Розрахунок водонапірної башти (приклад)

Розрахунок здійснений на прикладі водопостачання тваринницької ферми.

1.1. Середньодобова витрата води на фермі:

Q_c.доб. = q_i × m_i, л/доб.

де

q_i - середньодобова витрата води одним споживачем, л/доб.;

m_i - кількість кожного виду споживачів.

Норма споживання води одним робітником за зміну 25 літрів.

Кількість споживачів:

- корови - q_i1 = 80 л. ; m_i1=400голів;

- доярки - 9 чоловік;

- скотарі - 5 чоловік;

- електрики - 3 людини. Всього - 17 чоловік. q_i2=25 л/доб., m_i2=17.

Q_c.доб. = 80×400 + 17×25 = 32425 л.

1.2. Максимальна добова витрата води на фермі:

Q_{mак. доб.}= Q_c.доб. × K_{н. макс.}, л.

де

K_н.макс. - коефіцієнт добової нерівномірності споживання води. Для тваринницьких ферм приймають рівним 1,3.

Q_{mак. доб} = 32425×1, 3=42152,5 л/доб. = 42,15 м³/доб.

По максимальній добовій витраті води вибирають об’єм водонапірних баків [башта Рожновського] і резервуарів.

1.3. Об'єм водонапірного бака:

V_б=V_p+V_n+V_a м³

де V_p - регулюючий об'єм водонапірної башти. V_p=Q_{mак. доб} × K_p

K_p - коефіцієнт регулюючого об'єму (К_р=0,4);

V_p=42,15×0,4=16,86 м³

V_n - протипожежний запас води (рекомендується приймати з розрахунку гасіння пожежі впродовж 10 хвилин в двох місцях одночасно із загальною витратою води 10 л/с) = 21600 л = 21,6 м³.

V_a=2q_{mакс. год.} - об'єм води для безперебійного водопостачання впродовж 2 годин на випадок аварійного відключення електроенергії

V_a=2×4039,61=8079,22 л = 8,08 м³

q _{mакс. год.} - максимальна годинна витрата води.

q _{mакс. год.} =2,3Q_{mак. доб}/24=4039,61 л.

Тоді V_б=16,86+21,6+8,08=46,54 м³.

Сумарний розрахунковий об'єм водонапірної башти системи Рожновського за стандартом об'єму башти дорівнює 50 м3, тоді приймаємо башту ВБР- 50 м³.

Загальні вказівки до проведення роботи

1. Ознайомитися із конструкціями водонапірних башт із різних країн світу.

2. Згідно із завданням, виданим викладачем, виконати розрахунки об’єму і висоти водонапірної башти системи Рожновського.

3. Накреслити технологічну схему системи "НС-ВБР".

Рекомендована література

1. Нежлукченко В.М.,Задорожний А.І. Проектування системи водопостачання населеного пункту /Методичні вказівки до виконання курсового проекту для студентів № курсу денної та 4 курсу заочної форм навчання напряму підготовки 6.060103 «Гідротехніка» за спеціальністю «Гідромеліорація» - Херсон: ВЦ ХДАУ.-2010.-14 с.

2. ДБН В.2.5 - 74:2013. Водопостачання. Зовнішні мережі та споруди. Основні положення. – Київ: Міністерство регіонального розвитку, будівництва та житлово-комунального господарства України, 2013. -182с.

3. Тугай А.М., Орлов В.О. Водопостачання: Підручник.- К.: Знання, 2009.- 735с.

Лабораторна робота № 5

Гідравлічні дослідження кільцевої водопровідної мережі

2 год.

Мета роботи:

1. Виконати моделювання основної схеми роботи водопровідної мережі й споруд на ній.

2. Вивчити гідравлічний режим роботи кільцевої мережі при різних схемах живлення й зміни характеру водовідбору.

3. Перевірити баланс припливу й відтоку води у вузлах водовідбору.

4. Визначити питомі опори ділянок водогінної мережі.

Матеріальне забезпечення

1. Лабораторна установка.

2. Секундомір.

3. Мірні посудини.

Загальні вказівки до проведення роботи

Розподіл води в населеному пункті залежить від роботи водопровідної мережі і споруд системи водопостачання. Елементи цієї системи: магістральна й розподільна мережа труб; запасні й напірно-регулюючі споруди (башти, резервуари, насосно-пневматичні установки), насосні станції.

На плані розрізняють два основні види мереж: тупикові й кільцеві.

За розташуванням напірно-регулюючої споруди мережі можна класифікувати: з водонапірним резервуаром на початку мережі; з контррезервуаром; з водонапірним резервуаром усередині мережі; мережі без водонапірного резервуара (насосна станція працює прямо в мережу).

