1.2.5. Основы гидравлического расчета водопроводной сети

Система водопровода состоит из отдельных элементов, работа которых должна быть рассмотрена во взаимной связи. Сущность расчета водопроводных сетей сводится к подбору правильных диаметров труб и определению потерь напора для преодоления сопротивления в трубах при пропуске по ним расчетных расходов воды. Определять потери напора необходимо для расчета водопроводных сооружений, работающих совместно с сетью (водонапорной башни, насосов, подающих воду в сеть). Рассчитать систему водопровода - значит назначить размеры сооружений так, чтобы вода была подана потребителям в требуемом количестве, с требуемым напором при соблюдении условий экономичности.

Величину потери напора определяют по формулам гидравлики:

h = LV²/2Dg,

где h - потеря напора,  - коэффициент потери напора, зависящий от режима движения воды, шероховатости внутренней поверхности трубы, вязкости жидкости, L - длина трубопровода, D - диаметр трубопровода, V - скорость движения воды.

Гидравлическим уклоном i называется потеря напора, отнесенная к единице длины трубопровода:

i = h/ L = V²/2Dg.

Потери напора определяют по таблицам, в которых величина дается в зависимости от q и D, где q - расход воды (таблица для гидравлического расчета стальных, чугунных и асбоцементных труб Ф.А. Шевелева).

Если трубопровод круглого сечения, то мы имеем

q = FV и F = D²/4.

Из этих равенств

V = q/F = 4q/D², (1)

D = 4q/V. (2)

В упомянутых таблицах приведены также значения скорости V в зависимости от q и D. При расчете водовода и распределительной сети задаются распределением потоков, поэтому в формулах (1) и (2) постоянными для каждого участка являются расходы q.

Что же произойдет, если мы, сохраняя постоянные величины q, L, h, будем менять D? Очевидно:

1) увеличивая диаметр D, мы уменьшаем скорость V и соответственно уменьшаем сопротивление h, т.е. экономим электроэнергию, требующуюся для начального напора, за счет перерасхода материалов труб вследствие применения труб большего диаметра;

2) уменьшая D, мы увеличиваем V, вместе с тем увеличиваем h, что потребует большего напора. Таким образом, мы перерасходуем электроэнергию за счет экономии материала труб.

Учитывая стоимость электроэнергии и материала труб, выбирают экономически оптимальное значение D.

При предварительных расчетах это делается путем назначения расчетной скорости V, при которой получаются оптимальные значения D:

для труб D 100 - 300 мм V=0,5 – 1,0 м/с;

400 - 600 мм V=0,8 – 1,5м/с;

свыше 600 мм V=1,0 – 2,0 м/с.

В разветвленной (тупиковой) сети вода движется на каждом участке в одном направлении. Поэтому методика расчета такой сети следующая.

1. Определяют расчетные расходы воды каждого участка и, задавшись скоростями (в пределах рекомендуемых), находят диаметры труб каждого участка.

2. Определяют потери напора во всех линиях (общую потерю напора) суммированием потерь напора по направлению от начала сети до самой высокой (диктующей) ее точки.

3. В соответствии с суммарным расходом в сети, полученной потерей напора до диктующей точки, геометрической высотой подъема и требуемым свободным напором подбирают насос.

4. Расчет кольцевых сетей ведется на основании двух положений: уравнения равенства расходов и уравнения потерь напора в кольцах сети.

Уравнение равенства расходов составляется на основании "равновесия узла", т.е. такого условия, при котором сумма потоков воды, притекающих к узлу, равна сумме потоков воды, вытекающих из узла:

q_узл. = 0.

Уравнение равенства потерь напора составляется на основании положения о том, что потоки воды для возможности встречи в какой-либо точке должны иметь одинаковые потери напора, т.е. для любого водопроводного кольца, находящегося в гидравлическом равновесии, алгебраическая сумма потерь напора должна быть равна нулю:

h_кол. = 0.

Расчет кольцевой сети ведется в следующей последовательности:

1. По схеме определяют условия питания расчетных участков и их длину.

2. Составляют расчетную схему и определяют удельный расход воды.

3. Устанавливают путевые расходы и заменяют их узловыми.

4. По полученным расчетным расходам и допустимой скорости движения воды в трубах намечают диаметры линий по участкам кольцевой сети и определяют потери напора в трубах.

5. Вычисляют суммарные потери напора по отдельным ветвям кольца и проверяют их равенство.

6. При необходимости увязывают кольца, добиваясь равенства в них потерь напора.