Формы поперечных сечений труб и коллекторов
Форма поперечного сечения труб и коллекторов водоотводящих сетей выбирается, исходя из гидравлических, технологических и строительных требований. Все формы с определенными допущениями можно подразделить на профили:
круглые,
вытянутые,
сжатые.
Наиболее экономичная форма – круглая форма поперечного сечения. Круглые трубы хорошо сопротивляются внешним нагрузкам, удобны в эксплуатации и поэтому получили наибольшее распространение (≈90% всех сетей).
При малой глубине заложения коллекторам придают полукруглую форму сечения с вертикальными боковыми стенками.
Коллекторы с банкетами также относят к круглым, их используют для общесплавной водоотводящей системы.
В целях уменьшения толщины стенок крупным коллекторам придают шатровое сечение.
Овоидальные формы коллекторов хорошо сопротивляются давлению грунта и временным нагрузкам, однако не индустриальны. Они нашли распространение при строительстве общесплавной водоотводящей сети.
Сжатые сечения позволяют уменьшить глубину заложения труб: к ним относятся лотковая и пятиугольная форма. Такие коллекторы используются при строительстве дождевой сети.
Открытые каналы и лотки трапецеидального и прямоугольного сечений применяются при транспортировании сточной воды по очистным сооружениям канализации и при строительстве открытой дождевой сети.
Гидравлические характеристики потока
Гидравлическими характеристиками потока сточных вод являются расход Q, средняя по сечению скорость потока v, живое сечение потока ω, смоченный периметр χ, гидравлический радиус R, равный отношению ω/χ.
Гидравлический радиус круглой трубы при полном ее заполнении равен 0,25d, а максимального значения он достигает при высоте слоя воды в трубе h = 0,813d. Из всех типов профилей коллекторов максимальный гидравлический радиус - у круглой трубы.
В
ажными
показателями трубопровода являются
его уклон I, коэффициент шероховатости
n и степень наполнения h/d.
Если построить график зависимостей скоростей движения воды и расходов в круглой трубе от степени ее наполнения, то выяснится, что максимальная скорость потока наблюдается при наполнении, равном 0,813, а максимальная пропускная способность трубы – при наполнении 0,95.
Гидравлический уклон равен отношению падения уровня воды в начале и в конце трубопровода к его длине. При самотечном режиме движения гидравлический уклон принимается равным уклону самого трубопровода.
Формулы гидравлического расчета самотечных трубопроводов
Расчет самотечных трубопроводов заключается в определении его диаметра, уклона, наполнения и скорости. Исходным данным для расчета обычно является расход.
Расчетные формулы, лежащие в основе гидравлического расчета, выведены для установившегося и равномерного движения воды:
1. Формула постоянства расхода:
Q = ω∙v,
где ω - площадь живого сечения, v – средняя скорость по сечению.
2. Формула Шези:
,
где C – коэффициент Шези, R – гидравлический радиус, i – гидравлический уклон.
2. Формула Дарси:
,
где λ - коэффициент сопротивления трению по длине.
Между коэффицентами λ и С существует зависимость:
или
.
Коэффициент Шези в соответствии со СНиП 2.04.03-85 определяется по формуле Н.Н.Павловского (при 0,1 < R < 3 м):
,
где
,
n
– коэффициент шероховатости.
Другой, более сложный способ определения коэффициента сопротивления λ (а значит, и коэффициента Шези С) производится по формуле Н.Ф.Федорова, включающей в себя дополнительные параметры:
,
где Δэ – эквивалентная абсолютная шероховатость, a2 – коэффициент, учитывающий характер шероховатости стенок труб, Re – число Рейнольдса.
Эта универсальная формула справедлива для всех трех областей турбулентного режима движения: областей гладких труб, квадратичного сопротивления и переходной области между ними. Для расчета коэффициента λ можно использовать формулу, связывающую коэффициент шероховатости и абсолютную эквивалентную шероховатость:
.