Учебное пособие 800534

hПОТ S1Q12 S2Q22 S3Q32 ... SnQn2 ,

т.е. как сумма потерь напора в последовательно соединенных участках трубопровода.

Расчет кольцевых водопроводных сетей значительно сложнее. Основная трудность заключается в определении направления движения и величин расходов по отдельным ветвям сети.

Закономерности движения воды в кольцевой сети описываются двумя законами Кирхгофа (аналогично кольцевым электрическим сетям):

Первый закон: расходы распределяются по ветвям кольцевой сети таким образом, что потери напора по одной ветви кольца равны потерям напора по другой его ветви.

Принимая потери напора в ветвях кольца с течением воды по часовой стрелке со знаком плюс и с течением воды против часовой стрелки со знаком минус, изложенный закон может быть сформулирован по другому: алгебраическая сумма потерь напора по кольцу равна нулю.

Второй закон: сумма расходов, притекающих к узлу, равна сумме расходов, оттекающих от него (включая расход в узле).

Принимая расходы, притекающие к узлу, со знаком плюс, а расходы, оттекающие от него, со знаком минус, изложенный вывод можно записать так: алгебраическая сумма расходов, притекающих к узлу и оттекающих от него (включая расход в узле) равна нулю.

Расчет кольцевой водопроводной сети сводится к назначению диаметров труб, определению расходов, протекающих по отдельным ветвям сети, и подсчету потерь напора от места подачи воды до расчетной точки сети.

В начале расчета на схеме сети намечают распределение расходов исходя из баланса расходов в узлах. По намеченным расходам назначают диаметры труб участков сети, поль-

150

зуясь графиками так называемых «экономичных диаметров» или соблюдая значения «экономичных скоростей».

Для подсчета потерь напора от начальной точки сети до расчетной необходимо произвести «увязку сети», т. е. откорректировать распределение расходов по участкам сети таким образом, чтобы для всех колец и узлов сети были соблюдены оба закона. При увязке сети приходится иногда изменять ранее назначенные диаметры труб на отдельных участках сети.

Существует несколько методов расчета (увязки) кольцевых водопроводных сетей. Все они, по существу, сводятся к тем или иным способам приближенного решения системы квадратных уравнений и поэтому достаточно трудоемки, особенно при расчете больших многокольцевых сетей.

В настоящее время разработаны способы расчета кольцевых водопроводных сетей с применением вычислительной техники.

Кольцевые водопроводные сети рассчитывают несколько раз: на максимальный хозяйственный водоразбор, на пропуск пожарных расходов, а сети с контррезервуаром (с водонапорной башней, расположенной в конце сети) рассчитывают и на пропуск максимального транзитного расхода в башню.

По данным расчетов водораспределительной сети определяют напор, который должны развивать насосы, и высоту водонапорной башни.

Напор насосов определяют по формуле

H HB HБАК hВ hВС zБ z0

водонапорной башни, м;

hВ - сумма потерь напора в водоводе (при распо-

ложении башни в конце сети – сумма потерь напора в водоводе и в сети);

151

zБ, zД - отметки поверхности земли в «диктующей»

точке сети и в месте расположения водонапорной башни, м. В качестве диктующей принимают точку, при расчете

по которой высота водонапорной башни получается наибольшей. Обычно это либо наиболее высоко расположенная, либо наиболее удаленная от башни точка.

7.2.4. Основные данные для проектирования водопроводной сети

7.2.4.1. Нормы потребления

Нормой водопотребления называют количество воды, расходуемой на определенные нужды в единицу времени или на единицу вырабатываемой продукции.

Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления.

Следует различать нормы хозяйственно-питьевого водопотребления в населенных местах и на промышленных предприятиях.

В населенных местах нормы хозяйственно-питьевого водопотребления назначаются по СНиП 2.04.02-84 в зависимости от степени благоустройства жилых районов и климатических условий (табл. 10).

Меньшие значения норм водопотребления относится к районам с холодным климатом, большие – к районам с теплым климатом. Для крупных городов и курортов принимаются по-

152

вышенные, специально обоснованные нормы.

На промышленных предприятиях вода расходуется рабочими и служащими на хозяйственно-питьевые нужды и для душей. Нормы водопотребления для хозяйственно-питьевых целей на промышленных предприятиях следует принимать со-

гласно СНиП 2.04.02-84 (табл. 11).

Таблица 10

Нормы хозяйственно-питьевого потребления

в населенных пунктах

Количество воды, подаваемой для душей, определятся из условия, что часовой расход воды на одну душевую сетку составляет 500 л (продолжительность пользования душем 45

153

минут после окончания смены). Количество душевых сеток определяется про проектам внутренних водопроводов, а при их отсутствии в зависимости от количества работающих и вида производства.

Нормы потребления воды для производственных нужд. Многие отрасли промышленности (химическая, текстильная, металлургическая и др.) расходуют значительные количества воды. Обычно устанавливают нормы расходования воды на единицу вырабатываемой продукции (1 т металла, 1 т волокна, 1 т хлеба и т.д.). Эти нормы разрабатываются технологами соответствующих производств с учетомпринятойтехнологии.

Таблица 11

Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления

на промышленных предприятиях

Нормы потребления воды для тушения пожаров.

