Гидравлический расчёт внутренних водопроводов

Гидравлический расчёт внутренних водопроводов — это довольно большая тема. Поэтому рассмотрим лишь основные его принципы.

Водопровод — это напорная система. Вода может идти в любом направлении под влиянием разности напоров, от большего напора к меньшему напору. При движении воды в трубах происходят два вида потерь напоров:

1) линейные потери напора (на прямых участках труб);

2) местные потери напора (на поворотах, тройниках и т.д.).

Общие (суммарные) потери напора складываются из суммы линейных и местных потерь напора.

Потери напора рассчитывают по специальным гидравлическим формулам. В общем случае потеря напора может быть рассчитана по формуле Вейсбаха [22]

где  — коэффициент гидравлического сопротивления; V — средняя скорость потока в трубе; g — ускорение свободного падения.

В случае прямолинейного участка трубопровода коэффициент гидравлического сопротивления

где  — коэффициент гидравлического трения; l — длина участка трубы; d — внутренний диаметр трубы.

Водопроводы обычно работают в условиях турбулентного режима течения. Поэтому коэффициент гидравлического трения может быть определён по приближённой формуле А.Д. Альтшуля

где Re — число Рейнольдса;  — абсолютная шероховатость стенок трубопровода. Например, для старых стальных труб   1,5 мм.

Число Рейнольдса для напорных трубопроводов

где _B — кинематическая вязкость воды, м²/с.

Для облегчения гидравлических расчётов применяют таблицы или графики. В нашей стране используют таблицы Ф.А. Шевелёва [25], которые приведены в большинстве учебников и гидравлических справочников.

Начинают гидравлический расчёт внутреннего водопровода с определения по СНиП 2.04.01-85 [15] нормативных расходов водоразборных приборов (кранов, смесителей). Например, расход холодной воды для крана равен 0,2 л/с.

Затем выбирают расчетную линию сети, от ввода водопровода до наиболее удалённого и высокорасположенного прибора (рассматриваем тупиковые системы В1, без циркуляции).

Эту линию разбивают на участки в местах ответвлений трубопроводов, то есть там, где меняется расход воды. Определяют длину каждого участка и количество приборов, которое обслуживается данным участком. При этом учитывают вероятность совместного действия приборов.

Рассмотрим пример. Конечный участок водопровода в квартире облуживает один прибор — смеситель для кухонной мойки. Тогда расчётный расход данного участка будет 0,2 л/с. Следующий против движения воды участок обслуживает два прибора: смеситель для мойки и смеситель для умывальника. Однако расчетный расход данного участка не является простой суммой 0,2 + 0,2 = 0,4 л/с. Дело в том, что одновременно эти приборы включают не часто. Поэтому, рассчитанный по специальным формулам СНиП 2.04.01-85 [15] расчётный расход получается около 0,22-0,23 л/с. Так учитывают вероятность совместного действия приборов.

После определения расчётного расхода на каждом участке расчетной линии сети подбирают внутренний диаметр труб так, чтобы средняя скорость в трубе была оптимальной:

V₀ = 0,9...1,2 м/с.

Эту скорость называют экономически целесообразной.

Следующим шагом гидравлического расчёта является определение линейных потерь напора на каждом расчётном участке. Как уже было сказано, потери напора рассчитывают либо по формулам, либо с помощью таблиц.

Местные потери напора СНиП разрешает определять как долю линейных потерь напора.

Согласно п. 7.7 СНиП 2.04.01-85 [15], общая потеря напора на каждом участке трубопровода холодного водоснабжнения может быть определена по формуле

H = i l (1 + k_l),

где i — гидравлический уклон (безразмерный), может быть найден, например, по таблицам Ф.А. Шевелёва [25]; l — длина участка трубопровода; k_l — коэффициент, учитывающий долю местных потерь напора. Например, для хозяйственно-питьевого водопровода В1 СНиП [15] рекомендует принимать k_l = 0,3.

Таким образом, рассчитав на каждом расчётном участке потерю напора, находят суммарные потери напора в сети внутреннего водопровода.

Приведенные расчёты удобнее всего выполнять в таблице. Кроме того, вместо ручного счёта лучше применять электронные таблицы типа SuperCalc, Lotus 1-2-3 или Microsoft Excel. На наш взгляд, наиболее удобными для автоматизации расчётов являются таблицы Excel версий 97/2000/XP/2003 и др. Таблицы MS Excel в настоящее время установлены практически на любом компьютере. Нами разработаны файлы-шаблоны таблиц гидравлического расчёта водопровода, которые можно получить через Интернет (см. с. 5).

В наружных сетях водопровода имеется гарантированный напор H_g. Его величина должна быть не менее 10 м и не более 60 метров, считая от верха водопроводной трубы [16]. Обычно в городах гарантированный напор находится в пределах 20-30 метров водяного столба. Для водоснабжения малоэтажных зданий часто хватает гарантированного напора, то есть дополнительной подкачки насосами не требуется. Для многоэтажных зданий, наоборот, надо проверять потребность в насосах, повышающих напор.

Насос для повышения напора в сети требуется, если напор насоса получается положительный по формуле

где H_тр — требуемый напор для здания, который можно найти так:

где H_geom — геометрическая высота от наружного трубопровода до самого высокого прибора в здании; H_B — потеря напора на водомерах; H_f — свободный напор перед прибором (2-3 метра водяного столба); H — суммарные потери напора в сети внутреннего водопровода, взятые из предыдущего расчёта (в табличной форме).