. Они перебрасывают воду из одних транзитных магистралей на другие в обход поврежденного участка, т.е. сеть должна быть проверена на выполнение требований по подаче воды в период аварии. Диаметры трубопроводов сети должны быть определены с учетом схем как нормального так аварийного распределение потоков. При этом допускается снижение расходов воды согласно действующих норм.

26Трассировка водоводов и водопроводной сети

Первоочередной задачей при проектировании водоводов и водопроводной сети является трассирование, т. е. начертание линий трубопроводов в плане. Трассирование производят исходя из условия обеспечения достаточной надежности при наименьшей стоимости строительства, учитывая при этом расположение источника водоснабжения и потребителей, рельеф местности, расположение улиц, парков, наличие естественных и искусственных препятствий для прокладки труб (река, овраги, дороги и др.).

Трассировка водоводов производится на топографических картах местности по кратчайшему расстоянию, с обходом естественных препятствий. Водоводы выполняются из двух и более ниток трубопроводов, укладываемых параллельно друг другу с переключениями между ними.

Водопроводную сеть принято разделять на магистральные и распределительные линии. Магистральные линии служат преимущественно для транспортировки и распределения воды по территории, снабжаемого водой объекта, а распределительные линии для раздачи воды потребителям через вводы в здания, водоразборные краны, колонки. При гидравлическом расчете водопроводной сети благоустроенных населенных пунктов обычно рассматривают только магистральные линии.

По начертанию в плане различают тупиковую сеть, допускающую транспортировку воды к потребителю по единственному направлению, и кольцевую сеть, имеющую параллельные магистрали и перемычки (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Типы водопроводных сетей: а – тупиковая сеть; б – кольцевая сеть

В кольцевой сети при наличии параллельных магистралей в случае аварии подача воды прекращается только потребителям, питающимся непосредственно из поврежденного участка. В тупиковой сети авария на участке вызывает прекращение подачи воды всем потребителям, отбирающим воду из последующих участков данного направления. По этой причине водопроводные сети следует трассировать по кольцевой схеме, используя следующие рекомендации:

      первоначально проектируют минимум две-три главных магистрали, направленных по кратчайшему расстоянию от точки присоединения водовода к наиболее крупным потребителям. Рекомендуемое расстояние между такими параллельными магистралями 300–600 м;

      для перераспределения расходов воды при изменении режимов водоразбора и при авариях магистрали соединяются перемычками через 500–800 м;

      трубопроводы стремятся прокладывать вдоль проезжих частей по возвышенным участкам местности;

      магистральную сеть располагают равномерно по всей территории снабжаемого водой населенного пункта, увязывая ее размещение с другими коммуникациями и сооружениями;

      железные и автомобильные дороги трубопроводы должны пересекать под углом близким к прямому;

      линии трубопроводов, идущие вдоль станционных путей, прокладываются в стороне с учетом возможного развития станции;

      водонапорную башню следует располагать в наиболее высокой точке сети по возможности близко к крупнейшему потребителю.

 

(ТИПЫ ВС)Транспортирование воды к потребителям осуществляется по водоводам и водопроводным сетям. Они должны отвечать определенным требованиям надежности и экономичности. Это достигается путем правильного выбора трассы водоводов и конфигурации сети, материала и диаметров труб, режима их эксплуатации. При выборе, отводе и использовании земель под трассы водоводов должны соблюдаться основы земельного законодательства и ряд нормативных актов. В соответствии с этими документами водоводы должны прокладываться вблизи дорог с учетом границ землепользования и севооборотов. Если это приводит к значительному удлинению трассы, необходимо технико-экономическими расчетами обосновать ее начертание с учетом дополнительных расходов на временное использование посевных площадей и потраву посевов в случае ликвидации аварий.

Водоводы прокладывают в одну, две и более «ниток». Их целесообразно прокладывать на относительно возвышенных отметках местности с минимальным числом искусственных сооружений, в местах, доступных для эксплуатации и производства ремонтных работ. Для обеспечения заданного уровня снабжения водой потребителей между параллельно уложенными водоводами устраивают переключения, а вдоль трассы и на территории объекта могут устанавливаться емкости.

Водоводы по способу транспортирования воды бывают напорными и безнапорными. Перекачка воды по напорным водоводам может осуществляться насосами или в результате разницы пьезометрической отметки уровня воды в источнике и расчетной пьезометрической отметки в месте водоотбора. Первые водоводы называются нагнетательными; вторые- гравитационными напорными, или самотечно-напорными.