Эти нормы также устанавливают по СНиП 2.04.02-84. Расчетный расход воды для тушения пожаров в населенных местах определяют по табл. 12, а на промышленных предприятиях определяют расходы воды для тушения пожаров в отдельных зданиях (табл. 13). За расчетный принимают наибольший расход.

Расчетное число одновременных пожаров в населенных местах принимают в зависимости от численности населения, а на промышленных предприятиях – в зависимости от площади занимаемой ими территории: при площади менее 150 га принимают один пожар, а при большей площади – два пожара и для двух зданий, требующих наибольшего расхода.

Расчетная продолжительность пожара 3 ч. В период

154

пожара должна быть обеспечена подача расчетного расхода. Для этого устраивают резервуары неприкосновенного трехчасового запаса воды. Израсходованный неприкосновенный запас должен быть восстановлен в течение одних-двух суток.

Потреблением воды населением в течение года неравномерно. Так, летом ее расходуется больше, чем зимой, в предвыходные дни больше, чем в остальные дни недели. Отношение суточного расхода в дни наибольшего водопотреб-

ления QМАКС.СУТ. к среднему суточному расходу QСР.СУТ. называют коэффициентом суточной неравномерности водопотребления:

155

KСУТ QQМАКС.СУТ. .

СР.СУТ.

Таблица 13

Расчетный расход воды на наружное пожаротушение для

промышленных предприятий

Величина KСУТ зависит от степени благоустройства

зданий. С увеличением степени благоустройства коэффициент суточного неравномерности уменьшается.

На промышленных предприятиях коэффициент суточной неравномерности хозяйственно-питьевого водопотребления принимается равным единице, т.е. считается, что водопотребление равномерно в течение года.

Неравномерность потребления производственной воды зависит от принятой технологии, количества вырабатываемой продукции, а для некоторых производств – от времени года. Последнее относится, прежде всего, к производствам, расходующим воду на охлаждение. Коэффициент суточной неравномерности потребления производственной воды устанавливается технологами соответствующих производств.

В течение суток потребление воды также неравномерно: ночью оно меньше, чем днем. Колебание потребления во-

156

ды по часам суток зависит от расчетного числа жителей. Чем меньше населенное место, тем эта неравномерность больше. Потребление воды изменяется и в течение часа. Однако для упрощения расчетов условно считают, что в течение часа потребление воды остается неизменным.

Отношение часового расхода в часы наибольшего (максимального) водопотребления Qмакс.час. к среднему часовому

расходу называют коэффициентом часовой неравномерности водопотребления:

Kчас QQмакс.час. .

ср.час.

Величина коэффициента часовой неравномерности водопотребления для населенных мест принимается равной от 1,2 до 2 в зависимости от нормы водопотребления (табл. 10).

Величина коэффициента часовой неравномерности хо- зяйственно-питьевого водопотребления на промышленных предприятиях принимается равной 2,5 или 3 (табл. 11). Потребление воды для душа считается равномерной в течение 45 минут после каждой смены.

Величина коэффициента часовой неравномерности потребления производственной воды может быть различной и зависит от технологии производства.

Режим водопотребления, т.е. изменение расходов воды по часам суток, принято представлять в виде таблиц или графиков. Графики водопотребления бывают ступенчатыми и интегральными. На рис. 31 приведен ступенчатый график водопотребления. На этом графике по оси абсцисс – часы суток, а по оси ординат отложены значения часовых расходов в процентах от суточного расхода, принимаемого за 100 %. Иногда часовые расходы выражают не в процентах, а в кубических метрах. На интегральном графике по оси ординат откладывают

157

расход воды также в процентах от суточного, но нарастающим итогом за все часы, начиная от начала суток.

Рис. 31. Ступенчатый график водопотребления

7.2.4.3. Определение расчетных расходов и напоров воды

Водопровод должен быть рассчитан так, чтобы пропускная способность его сооружений была достаточна в течение всего расчетного срока водоразбора суток с наибольшим водопотреблением.

Расчетный расход хозяйственно-питьевого водопотреб-

лениянаселенногоместа qрасч. ,л/с,определяетсяпоформуле

где q - среднесуточная норма водопотребления на одного

жителя, л;

N - расчетное число жителей; 86400 - число секунд в сутках.

Расчетный расход воды на производственные нужды

принимается по данным технологов.

Свободный напор. Напор в наружной водопроводной сети должен обеспечивать подачу воды с некоторым запасом

(остаточным напором h0 ) в самую высокую и наиболее уда-

ленную от наружной сети водозаборную точку внутри здания. Этот напор называется свободным HСВ, м, или необходимым:

HСВ HГ h h0 ,

где HГ - геометрическая высота подачи воды от поверхности земли до самой высокой водоразборной точки, м;h - потери напора во внутренней сети, вводе и водо-

мере, м;

h0 - остаточный напор у диктующего прибора, м. Геометрическая высота подачи определяется по формуле

HГ hпл n1 hэт hпр ,

где hпл - превышение пола первого этажа над поверхно-

стью земли (планировочная высота); n - число этажей;

hэт - высота этажа здания;

hпр - высота расположения диктующего прибора над

полом.

Свободный напор в наружной водопроводной сети населенных мест при предварительных расчетах назначается в зависимости от этажности зданий:

159