Учебное пособие 800534

НМАКС z HCB hМАКС .

Если полученное значение НМАКС превышает допусти-

мый напор, то необходимо разделить сеть на зоны с таким расчетом, чтобы в пределах каждой из них напор не превышал допустимого.

Зонирование может быть осуществлено по «последовательной» или по «параллельной» схеме. В первом случае отдельные зоны соединяются последовательно (рис. 29), во втором случае зоны включены параллельно (рис. 30).

Рис. 29. Последовательное зонирование

140

При последовательном зонировании общая водопроводная сеть объекта делится на две последовательно соединенные сети (например, А и Б на рис. 29). Граница между зонами в-в определяется значением наибольшего допустимого в сети напора H.

Вода подается головной насосной станцией в количестве QА QБ обеспечивающем потребности обеих зон, и под

напором HI , рассчитанным на подъем воды до границы меж-

ду зонами. Здесь устанавливается насосная станция НС-II верхней зоны. Она берет воду в количестве QБ из сети нижней

зоны (непосредственно или через регулирующую емкость) и подает ее под напором вHII сеть верхней зоны.

Таким образом, расход верхней зоны подается транзитом через сеть нижней зоны.

В системах параллельного зонирования принципы разделения общей сети на сети верхней и нижней зоны те же самые, но вода подается в сеть каждой зоны по отдельным водоводам своей группой насосов, расположенной на общей головной насосной станции (рис. 30). Таким образом, зоны включаются параллельно.

Водоводы, питающие верхнюю зону, обычно прокладываются через территорию нижней зоны.

Насос нижней зоны подает расход QА под напором HI ,

необходимым для этой зоны; насос верхней зоны подает расход QБ под значительно большим напором HII , так как насо-

сы второй зоны поднимают воду на значительно большую геометрическую высоту, и в величину их напора входят большие потери в водоводах.

Каждая из рассмотренных систем зонирования имеет свои достоинства и недостатки.

Недостатком системы последовательного зонирования является необходимость устройства дополнительной отдельно стоящей насосной станции (для каждой лишней зоны), что связано с увеличением затрат на строительство и затрат

141

на эксплуатацию — в части содержания персонала. Надежность этих систем ниже, чем систем параллельного зонирования, где имеет место независимая подача воды в каждую зону.

Рис. 30. Параллельное зонирование

К недостаткам систем параллельного зонирования относится увеличение строительной стоимости водоводов (вследствие увеличения их суммарной длины).

Вообще строительная стоимость зонированной системы для любого объекта будет всегда больше, чем незонированной.

142

При зонировании систем водоснабжения всегда снижается (по сравнению с незонированной системой того же объекта) суммарная мощность насосных станций и, что самое главное, снижается расход энергии на подъем воды, а, следовательно, уменьшаются эксплуатационные расходы.

В силу этого в ряде случаев зонирование систем водоснабжения оказывается целесообразным исключительно по экономическим соображениям (даже тогда, когда оно не диктуется необходимостью избегать в сети давления, превышающие допустимые).

7.2. Расчет водопроводных сетей

Рассчитывают обычно лишь сеть магистральных линий. Что касается линий распределительной сети, то их диаметры принимают в зависимости от размеров пожарного расхода. Наружные сети производственных водопроводов сеть полностью подвергаются расчету.

Известное влияние на выбор трассы магистралей оказывает рельеф местности. Магистральные линии по возможности следует прокладывать по наиболее возвышенным точкам территории. При этих условиях наличие достаточных свободных напоров в магистральной сети обеспечивает создание достаточных напоров и в распределительной (нерассчитываемой) сети, питающейся от магистральной и располагаемой на более низких отметках. Такая прокладка магистралей обеспечивает также относительно меньшее давление в трубах больших диаметров.

Места расположения регулирующих емкостей (определяемые в зависимости от рельефа местности) также оказывают влияние на выбор трассы магистральной сети.

Для расчета водопроводной сети, т. е. определения диаметров ее отдельных участков (линий), необходимо не только знать форму (конфигурацию) сети и протяженность всех ее линий, но также знать или наметить места (точки) и величины подач и отборов воды.

143

Имея общую схему расположения основных сооружений системы водоснабжения и приняв определенный суточный график водопотребления, можно относительно легко наметить точки сети, в которые подается вода от водопитателей, и количества подаваемой воды для отдельных расчетных моментов работы системы.

Только в тех случаях, когда сеть снабжает водой относительно небольшое число потребителей, забирающих определенное количество воды в единицу времени, можно получить ясную и точную схему отбора воды. Подобная картина часто встречается в системах водоснабжения промышленных предприятий, где отбор воды из сети производится относительно небольшим числом цехов.

Учет действительных сосредоточенных расходов воды (незначительных по величине и часто меняющихся) во всех домовых ответвлениях городской водяной сети даже для небольших городов и поселков представляет задачу, практически неосуществимую.

Поэтому в городских (и поселковых) водопроводах вынуждены принимать упрощенную расчетную схему водоразбора. Согласно ей выделяются так называемые точки сосредоточенного отбора – узлы сети (крупные потребители). В них отбор воды точно известен. Учет остальных потребителей ведут следующим образом: допускается условно, что подаваемая в сеть вода расходуется равномерно по длине сети и, следовательно, количество воды, отдаваемой каждым участком, пропорционально его длине.

Расход, приходящийся на единицу длины сети, называют удельным расходом

qуд Ql,

где Q - общий расход (отдача) воды сетью, л/с;

l - суммарная длина линий, отдающих воду, м.

144

Так как обычно рассчитывается только магистральная сеть, то в l входят длины только магистральных линий. Ве-

личина удельного расхода изменяется в соответствии с графиком водопотребления и, следовательно, будет различна для отдельных расчетных случаев.