Безнапорные водоводы (гравитационные самотечные) работают неполным сечением. Область их применения по сравнению с напорными водоводами не столь велика. Их применение зависит от разности отметок начальной и конечной точек пути подачи воды, рельефа местности, расстояния между узлами подачи и отбора. Использование безнапорных труб приводит к уменьшению единичной стоимости таких водоводов по сравнению с напорными.

Однако увеличение протяженности трассы из-за необходимости обеспечения требуемых уклонов может увеличить их общую строительную стоимость.

Водопроводная сеть устраивается для транспортирования и подачи воды потребителям по всей территории объекта. Конфигурация сети зависит от планировки объекта, формы его поверхности, наличия естественных и искусственных препятствий, рельефа местности, расположения крупных потребителей воды, места расположения источника водоснабжения и т.д. По конфигурации сети бывают: кольцевыми, разветвленными и смешанными.

Кольцевые сети, имеющие более высокую стоимость по сравнению с другими, обладают более высокой надежностью в сфере снабжения водой. Линии сети, транспортирующие основные потоки воды, называются магистральными. Вне зависимости от типа сети магистрали должны прокладываться в направлении основных потоков воды и охватывать всю территорию населенного пункта.

27 Очевидно, что для определения каким-либо способом количеств воды, отбираемой из отдельных линий городской сети в заданные расчетные моменты, необходимо применить упрощенную схему водоотбора, отображающую с максимально возможной близостью действительный режим отбора воды.

В практике проектирования применяют упрощенную расчетную схему водоотбора, основанную на условном предположении, что общий отбор воды с каждого участка городской сети при одинако­вой плотности застройки и одинаковой норме водопотребления про­порционален его длине. При этом все крупные и известные по величине отборы (подача воды промышленным предприятиям, подача воды в емкости, пожарные отборы воды и др.) вычитают из общего количества отдаваемой воды и учитывают в виде сосредоточенных отборов в соответствующих точках сети. Тогда суммарный отбор воды остальными потребителями на единицу длины сети (при усло­вии одинаковой плотности и степени благоустройства в городе или рассматриваемом районе), л/(с х м), определяется по следующему выражению:

где   — полный расход воды, отдаваемой потребителям выданный расчетный момент;  — сумма отборов воды крупными потребителями;  — дли­на всех линий водопроводной сети (в величину   не следует включать линии. не имеющие домовых ответвлений, и линии, проходящие через незастроенные территории, парки, площади, длинные мосты, виадуки и т. п.).

Суммарный отбор воды с каждого участка сети (путевой расход):

где   — длина участка городской сети.

Условная схема отбора воды из сети показана на рис. II.5,а. В точках 3 и 14 указаны сосредоточенные расходы, равные действи­тельным отборам воды крупными потребителями. Для любого рас­четного момента

Приведенная схема может быть упрощена без какого-либо су­щественного изменения ее точности. Для этого путевые расходы   всех линий делят пополам и половины их присоединяют в качестве сосредоточенных расходов в граничных узлах участка. В результа­те такой операции в каждом узле кольцевой сети появится фиктив­ный сосредоточенный расход:

где   — сумма путевых рас­ходов участков, примыкающих к узлу i.

Фактические узловые расхо­ды, соответствующие отборам крупных потребителей, остают­ся сосредоточенными в соответ­ствующих узлах. Очевидно, что в такой схеме для каждого рас­четного момента полный расход воды, подаваемой в сеть, будет равен сумме всех фиктивных узловых расходов   (учи­тывающей отдачу воды основ­ной массе относительно мелких потребителей), сложенной с сум­мой действительных отборов во­ды отдельными крупными по­требителями  . Таким об­разом, в подобной расчетной схеме все мелкие отборы воды «сгоняются» к узлам и присое­диняются к ним в качестве со­средоточенных отборов (рис. II.5,б).

Представленная на рис. II.5,б схематичная расчетная картина отдачи воды используется в расчетах сетей город­ских водопроводов.

Иногда путевые расходы принимают пропорциональными не длине участков, а размерам площади, обслуживаемой данным участком. Например, путевой расход участка АБ (рис. II.6) может быть определен как:

где   — отбор воды за исключением учитываемых отдельно крупных от­боров   приходящийся на единицу площади города или района  , л/ (с х м²), равный  ;   — площадь, обслуживае­мая данным участком.

Удельные расходы   должны определяться раздельно для районов различной плотности населения и различной степени сани­тарного благоустройства. Этот метод дает несколько большую точ­ность, но более трудоемок.