У практиці часто зустрічаються мережі, які живляться одночасно з декількох точок або виконані за комбінованою схемою.

Від начертання мережі в плані й схеми живлення, в першу чергу, залежить порядок розрахунку мережі, визначення економічних діаметрів, швидкостей руху води, конструкції мережі й т. і. На ці параметри також впливають режими водоспоживання й подачі води, тобто продуктивність і характер роботи насосної станції.

На відміну від режиму роботи водопровідної мережі, режим подачі води в мережу насосною станцією часто не співпадає з режимом водоспоживання, тому що робота НС за графіком водоспоживання інколи є невигідною або технічно трудно здійсненною. Режим подачі води в мережу по можливості повинен наближатися до режиму водоспоживання через те, що від цього залежить об’єм регулюючих споруд. У свою чергу, режим подачі води в мережу залежить від прийнятої схеми водоспоживання, кількості насосних станцій і технічної можливості, а також економічної доцільності регулювання числом включень насосів упродовж доби з метою подачі води в мережу за одноступеневим або багатоступеневим графіком.

У схемах водопровідної мережі без башт режим подачі води в мережу насосними станціями здійснюється згідно режиму роботи водопровідної мережі, тобто він повинен повністю співпадати з графіком водоспоживання. При цьому регулювання змін подачі води здійснюється за допомогою включення й відключення окремих насосів, зміною числа обертів робочих коліс насосів або "відкриттям-закриттям" засувок.

У схемах з баштою перед мережею кількість води, що поступає від насосної станції й башти безпосередньо до магістральної мережі, завжди дорівнює кількості води, що витрачається користувачами, а напрямок руху її по трубопроводах постійний.

У схемах мережі з баштою в кінці мережі (із контррезервуаром) у магістральні мережі поступає кількість води, яка не завжди дорівнює кількості використовуваної води. В години мінімального водоспоживання по магістральним мережам проходить така кількість води, яка задовольняє водоспоживачів і наповнює резервуар башти, а в години максимального розбору, вода до споживачів поступає від насосної станції і водонапірної башти.

Режими подачі води й водоспоживання можуть збігатися. Це можливо в тому випадку, якщо вони рівномірні впродовж доби, що зустрічається досить рідко, а також якщо подача води насосною станцією здійснюється за графіком, який близько відтворює режим водоспоживання. Це досягається різними засобами автоматизації. У більшості ж випадків режими подачі води й водоспоживання не збігаються.

Розрахункова витрата води, а отже, і діаметри трубопроводів за інших рівних умов менші при рівномірній подачі води по них, ніж при подачі за ступеневим графіком роботи насосної станції. При рівномірній роботі насосної станції і нерівномірному водоспоживанні місткість бака башти або резервуара більше, ніж при подачі води за графіком. Отже, щоб знайти більш економічні розміри елементів системи водопостачання, необхідно порівнювати кілька варіантів споруд з різними режимами подачі води насосами. При цьому варіюють годиною роботи насосних агрегатів, їхньою продуктивністю, числом і т. і.

У виборі економічної системи водопостачання важливу роль відіграє розрахунок діаметрів трубопроводів. Найбільш складним і трудомістким є гідравлічний розрахунок кільцевої водопровідної мережі, насамперед – її гідравлічне ув'язування.

За основу визначення розподілу потоків i істинних значень витрат закладено I та II закони Кiрхгофа:

I закон ― рівняння балансу витрат у вузлах

(5.1)

де – витрати води, що виходять із вузла кільцевої водогінної мережі;

п – число вузлів;

i – змінна величина - номер вузла.

II закон ― рівняння балансу витрат напору в кільцях мережі

(5.2)

де – опір ділянки мережі;

– поправочна витрата в даному кільці;

– припустиме відхилення (≤ 0, 5-1м).

Таким чином, задача ув’язування зводиться до розв’язання системи, що включає n лiнiйних (контурних) рівнянь виду (5.2) для n кілець мережі при одночасному задоволенні m―1 лiнiйних (вузлових) рівнянь виду (5.1) для m вузлів.

У практиці розрахунку кільцевих мереж використовують iтерацiйнi методи. Невiдомi витрати q _{i к} на ділянках мережі визначають за формулою

(5.3)

де q⁰ _{i к} ― витрата на ділянці після початкового розподілу потоків;

Δ q _{i к} ― ув’язувальна витрата.

Поправкові витрати в кільцях визначаються за формулою:

;

(5.4)

Дослідження різних режимів роботи кільцевої водопровідної мережі студентами проводиться в лабораторії на моделі.