Расход воды, отдаваемой каждым участком (или так называемый «путевой» расход участка), определяется формулой

Qп qудl.

Расход воды на каждом участке будет складываться из сосредоточенного расхода в узле и фиктивного «путевого» расхода на примыкающем к узлу участке.

Очевидно, сумма всех путевых расходов и расходов, сосредоточенных в отдельных точках (крупные потребители), должна равняться полному расходу, подаваемому в сеть в расчетный момент.

Диаметр каждого участка определяется по его «расчетному» расходу.

7.2.1. Определение диаметров водопроводных линий при заданном расчетном расходе

В качестве водопроводных линий, имеющих на всем своем протяжении определенный заданный расход, могут рассматриваться как водоводы, так и (условно) отдельные участки водопроводных сетей.

Гидравлика дает следующую зависимость между расходом Q, площадью живого сечения напорной цилиндрической трубы f и средней скоростью движения v:

Q fv 4d2 v,

145

где d - внутренний диаметр трубы. Отсюда

d 4Qv.

Очевидно, что для определения диаметра трубы кроме расчетного расхода необходимо знать также (или задать) скорость v.

Практически не представляется возможным установить какие-либо обоснованные пределы колебания расчетной скорости движения воды в трубах исходя из чисто технических соображений. Между тем, анализируя приведенную зависимость, можно легко видеть, что изменение скорости v (при заданном расчетном расходе) существенно влияет на экономические показатели системы водоснабжения.

Система водоснабжения, как и всякое сооружение, должна быть запроектирована наиболее экономично. Правильный с экономической точки зрения расчет водопроводных линий должен учитывать взаимосвязь их работы с работой насосных станций и обеспечивать экономически наивыгоднейшее решение этого комплекса. Таким образом, задача определения диаметров труб водоводов и линий сети может быть разумно решена только в результате учета требований экономики. Эта задача является по своему существу задачей технико-экономической.

Формула для определения экономически наивыгоднейшего диаметра отдельных независимо работающих линий имеет следующий вид:

dэк ЭxQy,

где Э - «экономический фактор», который содержит ряд экономических показателей (включая стоимость энергии,

146

стоимость труб и их укладки и т. п.); для обычных условий значение Э лежит в пределах от 0,5 до 1;

Q - расчетный расход линии;

x, y - коэффициенты, зависящие от режима течения в

трубе.

Полученные расчетом экономические диаметры округляют до ближайшего большего или меньшего стандартного по сортаменту. Так как диаметры водопроводных труб изменяются через определенные промежутки длины трубопровода, то каждый стандартный диаметр будет являться экономически выгодным для некоторого интервала расходов.

Для определения экономически наивыгоднейших диаметров весьма удобно пользоваться таблицами «предельных экономических расходов». Под предельными экономическими расходами понимаются граничные (наибольшие и наименьшие) значения расходов, при которых данный стандартный диаметр будет более выгоден, чем другие (при данном значении экономического фактора).

7.2.2. Определение потерь напора в трубах

Во ВНИИ ВОДГЕО д-ром техн. наук Ф. А. Шевелевым начиная с 1950 г. проводились обширные лабораторные и натурные исследования по определению сопротивлений в чугунных, стальных и асбестоцементных водопроводных трубах. Исследованиями было установлено что новые металлические трубы при используемых в водопроводной практике скоростях всегда будут работать в переходной области. Трубы, бывшие в употреблении, при скоростях v 1,2 м/с работают в квадра-

тичной области и при скоростях v 1,2 м/с - в переходной

области.

Для бывших в употреблении стальных и чугунных труб Ф. А. Шевелевым предложены следующие формулы для определения потерь напора на единицу длины:

147

при v 1,2 м/с (квадратичная область)

i 0,00107 v2 ;

d1,3

при v 1,2 м/с (переходная область)

По этим формулам составлены расчетные таблицы, облегчающие ведение расчета [8].

Во всех случаях, когда не предполагается проведение специальных мероприятий по предохранению от коррозии внутренней поверхности стенок труб, потери напора при проектировании водопроводных сетей следует определять по формулам для труб, бывших в употреблении.

Потери напора по длине трубы будут определяться как

h i l.

При расчете водопроводных сетей для определения потерь напора весьма удобно пользоваться формулами вида:

h sQ2,

где s - сопротивление трубы, равное s0l (здесь s0 -

удельное сопротивление, l - длина трубы).

При работе труб в квадратичной области удельное сопротивление s0 k/dm зависит не от скорости или расхода, а

лишь от диаметра трубы и шероховатости поверхности ее стенок (характеризуемой коэффициентами k или ).

148

Для упрощения вычислений для переходной области определяют потери напора по формуле

h SQ2 s0lQ2,

но величины s0 , найденные из [8], необходимо при

скоростях движения воды, меньших 1,2 м/с, умножать на некоторый поправочный коэффициент

Значения 1 даны в [8].

Кроме того в [8] приведены формулы и данные для расчета асбестоцементных, полимерных и стеклянных труб.

Для каждого материала труб составлены таблицы предельных экономических расходов, в которых каждому стандартному диаметру трубы поставлено в соответствие предельный расход и скорость течения в трубе при выбранном значении экономического фактора.

7.2.3. Гидравлический расчет водопроводных сетей

Разветвленные водопроводные сети рассчитываются как системы последовательно соединенных трубопроводов, осуществляющих раздачу воды по пути и в виде сосредоточенных расходов в боковые ответвления. Потери напора в таких трубопроводах могут быть определены по формуле

hПОТ i1l1 i2l2 i3l3 ... inln

или

149